Emulgerend duerch Ultrasonic Kavitatioun
Eng breet Palette vun Zwëschen- a Konsumproduiten, wéi Kosmetik a Hautlotionen, pharmazeutesch Salben, Lacker, Faarwen a Schmiermëttel a Brennstoffer baséieren ganz oder deelweis op Emulsiounen. Hielscher fabrizéiert déi weltgréissten industriell Ultraschallflëssegprozessoren fir d'effizient Emulgéierung vu grousse Volumenstroum an Produktiounsanlagen.
Ultraschall Emulsifizéierung
Am Labo ass d'Emulgéierungskraaft vum Ultraschall bekannt a laang applizéiert wéinst verschiddene Virdeeler, déi un der Ultraschallhomogeniséierung an Emulsifikatioun gebonne sinn. Zuverlässeg Ultraschall-Emulsifikatioun baséiert op der Verwäertung vun Ultraschallsonden, sougenannte Sonotroden. Iwwer d'Ultraschallsonde gëtt Héichintensitéit Ultraschall a Flëssegkeete gekoppelt a kreéiert akustesch Kavitatioun. Ultraschall oder akustesch Kavitatioun generéiert héich Schéierkräften, déi déi erfuerderlech Energie ubidden fir grouss Tropfen bis op Nano-Gréisst Tropfen ze stéieren. Doduerch ginn zwou oder méi flësseg Phasen an eng eenheetlech Submikron- oder Nano-Emulsioun gemëscht.
Ultraschaller sinn zouverlässeg an effizient fir Submikron- an Nano-Gréisst Emulsiounen ze produzéieren.
Virdeeler vun Ultrasonic Emulsifikatioun
Ultrasonic Emulsifikatioun mat engem Sonde-Typ Ultrasonicator bitt verschidde Virdeeler iwwer aner Emulgéierungstechniken:
- Verbesserte Emulsiounsstabilitéit: Ultrasonic Emulsifikatioun erstellt méi kleng Tropfengréissten a méi eenheetlech Tropfverdeelung, wat zu enger verbesserter Emulsiounsstabilitéit an enger méi laanger Haltbarkeet resultéiert. Submicron- an Nano-Gréisst Tropfen kënnen zouverlässeg produzéiert ginn mat Kraaft Ultraschall.
- Energieeffizienz: Ultrasonic Emulsifikatioun erfuerdert manner Energie wéi aner Emulgéierungsmethoden, wat et e méi energieeffiziente Prozess mécht.
- Skalierbarkeet: Ultrasonic Emulsifikatioun kann liicht erop oder erof ofhängeg vum erfuerderleche Volumen, sou datt et e versatile Prozess fir Labo an industriell Uwendungen mécht.
- Zäitspuerend: Ultrasonic Emulsifikatioun kann e ganz schnelle Prozess sinn, mat Emulsiounen, déi a Sekonnen bis Minuten bilden, ofhängeg vun de Flëssegkeeten, Volumen an Ausrüstung.
- Reduzéiert Bedierfnes fir Surfaktanten: Ultrasonic Emulsifikatioun kann d'Bedierfnes fir Surfaktanten reduzéieren, déi dacks erfuerderlech sinn fir Emulsiounen ze stabiliséieren. Wéi och ëmmer, mat enger reduzéierter Drëpsgréisst gëtt d'Uewerfläch vum Partikel erhéicht a méi Gebitt muss vun engem Surfaktant bedeckt ginn. Ultrasonication ass kompatibel mat bal all Zort Surfaktant abegraff alternativ an nei Emulgatoren.
- Minimal a kontrolléierbar Hëtztgeneratioun: Ultrasonic Emulsifikatioun ass en net-thermesche Prozess an d'Hëtztgeneratioun während der Veraarbechtung kann vermeit oder op e klenge Grad reduzéiert ginn. Doduerch gëtt de Risiko vun der thermescher Degradatioun vu sensiblen Verbindungen oder Zutaten reduzéiert.
Insgesamt sinn d'Virdeeler vun der Ultraschall-Emulgéierung mat engem Sonde-Typ Ultraschall et eng populär Wiel fir Emulsifikatioun a ville Beräicher, dorënner Iessen a Gedrénks, Pharmazeutik, Kosmetik, Feinchemikalien a Brennstoffer.
Ultraschallpräparatioun vun enger Ueleg-am-Waasser (O / W) Emulsioun (rout Waasser / Giel Ueleg). E puer Sekonne vu Sonikatioun maachen déi getrennte Waasser / Uelegphasen an eng fein Emulsioun.
De Video hei drënner weist den Emulgéierungsprozess vun Ueleg (giel) a Waasser (rout) andeems Dir den UP400S Labo Ultraschall benotzt.
