초음파 캐비테이션에 의한 유화

화장품 및 스킨 로션, 제약 연고, 바니시, 페인트 및 윤활유 및 연료와 같은 광범위한 중간 및 소비자 제품은 전적으로 또는 부분적으로 에멀젼을 기반으로합니다. Hielscher는 생산 공장에서 대용량 스트림의 효율적인 유화를 위해 세계 최대의 산업용 초음파 액체 프로세서를 제조합니다.

초음파 유화

실험실에서 초음파의 유화 능력은 초음파 균질화 및 유화와 관련된 다양한 이점으로 인해 오랫동안 알려져 있고 적용되었습니다. 신뢰할 수있는 초음파 유화는 초음파 프로브, 소위 sonotrodes의 사용을 기반으로합니다. 초음파 프로브를 통해 고강도 초음파가 액체에 결합되어 음향 캐비테이션을 생성합니다. 초음파 또는 음향 캐비테이션은 높은 전단력을 생성하여 큰 물방울을 나노 크기의 물방울로 파괴하는 데 필요한 에너지를 제공합니다. 이에 의해, 2개 이상의 액상이 균일한 서브마이크론- 또는 나노에멀젼으로 혼합된다.

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우리의 주의 개인 정보 정책.


초음파 는 서브 마이크론 및 나노 크기의 에멀젼을 생산하는 데 신뢰할 수 있고 효율적입니다.

초음파 는 서브 마이크론 및 나노 크기의 에멀젼을 생산하는 데 신뢰할 수 있고 효율적입니다.

초음파 유화의 장점

프로브 형 초음파 를 사용한 초음파 유화는 다른 유화 기술에 비해 몇 가지 장점을 제공합니다.

  1. 향상된 에멀젼 안정성: 초음파 유화는 더 작은 액적 크기와 더 균일한 액적 분포를 생성하여 에멀젼 안정성을 개선하고 저장 수명을 연장합니다. 서브미크론 및 나노 크기의 액적은 파워 초음파를 사용하여 안정적으로 생성할 수 있습니다.
  2. 에너지 효율: 초음파 유화는 다른 유화 방법보다 적은 에너지를 필요로하므로 에너지 효율적인 공정입니다.
  3. 확장성: 초음파 유화는 필요한 양에 따라 쉽게 확장 또는 축소 할 수있어 실험실 및 산업 응용 분야 모두를위한 다목적 공정입니다.
  4. 시간 절약: 초음파 유화는 액체, 부피 및 장비에 따라 몇 초에서 몇 분 안에 에멀젼이 형성되는 매우 빠른 과정이 될 수 있습니다.
  5. 계면활성제 필요성 감소: 초음파 유화는 종종 에멀젼을 안정화시키는 데 필요한 계면 활성제의 필요성을 줄일 수 있습니다. 그러나 액적 크기가 감소하면 입자의 표면적이 증가하고 계면 활성제로 더 많은 면적을 덮어야합니다. 초음파는 대체 및 새로운 유화제를 포함한 거의 모든 종류의 계면 활성제와 호환됩니다.
  6. 최소 및 제어 가능한 열 발생: 초음파 유화는 비열 공정이며 처리 중 열 발생을 피하거나 약간 줄일 수 있습니다. 따라서 민감한 화합물 또는 성분의 열 분해 위험이 감소합니다.

전반적으로 프로브 형 초음파 를 사용하는 초음파 유화의 장점은 식음료, 제약, 화장품, 정밀 화학 물질 및 연료를 포함한 다양한 분야에서 유화에 널리 사용되는 선택입니다.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

오일 인 워터 (O / W) 에멀젼 (붉은 물 / 황색 오일)의 초음파 제제. 몇 초 동안 초음파 처리로 별도의 물/오일 위상을 미세 한 에멀젼으로 바꿔넣습니다.

 
 
아래 비디오는 UP400S 실험실 초음파 를 사용하여 오일 (노란색)을 물 (빨간색)로 유화하는 과정을 보여줍니다.

이 비디오는 Hielscher 초음파 검사기 UP400S가 나노 크기의 물 속 의 유화체를 준비하는 것을 보여줍니다.

UP400S를 사용하여 물 속의 오일 유화

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초음파는 유화 및 나노 유화의 효과적인 기술입니다.에멀젼이란 무엇입니까?
에멀젼은 두 개 이상의 비조정 가능한 액체의 분산물입니다. 고집력 초음파는 두 번째 단계 (연속 상)에서 작은 물방울에 액체 상 (분산 상)을 분산하는 데 필요한 전력을 공급합니다. 분산 영역에서 캐비테이션 버블이 파열되면 주변 액체에 집중적인 충격파가 발생하고 높은 액체 속도의 액체 제트가 형성됩니다.
초음파에 의해 효율적으로 생성 될 수있는 미니 에멀젼은 중합 반응을 향상시킵니다.

