Hielscher – Technologie Ultrasons

Génération des Émulsions par Cavitation Ultrasonique

Une large gamme de produits intermédiaires et de consommation, tels que les cosmétiques et les lotions pour la peau, les onguents pharmaceutiques, les vernis, les peintures, les lubrifiants et les carburants sont à base d'émulsions en tout ou en partie. Hielscher fabrique les plus grands processeurs ultrasoniques liquides industriels au monde pour l'émulsification efficace de grands volumes de liquides dans les usines de production.

En laboratoire, le pouvoir émulsifiant des ultrasons est connu et appliqué depuis longtemps. La vidéo ci-dessous montre l'émulsification de l'huile (jaune) en eau (rouge) en utilisant un appareil de laboratoire UP400S.

Systèmes composés de plusieurs processeurs ultrasoniques jusqu'à 16.000 watts chacun, fournir la capacité nécessaire pour traduire cette application de laboratoire en une méthode de production efficace pour obtenir des émulsions finement dispersées en flux continu ou en lot. – obtenant des résultats comparables à ceux des meilleurs homogénéisateurs haute pression disponibles aujourd'hui, tels que la nouvelle vanne à orifice. En plus de cette haute efficacité dans l'émulsification continue, les appareils à ultrasons Hielscher nécessitent très peu d'entretien et sont très faciles à utiliser et à nettoyer. L'échographie permet en fait le nettoyage et le rinçage. La puissance ultrasonique est réglable et peut être adaptée à des produits particuliers et aux exigences d'émulsification. Des réacteurs spéciaux à cellules à circulation répondant aux exigences avancées CIP (nettoyage sur place) et SIP (stérilisation sur place) sont également disponibles.

Les émulsions sont des dispersions de deux ou plusieurs liquides non miscibles. Les ultrasons à haute intensité fournissent la puissance nécessaire pour disperser une phase liquide (phase dispersée) en petites gouttelettes dans une seconde phase (phase continue). Dans la zone de dispersion, l'implosion de bulles de cavitation provoque des ondes de choc intenses dans le liquide environnant et entraîne la formation de jets liquides à grande vitesse.

Afin de stabiliser les gouttelettes nouvellement formées de la phase dispersée contre la coalescence, des émulsifiants (substances tensioactives, surfactants) et des stabilisants sont ajoutés à l'émulsion. Comme la coalescence des gouttelettes après l'interruption influence la distribution finale de la taille des gouttelettes, des émulsifiants stabilisants efficaces sont utilisés pour maintenir la distribution finale de la taille des gouttelettes à un niveau égal à la distribution immédiatement après l'interruption dans la zone de dispersion des ultrasons. Les stabilisateurs conduisent en fait à une meilleure rupture des gouttelettes à densité d'énergie constante.

Des études sur des émulsions huile dans l'eau (phase aqueuse) et eau dans l'huile (phase huileuse) ont montré la corrélation entre la densité énergétique et la taille des gouttelettes (par ex. diamètre Sauter). Il existe une nette tendance à la réduction de la taille des gouttelettes à l'augmentation de la densité énergétique (cliquez à droite de l'image). À des niveaux de densité énergétique appropriés, les ultrasons peuvent très bien atteindre une taille moyenne de gouttelettes inférieure à 1 micron (microémulsion).

Hielscher propose une large gamme d'appareils à ultrasons et d'accessoires pour l'émulsification et la dispersion efficaces des liquides.

  • Appareils de laboratoire à ultrasons jusqu'à 400 watts permettent de préparer facilement les émulsions dans les éprouvettes, Navires Eppendorfdes béchers ou des cellules d'écoulement. Ces appareils sont principalement utilisés pour la préparation d'échantillons ou les études de faisabilité initiales et sont disponibles à la location.
  • 500 et 1,000 et 2,000 watts comme les processeurs à ultrasons UIP1000hdT set avec cellule de mesure de débit et divers klaxons et sonotrodes d'appoint peuvent émulsifier de plus grands débits. De tels appareils sont utilisés pour l'optimisation des paramètres (comme l'amplitude, la pression de service, le débit, etc.) à l'échelle du banc ou de l'installation pilote.
  • Processeurs à ultrasons industriels en 2, 4, 10 et 16kW et des grappes plus importantes de plusieurs de ces unités peuvent traiter des flux de volume de production à presque tous les niveaux.

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Littérature

Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence de la viscosité en phase continue sur l'émulsification par ultrasons, in : Ultrasons Sonochemistry 7 (2000) 77-85.

Behrend, O., Schubert, H. (2001) : Influence de la pression hydrostatique et de la teneur en gaz sur l'émulsification ultrasonore continue, in : Ultrasons Sonochemistry 8 (2001) 271-276.

Hielscher, T. (2005) : Production ultrasonique de dispersions et d'émulsions de taille nanométriquepo, po, po Actes de la Conférence européenne sur les nanosystèmes ENS’05.

Landfester, K. (2001) : The Generation of Nanoparticles in Miniemulsions ; in : Matériaux Avancés 2001, 13, No 10, 17 mai. Wiley-VCH.