Emulsio koostuu kahdesta jäljittelemätöntä nestettä, jotka hajoavat hienoksi toisiinsa. Öljy-in-vesiemulsikoissa öljyinen faasi (dispergoitu faasi) sekoittuu tasaisesti vesivaiheeseen (jatkuva faasi). Ultraääni-emulgointikoneet ovat vakiintuneita valmistamaan öljy-vedessä-emulsiot ja nanoemulsiot. Ultraääniemulsiot loistavat tasaisella pisaran dispersiolla ja pitkäaikaisella vakaudella.

Ultraääniöljy-vedessä emulsiot

Öljy-vesi-emulsiot (O/W) emulsiot ovat laajalti käytössä monissa kulutustuotteissa, kuten elintarvikkeissa, juomissa, kosmetiikassa, lääkkeissä jne., sekä teollisuudessa (esim. materiaalitiede, polymeerit, maalit, pinnoitteet, hieno kemia jne.).

Määritelmä Öljy vedessä Emulsio

Öljy-vedessä-emulsio on seos, jossa öljyinen faasi hajoaa veteen tai toiseen vesiseen nesteeseen. Pienet öljypisarat hajotetaan hienoksi vesivaiheessa (jatkuva faasi) tämän öljy-vedessä-emulsion luomiseksi. Jos öljy (dispergoitunut faasi) leviää veteen (jatkuva faasi), se on öljy-vedessä-emulsio; jos vesipisaroja lisätään öljyisen jatkuvaan vaiheeseen, sitä kutsutaan öljyssä olevana emulsiona.
Öljy-vesi-emulsion valmistamiseksi tuloksena oleva emulsiolaatu riippuu formulaatiosta (öljy:vesi-suhde, emulgointiaine) ja emulgointitekniikasta. Ultraääni-emulgointiaineet luovat akustista kavitaatiota, mikä johtaa voimakkaisiin korkea leikkausvoimiin ja turbulenssiin nesteessä. Nämä erittäin voimakkaat voimat häiritsevät kahta sekoittumatonta nestevaihetta minuuttipisaroiksi ja sekoittavat ne tasaisesti toisiinsa. Ultraääniemulgointi voi helposti tuottaa nanokokoisia hiukkasia, joiden pisarakoot ovat 10nm. Hyvin pieni pisarakoko ja ultraäänellä valmistettujen emulsikoiden homogeeninen, jopa pisarakokoinen jakautuminen muuttaa sonikoinnin ensisijaiseksi emulgointitekniikaksi.

Ultraääniemulsauksen edut

Ultraääniemulgointi on erinomaista muille emulgointitekniikoille, kuten korkeapainehomorgenisointi, korkea leikkaussekoitus ja mikrofluidisointi tehokkuudella, nanopisarojen johdonmukainen tuotanto, korkean emulsion stabiilisuus ja kyky käsitellä mitä tahansa tilavuutta pienistä putkista ja nokkakka-askelista suuriin virroihin.
Esimerkiksi Li ja Xiang (2019) osoittivat vertailevassa tutkimuksessaan korkeapainehomugenisaatiosta ja ultraääniemulsiikasta, että ultrasonication tuottaa tasaisempia, vakaampia emulsioja. Kookosöljyn vedessä olevien emulsikoiden aggregaatio ilmestyi vasta korkeapaineisen homogenisaation jälkeen, kun taas ultraääniemulgoinnin tekemä emulsio pysyi vakaana 30 päivän varastoinnin ajan.
Mekaniaaliseen kiihtymykseen verrattuna ultraäänitekniikalla valmistettujen emulsiot todettiin vakaammiksi pidemmäksi aikaa verrattuna mekaanisella kiihtymyksen avulla valmistettuihin emulsioon, jotka johtuvat pienestä pisarakoosta, joka on termodynaamisesti stabiloitu. Ultraäänitekniikka antaa vakaampia emulsioita kuin perinteinen mekaaninen kiihtymysmenetelmä. (vrt. Ramisetty ja Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) osoittaa tutkimuksessaan, että ultraääniemulgointi tuotti johdonmukaisesti submikroniemulsiot (alle 200 nm). Nanoemulsiot, joiden pisarakoko on tasainen 10nm, voidaan kuitenkin saavuttaa helposti ja luotettavasti optimoiduissa olosuhteissa. Ultraäänellä tuotettujen emulsikoiden pisarakoko on käsittelyajan ja ultraäänia amplituditoiminnon funktio sekä erä- että jatkuvalle käsittelylle.