초음파로 효율적으로 만들 수있는 미니 에멀젼은 화학 반응을 향상시킵니다. 매크로 에멀젼 중합 (a) 대 미니 에멀젼 중합 (b) [Schork et al. 2005 : 136]

나노 에멀젼 – 초음파 를 위한 전력 응용 프로그램

나노 에멀젼은 일반적으로 크기가 100 나노 미터 미만인 액적을 갖는 에멀젼입니다. 나노 에멀젼은 고유 한 기능적 특성, 높은 안정성, 투명성 등을 포함하여 기존 에멀젼에 비해 몇 가지 이점을 제공합니다.
초음파는 특히 나노 에멀젼의 형성과 관련하여 전통적인 유화 기술을 능가합니다. 이것은 초음파의 매우 효율적이고 에너지 집약적 인 작동 원리 때문입니다.

초음파 유화의 작동 원리

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicator초음파 유화 공정은 음향 캐비테이션의 힘을 사용합니다. 음향 캐비테이션은 고강도 초음파에 노출된 액체 매체에서 작은 기포의 형성, 성장 및 내파 붕괴 현상을 말합니다. 이러한 기포의 파열은 강렬한 국부 압력과 온도 구배를 생성하여 높은 전단력, 충격파 및 마이크로 제트를 생성하여 큰 입자와 응집물을 더 작은 입자로 분해 할 수 있습니다. 왼쪽 그림은 액체로 채워진 유리 기둥에서 초음파 처리기 UIP1000hdT (1000 와트)의 프로브에서 생성 된 초음파 캐비테이션을 보여줍니다.
유화 및 나노 유화에서 음향 캐비테이션의 강도는 에멀젼의 액적 크기를 줄이는 데 중요한 역할을합니다. 캐비테이션 기포의 내파 붕괴는 큰 물방울을 더 작은 방울로 분해하는 강력한 전단력을 생성할 수 있습니다. 더욱이, 캐비테이션에 의해 생성 된 국부적 인 압력 및 온도 구배는 또한 새로운 액적의 형성을 촉진하고 에멀젼을 안정화시킬 수있다.
음향 캐비테이션의 독특한 측면은 높은 기계적 또는 열적 응력 없이 액체 매체에 국부적이고 강렬한 에너지 입력을 제공하는 능력입니다. 이것은 유화 공정에 필요한 에너지 입력을 줄이면서 더 작은 액적 크기와 더 좁은 액적 크기 분포를 달성할 수 있기 때문에 나노 유화에 매력적인 기술입니다.
이러한 정밀하게 제어 가능한 초음파 힘으로 인해 음향 캐비테이션은 나노 유화를위한 강력한 도구입니다. 국부적이고 강렬한 에너지 입력을 생성하는 능력은 매우 높은 효율로 서브 미크론 및 나노 크기의 물방울을 형성하는 더 큰 방울을 분해 할 수있게합니다.

초음파를 사용하여 생산 된 물 - 오일 에멀젼 (Hielscher 초음파)물(물 상) 및 오일(오일 상) 에멀젼의 오일에 대한 연구는 에너지 밀도와 액적 크기(예: 소터 직경) 간의 상관관계를 보여주었습니다. 에너지 밀도가 증가함에 따라 작은 액적 크기에 대한 명확한 경향이 있습니다(오른쪽 그래픽에서 클릭). 적절한 에너지 밀도 수준에서 초음파는 나노 범위의 평균 액적 크기를 쉽고 안정적으로 달성할 수 있습니다.

효율적인 유화를 위한 초음파 프로브

Hielscher는 배치 및 유동 모드에서 액체의 효율적인 유화 및 분산을 위한 광범위한 프로브형 초음파 및 액세서리를 제공합니다.
각각 최대 16,000와트의 여러 초음파 프로세서로 구성된 시스템은 이 실험실 애플리케이션을 연속 흐름 또는 배치로 미세하게 분산된 에멀젼을 얻기 위한 효율적인 생산 방법으로 변환하는 데 필요한 용량을 제공합니다. – 새로운 오리피스 밸브와 같은 오늘날 최고의 고압 균질화제와 비교할 수 있는 결과를 얻을 수 있습니다. 연속 유화에서이 높은 효율뿐만 아니라, Hielscher 초음파 장치는 매우 낮은 유지 보수를 필요로하고 작동하고 청소하기가 매우 쉽습니다. 초음파는 실제로 청소 및 헹구를 지원합니다. 초음파 전력은 조정 가능하며 특정 제품 및 유화 요구 사항에 맞게 조정할 수 있습니다. 고급 CIP(클린 인플레이스) 및 SIP(소독 장소) 요구 사항을 충족하는 특수 플로우 셀 반응기도 사용할 수 있습니다.

기름과 물의 효율적인 유화를위한 산업용 초음파 균질 기. 초음파는 장기간 안정한 나노 에멀젼의 생산에 매우 효율적입니다.

MultiSonoReactor MSR-4는 처리량이 높은 (나노) 유화 공정에 적합한 산업용 인라인 균질화 반응기입니다.

아래 표는 초음파 장비의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.

일괄 볼륨 유량 권장 장치
0.5 ~ 1.5mL N.A. 유리 병
1 ~ 500mL 10 ~ 200mL / min UP100H
10 ~ 2000mL 20 ~ 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 ~ 20L 0.2 ~ 4L / min UIP2000hdT
10 ~ 100L 2 ~ 10L / min UIP4000hdT
15에서 150L 3 내지 15L / 분 UIP6000hdT
N.A. 10 ~ 100L / min UIP16000
N.A. 더 큰 의 클러스터 UIP16000

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아래 양식을 사용하여 초음파 유화제, 응용 프로그램 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하십시오. 우리는 당신과 함께 유화 과정을 논의하고 당신에게 당신의 요구 사항을 충족하는 초음파 시스템을 제공하게되어 기쁩니다!









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이 비디오는 Hielscher 초음파 프로세서 UP400S가 나노 크기의 식물성 오일 인 워터 에멀젼을 준비하는 것을 보여줍니다.

UP400S를 사용하여 물에 식물성 기름의 유화

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초음파 고전기 균질화는 실험실, 벤치 탑, 파일럿 및 산업 처리에 사용됩니다.

Hielscher 초음파는 실험실, 파일럿 및 산업 규모의 응용 프로그램, 분산, 에멀화 및 추출을 위한 고성능 초음파 균질화를 제조합니다.



문학 / 참고 문헌

  • 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.

알만한 가치가있는 사실

용어의 정의 “유제”

에멀젼은 오일과 물과 같은 둘 이상의 비혼화성 액체의 혼합물입니다.
에멀젼은 수중유(오일 방울이 물에 분산되는 경우) 또는 유중수(물방울이 오일에 분산되는 경우)일 수 있습니다. 에멀젼은 식품 (예 : 샐러드 드레싱 및 마요네즈), 화장품 (예 : 로션 및 크림) 및 의약품 (예 : 백신)을 포함한 다양한 응용 분야에서 사용됩니다.
유화제는 에멀젼에서 두 가지 비혼화성 물질(예: 오일 및 물) 사이의 표면 장력을 줄임으로써 작동합니다. 이것은 두 물질이 분리되는 경향을 줄이고 안정한 혼합물을 형성 할 수있게합니다.

유화제 안정화

일반적으로, 에멀젼은 유화제 또는 계면활성제를 이용한 안정화를 필요로 한다. 유화제는 양친매성이며 물과 지방 물질을 모두 끌어들입니다. 이것은 그들이 친수성 (물을 좋아하는) 및 소수성 (오일을 사랑하는) 특성을 가지고 있음을 의미하며, 이는 에멀젼의 오일 및 물 단계 모두와 상호 작용할 수있게합니다. 유화제 분자의 친수성 부분은 물 분자에 부착되고 소수성 부분은 오일 분자에 부착됩니다.
유화제 분자로 오일 방울을 둘러싸면 유화제는 액적 주위에 보호 층을 생성하여 액적이 서로 접촉하고 합쳐져 더 큰 액적을 형성하는 것을 방지합니다. 이것은 에멀젼을 안정적으로 유지하고 분리를 방지하는 데 도움이됩니다.
파쇄 후 액적의 합체가 최종 액적 크기 분포에 영향을 미치기 때문에 효율적으로 안정화 유화제를 사용하여 초음파 분산 영역에서 액적 파단 직후의 분포와 동일한 수준으로 최종 액적 크기 분포를 유지합니다. 안정제는 실제로 일정한 에너지 밀도에서 액적 파괴를 개선합니다.
일반적으로 사용되는 유화제의 예로는 레시틴 (달걀 노른자 및 대두에서 발견됨), 모노 및 디 글리세 라이드, 폴리 소르 베이트 80 및 나트륨 스테아로 일 락틸 레이트가 있습니다.


고성능 초음파! Hielscher의 제품 범위는 벤치 탑 유닛을 통해 소형 실험실 초음파 처리기에서 풀 산업 초음파 시스템에 이르기까지 전체 스펙트럼을 다룹니다.

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 산업 규모.


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