Emulsificante por Cavitation Ultrasônica

Uma ampla gama de produtos intermediários e de consumo, como cosméticos e loções para a pele, pomadas farmacêuticas, vernizes, tintas e lubrificantes e combustíveis são baseados total ou parcialmente em emulsões. A Hielscher fabrica os maiores processadores líquidos ultrassônicos industriais do mundo para a emulsificação eficiente de fluxos de grande volume em plantas de produção.

Ultrasonic Emulsificação

No laboratório, o poder de emulsificação do ultrassom tem sido conhecido e aplicado por muito tempo devido a vários benefícios que estão ligados à homogeneização e emulsificação ultra-sônica. A emulsificação ultra-sônica confiável é baseada no uso de sondas ultra-sônicas, os chamados sonotrodos. Através da sonda ultra-sônica, o ultrassom de alta intensidade é acoplado em líquidos e cria cavitação acústica. A cavitação ultra-sônica ou acústica gera altas forças de cisalhamento, que fornecem a energia necessária para interromper grandes gotículas até gotículas de tamanho nano. Assim, duas ou mais fases líquidas são misturadas em uma sub-emulsão ou nano-emulsão uniforme.

Pedido de informação





Os ultrasonicators são confiáveis e eficientes na produção de emulsões submicro e nanométricas.

Os ultrasonicators são confiáveis e eficientes na produção de emulsões submicro e nanométricas.

Vantagens da emulsificação ultra-sônica

Emulsificação ultra-sônica usando um ultra-sonicator do tipo sonda oferece várias vantagens sobre outras técnicas de emulsificação:

  1. Estabilidade de emulsão melhorada: A emulsificação ultra-sônica cria tamanhos de gotículas menores e distribuição de gotículas mais uniforme, resultando em melhor estabilidade da emulsão e uma vida útil mais longa. Gotículas de tamanho submicron e nano podem ser produzidas de forma confiável usando ultrassom de potência.
  2. Eficiência energética: A emulsificação ultra-sônica requer menos energia do que outros métodos de emulsificação, tornando-se um processo mais eficiente em termos energéticos.
  3. Escalabilidade: A emulsificação ultra-sônica pode ser facilmente ampliada ou reduzida, dependendo do volume necessário, tornando-se um processo versátil para aplicações laboratoriais e industriais.
  4. Economia de tempo: A emulsificação ultra-sônica pode ser um processo muito rápido, com emulsões se formando em segundos a minutos, dependendo dos líquidos, volume e equipamento.
  5. Redução da necessidade de tensioactivos: A emulsificação ultra-sônica pode reduzir a necessidade de surfactantes, que muitas vezes são necessários para estabilizar emulsões. No entanto, com um tamanho de gotícula reduzido, a área de superfície da partícula é aumentada e mais área deve ser coberta por um surfactante. Ultrasonication é compatível com quase qualquer tipo de surfactante, incluindo emulsificantes alternativos e novos.
  6. Geração de calor mínima e controlável: A emulsificação ultra-sônica é um processo não térmico e a geração de calor durante o processamento pode ser evitada ou reduzida em um pequeno grau. Assim, o risco de degradação térmica de compostos ou ingredientes sensíveis é reduzido.

No geral, as vantagens da emulsificação ultra-sônica usando um ultrasonicator do tipo sonda o tornam uma escolha popular para emulsificação em uma variedade de campos, incluindo alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos, cosméticos, produtos químicos finos e combustíveis.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Preparação ultrassônica de emulsão óleo-em-água (O/W) (água vermelha / óleo amarelo). Alguns segundos de sônica transformam as fases separadas de água/óleo em uma emulsão fina.

 
 
O vídeo abaixo mostra o processo de emulsificação de óleo (amarelo) em água (vermelho) usando o ultrasonicator de laboratório UP400S.

Este vídeo demonstra o ultrasssônico Hielscher UP400S preparando uma emulsão de óleo naágua no tamanho de nano.

