Emulsifying ultraääni kavitaatio

Laaja valikoima väli- ja kuluttajatuotteita, kuten kosmetiikkaa ja ihovoiteita, lääkevoiteita, lakkoja, maaleja ja voiteluaineita sekä polttoaineita, perustuvat kokonaan tai osittain emulsioihin. Hielscher valmistaa maailman suurimpia teollisia ultraääninesteprosessoreita suurten volyymivirtojen tehokkaaseen emulgointiin tuotantolaitoksissa.

ultraääniemulgointi

Laboratoriossa ultraäänen emulgointivoima on tunnettu ja sitä on sovellettu pitkään johtuen erilaisista eduista, jotka liittyvät ultraäänihomogenisointiin ja emulgointiin. Luotettava ultraääniemulgointi perustuu ultraäänianturien, niin sanottujen sonotrodien, käyttöön. Ultraäänianturin kautta korkean intensiteetin ultraääni kytketään nesteisiin ja luo akustisen kavitaation. Ultraääni- tai akustinen kavitaatio tuottaa suuria leikkausvoimia, jotka tarjoavat tarvittavan energian suurten pisaroiden häiritsemiseksi nanokokoisiin pisaroihin. Siten kaksi tai useampia nestefaaseja sekoitetaan yhtenäiseksi submikroni- tai nanoemulsioksi.

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraäänilaitteet ovat luotettavia ja tehokkaita tuottamaan submikroni- ja nanokokoisia emulsioita.

Ultraäänilaitteet ovat luotettavia ja tehokkaita tuottamaan submikroni- ja nanokokoisia emulsioita.

Ultraääniemulgoinnin edut

Ultraääniemulgointi koetintyyppisellä ultraäänilaitteella tarjoaa useita etuja muihin emulgointitekniikoihin verrattuna:

  1. Parannettu emulsion stabiilisuus: Ultraääniemulgointi luo pienempiä pisarakokoja ja tasaisempaa pisaroiden jakautumista, mikä parantaa emulsion stabiilisuutta ja pidempää säilyvyyttä. Submikroni- ja nanokokoisia pisaroita voidaan tuottaa luotettavasti tehon ultraäänellä.
  2. Energiatehokkuus: Ultraääniemulgointi vaatii vähemmän energiaa kuin muut emulgointimenetelmät, mikä tekee siitä energiatehokkaamman prosessin.
  3. Skaalautuvuus: Ultraääniemulgointia voidaan helposti skaalata ylös tai alas vaaditun tilavuuden mukaan, mikä tekee siitä monipuolisen prosessin sekä laboratorio- että teollisuussovelluksiin.
  4. Aikaa säästävä: Ultraääniemulgointi voi olla erittäin nopea prosessi, jossa emulsiot muodostuvat sekunneista minuutteihin nesteistä, tilavuudesta ja laitteista riippuen.
  5. Vähentynyt pinta-aktiivisten aineiden tarve: Ultraääniemulgointi voi vähentää pinta-aktiivisten aineiden tarvetta, joita tarvitaan usein emulsioiden stabiloimiseksi. Pienemmällä pisarakoolla hiukkasen pinta-ala kuitenkin kasvaa ja pinta-aktiivisen aineen on peitettävä enemmän aluetta. Ultrasonication on yhteensopiva melkein minkä tahansa pinta-aktiivisen aineen kanssa, mukaan lukien vaihtoehtoiset ja uudet emulgointiaineet.
  6. Minimaalinen ja hallittavissa oleva lämmöntuotanto: Ultraääniemulgointi on ei-terminen prosessi, ja lämmöntuotanto käsittelyn aikana voidaan välttää tai vähentää vähäisessä määrin. Näin herkkien yhdisteiden tai ainesosien lämpöhajoamisen riski vähenee.

Kaiken kaikkiaan ultraääniemulgoinnin edut, joissa käytetään koetintyyppistä ultraäänilaitetta, tekevät siitä suositun valinnan emulgointiin useilla aloilla, mukaan lukien ruoka ja juoma, lääkkeet, kosmetiikka, hienot kemikaalit ja polttoaineet.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Ultraäänivalmiste öljy-vedessä (O/W) emulsiosta (punainen vesi / keltainen öljy). Muutaman sekunnin sonikaatio muuttaa erilliset vesi-/öljyvaiheet hienoksi emulsioksi.

 
 
Alla oleva video näyttää öljyn (keltaisen) emulgointiprosessin veteen (punainen) käyttämällä UP400S-laboratorion ultraäänilaitetta.

Tämä video osoittaa Hielscher ultrasonicator UP400S valmistelee nano-kokoinen öljy-in-water emulsio.

Öljyn emulgointi vedessä UP400S:n avulla

Videon pikkukuva

 

Ultrasonication on tehokas emulgointi- ja nano-emulgointitekniikka.Mikä on emulsio?
Emulsioita ovat kahden tai useamman sekoittumattoman nesteen dispersioita. Erittäin voimakas ultraääni tuottaa tarvittavan tehon nestefaasin (dispergoituneen faasin) dispergoimiseksi pienissä pisaroissa toisessa vaiheessa (jatkuva vaihe). Hajotusvyöhykkeessä implantoitavat kavitaatiokuplat aiheuttavat voimakkaita iskuja ympäröivässä nesteessä ja aiheuttavat nestemäisten suihkuttimien muodostumista, joilla on suuri nestevirtaus.
Miniemulsiot, jotka voidaan tehokkaasti luoda ultraäänellä, parantavat polymerointireaktioita.

Miniemulsiot, jotka voidaan tehokkaasti luoda ultraäänellä, parantavat kemiallisia reaktioita. Makroemulsiopolymerointi (a) vs. miniemulsiopolymerointi (b) [Schork et ai. 2005: 136]

Nanoemulsioissa – Tehosovellus ultraäänilaitteille

Nanoemulsiot ovat emulsioita, joissa on pisaroita, joiden koko on tyypillisesti alle 100 nanometriä. Nanoemulsiot tarjoavat useita etuja perinteisiin emulsioihin verrattuna, mukaan lukien ainutlaatuiset toiminnalliset ominaisuudet, parempi stabiilisuus, läpinäkyvyys jne.
Ultrasonication ylittää perinteiset emulgointitekniikat erityisesti nanoemulsioiden muodostumisen osalta. Tämä johtuu ultraäänen erittäin tehokkaasta ja energiaintensiivisestä toimintaperiaatteesta.

Ultraääniemulgoinnin toimintaperiaate

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorUltraääniemulgointiprosessit käyttävät akustisen kavitaatiovoimaa. Akustinen kavitaatio viittaa pienten kuplien muodostumisen, kasvun ja implosiivisen romahtamisen ilmiöön nestemäisessä väliaineessa, joka on altistettu korkean intensiteetin ultraääniaalloille. Näiden kuplien luhistuminen tuottaa voimakkaita paikallisia paine- ja lämpötilagradientteja, jotka voivat luoda suuria leikkausvoimia, iskuaaltoja ja mikrosuihkuja, jotka voivat hajottaa suuret hiukkaset ja agglomeraatit pienemmiksi. Vasemmalla oleva kuva osoittaa ultraäänikavitaatiota, joka on tuotettu ultraäänilaitteen UIP1000hdT (1000 wattia) koettimessa nestemäisellä täytetyllä lasipylväällä.
Emulgointi- ja nanoemulgoitumisessa akustisen kavitaatioiden voimakkuudella on kriittinen rooli emulsiossa olevien pisaroiden koon pienentämisessä. Kavitaatiokuplien implosiivinen romahtaminen voi luoda voimakkaita leikkausvoimia, jotka hajottavat suuremmat pisarat pienemmiksi. Lisäksi kavitaatiosta syntyvät paikalliset paine- ja lämpötilagradientit voivat myös edistää uusien pisaroiden muodostumista ja stabiloida emulsiota.
Akustisen kavitoinnin ainutlaatuinen piirre on sen kyky tarjota paikallista ja voimakasta energiansyöttöä nestemäiseen väliaineeseen ilman suuria mekaanisia tai lämpöjännityksiä. Tämä tekee siitä houkuttelevan tekniikan nanoemulgointiin, koska se voi vähentää emulgointiprosessiin tarvittavaa energiansyöttöä saavuttaen samalla pienemmän pisarakoon ja kapeamman pisarakokojakauman.
Näiden tarkasti hallittavien ultraäänivoimien ansiosta akustinen kavitaatio on tehokas työkalu nanoemulgointiin. Sen kyky tuottaa paikallista ja voimakasta energiansyöttöä mahdollistaa suurempien pisaroiden hajottamisen muodostaen submikroni- ja nanokokoisia pisaroita erittäin korkealla hyötysuhteella.