Wat ass en Emulsioun?Emulsioune sinn Dispersiounen vun zwee oder méi méigleche Flëssegkeeten. Highly intensive Ultraschung liefert d'Muecht fir eng flësseg Phase (disperser Phase) a kleng Drëpplazen an enger zweeter Phase (kontinuéierlech Phase) ze disperséieren. An der Dispergatiounszone implizéieren Kavitblutzblasen intensiv Shockwellen an der Ëmgéigend Flauseg an entstinn d'Bildung vu fléissende Düsen aus héich Flëssegeschwindigkeit.
Miniemulsiounen, déi effizient duerch Ultraschall erstallt kënne ginn, verbesseren chemesch Reaktiounen. Macroemulsion polymerization (a) versus miniemulsion polymerization (b) [Schork et al. 2005: 136]
Nano-Emulsiounen – Eng Power Applikatioun fir Ultraschaller
Nanoemulsiounen sinn Emulsiounen mat Drëpsen déi typesch manner wéi 100 Nanometer grouss sinn. Nanoemulsiounen bidden verschidde Virdeeler iwwer konventionell Emulsiounen, dorënner eenzegaarteg funktionell Eegeschaften, méi héich Stabilitéit, Transparenz, etc.
Ultrasonication konkurréiert traditionell Emulsifikatiounstechnologien besonnesch wann et ëm d'Bildung vun Nanoemulsiounen geet. Dëst ass wéinst dem héich effizienten an energieintensiven Aarbechtsprinzip vum Ultraschall.
Aarbechtsprinzip vun der Ultraschall-Emulsifikatioun
Ultrasonic Emulgéierungsprozesser benotzen d'Kräfte vun der akustescher Kavitatioun. Akustesch Kavitatioun bezitt sech op de Phänomen vun der Bildung, dem Wuesstum an dem implosiven Zesummebroch vu klenge Blasen an engem flëssege Medium, deen héich-Intensitéit Ultraschallwellen ënnerworf ass. D'Implosioun vun dëse Blasen generéiert intensiv lokalen Drock- an Temperaturgradienten, déi héich Schéierkraaft, Schockwellen a Mikro-Jets kreéiere kënnen, déi grouss Partikelen ofbriechen an a méi kleng agglomeréieren. D'Bild lénks weist d'Ultraschallkavitatioun generéiert an der Sonde vum Ultraschaller UIP1000hdT (1000 Watt) an enger flësseger gefëllter Glaskolonne.
Bei der Emulsifikatioun an der Nano-Emulsifikatioun spillt d'Intensitéit vun der akustescher Kavitatioun eng kritesch Roll fir d'Gréisst vun den Drëpsen an der Emulsioun ze reduzéieren. Den implosive Zesummebroch vun de Kavitatiounsblasen kann staark Schéierkräfte kreéieren, déi méi grouss Drëpsen a méi kleng zerbriechen. Ausserdeem kënnen déi lokal Drock- an Temperaturgradienten, déi duerch d'Kavitatioun generéiert ginn, och d'Bildung vun neie Tropfen förderen an d'Emulsioun stabiliséieren.
Den eenzegaartegen Aspekt vun der akustescher Kavitatioun ass seng Fäegkeet fir lokaliséierter an intensiven Energieinput zum flëssege Medium ze bidden, ouni de Besoin fir héich mechanesch oder thermesch Belaaschtungen. Dëst mécht et eng attraktiv Technik fir Nano-Emulsifikatioun, well et d'Energieinput, déi fir den Emulsifikatiounsprozess erfuerderlech ass, reduzéiere kann, wärend eng méi kleng Drëpsgréisst a méi schmuel Drëpsgréisst Verdeelung erreecht gëtt.
Duerch dës präzis kontrolléierbar Ultraschallkräften ass akustesch Kavitatioun e mächtegt Tool fir Nano-Emulsifikatioun. Seng Fäegkeet fir lokaliséierter an intensiver Energieinput ze generéieren erlaabt méi grouss Drëpsen ofzebriechen, déi submikron- an Nano-Gréisst mat enger ganz héijer Effizienz bilden.
D'Studien am Ueleg am Waasser (Waasserphase) a Waasser an Öl (Ölphasen) Emulsiounen hunn d'Korrelatioun tëscht der Energie Dicht an der Tropréiergréisst (zB Sauter Duerchmiesser) fonnt. Et ass eng kloer Tendenz fir eng kleng Tröpfelgréisst bei der Erhéijung vun der Energie Dicht (Klickt op déi richteg Grafik). Bei passenden Energiedichtniveauen kann Ultraschall einfach an zouverlässeg mëttlere Tropfengréissten am Nano-Gamme erreechen.
Ultrasonic Probes fir effizient Emulsifikatioun
Hielscher bitt eng breet Palette vun Sonde-Typ Ultraschaller an Accessoiren fir déi effizient Emulgéierung an Dispergéierung vu Flëssegkeeten am Batch- a Flow-Through-Modus.