Emulsificante de óleo na água usando o UP400S

Miniatura do vídeo

 

Ultrassonicação é uma técnica eficaz de emulsificação e nano-emulsificação.O que é uma emulsão?
As emulsões são dispersões de dois ou mais líquidos imiscíveis. O ultra-som altamente intensivo fornece o poder necessário para dispersar uma fase líquida (fase dispersa) em pequenas gotículas em uma segunda fase (fase contínua). Na zona de dispersão, as bolhas de cavitação implinentes causam ondas de choque intensivas no líquido circundante e resultam na formação de jatos líquidos de alta velocidade do líquido.
Miniemulsões, que podem ser eficientemente criadas por ultrassom, melhoram as reações de polimerização.

Miniemulsões, que podem ser eficientemente criadas por ultrassom, melhoram as reações químicas. Polimerização em macroemulsão (a) versus polimerização em miniemulsão (b) [Schork et al. 2005: 136]

Nano-Emulsões – Uma aplicação de energia para ultra-sonicators

Nanoemulsões são emulsões com gotículas que são tipicamente menos de 100 nanômetros de tamanho. As nanoemulsões oferecem várias vantagens em relação às emulsões convencionais, incluindo propriedades funcionais únicas, maior estabilidade, transparência, etc.
Ultrasonication supera as tecnologias tradicionais de emulsificação, especialmente quando se trata da formação de nanoemulsões. Isto é devido ao princípio de funcionamento altamente eficiente e energético do ultrassom.

Princípio de funcionamento da emulsificação ultra-sônica

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorOs processos de emulsificação ultra-sônica usam as forças da cavitação acústica. A cavitação acústica refere-se ao fenômeno da formação, crescimento e colapso implosivo de pequenas bolhas em um meio líquido submetido a ondas de ultrassom de alta intensidade. A implosão dessas bolhas gera intensos gradientes locais de pressão e temperatura, que podem criar forças de alto cisalhamento, ondas de choque e microjatos que podem quebrar partículas grandes e aglomerados em menores. A imagem à esquerda demonstra a cavitação ultra-sônica gerada na sonda do ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watts) em uma coluna de vidro cheia de líquido.
Na emulsificação e nanoemulsificação, a intensidade da cavitação acústica desempenha um papel crítico na redução do tamanho das gotículas na emulsão. O colapso implosivo das bolhas de cavitação pode criar fortes forças de cisalhamento que quebram gotículas maiores em gotículas menores. Além disso, os gradientes locais de pressão e temperatura gerados pela cavitação também podem promover a formação de novas gotículas e estabilizar a emulsão.
O aspecto único da cavitação acústica é a sua capacidade de fornecer entrada de energia localizada e intensa para o meio líquido, sem a necessidade de altas tensões mecânicas ou térmicas. Isso a torna uma técnica atraente para a nanoemulsificação, pois pode reduzir a entrada de energia necessária para o processo de emulsificação, ao mesmo tempo em que alcança um tamanho de gotícula menor e uma distribuição de tamanho de gotícula mais estreita.
Devido a essas forças ultrassônicas precisamente controláveis, a cavitação acústica é uma ferramenta poderosa para a nanoemulsificação. Sua capacidade de gerar entrada de energia localizada e intensa permite quebrar gotículas maiores formando gotículas submícrons e nanométricas com uma eficiência muito alta.

Emulsão de água-óleo produzida usando ultrassom (Hielscher Ultrasonics)Estudos em óleo em água (fase aquosa) e água em óleo (fase oleosa) emulsões têm demonstrado a correlação entre a densidade de energia e o tamanho das gotas (por exemplo, diâmetro de Sauter). Há uma tendência clara para o tamanho das gotículas menor a aumentar a densidade de energia (clique no gráfico direito). Em níveis adequados de densidade de energia, o ultrassom pode facilmente e de forma confiável alcançar tamanhos médios de gotículas na nano-faixa.

