Emulsification- ի ուլտրաձայնային խոռոչի միջոցով
Միջանկյալ և սպառողական ապրանքների լայն տեսականի, ինչպիսիք են կոսմետիկան և մաշկի լոսյոնները, դեղագործական քսուքները, լաքերը, ներկերը և քսանյութերը և վառելիքը հիմնված են ամբողջությամբ կամ մասամբ էմուլսիաների վրա: Hielscher-ը արտադրում է աշխարհի ամենամեծ արդյունաբերական ուլտրաձայնային հեղուկ պրոցեսորները՝ արտադրական գործարաններում մեծ ծավալային հոսքերի արդյունավետ էմուլգացման համար:
Ուլտրաձայնային emulsification
Լաբորատորիայում ուլտրաձայնի էմուլգացման հզորությունը հայտնի է և կիրառվում է երկար ժամանակ՝ շնորհիվ տարբեր առավելությունների, որոնք կապված են ուլտրաձայնային հոմոգենացման և էմուլսացման հետ: Հուսալի ուլտրաձայնային էմուլսացումը հիմնված է ուլտրաձայնային զոնդերի, այսպես կոչված, սոնոտրոդների օգտագործման վրա: Ուլտրաձայնային զոնդի միջոցով բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնը զուգակցվում է հեղուկների մեջ և ստեղծում ակուստիկ կավիտացիա: Ուլտրաձայնային կամ ակուստիկ կավիտացիան առաջացնում է բարձր կտրող ուժեր, որոնք ապահովում են անհրաժեշտ էներգիա՝ մեծ կաթիլները մինչև նանո չափի կաթիլները խափանելու համար: Այսպիսով, երկու կամ ավելի հեղուկ փուլերը խառնվում են միասնական ենթամիկրոն կամ նանոէմուլսիայի մեջ:
Ուլտրաձայնային սարքերը հուսալի և արդյունավետ են ենթամիկրոն և նանո չափերի էմուլսիաներ արտադրելու համար:
Ուլտրաձայնային էմուլսացման առավելությունները
Ուլտրաձայնային էմուլսացումը՝ օգտագործելով զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարք, մի քանի առավելություն է տալիս էմուլգացնող այլ տեխնիկայի նկատմամբ.
- Բարելավված էմուլսիայի կայունություն. Ուլտրաձայնային էմուլսացումը ստեղծում է կաթիլների ավելի փոքր չափսեր և կաթիլների ավելի միասնական բաշխում, ինչը հանգեցնում է էմուլսիայի կայունության բարելավմանը և ավելի երկար պահպանման ժամկետին: Ենթամիկրոն և նանո չափի կաթիլները կարող են հուսալիորեն արտադրվել ուժային ուլտրաձայնի միջոցով:
- Էներգաարդյունավետության: Ուլտրաձայնային էմուլսացումը պահանջում է ավելի քիչ էներգիա, քան մյուս էմուլգացիոն մեթոդները, ինչը այն դարձնում է ավելի էներգաարդյունավետ գործընթաց:
- Մասշտաբայնություն: Ուլտրաձայնային էմուլսացումը հեշտությամբ կարելի է մեծացնել կամ իջեցնել՝ կախված պահանջվող ծավալից՝ դարձնելով այն բազմակողմանի գործընթաց ինչպես լաբորատոր, այնպես էլ արդյունաբերական կիրառությունների համար:
- Ժամանակի խնայում: Ուլտրաձայնային էմուլսացումը կարող է շատ արագ գործընթաց լինել, քանի որ էմուլսիաները ձևավորվում են վայրկյաններից մինչև րոպեների ընթացքում՝ կախված հեղուկներից, ծավալից և սարքավորումներից:
- Մակերեւութային ակտիվ նյութերի կրճատված կարիքը. Ուլտրաձայնային էմուլսացումը կարող է նվազեցնել մակերեսային ակտիվ նյութերի անհրաժեշտությունը, որոնք հաճախ պահանջվում են էմուլսիաները կայունացնելու համար: Այնուամենայնիվ, կաթիլների փոքրացված չափի դեպքում մասնիկի մակերեսը մեծանում է, և ավելի շատ տարածք պետք է ծածկվի մակերեսային ակտիվ նյութով: Ultrasonication-ը համատեղելի է գրեթե ցանկացած տեսակի մակերեւութային ակտիվ նյութի հետ, ներառյալ այլընտրանքային և նոր էմուլգատորները:
- Նվազագույն և վերահսկելի ջերմության արտադրություն. Ուլտրաձայնային էմուլսացումը ոչ ջերմային գործընթաց է, և մշակման ընթացքում ջերմության առաջացումը կարելի է խուսափել կամ փոքր չափով նվազեցնել: Այսպիսով, զգայուն միացությունների կամ բաղադրիչների ջերմային քայքայման ռիսկը նվազում է:
Ընդհանուր առմամբ, ուլտրաձայնային էմուլսացման առավելությունները, օգտագործելով զոնդային տիպի ուլտրաձայնային սարք, այն դարձնում են հայտնի ընտրություն տարբեր ոլորտներում էմուլսացման համար, ներառյալ սննդամթերքը և խմիչքը, դեղագործությունը, կոսմետիկան, նուրբ քիմիական նյութերը և վառելանյութերը:
Ուլտրաձայնային պատրաստում յուղի մեջ ջուր (O / W) էմուլսիա (կարմիր ջուր / դեղին յուղ): Մի քանի վայրկյան մոնտաժումը ջրի / յուղի առանձին փուլերը վերածում է նուրբ էմուլսիայի:
Ստորև բերված տեսանյութը ցույց է տալիս նավթի (դեղին) էմուլգացման գործընթացը ջրի մեջ (կարմիր)՝ օգտագործելով UP400S լաբորատոր ուլտրաձայնային սարքը:
Ի՞նչ է էմուլսիան:Էմուլսիան երկու կամ ավելի խառնաշփոթ հեղուկների ցրված է: Բարձր ինտենսիվ Ուլտրաձայնային սարքավորումն ապահովում է երկրորդ փուլի (շարունակական փուլ) փոքր կաթիլների հեղուկ փուլ (ցրված փուլ) ցրելու համար անհրաժեշտ ուժը: Դիսպերսինգի գոտում, փորագրող կաբինետի փուչիկները առաջացնում են ինտենսիվ ցնցումային ալիքներ շրջակա հեղուկի մեջ եւ հանգեցնում բարձր հեղուկ արագության հեղուկների ճառագայթների ձեւավորմանը:
Մինիէմուլսիաները, որոնք կարող են արդյունավետորեն ստեղծվել ուլտրաձայնային եղանակով, ուժեղացնում են քիմիական ռեակցիաները: Մակրոէմուլսիայի պոլիմերացում (ա) ընդդեմ մինիեմուլսիայի պոլիմերացման (բ) [Schork et al. 2005: 136]
Նանո-էմուլսիա – Ուլտրաձայնային սարքերի հզորության հավելված
Նանոէմուլսիաները էմուլսիաներ են, որոնց չափերը սովորաբար 100 նանոմետրից պակաս են: Նանոէմուլսիաներն առաջարկում են մի քանի առավելություններ սովորական էմուլսիաների նկատմամբ, ներառյալ յուրահատուկ ֆունկցիոնալ հատկությունները, ավելի բարձր կայունությունը, թափանցիկությունը և այլն:
Ultrasonication-ը գերազանցում է ավանդական էմուլսացման տեխնոլոգիաներին, հատկապես երբ խոսքը վերաբերում է նանոէմուլսիաների ձևավորմանը: Դա պայմանավորված է ուլտրաձայնի բարձր արդյունավետ և էներգիայի ինտենսիվ աշխատանքի սկզբունքով:
Ուլտրաձայնային էմուլսացման աշխատանքային սկզբունքը
Ուլտրաձայնային էմուլսացման գործընթացները օգտագործում են ակուստիկ կավիտացիայի ուժերը: Ակուստիկ կավիտացիան վերաբերում է բարձր ինտենսիվության ուլտրաձայնային ալիքների ազդեցությանը ենթարկված հեղուկ միջավայրում փոքր փուչիկների առաջացման, աճի և իմպուլսիվ փլուզման երևույթին: Այս փուչիկների պայթեցումը առաջացնում է ինտենսիվ տեղական ճնշման և ջերմաստիճանի գրադիենտներ, որոնք կարող են ստեղծել բարձր կտրվածքային ուժեր, հարվածային ալիքներ և միկրո-շիթեր, որոնք կարող են կոտրել մեծ մասնիկներն ու ագլոմերատները ավելի փոքրերի: Ձախ կողմում գտնվող նկարը ցույց է տալիս ուլտրաձայնային կավիտացիան, որն առաջացել է ուլտրաձայնային սարքի UIP1000hdT (1000 վտ) զոնդում՝ հեղուկով լցված ապակե սյունակում:
Էմուլսացման և նանոէմուլսացման ժամանակ ակուստիկ կավիտացիայի ինտենսիվությունը կարևոր դեր է խաղում էմուլսիայում կաթիլների չափը նվազեցնելու համար: Կավիտացիոն փուչիկների ազդեցիկ փլուզումը կարող է ստեղծել ուժեղ կտրող ուժեր, որոնք ավելի մեծ կաթիլները բաժանում են փոքրերի: Ավելին, կավիտացիայի արդյունքում առաջացած տեղական ճնշման և ջերմաստիճանի գրադիենտները կարող են նաև նպաստել նոր կաթիլների ձևավորմանը և կայունացնել էմուլսիան:
Ակուստիկ կավիտացիայի եզակի ասպեկտը հեղուկ միջավայրին տեղայնացված և ինտենսիվ էներգիա ապահովելու կարողությունն է՝ առանց բարձր մեխանիկական կամ ջերմային սթրեսների անհրաժեշտության: Սա այն դարձնում է գրավիչ տեխնիկա նանոէմուլսացման համար, քանի որ այն կարող է նվազեցնել էմուլգացման գործընթացի համար պահանջվող էներգիայի ներդրումը` միաժամանակ հասնելով կաթիլների ավելի փոքր չափի և ավելի նեղ կաթիլների չափի բաշխման:
Այս ճշգրիտ կառավարելի ուլտրաձայնային ուժերի շնորհիվ ակուստիկ կավիտացիան հզոր գործիք է նանոէմուլսացման համար: Տեղայնացված և ինտենսիվ էներգիայի ներդրման նրա կարողությունը թույլ է տալիս շատ բարձր արդյունավետությամբ կոտրել ավելի մեծ կաթիլներ՝ ձևավորելով ենթամիկրոն և նանո չափերի կաթիլներ:
Սովորում է նավթի ջրի (ջրի փուլ) եւ ջրի նավթի (ձեթ փուլ) emulsions ցույց են տվել, որ հարաբերակցությունը միջեւ էներգետիկ խտության եւ փոքրիկ կաթիլ չափը (օրինակ Sauter տրամագիծը): Կա հստակ միտում ավելի փոքր փոքրիկ կաթիլ չափը բարձրացնելու էներգետիկ խտության (սեղմեք աջ արվեստ) Էներգիայի համապատասխան խտության մակարդակներում ուլտրաձայնը կարող է հեշտությամբ և հուսալիորեն հասնել նանո-տիրույթում կաթիլների միջին չափերին:
Ուլտրաձայնային զոնդերը արդյունավետ էմուլսացման համար
Hielscher-ն առաջարկում է զոնդի տիպի ուլտրաձայնային սարքերի և աքսեսուարների լայն տեսականի հեղուկների արդյունավետ էմուլգացման և ցրման համար խմբաքանակի և հոսքի ռեժիմում:
Համակարգերը, որոնք բաղկացած են մինչև 16000 վտ հզորությամբ մի քանի ուլտրաձայնային պրոցեսորներից, ապահովում են այս լաբորատոր կիրառումը արդյունավետ արտադրության մեթոդի վերածելու համար անհրաժեշտ հզորությունը՝ շարունակական հոսքով կամ խմբաքանակով նուրբ ցրված էմուլսիաներ ստանալու համար: – արդյունքների հասնելու համեմատելի է, որ այսօրվա լավագույն Բարձր ճնշման homogenizers հասանելի, ինչպիսիք են նոր ծակ փականի. Ի լրումն այս բարձր արդյունավետության շարունակական emulsification, Hielscher ուլտրաձայնային սարքեր պահանջում է շատ ցածր պահպանման եւ շատ հեշտ է գործել եւ մաքրել: Ուլտրաձայնային չի, փաստորեն, աջակցում մաքրում եւ rinsing. The ուլտրաձայնի սարքավորւոմներ իշխանությունն է կարգավորելի է եւ կարող է հարմարեցվել որոշակի ապրանքների եւ emulsification պահանջներին. Հատուկ հոսքը բջջային ռեակտորներ հանդիպում ընդլայնված CIP (մաքուր `-տեղ) եւ SIP (մանրէազերծել-ի տեղը) պահանջների մատչելի են, էլ.
MultiSonoReactor MSR-4-ը արդյունաբերական ներկառուցված հոմոգենացման ռեակտոր է, որը հարմար է բարձր թողունակությամբ (նանո)էմուլսացման գործընթացների համար:
| խմբաքանակի Volume | Ծախսի Rate | Առաջարկվող սարքեր |
|---|---|---|
| 0.5-ից մինչեւ 1.5 մկ | na | VialTweeter- ը | 1-ից 500 մլ | 10-ից մինչեւ 200 մլ / վրկ | UP100H |
| 10-ից մինչեւ 2000 մլ | 20-ից 400 մլ / վրկ | Uf200 ः տ,, UP400St |
| 01-ից մինչեւ 20 լ | 02-ից 4 լ / րոպե | UIP2000hdT |
| 10-ից 100 լ | 2-ից 10 լ / րոպե | UIP4000hdT |
| 15-ից 150 լ | 3-ից 15 լ / րոպե | UIP6000hdT |
| na | 10-ից 100 լ / րոպե | UIP16000 |
| na | ավելի մեծ | Կլաստերի UIP16000 |
Կապ մեզ հետ | / Հարցրեք մեզ!
Hielscher Ultrasonics- ը արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային համասեռացուցիչներ `լաբորատոր, պիլոտային և արդյունաբերական մասշտաբով ծրագրերը խառնելու, ցրելու, էմուլգացման և արդյունահանման համար:
Գրականություն / Հղումներ
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
- Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.
- F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.
Փաստեր Worth Իմանալով
Տերմինի սահմանում “Էմուլսիա”
Էմուլսիան երկու կամ ավելի չխառնվող հեղուկների խառնուրդ է, ինչպիսիք են նավթը և ջուրը:
Էմուլսիաները կարող են լինել կամ յուղ ջրի մեջ (որտեղ նավթի կաթիլները ցրվում են ջրի մեջ), կամ ջուր-յուղի մեջ (որտեղ ջրի կաթիլները ցրվում են յուղի մեջ): Էմուլսիաներն օգտագործվում են տարբեր կիրառություններում, ներառյալ սննդամթերքը (օրինակ՝ աղցանի սոուսներ և մայոնեզ), կոսմետիկա (օրինակ՝ լոսյոններ և քսուքներ) և դեղագործական (օրինակ՝ պատվաստանյութերը):
Էմուլգատորն աշխատում է՝ նվազեցնելով էմուլսիայի երկու չխառնվող նյութերի (օրինակ՝ նավթի և ջրի) մակերևութային լարվածությունը։ Սա նվազեցնում է երկու նյութերի բաժանման միտումը և թույլ է տալիս կայուն խառնուրդ ձևավորել:
Կայունացնող էմուլգատորներ
Ընդհանուր առմամբ, էմուլսիաները պահանջում են կայունացում՝ օգտագործելով էմուլգացնող նյութ կամ մակերեսային ակտիվ նյութ: Էմուլգատորները ամֆիֆիլ են, դրանք գրավում են ինչպես ջուրը, այնպես էլ ճարպային նյութերը: Սա նշանակում է, որ դրանք ունեն հիդրոֆիլ (ջրասեր) և հիդրոֆոբ (նավթասեր) հատկություններ, ինչը թույլ է տալիս նրանց փոխազդել էմուլսիայի ինչպես նավթային, այնպես էլ ջրային փուլերի հետ։ Էմուլգատորի մոլեկուլի հիդրոֆիլ մասը կցվում է ջրի մոլեկուլներին, իսկ հիդրոֆոբ մասը՝ նավթի մոլեկուլներին։
Շրջապատելով նավթի կաթիլները էմուլգատորի մոլեկուլներով՝ էմուլգատորը կաթիլների շուրջ ստեղծում է պաշտպանիչ շերտ, որը թույլ չի տալիս նրանց շփվել միմյանց հետ և միավորվել (միանալով) ավելի մեծ կաթիլներ ձևավորելու համար: Սա օգնում է էմուլսիան կայուն պահել և կանխել տարանջատումը:
Քանի որ խափանումից հետո կաթիլների միաձուլումը ազդում է կաթիլների վերջնական չափի բաշխման վրա, արդյունավետ կայունացնող էմուլգատորներ են օգտագործվում կաթիլների վերջնական չափի բաշխումը պահպանելու համար այն մակարդակի վրա, որը հավասար է բաշխմանը ուլտրաձայնային ցրման գոտում կաթիլների խզումից անմիջապես հետո: Կայունացուցիչներն իրականում հանգեցնում են կայուն էներգիայի խտության դեպքում կաթիլների բարելավման:
Սովորաբար օգտագործվող էմուլգատորների օրինակներ են լեցիտինը (որը հայտնաբերված է ձվի դեղնուցներում և սոյայում), մոնո և դիգլիցերիդներ, պոլիսորբատ 80 և նատրիումի ստեարոյլ լակտիլատ:
Hielscher Ultrasonics- ը արտադրում է բարձրորակ ուլտրաձայնային հոմոգենացնողներից ` Լաբորատորիա դեպի արդյունաբերական չափը