Emulsioon koosneb kahest segunematust vedelikust, mis on üksteises peeneks dispergeeritud. Õlis vees olevate emulsioonide puhul segatakse õline faas (dispergeeritud faas) ühtlaselt vesifaasi (pidev faas). Ultraheli emulgaatorid on hästi välja kujunenud õli-vees emulsioonide ja nanoemulsioonide valmistamiseks. Ultraheli emulsioonid paistavad silma ühtlase tilkade dispersiooni ja pikaajalise stabiilsusega, mida seetõttu kasutatakse laialdaselt laborites ja tööstuses.

Ultraheli õli-vees emulsioonid

Õli-vees (O/ W) emulsioone kasutatakse laialdaselt paljudes tarbekaupades, nagu toit, joogid, kosmeetika, farmaatsiatooted jne, samuti tööstuses (nt materjaliteadus, polümeerid, värvid, katted, peen keemia jne).

Vees sisalduva õli emulsiooni määratlus

Õli-vees emulsioon on segu, milles vees või muus vesivedelikus on dispergeeritud õline faas. Väikesed tilgad õli on peeneks hajutatud vee faasis (pidev faas), et luua see õli-vees emulsioon. Kui õli (hajutatud faas) on dispergeeritud vees (pidev faas), on see õli-vees emulsioon; kui veetilgad lisatakse õline pidev faas, seda nimetatakse vee-õli emulsioon.
Õli-vees emulsioonide puhul sõltub saadud emulsiooni kvaliteet preparaadist (õli/vee suhe, emulgeeriv aine) ja emulgeerimistehnikast. Ultraheli emulgaatorid kasutavad akustilist kavitatsiooni, mida iseloomustavad intensiivsed nihkejõud ja turbulentsid vedelikus. Need väga intensiivsed jõud katkestavad kaks segunematut vedelat faasi minutilisteks tilkadeks ja segavad need omavahel ühtlaselt. Ultraheli emulgeerimine võib kergesti genereerida nano suurusega osakesi, mille tilkade suurus on kuni 10nm. Väga väike tilkade suurus ja ultraheliga valmistatud emulsioonide homogeenne, ühtlane tilkade suuruse jaotus muudab ultrahelitöötluse eelistatud emulgeerimistehnikaks.
 

Kõver on ultraheli dispergeeritud õli-vees nanoemulsiooni nano-skaala tilkade jaotus. See ultraheli emulsioon koosneb piparmündi eeterlikust õlist, mis on emulgeeritud pidevas veefaasis.

Ultraheli emulgeerimise eelised

Ultraheli emulgeerimine paistab silma teiste emulgeerivate tehnikatega, nagu kõrgsurve homogeniseerimine, kõrge nihkega segamine ja mikrofluidization tõhususe abil, nano-droplets'ide järjekindel tootmine, kõrge emulsiooni stabiilsus ja võime ravida mis tahes mahtu väikestest torudest ja keeduklaasidest suurte sse vooludesse.
Näiteks Li ja Xiang (2019) näitasid oma võrdlevas uuringus kõrgsurve homogeniseerimise ja ultraheli emulgeerimise kohta, et ultraheli saagikus ühtlasematel stabiilsetel emulsioonidel. Kookosõli-vees emulsioonide liitmine ilmnes alles pärast kõrgsurve homogeniseerimist, samas kui ultraheli emulgeerimise teel valmistatud emulsioon püsis 30-päevase ladustamise ajal stabiilsena.
Võrreldes mechanial agitatsioon, emulsioonid valmistatud ultraheli tehnikat leiti olevat stabiilsem pikema aja jooksul võrreldes emulsioonid valmistatud mehaaniline agitatsioon, mida saab seostada väike tilga suurus, mis on termodünaamiliselt stabiliseeritud. Ultraheli tehnika annab stabiilsemad emulsioonid kui tavaline mehaaniline agitatsioon meetod. (vt Ramisetty ja Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) näitab oma uuringus, et ultraheli emulgeerimine andis järjepidevalt submikroni emulsioone (vähem kui 200 nm). Kuid nano-emulsioonid ühtlase tilga suurusega 10nm on lihtne ja usaldusväärselt võimalik saavutada optimeeritud tingimustes. Ultraheli toodetud emulsioonide tilga suurus on töötlemise aja ja ultraheli amplituudi funktsioon nii partii kui ka pideva töötlemise jaoks.

Õli-vees (O/ W) emulsiooni ultraheli ettevalmistamine (punane vesi / kollane õli). Paar sekundit ultrahelitöötlust muudavad eraldi vee/õli faasid peeneks emulsiooniks.

