מגוון רחב של מוצרי ביניים ומוצרי צריכה, כגון קוסמטיקה ותחליבי עור, משחות תרופות, לכות, צבעים וחומרי סיכה ודלקים מבוססים במלואם או בחלקם על תחליבים. Hielscher מייצרת את המעבדים הנוזליים האולטרה-סוניים התעשייתיים הגדולים בעולם לתחליב יעיל של זרמי נפח גדולים במפעלי ייצור.

Ultrasonic תחליב

במעבדה, כוח התחליב של אולטרסאונד ידוע ומיושם במשך זמן רב בשל יתרונות שונים הקשורים הומוגניזציה קולית ותחליב. תחליב קולי אמין מבוסס על שימוש של בדיקות קוליות, מה שנקרא sonotrodes. באמצעות הבדיקה הקולית, אולטרסאונד בעוצמה גבוהה מצומד לנוזלים ויוצר קוויטציה אקוסטית. קוויטציה על-קולית או אקוסטית מייצרת כוחות גזירה גבוהים, המספקים את האנרגיה הנדרשת כדי לשבש טיפות גדולות עד לטיפות בגודל ננו. לפיכך, שתי פאזות נוזליות או יותר מעורבבות לתוך תת-מיקרון או ננו-אמולסיה אחידה.

היתרונות של תחליב קולי

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

1. יציבות תחליב משופרת: תחליב אולטראסוני יוצר גדלי טיפות קטנים יותר וחלוקת טיפות אחידה יותר, וכתוצאה מכך יציבות תחליב משופרת וחיי מדף ארוכים יותר. ניתן לייצר באופן אמין טיפות תת-מיקרוניות וטיפות בגודל ננומטרי באמצעות אולטרסאונד כוח.
2. יעילות אנרגטית: תחליב קולי דורש פחות אנרגיה משיטות תחליב אחרות, מה שהופך אותו לתהליך חסכוני יותר באנרגיה.
3. מדרגיות: תחליב קולי יכול להיות מוגדל בקלות למעלה או למטה בהתאם לנפח הנדרש, מה שהופך אותו תהליך רב-תכליתי עבור יישומים מעבדתיים ותעשייתיים כאחד.
4. חיסכון בזמן: תחליב קולי יכול להיות תהליך מהיר מאוד, עם תחליבים הנוצרים תוך שניות עד דקות, בהתאם לנוזלים, 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 ושטח גדול יותר חייב להיות מכוסה על ידי פעילי שטח. אולטרה סאונד תואם כמעט לכל סוג של פעילי שטח כולל מתחלבים חלופיים וחדשניים.
6. ייצור חום מינימלי וניתן לשליטה: תחליב קולי הוא תהליך לא תרמי וייצור חום במהלך העיבוד ניתן להימנע או מופחת במידה מועטה. ובכך, הסיכון של השפלה תרמית של תרכובות רגישות או מרכיבים מצטמצם.

בסך הכל, היתרונות של תחליב קולי באמצעות אולטראסוניקטור מסוג בדיקה הופכים אותו לבחירה פופולרית לתחליב במגוון תחומים, כולל מזון ומשקאות, תרופות, קוסמטיקה, כימיקלים עדינים ודלקים.

הכנה אולטראסוניות של אמולסיה שמן במים (O / W) (מים אדומים / שמן צהוב). כמה שניות של sonication להפוך את שלבי מים / שמן נפרדים לתעלוב בסדר.

 
 
הסרטון שלהלן מציג את תהליך התחליב של שמן (צהוב) לתוך מים (אדום) באמצעות אולטראסוניקטור במעבדה UP400S.

מהו אמולסיה?
תחליבים הם dispersions של שני נוזלים או יותר undiscible. אולטראסאונד אינטנסיבי מאוד מספק את הכוח הדרוש כדי לפזר שלב נוזלי (שלב מפוזרים) בטיפות קטנות בשלב השני (שלב מתמשך). באזור פיזור, בועות cumitation שיגור לגרום גלי הלם אינטנסיבי בנוזל המקיף וכתוצאה מכך היווצרות של סילון נוזלי של מהירות נוזלית גבוהה.

