Emulgiranje ultrazvučnom kavitacijom

Širok raspon intermedijarnih i potrošačkih proizvoda, kao što su kozmetika i losioni za kožu, farmaceutske masti, lakovi, boje i maziva te goriva, temelji se u cijelosti ili djelomično na emulzijama. Hielscher proizvodi najveće svjetske industrijske ultrazvučne tekuće procesore za učinkovito emulgiranje velikih količinskih tokova u proizvodnim pogonima.

Ultrazvučno Emulgiranje

U laboratoriju je emulgatorska snaga ultrazvuka poznata i dugo se primjenjuje zbog različitih prednosti koje su povezane s ultrazvučnom homogenizacijom i emulgiranjem. Pouzdana ultrazvučna emulgiranje temelji se na korištenju ultrazvučnih sondi, takozvanih sondida. Putem ultrazvučne sonde ultrazvuk visokog intenziteta spojen je u tekućine i stvara akustičnu kavitaciju. Ultrazvučna ili akustična kavitacija stvara visoke sile smicanja, koje pružaju potrebnu energiju za ometanje velikih kapljica do kapljica nano veličine. Time se dvije ili više tekućih faza miješaju u jednoličnu submikron- ili nano-emulziju.

Prednosti ultrazvučne emulgiranja

Ultrazvučna emulgiranje pomoću sonde tipa ultrasonicator nudi nekoliko prednosti u odnosu na druge emulgirajuće tehnike:

1. Poboljšana stabilnost emulzije: Ultrazvučna emulgiranje stvara manje veličine kapljica i ravnomjerniju raspodjelu kapljica, što rezultira poboljšanom stabilnošću emulzije i dužim rokom trajanja. Submicron-andn nano veličine kapljice mogu se pouzdano proizvesti pomoću ultrazvuka snage.
2. Energetska učinkovitost: Ultrazvučna emulgacija zahtijeva manje energije od drugih metoda emulgiranja, što ga čini energetski učinkovitijim procesom.
3. Skalabilnost: Ultrazvučna emulgacija može se lako skalirati gore ili dolje, ovisno o potrebnom volumenu, što ga čini svestranim procesom za laboratorijske i industrijske primjene.
4. Ušteda vremena: Ultrazvučna emulgiranje može biti vrlo brz proces, s emulzijama koje se formiraju u sekundama do minuta, ovisno o tekućinama, volumenu i opremi.
5. Smanjena potreba za površinski aktivnicama: Ultrazvučna emulgiranje može smanjiti potrebu za površinski aktivnicama, koje su često potrebne za stabilizaciju emulzija. Međutim, sa smanjenom veličinom kapljica, površina čestice se povećava i više površine mora biti pokriveno površinski aktivnom tvari. Ultrasonication je kompatibilan s gotovo bilo kojom vrstom surfaktanta, uključujući alternativne i nove emulgatore.
6. Minimalna i kontrolirana proizvodnja topline: Ultrazvučna emulgiranje je netoplinski proces i stvaranje topline tijekom obrade može se izbjeći ili smanjiti u malom stupnju. Time se smanjuje rizik od toplinske razgradnje osjetljivih spojeva ili sastojaka.

Sveukupno, prednosti ultrazvučne emulgiranja pomoću sonde tipa ultrasonicator čine ga popularnim izborom za emulgiranje u različitim područjima, uključujući hranu i piće, lijekove, kozmetiku, fine kemikalije i goriva.

Ultrazvučna priprema emulzije ulja u vodi (O/W) (crvena voda / žuto ulje). Nekoliko sekundi sonikacije pretvoriti odvojene faze vode / ulja u finu emulziju.

 
 
Video ispod prikazuje proces emulgiranja ulja (žute) u vodu (crvenu) pomoću UP400S laboratorija ultrasonicator.

Što je Emulzija?
Emulzije su disperzije dviju ili više tekućina koje se ne mogu miješati. Visoko intenzivna ultrazvuka opskrbljuje energiju koja je potrebna za raspršivanje tekuće faze (disperzna faza) u malim kapljicama u drugoj fazi (kontinuirana faza). U disperzivnoj zoni implodirajući kavitacijski mjehurići uzrokuju intenzivne udarne valove u okolnoj tekućini i dovode do stvaranja tekućih mlazova velike tekućinske brzine.

Emulzije nano – Power aplikacija za ultrasonicators

Nanoemulzije su emulzije s kapljicama koje su obično manje od 100 nanometara. Nanoemulzije nude nekoliko prednosti u odnosu na konvencionalne emulzije, uključujući jedinstvena funkcionalna svojstva, veću stabilnost, transparentnost itd.
Ultrasonication nadmašuje tradicionalne tehnologije emulgiranja, posebno kada je u pitanju stvaranje nanoemulzija. To je zbog visoko učinkovitog i energetski intenzivnog principa rada ultrazvuka.

Princip rada ultrazvučne emulgacije

Ultrazvučni procesi emulgiranja koriste sile akustične kavitacije. Akustična kavitacija odnosi se na fenomen stvaranja, rasta i implozivnog kolapsa malih mjehurića u tekućem mediju podvrgnutom ultrazvučnim valovima visokog intenziteta. Implozija ovih mjehurića stvara intenzivne lokalne gradijente tlaka i temperature, što može stvoriti sile visokog smicanja, udarne valove i mikro mlaznice koje mogu razgraditi velike čestice i aglomeracije na manje. Lijeva slika pokazuje ultrazvučnu kavitaciju generiranu na sondi ultrasonicator UIP1000hdT (1000 vata) u tekućem staklenom stupcu.
U emulgiranju i nano-emulgiranju intenzitet akustične kavitacije igra ključnu ulogu u smanjenju veličine kapljica u emulziji. Implozivni kolaps kavitacijskih mjehurića može stvoriti jake sile smicanja koje razgrađuju veće kapljice na manje. Štoviše, lokalni gradijenci tlaka i temperature generirani kavitacijom također mogu potaknuti stvaranje novih kapljica i stabilizirati emulziju.
Jedinstveni aspekt akustične kavitacije je njegova sposobnost pružanja lokaliziranog i intenzivnog unosa energije tekućem mediju, bez potrebe za visokim mehaničkim ili toplinskim naprezanjima. To ga čini atraktivnom tehnikom za nano-emulgiranje, jer može smanjiti unos energije potreban za proces emulgiranja uz postizanje manje veličine kapljica i uže raspodjele veličine kapljica.
Zbog tih precizno kontroliranih ultrazvučnih sila, akustična kavitacija je moćan alat za nano-emulgiranje. Njegova sposobnost stvaranja lokaliziranog i intenzivnog unosa energije omogućuje razgradnju većih kapljica koje tvore one submikronske i nano veličine uz vrlo visoku učinkovitost.

Studije na ulja u vodi (vodena faza) i vode u ulju (ulje) faza emulzije pokazala korelaciju između gustoće energije i veličine kapljica (npr Sauter promjera). Postoji jasna tendencija za manje veličine kapljica na sve veće gustoće energije (kliknite na pravom grafiku). Na odgovarajućim razinama gustoće energije ultrazvuk može lako i pouzdano postići srednje veličine kapljica u nano-rasponu.

Ultrazvučne sonde za učinkovitu emulgaciju

Hielscher nudi široku paletu ultrasonicatora i pribora tipa sonde za učinkovitu emulgiranje i raspršivanje tekućina u serijskom i protočnom načinu rada.
Sustavi koji se sastoje od nekoliko ultrazvučnih procesora do 16.000 vata svaki, pružaju kapacitet potreban za prevođenje ove laboratorijske aplikacije u učinkovitu metodu proizvodnje za dobivanje fino raspršenih emulzija u kontinuiranom protoku ili u seriji – postizanje rezultata usporediva s onom od današnjih najboljih homogenizator visokog tlaka na raspolaganju, kao što su novi otvora ventila. Osim ove visoke učinkovitosti u kontinuiranom emulsification, Hielscher ultrazvučni uređaji zahtijevaju vrlo niska održavanje i vrlo jednostavan za upotrebu i čišćenje. Ultrazvuk zapravo ne podržavaju čišćenje i ispiranje. Ultrazvučni moć je podesiva i može se prilagoditi pojedine proizvode i zahtjevima emulgiranja. Posebne stanica protok reaktori sastanak napredne CIP (clean-u-mjesto) i SIP (sterilizirati-in-mjesto) zahtjevi su dostupne, previše.