Vesi-öljyemulsio, joka on tuotettu ultraäänellä (Hielscher Ultrasonics)Tutkimukset öljyllä vedessä (vesifaasi) ja öljyfaasissa (oil phase) emulsioissa ovat osoittaneet korrelaation energiatiheyden ja pisarakoon (esim. Sauterin halkaisijan) välillä. Pientä pisarakokoa on selkeä taipumus lisätä energian tiheyttä (napsauta oikealla grafiikalla). Sopivilla energiatiheystasoilla ultraääni voi helposti ja luotettavasti saavuttaa keskimääräiset pisarakoot nanoalueella.

Ultraäänianturit tehokkaaseen emulgointiin

Hielscher tarjoaa laajan valikoiman koetintyyppisiä ultraäänilaitteita ja lisävarusteita nesteiden tehokkaaseen emulgointiin ja dispergointiin erä- ja läpivirtaustilassa.
Järjestelmät, jotka koostuvat useista ultraääniprosessoreista, joista kukin on enintään 16 000 wattia, tarjoavat kapasiteetin, jota tarvitaan tämän laboratoriosovelluksen kääntämiseen tehokkaaksi tuotantomenetelmäksi hienojakoisten emulsioiden saamiseksi jatkuvassa virtauksessa tai erässä – jolloin saavutetaan vertailukelpoisia tuloksia kuin nykyisten parhaiden korkeapainesuodattimien homogenisaattoreiden, kuten uuden sulkuventtiilin, tulokset. Tämän korkean hyötysuhteen lisäksi jatkuvaan emulgointiin Hielscherin ultraäänilaitteisiin tarvitaan erittäin vähäinen kunnossapito ja ne ovat erittäin helppokäyttöisiä ja puhtaita. Ultraääni tosiasiallisesti tukee puhdistusta ja huuhtelua. Ultraääni teho on säädettävissä ja voidaan sovittaa tiettyihin tuotteisiin ja emulgoitumisvaatimuksiin. Saatavilla ovat myös erityiset virtaussolureaktorit, jotka täyttävät kehittyneet CIP (clean-in-place) ja SIP (sterilize-in-place) vaatimukset.

Teollinen ultraäänihomogenisaattori öljyn ja veden tehokkaaseen emulgointiin. Ultrasonication on erittäin tehokas pitkäaikaisten stabiilien nanoemulsioiden tuotannossa.

MultiSonoReactor MSR-4 on teollinen inline-homogenointireaktori, joka soveltuu (nano)emulgointiprosesseihin, joilla on suuri läpäisykyky.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

erätilavuus Virtausnopeus Suositeltavat laitteet
0.5 - 1,5 ml n.a VialTweeter
1 - 500 ml 10 - 200 ml / min UP100H
10 - 2000 ml 20 - 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
0.1 - 20L 0.2 - 4 l / min UIP2000hdT
10 - 100 litraa 2 - 10 l / min UIP4000hdT
15 - 150L 3-15 l/min UIP6000hdT
n.a 10 - 100 l / min UIP16000
n.a suuremmat klusterin UIP16000

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisä tietoja

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja ultraääniemulgaattoreista, sovelluksista ja hinnasta. Olemme iloisia voidessamme keskustella emulgointiprosessistasi kanssasi ja tarjota sinulle ultraäänijärjestelmän, joka täyttää vaatimuksesi!