Ultraääniemulgisaamisen toimintaperiaate

Emulsioiden ja nanoemulsioiden ultraäänituotanto (kuten öljy-in-vesi- ja vesi-öljyemulsiot) perustuu akustisen kavitoinnin toimintaperiaatteeseen. Akustisen kavitoinnin luomiseksi korkea-intensiteetti, matalataajuinen ultraääni syntyy ultraäänianturista ja välitetään ultraäänisarven ja anturin (sonotrode) kautta nesteeksi. Suuritehoista ultraääniä pidetään ultraäänenä 16-30kHz: n alueella. Ultraäänianturi laajenee ja urakoi esimerkiksi 20kHz:n taajuudella ja lähettää siten 20 000 värähtelyä sekunnissa väliaineeseen. Kun ultraääniaallot kulkevat nesteen läpi, vuorotellen korkeapaineiset (puristus) / matalapaineiset (harvinaiset / laajenevat) syklit luovat minuuttionteloita (tyhjiökuplia), jotka kasvavat useissa painesykleissä. Nesteen ja kuplien puristusvaiheen aikana paine on positiivinen, kun taas harvinainen rasvausvaihe tuottaa tyhjiön (negatiivinen paine). Puristus-paisuntasyklien aikana nesteen ontelon onteloiden ontuessa, kunnes ne saavuttavat koon, jossa ne eivät voi imeä lisää energiaa. Tässä vaiheessa ne luhistuvat väkivaltaisesti. Näiden onteloiden luhistuminen johtaa erilaisiin erittäin energisiin vaikutuksiin, jotka tunnetaan akustisen / ultraäänikavitaatioilmiönä. Akustiselle kavitaatiolle on ominaista jakoputkien erittäin energiset vaikutukset, jotka vaikuttavat neste-neste-, kiinteä-neste- ja kaasunestejärjestelmiin. Energiatiheä vyöhyke tai kavitaatiovyöhyke tunnetaan niin kutsuttuna hot spot -vyöhykkeenä, joka on energiatihein ultraäänianturin välittömässä läheisyydessä ja laskee kasvavan etäisyyden päässä sonotrodista. Ultraäänikavitaatioiden pääpiirteitä ovat paikallisesti esiintyvät erittäin korkeat lämpötilat ja paineet sekä vastaavat eroavaisuuksiin, turbulenssiin ja nesteiden suoratoistoon. Ultraäänionteloiden luhistuessa ultraäänikuumeissa voidaan mitata jopa 5000 Kelvinin lämpötilat, jopa 200 ilmakehän paineet ja nestemäiset suihkut, joissa on jopa 1000 km/ h. Nämä erinomaiset energiaintensiiviset olosuhteet edistävät sonomekaanisia vaikutuksia, jotka tehostavat prosesseja sekoittamalla, hajottamalla ja emulgoimalla erittäin tehokkaasti. Ultraääni leikkausvoimat, nesteiden virtaus ja turbulenssit häiritsevät pisaroja ja sekoittavat ne tasaisesti toisiinsa. Tehokas ultrasonication tuottaa luotettavasti nanopisaroja, joiden kokojakauma on yhtenäinen. Tämä tekee ultraääniemulsioimisesta ensisijaisen menetelmän valmistaa öljy-vedessä-emulsiot / nanoemulsiot, joilla on korkea emulsiostajakauma ja säilyvyysaika.