Sondas ultra-sônicas para emulsificação eficiente

A Hielscher oferece uma ampla gama de ultrasonicators e acessórios do tipo sonda para a emulsificação e dispersão eficientes de líquidos em modo de lote e fluxo.
Sistemas que consistem em vários processadores ultra-sônicos de até 16.000 watts cada, fornecem a capacidade necessária para traduzir esta aplicação de laboratório em um método de produção eficiente para obter emulsões finamente dispersas em fluxo contínuo ou em um lote – alcançar resultados comparáveis ​​à dos melhores homogeneizadores de alta pressão de hoje disponíveis, tais como a nova válvula de orifício. Em adição a esta alta eficiência na emulsificação contínua, dispositivos de ultra-sons Hielscher exigem manutenção muito baixa e são muito fáceis de operar e de limpar. O ultra-som não realmente apoiar a limpeza e lavagem. A energia de ultra-sons é ajustável e pode ser adaptado a produtos específicos e requisitos de emulsificação. reatores célula de fluxo reunião especial do CIP avançado (local limpo-in-) e SIP (esterilizar-in-place) requisitos estão disponíveis também.

Homogeneizador ultra-sônico industrial para a emulsificação eficiente de óleo e água. Ultrasonication é altamente eficiente na produção de nanoemulsões estáveis a longo prazo.

O MultiSonoReactor MSR-4 é um reator industrial de homogeneização em linha adequado para processos de (nano-)emulsificação com alto rendimento.

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
00,5 a 1,5 mL n / D. VialTweeter
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
15 a 150L 3 a 15L/min UIP6000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

Contate-Nos! / Pergunte-nos!

Solicite mais informações

Utilize o formulário abaixo para solicitar informações adicionais sobre emulsionantes ultra-sónicos, aplicações e preço. Teremos o maior prazer em discutir o seu processo de emulsificação com você e oferecer-lhe um sistema ultra-sônico que atenda às suas necessidades!









Por favor, note que o nosso Política de Privacidade.


Este vídeo demonstra o processador ultrassônico Hielscher UP400S preparando uma emulsão de óleo vegetal nano-size nano-in-water.

Emulsificante de óleo vegetal na água usando o UP400S

Miniatura do vídeo

Homogeneizadores ultrassônicos de alta cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.



Literatura / Referências

  • 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.

Fatos, vale a pena conhecer

Definição do Termo “Emulsão”

Uma emulsão é uma mistura de dois ou mais líquidos imiscíveis, como óleo e água.
As emulsões podem ser óleo-em-água (onde as gotículas de óleo são dispersas em água) ou água-em-óleo (onde as gotículas de água são dispersas em óleo). As emulsões são usadas em uma variedade de aplicações, incluindo produtos alimentícios (como molhos para salada e maionese), cosméticos (como loções e cremes) e produtos farmacêuticos (como vacinas).
Um emulsificante funciona reduzindo a tensão superficial entre as duas substâncias imiscíveis (como óleo e água) em uma emulsão. Isso reduz a tendência das duas substâncias de se separarem e permite que elas formem uma mistura estável.

Emulsificantes estabilizadores

Em geral, as emulsões requerem estabilização usando um agente emulsionante ou surfactante. Os emulsionantes são anfifílicos – eles atraem água e substâncias gordurosas. Isso significa que eles têm propriedades hidrofílicas (amantes da água) e hidrofóbicas (amantes do óleo), o que lhes permite interagir com as fases de óleo e água da emulsão. A parte hidrofílica da molécula emulsificante se liga às moléculas de água, enquanto a parte hidrofóbica se liga às moléculas de óleo.
Ao cercar as gotículas de óleo com moléculas emulsificantes, o emulsificante cria uma camada protetora ao redor das gotículas que as impede de entrar em contato umas com as outras e coalescer (unir-se) para formar gotículas maiores. Isso ajuda a manter a emulsão estável e evita a separação.
Como a coalescência das gotículas após a ruptura influencia a distribuição final do tamanho da gota, emulsificantes estabilizadores eficientes são usados para manter a distribuição final do tamanho da gota em um nível igual à distribuição imediatamente após a interrupção da gotícula na zona de dispersão ultra-sônica. Os estabilizadores realmente levam a uma melhor interrupção de gotículas na densidade de energia constante.
Exemplos de emulsificantes comumente usados incluem lecitina (que é encontrada em gemas de ovo e soja), mono e diglicerídeos, polissorbato 80 e lactilato de estearoila sódico.


Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.


Ficaremos felizes em discutir seu processo.

Vamos entrar em contato.