תחליב על ידי קביטציה קולית

מגוון רחב של מוצרי ביניים וצריכה, כגון קוסמטיקה וקרמים לעור, משחות תרופות, לכה, צבעים ושמנים ודלקים מבוססים באופן מלא או חלקי על תחליבים. Hielscher מייצרת את המעבדים הנוזליים האולטרסוניים התעשייתיים הגדולים בעולם לתחלב יעיל של זרמי נפח גדולים במפעלי הייצור.

תחליב קולי

במעבדה, כוח התחליב של אולטרסאונד ידוע ומיושם במשך זמן רב בשל יתרונות שונים הקשורים הומוגניזציה קולית תחלוב. תחליב קולי אמין מבוסס על שימוש בבדיקות קוליות, מה שנקרא sonotrodes. באמצעות הבדיקה האולטרסונית, אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מוצמד לנוזלים ויוצר קוויטציה אקוסטית. קוויטציה על-קולית או אקוסטית מייצרת כוחות גזירה גבוהים, המספקים את האנרגיה הנדרשת כדי לשבש טיפות גדולות עד לטיפות בגודל ננומטרי. בכך, שני פאזות נוזליות או יותר מעורבבים לתת-מיקרון או ננו-תחליב אחיד.
שימוש בתאי זרימה על-קוליים מאפשר הרחבה ליניארית לייצור תעשייתי של ננו-תחליבים המעבדים זרמים בנפח גדול בזרימה רציפה.
MultiPhaseCavitator: הכנס הייחודי של תא זרימה Hielscher MPC48 הוא אביזר רב עוצמה התואם לכורי תאי זרימה קוליים של Hielscher. באמצעות האינסרט MPC48, הפאזה המפוזרת מוזרקת דרך 48 צינוריות כגדילים נוזליים דקים לאזור החם העל-קולי, שם הפאזה המפוזרת והפאזה הרציפה מעורבבות כטיפות זעירות לננו-תחליב. קרא עוד על תא זרימה קולי להוסיף MPC48!

היתרונות של תחליב קולי

תחליב קולי באמצעות אולטרסוניקטור מסוג בדיקה מציע מספר יתרונות על פני טכניקות תחליב אחרות:

1. יציבות תחליב משופרת: תחליב על-קולי יוצר גודל טיפות קטן יותר ופיזור טיפות אחיד יותר, וכתוצאה מכך יציבות תחליב משופרת וחיי מדף ארוכים יותר. ניתן לייצר טיפות בגודל תת-מיקרוני וננומטרי באופן אמין באמצעות אולטרסאונד חשמלי.
2. התייעלות אנרגטית: תחליב קולי דורש פחות אנרגיה מאשר שיטות תחליב אחרות, מה שהופך אותו תהליך חסכוני יותר באנרגיה.
3. מדרגיות: ניתן להגדיל או להקטין בקלות תחליב קולי בהתאם לנפח הנדרש, מה שהופך אותו לתהליך רב-תכליתי הן ליישומי מעבדה והן ליישומים תעשייתיים.
4. חיסכון בזמן: תחליב קולי יכול להיות תהליך מהיר מאוד, עם תחליבים שנוצרו בתוך שניות עד דקות, בהתאם נוזלים, נפח וציוד.
5. צורך מופחת בחומרים פעילי שטח: תחליב קולי יכול להפחית את הצורך בחומרים פעילי שטח, אשר נדרשים לעתים קרובות כדי לייצב תחליבים. עם זאת, עם גודל טיפה מופחת, שטח הפנים של החלקיק גדל ויותר שטח חייב להיות מכוסה על ידי פעילי שטח. Ultrasonication תואם כמעט כל סוג של פעילי שטח, כולל מתחלבים חלופיים וחדשניים.
6. ייצור חום מינימלי ומבוקר: תחליב קולי הוא תהליך לא תרמי וייצור חום במהלך העיבוד ניתן להימנע או להפחית במידה קטנה. בכך, הסיכון לפירוק תרמי של תרכובות או מרכיבים רגישים מצטמצם.

היתרונות של תחליב קולי באמצעות אולטרסאונד מסוג בדיקה הופכים אותו לבחירה מצוינת עבור תחליב במגוון תחומים, כולל מזון ומשקאות, תרופות, קוסמטיקה, כימיקלים עדינים ודלקים.
קרא עוד על תחליב מיונז קולי!
קרא עוד על הייצור של תחליבים שעווה פרפין באמצעות סוניקציה!
קרא עוד על אמולסיות מים בדיזל המיוצרות באמצעות אולטרסאונד!

הכנה קולית של תחליב שמן במים (O/W) (מים אדומים / שמן צהוב). כמה שניות של סוניקציה הופכות את פאזות המים/שמן הנפרדות לתחליב עדין.

 
 
הסרטון למטה מראה את תהליך התחליב של שמן (צהוב) למים (אדום) באמצעות האולטרסאונד של מעבדת UP400S.

מהו תחליב?
תחליבים הם פיזור של שני נוזלים בלתי ניתנים לערבוב או יותר. אולטרסאונד אינטנסיבי מאוד מספק את הכוח הדרוש לפיזור פאזה נוזלית (פאזה מפוזרת) בטיפות קטנות בשלב שני (פאזה רציפה). באזור הפיזור, בועות קוויטציה מתפוצצות גורמות לגלי הלם אינטנסיביים בנוזל שמסביב וגורמות להיווצרות סילוני נוזל במהירות נוזל גבוהה.

ננו-אמולסיות – יישום כוח עבור Ultrasonicators

ננו-אמולסיות הן תחליבים עם טיפות שגודלן בדרך כלל פחות מ-100 ננומטר. ננו-תחליבים מציעים מספר יתרונות על פני תחליבים קונבנציונליים, כולל תכונות פונקציונליות ייחודיות, יציבות גבוהה יותר, שקיפות וכו '.
Ultrasonication מתחרה טכנולוגיות תחליב מסורתיות, במיוחד כשמדובר היווצרות של nanoemulsions. זאת בשל עקרון העבודה היעיל ביותר ועתיר האנרגיה של אולטרסאונד.

עקרון העבודה של תחליב קולי

תהליכי תחליב קוליים משתמשים בכוחות של קוויטציה אקוסטית. קוויטציה אקוסטית מתייחסת לתופעה של היווצרות, צמיחה וקריסה מתפרצת של בועות קטנות בתווך נוזלי הנתון לגלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה. קריסת בועות אלה יוצרת לחץ מקומי אינטנסיבי ושיפועי טמפרטורה, שיכולים ליצור כוחות גזירה גבוהים, גלי הלם ומיקרו-סילונים שיכולים לפרק חלקיקים גדולים ולהצטבר לחלקיקים קטנים יותר. התמונה משמאל מדגימה קוויטציה על-קולית שנוצרה בבדיקה של העל-קולי UIP1000hdT (1000 וואט) בעמוד זכוכית מלא נוזל.
בתחליב ובננו-תחליב, עוצמת הקוויטציה האקוסטית ממלאת תפקיד קריטי בהקטנת גודל הטיפות בתחליב. הקריסה הנפיצה של בועות הקוויטציה יכולה ליצור כוחות גזירה חזקים שמפרקים טיפות גדולות לקטנות יותר. יתר על כן, שיפועי הלחץ והטמפרטורה המקומיים הנוצרים על ידי הקוויטציה יכולים גם לקדם היווצרות של טיפות חדשות ולייצב את התחליב.
ההיבט הייחודי של קוויטציה אקוסטית הוא יכולתה לספק קלט אנרגיה מקומי ואינטנסיבי למדיום הנוזלי, ללא צורך בלחצים מכניים או תרמיים גבוהים. זה הופך אותו לטכניקה אטרקטיבית עבור ננו-תחליב, מכיוון שהוא יכול להפחית את קלט האנרגיה הדרוש לתהליך התחליב תוך השגת גודל טיפה קטן יותר ופיזור גודל טיפות צר יותר.
בשל כוחות קוליים אלה הניתנים לשליטה מדויקת, קוויטציה אקוסטית היא כלי רב עוצמה עבור תחליב ננו. יכולתו לייצר קלט אנרגיה מקומי ואינטנסיבי מאפשרת לפרק טיפות גדולות יותר היוצרות טיפות תת-מיקרוניות וננומטריות ביעילות גבוהה מאוד.

מחקרים בתחליבים של שמן במים (פאזת מים) ומים בשמן (פאזת שמן) הראו מתאם בין צפיפות האנרגיה לגודל הטיפות (למשל קוטר סאוטר). קיימת נטייה ברורה לגודל טיפות קטן יותר בהגדלת צפיפות האנרגיה (לחץ על גרפיקה ימנית). ברמות צפיפות אנרגיה מתאימות, אולטרסאונד יכול להשיג בקלות ובאמינות גודל טיפות ממוצע בתחום הנאנו.

בדיקות קוליות לתחליב יעיל

Hielscher מציעה מגוון רחב של אולטרסאונד מסוג בדיקה ואביזרים עבור תחליב יעיל ופיזור של נוזלים במצב אצווה וזרימה.
מערכות המורכבות ממספר מעבדים על-קוליים של עד 16,000 וואט כל אחד, מספקות את הקיבולת הדרושה כדי לתרגם יישום מעבדה זה לשיטת ייצור יעילה להשגת תחליבים מפוזרים דק בזרימה רציפה או באצווה – השגת תוצאות דומות לאלה של ההומוגנייזרים הטובים ביותר הזמינים כיום בלחץ גבוה, כגון שסתום הפתח החדש. בנוסף ליעילות גבוהה זו בתחליב מתמשך, מכשירים קוליים Hielscher דורשים תחזוקה נמוכה מאוד והם קלים מאוד לתפעול ולניקוי. האולטרסאונד אכן תומך בניקוי ובשטיפה. הכוח הקולי מתכוונן וניתן להתאים אותו למוצרים מסוימים ולדרישות תחליב. כורי תאי זרימה מיוחדים העומדים בדרישות המתקדמות של CIP (ניקוי במקום) ו-SIP (עיקור במקום) זמינים גם כן.