Ultraääni-intensiteetin vaikutukset emulsiolaatuun

Emulsion laadulle on ominaista pääasiassa sen vakaus. Emulsion stabiilisuus puolestaan on pisarakokojakauman ja emulsiovalmisteen tekijä.
Ultraäänivoimakkuus eli amplitudi ja sonikaatiokesto ovat tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat saadun emulsion laatuun.
Tutkimuksessa ultraääniemulgointi on jaettu kahteen vaiheeseen: Ensimmäisen vaiheen aikana tapahtuu interfacial-aaltojen ja Rayleigh-Taylorin epävakauden yhdistelmä, mikä aiheuttaa hajallaan olevien vaihepisartojen purkautumisen jatkuvaan vaiheeseen.
Toisen vaiheen aikana pisarat hajoavat akustisen kavitoinnin kautta lähellä pisaran rajavaiheita. Kavitaatioshokkiaaltojen aiheuttaman pisarahäiriön ja sekoittumisen voimakkaat vaikutukset tuottavat hyvin pieniä pisarakokoja. Ultraäänivoimakkuus, amplitudi ja sonikaatioaika ovat vastuussa kavitaatiosta saadusta vaikutuksesta ja siten vaikuttavimmista parametreista hienon koon emulgoinnin suhteen. Hielscher Ultrasonics’ teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudit. Jopa 200 μm:n amplitudit voidaan helposti käyttää jatkuvasti 24/7-toiminnassa. Vielä korkeampia amplitudit, räätälöity ultraääni ultraääni sonotrodit ovat saatavilla.

Suorituskykyiset ultraääni-emulgointikoneet

Ultraääniemulgointi on luotettava prosessointitekniikka, joka helpottaa ja nopeuttaa korkealaatuisten emulsikoiden tuotantoa submikronilla ja nanokokoisilla pisarlla. Hielscher Ultrasonics -salkku kattaa koko valikoiman kompaktista laboratorion ultraäänikoneista teollisiin emulgointisovelluksiin. Näin voimme Hielscherillä tarjota sinulle sopivimman ultraääniastian suunniteltuun emulsiolaatuun ja prosessikapasiteettiin. Pitkäaikainen kokenut henkilökuntamme auttaa sinua toteutettavuustesteistä ja prosessien optimoinnista ultraäänijärjestelmän asentamiseen lopulliselle tuotantotasolle.
Ultraääniuuttolaitteidemme pieni jalkapainatus ja niiden monipuolisuus asennusvaihtoehdoissa tekevät niistä sopivia jopa pieniin käsittelylaitoksiin. Ultraääniprosessorit asennetaan maailmanlaajuisesti elintarvikkeiden, lääkkeiden ja ravintolisien tuotantolaitoksiin.

Hielscher Ultrasonics – Kehittyneet emulgointijärjestelmät

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman korkean suorituskyvyn ultraääni-emulgointia pienestä laajaan. Lisätarvikkeet mahdollistavat emulgointiprosessiin sopivimman ultraäänilaitekokoonpanon helpon kokoamisen. Optimaalinen ultraääniasetus riippuu suunnitellusta kapasiteetista, tilavuudesta, raaka-aineista, erä- tai inline-prosessista ja aikajanasta.

Erä ja riviin

Hielscher-ultraääni-emulgointia voidaan käyttää erä- ja jatkuvaan läpivirtauksen käsittelyyn. Ultraäänieräkäsittely on ihanteellinen prosessitestaukseen, optimointiin ja pieneen tai keskikokoiseen tuotantotasoon. Jos emulsioita tuotaan suuria määriä, inline-käsittely voi olla edullisempaa. Jatkuva inline-sekoitusprosessi vaatii hienostuneen asennuksen – koostuu pumpusta, letkuista tai putkista ja säiliöistä - mutta se on erittäin tehokas, nopea ja vaatii huomattavasti vähemmän työvoimaa. Hielscher Ultrasonics on sopivin emulgointi asetus emulsion määrä ja prosessi tavoitteet.

