Produkcja emulsji przez kawitację ultradźwiękową
Szeroki wybór produktów pośrednich i dla konsumentów, takie jak kosmetyki i krem do skóry, farmaceutyczne maści, lakiery, farby i smary i paliwa które są z emulsji, w całości lub częściowo. Hielscher produkuje największe przemysłowe homogenizatory ultradźwiękowe na świecie do efektywnego emulgowania przepływu dużych ilości cieczy w zakładach produkcyjnych.
W laboratorium moc ultradźwiękowa w emulsyfikacji jest już długo znana i używana z sukcesem. Film poniżej pokazuje emulsyfikacje oleju (żółty) ż wodą (czerwona) z urządzeniem do laboratorium UP400S.
Systemy składające się z kilku ultradźwiękowych procesorów do 16.000 watów , wystarcza aby zamienić tą aplikację do laboratorium we wydajną metodę produkcyjną aby dostać emulsję drobno dyspergowaną w ciągłym przepływie lub w trybie wsadowym – osiągająć wyniki porównywalne do najlepszych homogenizatorów wysokociśnieniowych w dzisiejszych czasach, na przykład nowy zawór kryzowy. Dodatkowo do wysokiej wydajności w emulsyfikacji ciągłej, urządzenia Hielscher ultrasonics mają bardzo niskie koszty utrzymania i są bardzo łatwe w obsłudze i do czyszczenia. Ultradźwięk nawet pomaga w czyszczeniu i płukaniu. Moc ultradźwiękowa da się regulować i może być dostosowana do poszczególnych produktów i wymagań emulsyfikacji. Specjalne reaktory celek przepływowych które dostarczają wymagań i czyszczenia CIP (clean-in-place) i sterilizacji SIP (sterilize-in-placein) także są dostępne.
Emulsje są dyspersjie dwóch lub więcej niemieszalnych cieczach. Ultradżwięk bardzo intensywny dostarcza moc potrzebną do dyspergowania w fazie ciekłej (faza dyspergowana) w małych kropelek w drugim etapie (faza ciągła). W fazie dyspergowania pęcherzyki kawitacyjne które implodują powodują intensywne fale uderzeniowe w okolicy cieczy i prowadzą do przepływu cieczy z wysoką prędkością.
W celu ustabilizowania nowo powstałych kropelek z fazy dyspersyjnej przeciwko koalescencji, emulgatory (substancje powierzchniowo czynne) i stabilizatory są dodawane do emulsji. Przez to że koalescencja kropelek po rozczepieniu ma wpływ na rozmiar końcowy kropelek używa się stabilizacyjne emulgatory. Dzięki tych emulgatorach końcowy rozmiar kropelek jest na tym samym poziomie jak są po rozczepieniu po fazie dyspergowania. Stabilizatory do lepszego podziału kropelek przy stałej ilości energii.
Badania na temat emulsji oleju w wodzie (faza wody) i emulsji w oleju (olej fazy) wykazały korelację między gęstości energetycznej i rozmiaru kropelek (np. średnica Sauter). Istnieje wyraźna tendencja do mniejszego rozmiaru kropelek na zwiększenie gęstości energetycznej (Kliknij na grafikę po prawej). Na odpowiednim poziomie gęstości energetycznej ultradżwięk również osiągnie średnią kropelek wielkości poniżej 1 mikrometra (tak zwana mikroemulsja).
Firma Hielscher oferuje szeroki wybór urządzeń ultradźwiękowych i dodatek do efektywnego emulsyfikania i dyspergowania cieczy.
- Urządzenia ultradźwiękowe do laboratorium do 400 watów pozwają na łatwe przygotowanie emulsji w probówkach Eppendorfa, zlewek lub celek przepływowych. Urządzenia służą głównie do przygotowania próbek lub wstępnego badania wykonalności i są dostępne do wynajęcia.
- Processor ultradźwiękowe 500 i 1000 i 2000 watów jak i procesory ultradźwiękowe UIP1000hdT zestaw z komory przepływowej i różnymi wzmacniaczami i sonotrodami mogą emulsyfikować większe strumienia dopływu. Urządzenia takie jak te są używane w optymalizacji parametrów (takich jak: amplituda, operacyjne ciśnienie, prędkość przepływu itp.) produkcji przez zakłady lub produkcji pilotażowej.
- Procesory ultradźwiękowe przemysłowe z 2, 4, 10 i 16kW i większe zgrupowanie takich modułów pozwala na produkcje strumieni przepływu do prawie każdego poziomu.
Literatura
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.
Han, T. (2005): Ultrasonic Production of Nano-Size Dispersions and Emulsions, in: Proceedings of European Nanosystems Conference ENS’05.
Landfester, K. (2001): Die Erzeugung von Nanopartikeln in Miniemulsions; in: Advanced Materials 2001, 13, Nr. 10, May17th. Wiley-VCH.