Systemer, déi aus verschiddenen Ultraschallprozessoren vu bis zu 16.000 Watt jee besteet, bidden d'Kapazitéit déi néideg ass fir dës Laboapplikatioun an eng effizient Produktiounsmethod ze iwwersetzen fir fein dispergéiert Emulsiounen am kontinuéierleche Floss oder an enger Batch ze kréien – D'Resultater vergläichbar mat der vun den heutegsten héije High-Pressure Homogeniséierer, wéi zum Beispill den neie Blendventil. Niewent dëser High-Effizienz an der kontinuéierter Emulgatiouns hëlt Hielscher Ultraschall-Geräter ganz wéineg Wartung a si sinn ganz einfach ze bedreiwen an ze botzen. De Ultraschall ass wierklech d'Erhéijung an d'Spülung. D'Ultraschallkraaft ass justierbar a kann op spezielle Produkter an Emulgatiounsanforderungen adaptéiert ginn. Spezifesch Stroumzellenreaktoren déi den erweideren CIP (Clean-In-Place) erhalen an SIP (Sterilize-an-Plaz) Viraussetzungen sinn och verfügbar.
De MultiSonoReactor MSR-4 ass en industriellen Inline Homogeniséierungsreaktor gëeegent fir (Nano-) Emulsifikatiounsprozesser mat héijen Duerchgäng.
| Konte gefouert QShortcut | Duerchflossrate | recommandéiert Comments |
|---|---|---|
| 0.5 an 1,5mL | na | VialTweeter | 1 bis 500mL | 10 bis 200mL / min | UP100H |
| 10 bis 2000mL | 20 bis 400mL / min | UP200Ht, An UP400St |
| 0.1 bis 20L | 0.2 bis 4L / min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100L | 2 bis 10L / min | UIP4000hdT |
| 15 bis 150 l | 3 bis 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 bis 100L / min | UIP16000 |
| na | méi grouss | Stärekoup vun UIP16000 |
Kontaktéiert eis! / Frot eis!
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall-Homogeniséierer fir Uwendungen, Dispersioun, Emulgatioun an Extraktioun am Labo, Pilot an industrieller Skala ze vermëschen.
Literatur / Referenzen
- 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.
Fakten Wësse wat weess
Definitioun vum Begrëff “Emulsioun”
Eng Emulsioun ass eng Mëschung aus zwee oder méi onmëschbar Flëssegkeeten, wéi Ueleg a Waasser.
Emulsiounen kënnen entweder Ueleg-an-Waasser sinn (wou Uelegdrëpsen a Waasser verspreet sinn) oder Waasser-an-Ueleg (wou Waasserdrëpsen an Ueleg verspreet sinn). Emulsiounen ginn a verschiddenen Uwendungen benotzt, dorënner Liewensmëttelprodukter (wéi Zalotdressing a Mayonnaise), Kosmetik (wéi Lotionen a Cremes), a Medikamenter (wéi Impfungen).
En Emulgator funktionnéiert andeems d'Uewerflächespannung tëscht den zwee onmëschbare Substanzen (wéi Ueleg a Waasser) an enger Emulsioun reduzéiert gëtt. Dëst reduzéiert d'Tendenz vun deenen zwee Substanzen sech ze trennen an erlaabt hinnen eng stabil Mëschung ze bilden.
Stabiliséierung vun Emulgéierer
Allgemeng erfuerderen Emulsiounen Stabiliséierung mat engem Emulgator oder Surfaktant. Emulgatoren sinn amphiphil - si lackele souwuel Waasser wéi och Fettstoffer. Dëst bedeit datt se hydrophil (Waasserliebende) an hydrophobesch (Uelegliewend) Eegeschaften hunn, wat et hinnen erlaabt souwuel mat den Ueleg- a Waasserphasen vun der Emulsioun ze interagéieren. Den hydrophilen Deel vum Emulgatormolekül befestegt sech un d'Waassermoleküle, während den hydrophoben Deel un d'Uelegmoleküle befestegt.
Andeems se d'Uelegdrëpsen mat Emulgatormoleküle ëmginn, entsteet den Emulgator eng Schutzschicht ronderëm d'Drëpsen, déi verhënnert datt se a Kontakt matenee kommen a sech zesummenzéien (verbinden) fir méi grouss Drëpsen ze bilden. Dëst hëlleft d'Emulsioun stabil ze halen a verhënnert d'Trennung.
Well d'Koaleszenz vun den Drëpsen no der Stéierung d'endgülteg Drëpsgréisst Verdeelung beaflosst, ginn effizient stabiliséierend Emulgatoren benotzt fir d'endgülteg Drëpsgréisst Verdeelung op engem Niveau ze halen, deen d'selwecht ass wéi d'Verdeelung direkt no der Drëpsstéierung an der Ultraschall-Dispersiounszone. Stabilisatoren féieren tatsächlech zu enger verbesserter Tropfstéierung bei konstanter Energiedicht.
Beispiller vun allgemeng benotzt Emulgatoren enthalen Lecithin (wat an Eegiel a Sojabounen fonnt gëtt), Mono- an Diglyceriden, Polysorbat 80, an Natriumstearoyllaktylat.
Hielscher Ultrasonics fabrizéiert performant Ultraschall Homogeniséierer aus Labo ze industriell Gréisst.