Ultraäänianturit ja reaktorit emulgointiin missä tahansa koossa

Hielscher Ultrasonics -tuotevalikoima kattaa täyden valikoiman ultraäänisuorittajia kompaktista laboratorion ultraäänilaiteista penkki- ja pilottijärjestelmiin täysin teollisiin ultraäänisuorittajiin, joilla on kyky käsitellä kuorma-autokuormia tunnissa. Täyden tuotevalikoiman avulla voimme tarjota sinulle sopivimman ultraääni-emulgointiainnin prosessikapasiteettiisi ja tuotantotavoitteisiisi.
Ultraäänipenkkitop-järjestelmät ovat ihanteellisia toteutettavuustestaukseen ja prosessien optimointiin. Vakiintuneisiin prosessiparametreihin perustuvan lineaarisen skaalauksen ansiosta jalostuskapasiteettia on erittäin helppo lisätä pienemmistä eristä täysin kaupalliseen tuotantoon. Skaalaus voidaan tehdä joko asentamalla tehokkaampi ultraääniuuttoyksikkö tai ryhmittelemällä useita ultraääniastiat rinnakkain. UIP16000:n avulla Hielscher tarjoaa maailman tehokkaimman ultraääni-emulgointiainnin.

Tarkasti ohjattavat amplitudit optimaaliseen tulokseen

Kaikki Hielscher-ultraääniastiat ovat tarkasti hallinnan ja siten luotettavia työhevosia tuotannossa. Amplitudi on yksi ratkaisevista prosessiparametreista, jotka vaikuttavat ultraääniemulsauksen tehokkuuteen ja tehokkuuteen Amplitudi on ratkaiseva tekijä, joka vaikuttaa ratkaisevasti ultraääniemulsauksen laatuun. Kaikki Hielscher Ultrasonics’ prosessorit mahdollistavat amplitudin tarkan asetuksen. Sonotrodes ja booster sarvet ovat lisävarusteita, joiden avulla voidaan muuttaa amplitudi vieläkin laajempi alue. Hielscherin teolliset ultraääniprosessorit voivat tuottaa erittäin korkeita amplitudit ja antaa vaaditun ultraäänivoimakkuuden vaativiin sovelluksiin. Amplitudit jopa 200μm voidaan helposti jatkuvasti ajaa 24 / 7 käyttö.
Tarkat amplitudiasetukset ja ultraääniprosessiparametrien jatkuva seuranta älykkään ohjelmiston avulla antavat sinulle mahdollisuuden hoitaa emulsiota tehokkaimmilla ultraääniolosuhteilla. Optimaalinen sonikaatio parhaan emulgointituloksen saavuttamiseksi!
Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys mahdollistaa 24/7-toiminnan raskaalla työllä ja vaativissa ympäristöissä. Tämä tekee Hielscherin ultraäänilaitteista luotettavan työvälineen, joka täyttää emulgointivaatimukset.

Helppo, riskitön testaus

Ultraääniprosessit voivat olla täysin lineaarisia. Tämä tarkoittaa, että jokainen tulos, jonka olet saavuttanut laboratorion tai penkki-top-ultraäänipuhdistajan avulla, voidaan skaalata täsmälleen samaan lähtöön täsmälleen samoilla prosessiparametreilla. Tämä tekee ultrasonicationista ihanteellisen riskittomaan toteutettavuustestaukseen, prosessien optimointiin ja sen jälkeiseen käyttöönottoon kaupalliseen valmistukseen. Ota yhteyttä ja lue, miten sonikaatio voi parantaa emulsiotuotantoasi.

Korkealaatuisia – Suunniteltu ja valmistettu Saksassa

Perhe- ja perheyrityksenä Hielscher priorisoi ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit. Kaikki ultrasonicators on suunniteltu, valmistettu ja perusteellisesti testattu pääkonttorimme Teltow lähellä Berliiniä, Saksa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät siitä tuotantosi työhevosen. 24/7 käyttö täydellä kuormituksella ja vaativissa ympäristöissä on hielscherin suorituskykyisten sekoittimien luonnollinen ominaisuus.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista: