化粧品やスキンローション、医薬品軟膏、ワニス、塗料、潤滑剤、燃料など、幅広い中間製品および消費者製品は、全体的または部分的にエマルジョンに基づいています。ヒールシャーは、生産工場で大量のストリームを効率的に乳化するための世界最大の産業用超音波液体プロセッサを製造しています。

超音波乳化

ラボでは、超音波の乳化力は、超音波均質化と乳化に結びついている様々な利点のために長い間知られており、適用されています。信頼性の高い超音波乳化は、超音波プローブ、いわゆるソノトロードの使用に基づいています。超音波プローブを介して、高強度超音波が液体に結合され、音響キャビテーションを作成します。超音波または音響キャビテーションは、ナノサイズの液滴まで大きな液滴を破壊するために必要なエネルギーを提供する高いせん断力を生成します。これにより、2つ以上の液相が均一なサブミクロンまたはナノエマルジョンに混合される。

超音波乳化の利点

プローブ型超音波処理器を使用した超音波乳化は、他の乳化技術よりもいくつかの利点を提供します。

1. エマルジョン安定性の向上: 超音波乳化は、より小さな液滴サイズとより均一な液滴分布を作成し、改善されたエマルジョン安定性とより長い貯蔵寿命をもたらします。サブミクロンおよびナノサイズの液滴は、パワー超音波を使用して確実に製造することができる。
2. エネルギー効率: 超音波乳化は、他の乳化方法よりも少ないエネルギーを必要とし、それをよりエネルギー効率の高いプロセスにします。
3. 拡張性: 超音波乳化は、必要な量に応じて簡単にスケールアップまたはスケールダウンすることができ、実験室と産業の両方の用途のための汎用性の高いプロセスになります。
4. 時間の節約: 超音波乳化は、液体、体積および装置に応じて、数秒から数分でエマルジョンが形成される非常に迅速なプロセスであり得る。
5. 界面活性剤の必要性の減少: 超音波乳化は、エマルジョンを安定化させるためにしばしば必要とされる界面活性剤の必要性を減らすことができます。しかしながら、液滴サイズが小さくなると、粒子の表面積が増加し、より多くの面積を界面活性剤で覆わなければならない。超音波は、代替および新規乳化剤を含む界面活性剤のほぼすべての種類と互換性があります。
6. 最小限の制御可能な発熱: 超音波乳化は非熱プロセスであり、処理中の発熱を回避またはわずかに低減することができる。これにより、敏感な化合物または成分の熱劣化のリスクが低減される。

全体的に、プローブ型超音波処理器を使用した超音波乳化の利点は、食品および飲料、医薬品、化粧品、ファインケミカルおよび燃料を含む様々な分野での乳化のための人気のある選択肢になります。

水中油(O/W)エマルジョン(赤水/黄油)の超音波調製。超音波処理の数秒は、細かいエマルジョンに別の水/油相を回します。

 
 
以下のビデオは、UP400Sラボ超音波装置を使用して、油(黄色)から水(赤)への乳化プロセスを示しています。

エマルジョンとは何ですか?
エマルジョンは、2種以上の不混和性液体の分散液である。高強度超音波は、液相（分散相）を第2の相（連続相）中の小さな液滴に分散させるのに必要なパワーを供給する。分散ゾーンでは、キャビテーション爆発を爆発させると周囲の液体に強い衝撃波が発生し、高い液体速度の液体ジェットが形成される。

ナノエマルジョン – 超音波装置のための電力アプリケーション

ナノエマルジョンは、典型的にはサイズが100ナノメートル未満の液滴を有するエマルジョンである。ナノエマルジョンは、独自の機能特性、より高い安定性、透明性など、従来のエマルジョンに比べていくつかの利点を提供する。
超音波は、特にナノエマルジョンの形成に関しては、従来の乳化技術を凌駕します。これは、超音波の非常に効率的でエネルギー集約的な動作原理によるものです。

超音波乳化の動作原理

超音波乳化プロセスは、音響キャビテーションの力を使用します。音響キャビテーションとは、高強度超音波にさらされた液体媒体中の小さな気泡の形成、成長、および爆縮崩壊の現象を指します。これらの気泡の爆発は、強い局所的な圧力と温度勾配を生成し、大きな粒子や凝集体を小さな粒子に分解できる高せん断力、衝撃波、およびマイクロジェットを生成する可能性があります。左の写真は、液体充填ガラスカラム内の超音波装置UIP1000hdT(1000ワット)のプローブで生成された超音波キャビテーションを示しています。
乳化およびナノ乳化において、音響キャビテーションの強度は、エマルジョン中の液滴のサイズを縮小する上で重要な役割を果たす。キャビテーション気泡の爆発的な崩壊は、大きな液滴をより小さな液滴に分解する強いせん断力を生み出す可能性があります。さらに、キャビテーションによって生成される局所的な圧力および温度勾配は、新しい液滴の形成を促進し、エマルジョンを安定させることもできる。
音響キャビテーションのユニークな側面は、高い機械的または熱的ストレスを必要とせずに、液体媒体に局所的で強烈なエネルギー入力を提供する能力です。これは、乳化プロセスに必要なエネルギー入力を低減しながら、より小さな液滴サイズとより狭い液滴サイズ分布を達成できるため、ナノ乳化のための魅力的な技術になります。
これらの正確に制御可能な超音波力のために、音響キャビテーションはナノ乳化のための強力なツールです。局所的で強烈なエネルギー入力を生成する能力により、サブミクロンおよびナノサイズの液滴を形成するより大きな液滴を非常に高い効率で分解することができます。

油中水中油における研究（水相）と水（油相）エマルション（例えばザウター直径）エネルギー密度及び液滴サイズとの相関関係を示しています。増加し、エネルギー密度の小さな液滴サイズのための明確な傾向は（あり右グラフィックでクリックしてください).適切なエネルギー密度レベルでは、超音波はナノ範囲の平均液滴サイズを簡単かつ確実に達成することができます。

効率的な乳化のための超音波プローブ

ヒールシャーは、バッチおよびフロースルーモードで液体の効率的な乳化と分散のためのプローブタイプの超音波装置とアクセサリーの広い範囲を提供しています。
それぞれ最大16,000ワットのいくつかの超音波プロセッサで構成されるシステムは、連続フローまたはバッチで細かく分散したエマルジョンを得るための効率的な製造方法にこのラボアプリケーションを変換するために必要な容量を提供します – こうした新しいオリフィス弁として利用できる今日の最高の高圧ホモジナイザー、のそれに匹敵する結果を達成します。連続乳化でこの高効率に加えて、ヒールシャー超音波デバイスは、非常に低メンテナンスを必要とし、動作するようにしてきれいにする非常に簡単です。超音波は、実際に清掃し、すすぎをサポートしていません。超音波パワーは調整可能であり、特定商品や乳化要件に適合させることができます。高度なCIP（定置洗浄）やSIPを（殺菌・インプレース）の要件満たす特別フローセルリアクターは、あまりにも、ご利用いただけます。