ננו-אמולסיות – יישום כוח עבור אולטראסוניקאטורים

ננו-אמולסיות הן אמולסיות עם טיפות שגודלן בדרך כלל פחות מ-100 ננומטר. ננו-אמולסיות מציעות מספר יתרונות על פני אמולסיות קונבנציונליות, כולל תכונות פונקציונליות ייחודיות, יציבות גבוהה יותר, שקיפות וכו'.
אולטרה-סאונד עולה על טכנולוגיות תחליב מסורתיות במיוחד כשמדובר בהיווצרות ננו-אמולסיות. 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. הקריסה של בועות אלה יוצרת שיפועי לחץ וטמפרטורה מקומיים עזים, שיכולים ליצור כוחות גזירה גבוהים, גלי הלם ומיקרו-סילונים שיכולים לפרק חלקיקים גדולים ואגרגלומרטים לקטנים יותר. התמונה משמאל מדגימה קוויטציה אולטראסונית שנוצרה בבדיקה של האולטרה-סאונד UIP1000hdT (1000 וואט) בעמוד זכוכית מלא בנוזל.
בתחליב ובננו-אמולסיפיקציה, עוצמת הקוויטציה האקוסטית ממלאת תפקיד קריטי בהקטנת גודל הטיפות בתחליב. הקריסה הקטלנית של בועות הקוויטציה יכולה ליצור כוחות גזירה חזקים שמפרקים טיפות גדולות יותר 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 אותה לטכניקה אטרקטיבית עבור ננו-אמולסיפיקציה, מכיוון שהיא יכולה להפחית את קלט האנרגיה הנדרש לתהליך האמולסיפיקציה תוך השגת גודל טיפה קטן יותר ופיזור צר יותר של גודל הטיפה.
בשל הכוחות העל-קוליים הניתנים לשליטה מדויקת, קוויטציה אקוסטית היא כלי רב עוצמה לננו-אמולסיפיקציה. יכולתו לייצר קלט אנרגיה מקומי ואינטנסיבי מאפשרת לפרק טיפות גדולות יותר היוצרות תת-מיקרונים וננו-גדולים ביעילות גבוהה מאוד.

מחקרים על שמן במים (שלב מים) ומים בשמן (שלב שמן) תחליבים הראו קורלציה בין צפיפות האנרגיה גודל טיפה (בקוטר סאוטר למשל). קיימת נטייה ברורה גודל טיפה קטן יותר צפיפות אנרגיה גוברת (לחץ על גרפי תקין). ברמות צפיפות האנרגיה המתאימות, אולטרסאונד יכול להשיג בקלות ובאמינות גדלי טיפות ממוצעים בתחום הננו.

בדיקות קוליות לתחליב יעיל

Hielscher מציעה מגוון רחב של אולטרסוניקאטורים מסוג בדיקה ואביזרים לתחליב ופיזור יעילים של נוזלים באצווה ובמצב זרימה.
מערכות המורכבות ממספר מעבדים על-קוליים של עד 16,000 וואט כל אחד, מספקות את הקיבולת הדרושה לתרגום יישום מעבדה זה לשיטת ייצור יעילה להשגת אמולסיות מפוזרות היטב בזרימה רציפה או באצווה – השיג תוצאות דומות לזו של homogenizers בלחץ גבוה הטוב של היום הזמין, כגון שסתום הפתח החדש. בנוסף יעילות גבוהה זו של התחליב הרציף, התקני אולטראסאונד Hielscher דורשים תחזוקה נמוכה מאוד והם מאוד קלים לתפעול לנקות. אולטרסאונד עושה בעצם לתמוך ניקוי ושטיפה. הכח הקולי הוא מתכוונן וניתן להתאים למוצרים מסוימים ודרישות תחליב. כורי תא זרימה מיוחדים פגישת CIP המתקדם (נקי ב-המקום) ו SIP (לעקר-in-place) דרישות זמינים, יותר מדי.