Ultraheli emulgeerimise tööpõhimõte

Emulsioonide ja nanoemulsioonide (nt õli-vees ja vees õlis emulsioonid) ultraheli tootmine põhineb akustilise kavitatsiooni tööpõhimõttel. Akustilise kavitatsiooni loomiseks genereerib ultraheliandur suure intensiivsusega, madala sagedusega ultraheli ultraheli ja edastatakse ultraheli sarve ja sondi (sonotrode) kaudu vedelikku. Suure võimsusega ultraheli peetakse ultraheli vahemikus 16-30kHz. Ultrahelisond laieneb ja sõlmib näiteks 20kHz juures, edastades seeläbi vastavalt 20 000 vibratsiooni sekundis keskkonda. Kui ultraheli lained liiguvad läbi vedeliku, vahelduva kõrgsurve (kompressiooni) / madalrõhk (harvfaction / laienemine) tsüklid luua minut õõnsused (vaakum mullid), mis kasvavad mitme rõhu tsüklit. Vedeliku ja mullide survefaasis on rõhk positiivne, samas kui haruldane faction faas tekitab vaakumi (negatiivne rõhk). Survepaisumistsüklite ajal kasvavad vedelikuõõnsused, kuni nad jõuavad suuruseni, kus nad ei suuda rohkem energiat neelata. Sel hetkel, nad põlgavad vägivaldselt. Nende õõnsuste implosion põhjustab mitmesuguseid väga energilisi efekte, mida tuntakse akustilise / ultraheli kavitatsiooni nähtusena. Akustilist kavitatsiooni iseloomustavad mitmesugused väga energilised mõjud, mis mõjutavad vedelaid, tahkeid-vedelaid ja gaasivedelikke. Energiatihe tsoon või kavitatsioonitsoon on tuntud kui nn kuumkohttsoon, mis on ultraheli sondi vahetus läheduses kõige energiatihedam ja väheneb üha kaugemal sonotrode' st. Ultraheli kavitatsiooni põhiomadused on lokaalselt esinevad väga kõrged temperatuurid ja rõhud ning vastavad erinevused, turbulentsijad ja vedeliku voogesitus. Ultraheli õõnsuste implosionultraheli kuum-täpides on mõõta temperatuuri kuni 5000 Kelvinit, rõhku kuni 200 atmosfääri ja vedelaid joad kuni 1000km / h. Need silmapaistvad energiapingelised tingimused aitavad kaasa sonomehaanilistele mõjudele, mis intensiivistavad protsesse väga tõhusa segamise, hajutamise ja emulgeerimise teel. Ultraheli nihkejõud, vedeliku voogesitus ja turbulentsid häirivad tilgad ja segab neid üksteisega ühtlaselt. Suure jõudlusega ultrahelitoodab usaldusväärselt nano-tilgad ühtlase suuruse jaotusega. See muudab ultraheli emulgeerimise eelistatud meetodiks, et valmistada õli-vees emulsioone / nanoemulsioone kõrge emulsiooni stabiilsuse ja säilivusajaga.

Ultraheli intensiivsuse mõju emulsiooni kvaliteedile

Emulsiooni kvaliteeti iseloomustab peamiselt selle stabiilsus. Emulsiooni stabiilsus omakorda on tilkasuuruse jaotumise ja emulsiooni koostise tegur.
Ultraheli intensiivsus, st amplituud ja ultrahelitöötluse kestus, on olulised tegurid, mis mõjutavad saadud emulsiooni kvaliteeti.
Teadusuuringutes on ultraheli emulgeerimine jagatud kahte faasi: esimese sammu ajal esineb interfacial waves'i ja Rayleigh-Taylori ebastabiilsuse kombinatsioon, mis põhjustab hajutatud faasi tilkade puhkemist pidevasse faasi.
Teises etapis lagundatakse tilgad akustilise kavitatsiooni kaudu tilkade piirfaaside lähedal. Kavitatsiooniliste lööklainete põhjustatud piiskade katkemise ja segunemise intensiivsed mõjud tekitavad väga väikeseid tilkade suurusi. Ultraheli intensiivsus, amplituud ja ultrahelitöötluse aeg vastutavad kavitatsiooni saadud mõju ja seeläbi kõige mõjukamate parameetrite eest peene suurusega emulgeerimise osas. Hielscher Ultrasonics tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudi. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 töös. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid.

Suure jõudlusega ultraheli emulgaatorid

Ultraheli emulgeerimine on usaldusväärne töötlemistehnoloogia, mis hõlbustab ja kiirendab kvaliteetsete emulsioonide tootmist submikroni ja nanosuurusega tilkadega. Hielscher Ultrasonics portfell hõlmab kogu valikut kompaktstest labori ultrasonicators tööstussüsteemide emulgeerimise rakendusi. See võimaldab meil Hielscheris pakkuda teile kõige sobivamat ultrasonicator oma kavandatud emulsiooni kvaliteedi ja protsessi võimsust. Meie kauaaegne kogenud personal aitab teil teostatavustest ja protsessi optimeerimisest kuni teie ultraheli süsteemi paigaldamiseni lõpptootmise tasemel.
Meie ultraheli ekstraktorite väike jalajälg ja nende mitmekülgsus paigaldusvõimalustes muudavad need sobivaks isegi väikese ruumi töötlemisrajatistesse. Ultraheli protsessorid paigaldatakse kogu maailmas toidu- ja farmaatsiatoodete tootmisrajatistesse.

Hielscher ULTRASONICS – Keerukad emulgatsioonisüsteemid

Hielscher Ultrasonics tooteportfell hõlmab kõiki suure jõudlusega ultraheli emulgaatoriid väikestest suurtesse. Täiendavad tarvikud võimaldavad emulgeerimise protsessi jaoks kõige sobivama ultraheli seadme konfiguratsiooni hõlpsat kokkupanemist. Optimaalne ultraheli seadistus sõltub kavandatud võimsusest, mahust, toorainest, partiist või tekstisisesest protsessist ja ajaskaalast.

Partii ja inline

Hielscheri ultraheli emulgaatoriid saab kasutada partii ja pideva läbivoolu töötlemiseks. Ultraheli pakktöötlus on ideaalne protsessi testimiseks, optimeerimiseks ja väikeseks kuni keskmise suurusega tootmistasemeks. Suure hulga emulsioonide tootmiseks võib inline töötlemine olla kasulikum. Pidev inline segamine nõuab keerukat setup – koosneb pump, voolikud või torud ja mahutid -, kuid see on väga tõhus, kiire ja nõuab oluliselt vähem tööd. Hielscher Ultrasonics on kõige sobivam emulgeerimine setup oma emulsiooni maht ja protsessi eesmärke.

Ultraheli sondid ja reaktorid emulgeerimiseks igas suuruses

Hielscher Ultrasonics tootevalik hõlmab kogu ultraheli protsessorite spektrit kompaktsetest labori ultrasonicators üle pink-top ja pilootsüsteemid täielikult tööstuslik ultraheli protsessorid võime gaaskoormus tunnis. Kogu tootevalik võimaldab meil pakkuda teile kõige sobivamat ultraheli emulgaatorit teie protsessi võimsuse ja tootmise sihtmärkide jaoks.
Ultraheli pinktop süsteemid on ideaalne teostatavuse testimiseks ja protsessi optimeerimiseks. Lineaarne mastaabisääst, mis põhineb väljakujunenud protsessi parameetritel, muudab töötlemisvõimsuse suurendamise väiksematelt partiidelt täielikult kaubanduslikuks tootmiseks. Up-scaling saab teha, paigaldades võimsama ultraheli ekstraktor üksuse või klasterdades mitu ultrasonicators paralleelselt. UIP16000-ga pakub Hielscher kõige võimsamat ultraheli emulgaatorit kogu maailmas.

Täpselt kontrollitav amplituudid optimaalsete tulemuste saavutamiseks

Kõik Hielscheri ultrasonicators on täpselt kontrollitavad ja seega usaldusväärsed tööhobused tootmises. Amplituud on üks olulisi protsessi parameetreid, mis mõjutavad ultraheli emulgeerimise tõhusust ja tõhusust Amplituud on oluline tegur, mis mõjutab otsustavalt ultraheli emulgeerimise kvaliteeti. Kõik Hielscher Ultrasonics protsessorid võimaldavad amplituudi täpset seadistamist. Sonotrodes ja võimendussarved on tarvikud, mis võimaldavad amplituudi muuta veelgi laiemas vahemikus. Hielscheri tööstuslikud ultraheli protsessorid võivad pakkuda väga kõrgeid amplituudid ja pakkuda vajalikku ultraheli intensiivsust nõudlike rakenduste jaoks. Amplituudid kuni 200 μm saab hõlpsasti pidevalt käivitada 24/7 töös.
Täpsed amplituudi seaded ja ultraheli protsessi parameetrite püsiv jälgimine nutika tarkvara kaudu annavad teile võimaluse ravida oma emulsiooni kõige tõhusamate ultraheli tingimustega. Optimaalne ultrahelitöötlus parimate emulgatsioonitulemuste jaoks!
Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus võimaldab 24 / 7 tööd raskeveokite ja nõudlikes keskkondades. See muudab Hielscheri ultraheli seadmed usaldusväärseks töövahendiks, mis vastab teie emulgeerimise nõuetele.

Lihtne, riskivaba testimine

Ultraheli protsessid võivad olla täiesti lineaarsed. See tähendab, et iga tulemus, mille olete saavutanud labori või pink-top ultrasonicator abil, saab skaleerida täpselt sama väljundini, kasutades täpselt samu protsessi parameetreid. See muudab ultraheli ideaalseks riskivaba teostatavuse testimiseks, protsessi optimeerimiseks ja hilisemaks rakendamiseks kaubanduslikuks tootmiseks. Võtke meiega ühendust, et teada saada, kuidas ultrahelitöötlus võib parandada teie emulsiooni tootmist.

Kõrgeim kvaliteet – Projekteeritud ja valmistatud Saksamaal

Pereettevõttena ja pereettevõttena seab Hielscher oma ultraheli protsessorite kõrgeimad kvaliteedistandardid esikohale. Kõik ultrasonicators on projekteeritud, valmistatud ja põhjalikult testitud meie peakorter Teltow lähedal Berliinis, Saksamaa. Hielscheri ultraheli seadmete töökindlus ja usaldusväärsus muudavad selle teie tootmises tööhobuseks. 24/7 töö täiskoormusel ja nõudlikes keskkondades on Hielscheri kõrgefektiivsete mikserite loomulik omadus.

Alljärgnev tabel annab teile ülevaate meie ultrahelihitiste ligikaudse töötlemisvõimsusest: