Herstellung von Händedesinfektionsmitteln mit industriellen Ultraschallmischern

Zur Herstellung von Händedesinfektionsmitteln und Desinfektionslösungen ist eine leistungsstarke Mischtechnologie erforderlich, um eine gleichmäßige Mischung zu erhalten. Ultraschallmischer und Ultraschallrührwerke sind die zuverlässigste und effizienteste Mischtechnologie zum Mischen und Emulgieren von zwei oder mehr Phasen, um eine homogene, stabile Händedesinfektionsmittelformulierung zu erhalten.

Händedesinfektionsmittel

Händedesinfektionsmittel, auch als Handantiseptikum oder Mittel zur Händedesinfektion durch Einreiben bezeichnet, sind flüssige Mittel, die auf die Hände aufgetragen werden, um verbreitete Krankheitserreger zu entfernen oder zu inaktivieren, die Erkrankungen verursachen können (z. B. verursacht das Virus SARS-CoV-2 die Erkrankung COVID-19). Händedesinfektionsmittel sind üblicherweise als Flüssigkeit, Schaum, Gel oder Spray erhältlich.
Händedesinfektionsmittel können mit unterschiedlichen Inhaltsstoffen und Zusammensetzungen formuliert werden. Beispielsweise können Händedesinfektionsmittel alkoholbasiert oder alkoholfrei sein. Alkoholbasierte Händedesinfektionsmittel enthalten normalerweise zwischen 60 und 95% Alkohol. Als Alkohole werden am häufigsten Ethanol (Ethylalkohol), Isopropanol oder n-Propanol verwendet. Hochkonzentrierter Alkohol (d. h. 60% und mehr) zerstört Proteine. Durch die Denaturierung von Proteinen werden viele Pathogene (krankheitserregende Mikroorganismen) inaktiviert oder abgetötet. Alkoholfreie Händedesinfektionsmittel sind alternative Produkte, bei denen Desinfektionsmittel wie Benzalkoniumchlorid (BAC) oder antimikrobielle Substanzen wie Triclosan als Wirkstoffe zur Inaktivierung oder Abtötung von Mikroorganismen eingesetzt werden. Sowohl bei alkoholbasierten als auch bei alkoholfreien Händedesinfektionsmitteln können die gegen Krankheitserreger wirksamen Inhaltsstoffe die Haut austrocknen, indem sie die natürliche Hautbarriere zerstören. Daher enthalten die meisten Händedesinfektionsmittelformulierungen hautpflegende Zusätze wie Emollienzien (z. B. Glycerin, Öle), um der Haut wieder Feuchtigkeit zuzuführen. Weitere Inhaltsstoffe wie Verdickungsmittel, Duftstoffe, Farbstoffe usw. können zugesetzt werden, um die Textur, den Geruch und das Aussehen von Händedesinfektionsmitteln zu verändern.

Mischen und Vermengen von Händedesinfektionsmitteln mit Ultraschall

Ultraschallrührwerke sind die effektivste Mischtechnologie zur Herstellung von Händedesinfektionsmitteln (auch als Handantiseptika oder Mittel zur Händedesinfektion durch Einreiben bezeichnet) in Form von Flüssigkeiten, Gelen, Sprays oder Lotionen.
Da Ultraschallmischer hohe Scherkräfte erzeugen, sorgen sie für die erforderliche Durchmischung, um die Inhaltsstoffe zu einer einheitlichen Mischung zu verbinden. Eine derart leistungsstarke und zuverlässige Durchmischung ist notwendig, um wirksame und zuverlässige Desinfektionsmittel wie Händedesinfektionsmittel und Flächendesinfektionsmittel herzustellen.

Wie funktioniert das Mischen mit Ultraschall?

Ultraschallmischer und Ultraschallrührwerke erzeugen akustische Kavitation, die zu sehr starken Scherkräften führt. Daher werden Ultraschallmischsysteme häufig eingesetzt, um zwei oder mehr ansonsten nicht mischbare Flüssigkeiten zu emulgieren und feste Partikel in Flüssigkeiten und Suspensionen zu dispergieren. Das Mischen und Vermengen mit Ultraschall erfolgt durch die Einkopplung leistungsstarker Ultraschallwellen in eine Flüssigkeit oder Suspension. Die Ultraschallwellen werden über eine Sonotrode mit hoher Ultraschallintensität in einen Chargenbehälter oder einen Inline-Durchflusszellenreaktor übertragen. Nur Ultraschallgeräte mit Sonotrode können die starken Kavitationskräfte erzeugen, die zur Formulierung homogener und langzeitstabiler Mischungen erforderlich sind. Die Sonotrode schwingt in der Flüssigkeit mit einer sehr hohen Frequenz (z. B. 20kHz) und erzeugt intensive akustische Kavitation bzw. Ultraschallkavitation in der Flüssigkeit.
Im durch Ultraschall erzeugten Kavitationsfeld entstehen beim Kollaps der Kavitationsblasen starke Scherkräfte, die Tröpfchen, Agglomerate und sogar feste Partikel zerkleinern. Zudem erzeugt die Ultraschallkavitation Hochgeschwindigkeitsströmungen in der Flüssigkeit mit bis zu 1000km/h. Die durch Kavitation entstehenden Flüssigkeitsstrahlen treffen auf Partikelagglomerate, zerkleinern Tröpfchen, verbessern den Stofftransport innerhalb von Flüssigkeiten und Suspensionen und dispergieren Feststoffe im gesamten Medium. Im Ultraschallkavitationsfeld wechseln die Drücke schnell und wiederholt zwischen Vakuum und bis zu 1000bar. Ein Rotationsmischer mit 4 Mischflügeln müsste mit erstaunlichen 300.000 RPM betrieben werden, um dieselbe Frequenz wechselnder Druckzyklen zu erreichen. Herkömmliche Rotationsmischer und Rotor-Stator-Mischer erzeugen aufgrund ihrer begrenzten Drehzahl keine nennenswerte Kavitation.

Händedesinfektionsmittelformulierungen durch Mischen mit Ultraschall

Die Formulierung eines Händedesinfektionsmittels bestimmt seine Wirksamkeit und sein keimabtötendes Wirkungsspektrum (d. h. antibakterielle, antimykotische und antivirale Wirkung sowie Wirksamkeit gegen behüllte und unbehüllte Viren, enzystierte Parasiten usw.).
Da die häufige Anwendung von Alkohol und alkoholhaltigen Desinfektionsmitteln auf der Haut (z. B. an den Händen) die Haut austrocknet, was zu Entzündungen und Reizungen führen kann, enthalten ausgereifte Händedesinfektionsmittel hautpflegende Inhaltsstoffe, z. B. Aloe vera, Glycerin, Jojobaöl, Hagebuttenöl usw. Der Emulgiereffekt des Ultraschalls vermischt die verschiedenen Phasen aus Alkohol, Zusätzen, Ölen und Wasser zu einem stabilen und gleichmäßigen Händedesinfektionsmittel.

Herstellung einer Emulsion mit Ultraschall (rotes Wasser / gelbes Öl). Wenige Sekunden Beschallung verwandeln die getrennten Wasser- und Ölphasen in eine feine Emulsion.

Übliche Inhaltsstoffe von Händedesinfektionsmitteln

v65%iger (oder höherprozentiger) Alkohol (für die Wirksamkeit gegen eine Vielzahl von Viren und Bakterien)
• hautpflegende Inhaltsstoffe wie Öle, Aloe vera, Glycerin usw.
• Wasser (z. B. destilliertes oder steriles Wasser)
• Emulgator / Tensid
• optional Verdickungsmittel (z. B. Xanthan), Schaumbildner, Duftstoffe, Sporizide (z. B. Wasserstoffperoxide zur Beseitigung bakterieller Sporen)

Wirksame Händedesinfektionsmittel gegen COVID-19

Hygiene und insbesondere Händehygiene ist ein wichtiger Faktor, um die Ausbreitung des Coronavirus 2 des schweren akuten respiratorischen Syndroms (SARS-CoV-2) zu verhindern, das die Erkrankung COVID-19 verursacht. Während gründliches Händewaschen mit Wasser und Seife nach Möglichkeit empfohlen wird, sind Händedesinfektionsmittel eine zuverlässige Alternative, insbesondere wenn Händewaschen mit Wasser und Seife nicht möglich ist.
Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt zwei Formulierungen alkoholbasierter Desinfektionsmittel, deren Wirksamkeit gegen das Coronavirus SARS-CoV-2 in Tests nachgewiesen wurde. Wissenschaftler aus Deutschland und der Schweiz haben die Wirksamkeit der Desinfektionsmittelformulierungen gegen SARS-CoV-2 getestet und bestätigt.
Desinfektionsmittelformulierung Nr. 1:

• Ethanol – 80% nach Volumen (vol/vol)
• Glycerin (auch als Glycerol bekannt) – 1,45% vol/vol
• Wasserstoffperoxid – 0,125% vol/vol

Desinfektionsmittelformulierung Nr. 2:

• Isopropanol (auch als 2-Propanol oder Isopropylalkohol bekannt) – 75% vol/vol
• Glycerin – 1,45% vol/vol
• Wasserstoffperoxid – 0,125% vol/vol

Beide oben genannten Händedesinfektionsmittelformulierungen inaktivieren das Virus bei gründlicher Anwendung nach einer Einwirkzeit von 30 Sekunden ausreichend. Das Mischen der oben genannten Formulierungen kann mit einem Ultraschall-Chargen- oder Inline-System erfolgen.

Hochleistungs-Ultraschallgeräte

Hielscher Ultrasonics ist ein Hersteller mit langjähriger Erfahrung im Bereich leistungsstarker Ultraschallgeräte für Anwendungen, bei denen verschiedene Flüssig-Flüssig- oder Flüssig-Feststoff-Gemische gemischt, vermengt und gerührt werden.
Für die lebensmittel- und pharmagerechte Verarbeitung von Händedesinfektionsmitteln im industriellen Maßstab sind Hochleistungs-Ultraschallanlagen erforderlich, um große Volumina in einer Ultraschall-Chargenanlage oder einem kontinuierlichen Durchflusssystem zu verarbeiten. Hielscher Ultrasonics ist ein bewährter Anbieter mit langjähriger Erfahrung im Bereich leistungsstarker Ultraschallmischanlagen, die weltweit in Produktionsanlagen der Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik- und Körperpflegeindustrie integriert sind.
Die ausgereiften Ultraschallgeräte von Hielscher Ultrasonics lassen sich präzise steuern und geben dem Bediener die volle Kontrolle über wichtige Prozessparameter wie Amplitude, Druck, Temperatur und Beschallungsdauer. Dadurch lässt sich der Beschallungsprozess optimieren und besonders effizient und wirtschaftlich gestalten.
Das umfangreiche Zubehörangebot, darunter Sonotroden, Amplitudenverstärker, Durchflusszellenreaktoren und weitere Ergänzungen, ermöglicht es, das Ultraschallmischsystem gezielt auf die zu verarbeitenden Inhaltsstoffe und die angestrebte Produktionsleistung abzustimmen.

Überwachung des Ultraschallprozesses

Alle digitalen Ultraschallgeräte von Hielscher – vom Laborgerät bis zur Industrieanlage – sind mit einer intelligenten Software ausgestattet, mit der sich der Ultraschallprozess einfach und präzise steuern, überwachen und überprüfen lässt. Amplitude, Energieeintragsgrenze, Pulszyklen und Beschallungsdauer können über die benutzerfreundliche Software voreingestellt werden. Über das Farb-Touchdisplay ist das Menü leicht zugänglich und intuitiv bedienbar. Die Browser-Fernsteuerung ermöglicht es dem Bediener, das Ultraschallsystem aus der Ferne zu bedienen und zu überwachen.
Alle wichtigen Ultraschallprozessdaten (wie Amplitude, Temperatur, Druck, Nettoenergie, Gesamtenergie, Uhrzeit und Datum) werden automatisch auf einer integrierten SD-Karte gespeichert. Die automatische Datenprotokollierung wird in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie sehr geschätzt, da sie es dem Lebensmittelhersteller ermöglicht, die Verarbeitungsbedingungen jeder beschallten Charge zu überprüfen. Dies ermöglicht die Standardisierung von Prozessen, eine gleichbleibend hohe Produktqualität und die Umsetzung der Guten Herstellungspraxis (GMP).

Ultraschallgeräte für den industriellen Einsatz

Die industriellen Ultraschallprozessoren von Hielscher Ultrasonics können sehr hohe Amplituden erzeugen. Amplituden von bis zu 200µm lassen sich problemlos im kontinuierlichen 24/7-Betrieb aufrechterhalten. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Ultraschallanlagen von Hielscher ermöglicht den 24/7-Betrieb unter hoher Belastung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Anhaltspunkt für die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte: