Ultraschall-Emulgierer

Eine Emulsion ist ein Zweiphasensystem aus zwei nicht-mischbaren Flüssigkeiten, bei dem eine Phase, die sogenannte innere oder dispergierte Phase, als kleine Tröpfchen in die andere, sogenannte äußere oder kontinuierliche, Phase verteilt ist. Um eine Emulsion herzustellen, ist in der Regel ein Energieeintrag in das Zweiphasensystem erforderlich. Es hat sich gezeigt, dass Ultraschall-Scherkräfte hocheffizient sind, um langzeitstabile Emulsionen mit nanoskaligen Tröpfchen und von hoher Qualität herzustellen.

Verbesserte Emulsionsstabilität durch Ultraschall

The ultrasonicator UP200St in a stirred vessel for emulsification of reactants Die physikalischen Effekte des Ultraschalls, welche durch akustische Kavitation hervorgerufen werden, führen zur Aufspaltung von Öl- und Wassertröpfchen und ermöglichen dadurch die Bildung von stabilen O/W- und W/O-Emulsionen mit sehr kleinen Tröpfchengrößen im Mikron- und Nanobereich. Aufgrund der sehr kleinen Tröpfchengröße und der hohen Oberfläche bieten Nanoemulsionen außerordentlich hohe bioaktive Eigenschaften, was für die Herstellung von Nahrungsmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln, Pharmazeutika und Kosmetika wichtig ist. Aufgrund der winzigen Tröpfchengröße kann die bioaktive Verbindung schnell in Zellen eindringen. Auch in der Materialwissenschaft und Industrie sind Nanoemulsionen wichtig für die Herstellung von Hochleistungsbeschichtungen, Lacken, Polymeren und anderen Verbundwerkstoffen. Mit Ultraschall hergestellte Nanoemulsionen sind in der Regel deutlich stabiler als Makroemulsionen und zeigen keine Sedimentation, Koaleszenz oder Ausflockung.

Vorzüge der Ultraschall-Emulgierung

  • Nano- und Mini-Emulsionen
  • Hocheffizient
  • Batch oder kontinuierlich
  • Niedrig- bis zähflüssige Flüssigkeiten
  • Reproduzierbarkeit / Wiederholbarkeit
  • Zuverlässige Technik
  • einfach und sicher anzuwenden

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Ultrasonicators are reliable and efficient tools to produce nanoemulsification

UP400St – 400W-Ultraschallgerät für Öl-in-Wasser (O/W)-Nano-Emulsionen

Dieses Video zeigt den Hielscher-Ultraschallprozessor UP400S bei der Herstellung einer Pflanzenöl-Wasser-Emulsion in Nanogröße.

Emulgieren von Pflanzenöl in Wasser mit dem UP400S

Hocheffiziente Ultraschall-Emulgierung

Taha et al. (2020) kommen in ihrem Übersichtsartikel zu dem Schluss, dass Hochintensitäts-Ultraschall (HIU) "die emulgierenden Eigenschaften von Lebensmittelemulgatoren wie Proteinen und Polysacchariden verbessert und die Stabilität dieser Emulsionen erhöht. Mit HIU hergestellte, durch Protein-Polysaccharid-Komplexe stabilisierte Emulsionen zeigten eine bessere Stabilität gegenüber externen Einflüssen als die durch Einzelkomponenten stabilisierten Emulsionen. Außerdem zeigten mehrere Studien, dass HIU-Homogenisatoren energieeffizienter waren als Hochdruckhomogenisatoren und Mikrofluidisatoren." (Taha et al., 2020)

Einflussfaktoren auf die Emulsionsqualität

  • Durchschnittl. Tröpfchengröße (beeinflusst durch Emulgiertechnik)
  • Tröpfchengrößenverteilung (beeinflusst durch Emulgiertechnik)
  • Viskosität der inneren Phase
  • Viskosität der kontinuierliche Phase
  • Tenside
  • Konzentration der Ölphase
  • pH-Wert der kontinuierlichen Phase
  • Optische Eigenschaften der Emulsion
Ultrasonic nano-emulsification results in nano-enhanced emulsions

Die Ultraschall-Nanoemulgierung wird zur Herstellung von Hochleistungsemulsionen für Hochleistungswerkstoffe, Farben, Lacke, Lebensmittel, Pharma und Kosmetik eingesetzt.

Ultraschallemulgierung mit Hielscher UP200Ht und Sonotrode S26d14

Herstellung einer Öl-in-Wasser (O/W)-Emulsion (rotes Wasser / gelbes Öl) mit Ultraschall. Wenige Sekunden Beschallung mit Ultraschall verwandeln die beiden Phasen aus Wasser und Öl in eine feine Emulsion.

Hochleistungs-Ultraschall-Emulgierer

Hielscher Ultrasonics liefert Hochleistungs-Niederfrequenz-Ultraschallemulgatoren in jedem Maßstab für Forschung, Prozessentwicklung, R&D und die industrielle Produktion von sehr großen Volumenströmen. Unser breites Portfolio bietet den idealen Ultraschallprozessor in jeder Kapazität und für jede Branche.
Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7/365-Betrieb kontinuierlich gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden verfügbar. Alle Prozessparameter können über eine intelligente Software exakt gesteuert und überwacht werden.

Vorteile der Hielscher Ultraschall-Emulgierer

  • für jedes Volumen / jede Produktionskapazität
  • für jede Branche
  • wirkungsvoll und prozessverstärkend
  • für Batch- und Inline-Verarbeitung
  • vielseitig verwendbar
  • energieeffizient
  • einfach und sicher zu bedienen
  • reproduzierbare Ergebnisse
  • linear skalierbar
  • Zuverlässig
  • robust, wartungsarm
  • einfach zu installieren oder nachzurüsten
  • schneller ROI
Ultrasonic reactor FC100L1K-1S with MultiPhaseCavitator InsertMPC48

Ultraschallreaktor mit MultiPhaseCavitator für verbesserte Nano-Emulgierung

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MultiPhaseCavitator – Das Ultraschall-Injektionssystem

InsertMPC48 mit 48 feinen Kanülen, welche die zweite Phase der Emulsion direkt in die Ultraschall-Kavitation Zone einzuspritzenDer MultiPhasenKavitator – MPC48insert – ist ein einzigartiger Einsatz für Hielscher Durchflusszellenreaktoren. Das Design des MultiPhaseCavitators verfügt über 48 feine Kanülen, die die zweite Phase der Emulsion direkt in den Kavitations-Hotspot injizieren. In der Kavitationszone werden die feinen Stränge der eingespritzten zweiten Phase jeweils durch Ultraschallwellen mit einer Frequenz von 20kHz abgetrennt. Das bedeutet, dass die eingespritzte Flüssigkeit durch 20.000 Schwingungshübe pro Sekunde geschnitten wird, wodurch außerordentlich kleine Tröpfchen im Nanobereich entstehen. Die Ultraschallscherung, Stoßwellen und Turbulenzen emulgieren diese kleinen Tröpfchen innerhalb der kontinuierlichen Phase und erzeugen eine hervorragende Nanoemulsion mit hoher Stabilität.

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Unser geschultes und langjährig erfahrenes Team berät Sie gerne bei Ihrer Emulsionsanwendung und empfiehlt Ihnen das passende Ultraschall-Emulgiersystem!

Checkliste für den Kauf eines Ultraschall-Emulgierers, der Ihren Anforderungen entspricht

  • präzise steuerbare Parameter
  • hohe Amplituden
  • Energieeffizienz
  • Batch und Inline
  • linear skalierbar auf jedes Volumen
  • intelligente Software mit programmierbaren Beschallungseinstellungen
  • 24/2/365-Betrieb
  • Robust
  • Sonotroden und Zubehör erhältlich

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
1 bis 500ml 10 bis 200ml/min UP100H
10 bis 2000ml 20 bis 400ml/min UP200Ht, UP400St
0.1 bis 20l 0,2 bis 4l/min UIP2000hdT
10 bis 100l 2 bis 10l/min UIP4000hdT
n.a. 10 bis 100l/min UIP16000
n.a. größere Cluster aus UIP16000

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Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Was ist eine Emulsion? – Definition des Begriffs "Emulsion"

Eine Emulsion ist ein Fluidsystem, das aus mindestens zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten besteht, wobei eine der Flüssigkeiten in der anderen als kleine Tröpfchen dispergiert ist. Die Phase der kleinen, verteilten Tröpfchen wird als dispergierte oder interne Phase bezeichnet, während die andere Phase als kontinuierliche oder externe Phase bezeichnet wird. Es gibt zwei Haupttypen von Emulsionen, zwischen denen unterschieden wird: Die Öl-in-Wasser (O/W)- und Wasser-in-Öl (W/O)-Emulsionen. Bei der Öl-in-Wasser-Emulsion (O/W) ist die innere Phase ein Öl bzw. eine ölmischbare Flüssigkeit und die äußere Phase ist Wasser oder eine wassermischbare Flüssigkeit. In der Wasser-in-Öl (W/O)-Emulsion ist die innere Phase die wasser-basierte Flüssigkeit, während die äußere Phase die öl-artige Flüssigkeit ist.
Die meisten Emulsionen benötigen einen Emulgator, der auch als Stabilisator oder Tensid bezeichnet wird. Auch die Tröpfchengröße spielt eine entscheidende Rolle bei der Emulsionsstabilität. Je kleiner die Tröpfchengröße ist, desto stabiler ist die Emulsion.


Hielscher Ultrasonics supplies high-performance ultrasonic homogenizers from lab to industrial size.

Hochleistungs-Ultraschall! Die Produktpalette von Hielscher deckt das gesamte Spektrum vom kompakten Labor-Ultraschallgerät über Tischgeräte bis hin zu vollindustriellen Ultraschallsystemen ab.