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Tämä video osoittaa Hielscher ultraääni prosessori UP400S valmistelee nano-kokoinen kasviöljy-in-water emulsio.

Kasviöljyn emulgointi vedessä UP400S:n avulla

Videon pikkukuva

Ultraääni korkea leikkaus homogenisaattoreita käytetään laboratorio-, penkki-top, pilotti ja teollinen käsittely.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomygenisoijia sovellusten sekoittamiseen, dispersiointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratoriossa, pilotissa ja teollisessa mittakaavassa.



Kirjallisuus / Referenssit

  • Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
  • Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
  • Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
  • Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.
  • F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.

Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Termin määritelmä “Emulsio”

Emulsio on kahden tai useamman sekoittumattoman nesteen, kuten öljyn ja veden, seos.
Emulsiot voivat olla joko öljy vedessä (jossa öljypisarat dispergoituvat veteen) tai vesi öljyssä (jossa vesipisarat dispergoidaan öljyyn). Emulsioita käytetään monissa sovelluksissa, mukaan lukien elintarvikkeet (kuten salaatinkastikkeet ja majoneesi), kosmetiikka (kuten voiteet ja voiteet) ja lääkkeet (kuten rokotteet).
Emulgointiaine toimii vähentämällä emulsiossa olevien kahden sekoittumattoman aineen (kuten öljyn ja veden) välistä pintajännitystä. Tämä vähentää näiden kahden aineen taipumusta erota toisistaan ja antaa niiden muodostaa stabiilin seoksen.

Vakauttavat emulgointiaineet

Yleensä emulsiot vaativat stabilointia emulgointiaineella tai pinta-aktiivisella aineella. Emulgointiaineet ovat amfifiilisiä – ne houkuttelevat sekä vettä että rasva-aineita. Tämä tarkoittaa, että niillä on hydrofiilisiä (vettä rakastavia) ja hydrofobisia (öljyä rakastavia) ominaisuuksia, joiden avulla ne voivat olla vuorovaikutuksessa sekä emulsion öljy- että vesifaasien kanssa. Emulgointiainemolekyylin hydrofiilinen osa kiinnittyy vesimolekyyleihin, kun taas hydrofobinen osa kiinnittyy öljymolekyyleihin.
Ympäröimällä öljypisarat emulgointiainemolekyyleillä emulgointiaine luo pisaroiden ympärille suojakerroksen, joka estää niitä joutumasta kosketuksiin toistensa kanssa ja yhdistymästä (liittymästä yhteen) muodostaen suurempia pisaroita. Tämä auttaa pitämään emulsion vakaana ja estää erottumisen.
Koska pisaroiden koalesenssi häiriön jälkeen vaikuttaa lopulliseen pisaran kokojakaumaan, tehokkaasti stabiloivia emulgointiaineita käytetään pitämään lopullinen pisarakokojakauma tasolla, joka on yhtä suuri kuin jakauma välittömästi pisaran hajoamisen jälkeen ultraäänidispergointivyöhykkeellä. Stabilointiaineet johtavat itse asiassa parempaan pisaran häiriöön vakioenergiatiheydellä.
Esimerkkejä yleisesti käytetyistä emulgointiaineista ovat lesitiini (jota löytyy munankeltuaisista ja soijapavuista), mono- ja diglyseridit, polysorbaatti 80 ja natriumstearoyylilaktylaatti.


Korkean suorituskyvyn ultraäänet! Hielscherin tuotevalikoima kattaa koko spektrin kompaktista laboratorion ultraäänilaitteesta penkki-top-yksiköiden yli täysteollinen ultraäänijärjestelmä.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkealaatuisia ultraäänihomygenisoijia laboratorio että teollisen koon mukaan.


Keskustelemme mielellämme prosessistanne.

Otetaan yhteyttä.