Emulsionarea prin cavitație cu ultrasunete

O gamă largă de produse intermediare și de consum, cum ar fi produsele cosmetice și loțiunile pentru piele, unguentele farmaceutice, lacurile, vopselele și lubrifianții și combustibilii se bazează în întregime sau parțial pe emulsii. Hielscher produce cele mai mari procesoare industriale cu ultrasunete lichid din lume pentru emulsionarea eficientă a fluxurilor de volum mare în instalațiile de producție.

cu ultrasunete emulsificare

În laborator, puterea de emulsionare a ultrasunetelor a fost cunoscută și aplicată pentru mult timp datorită diferitelor beneficii care sunt legate de omogenizarea cu ultrasunete și emulsionare. Emulsionarea cu ultrasunete fiabilă se bazează pe utilizarea sondelor cu ultrasunete, așa-numitele sonotrodes. Prin intermediul sondei cu ultrasunete, ultrasunetele de mare intensitate sunt cuplate în lichide și creează cavitație acustică. Cavitația cu ultrasunete sau acustică generează forțe de forfecare ridicate, care furnizează energia necesară pentru a perturba picăturile mari până la picături de dimensiuni nano. Astfel, două sau mai multe faze lichide sunt amestecate într-un submicron uniform- sau nano-emulsie.

Cerere de informatie





Ultrasonicators sunt fiabile și eficiente în producerea de emulsii submicron- și nano-sized.

Ultrasonicators sunt fiabile și eficiente în producerea de emulsii submicron- și nano-sized.

Avantajele emulsionării cu ultrasunete

Emulsionare cu ultrasunete folosind un ultrasonicator de tip sondă oferă mai multe avantaje față de alte tehnici de emulsionare:

  1. Stabilitate îmbunătățită a emulsiei: Emulsionarea cu ultrasunete creează dimensiuni mai mici ale picăturilor și o distribuție mai uniformă a picăturilor, rezultând o stabilitate îmbunătățită a emulsiei și o durată de depozitare mai lungă. Picăturile de dimensiuni submicronice și nano pot fi produse în mod fiabil folosind ultrasunete de putere.
  2. Eficiența energetică: Emulsionarea cu ultrasunete necesită mai puțină energie decât alte metode de emulsionare, ceea ce îl face un proces mai eficient din punct de vedere energetic.
  3. Scalabilitate: Emulsionarea cu ultrasunete poate fi ușor scalată în sus sau în jos în funcție de volumul necesar, ceea ce îl face un proces versatil atât pentru aplicații de laborator, cât și industriale.
  4. Economie de timp: Emulsionarea cu ultrasunete poate fi un proces foarte rapid, cu emulsii care se formează în câteva secunde până la minute, în funcție de lichide, volum și echipament.
  5. Nevoia redusă de agenți tensioactivi: Emulsionarea cu ultrasunete poate reduce nevoia de agenți tensioactivi, care sunt adesea necesari pentru a stabiliza emulsiile. Cu toate acestea, cu o dimensiune redusă a picăturilor, suprafața particulei este mărită și mai multă suprafață trebuie acoperită de un agent tensioactiv. Ultrasonication este compatibil cu aproape orice fel de agent tensioactiv, inclusiv emulgatori alternative și noi.
  6. Generarea minimă și controlabilă a căldurii: Emulsionarea cu ultrasunete este un proces non-termic și generarea de căldură în timpul procesării poate fi evitată sau redusă într-o mică măsură. Astfel, riscul de degradare termică a compușilor sau ingredientelor sensibile este redus.

În general, avantajele emulsionării cu ultrasunete folosind un ultrasonicator de tip sondă îl fac o alegere populară pentru emulsionare într-o varietate de domenii, inclusiv alimente și băuturi, produse farmaceutice, cosmetice, substanțe chimice fine și combustibili.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Pregătirea cu ultrasunete a unei emulsii de ulei în apă (O/W) (apă roșie / ulei galben). Câteva secunde de sonicare transforma separat apă / ulei faze într-o emulsie fină.

 
 
Videoclipul de mai jos arată procesul de emulsionare a uleiului (galben) în apă (roșu) prin utilizarea ultrasonicatorului de laborator UP400S.

Acest video demonstrează Hielscher ultrasonicator UP400S pregătirea unui nano-sized ulei-in-apă emulsie.

Emulsionarea uleiului în apă utilizând UP400S

Miniatură video

 

Ultrasonication este o tehnică eficientă de emulsionare și nano-emulsificare.Ce este o emulsie?
Emulsiile sunt dispersii de două sau mai multe lichide nemiscibile. Ecografia ultra intensivă furnizează energia necesară pentru a dispersa o fază lichidă (fază dispersată) în picături mici într-o a doua fază (fază continuă). În zona de dispersie, bulele de cavitație implante produc unde de șoc intensive în lichidul din jur și duc la formarea jeturilor de lichid cu viteză mare de lichid.
Miniemulsions, care pot fi create eficient prin ultrasonication, spori reacțiile de polimerizare.

Miniemulsions, care pot fi create eficient prin ultrasonication, spori reacțiile chimice. Polimerizarea macroemulsiei (a) versus polimerizarea miniemulsiei (b) [Schork et al. 2005: 136]

Nano-Emulsiile – O aplicație de putere pentru Ultrasonicators

Nanoemulsiile sunt emulsii cu picături care au de obicei o dimensiune mai mică de 100 de nanometri. Nanoemulsiile oferă mai multe avantaje față de emulsiile convenționale, inclusiv proprietăți funcționale unice, stabilitate mai mare, transparență etc.
Ultrasonication depășește tehnologiile tradiționale de emulsionare mai ales atunci când vine vorba de formarea de nanoemulsii. Acest lucru se datorează principiului de lucru extrem de eficient și intens din punct de vedere energetic al ultrasunetelor.

Principiul de lucru al emulsificării cu ultrasunete

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorProcesele de emulsionare cu ultrasunete folosesc forțele de cavitație acustică. Cavitația acustică se referă la fenomenul formării, creșterii și colapsului implosiv al bulelor mici într-un mediu lichid supus undelor cu ultrasunete de mare intensitate. Implozia acestor bule generează gradiente locale intense de presiune și temperatură, care pot crea forțe de forfecare ridicate, unde de șoc și micro-jeturi care pot descompune particule mari și aglomerări în cele mai mici. Imaginea din stânga demonstrează cavitație cu ultrasunete generate la sonda ultrasonicator UIP1000hdT (1000 wați) într-o coloană de sticlă umplută cu lichid.
În emulsionare și nanoemulsificare, intensitatea cavitației acustice joacă un rol esențial în reducerea dimensiunii picăturilor din emulsie. Colapsul implosiv al bulelor de cavitație poate crea forțe puternice de forfecare care descompun picăturile mai mari în cele mai mici. În plus, gradientele locale de presiune și temperatură generate de cavitație pot promova, de asemenea, formarea de picături noi și pot stabiliza emulsia.
Aspectul unic al cavitației acustice este capacitatea sa de a furniza un aport de energie localizat și intens în mediul lichid, fără a fi nevoie de solicitări mecanice sau termice ridicate. Acest lucru îl face o tehnică atractivă pentru nano-emulsificare, deoarece poate reduce aportul de energie necesar pentru procesul de emulsionare, obținând în același timp o dimensiune mai mică a picăturilor și o distribuție mai îngustă a dimensiunii picăturilor.
Datorită acestor forțe ultrasonice controlabile cu precizie, cavitația acustică este un instrument puternic pentru nano-emulsionare. Capacitatea sa de a genera un aport de energie localizat și intens permite descompunerea picăturilor mai mari care formează cele submicron și nano-sized la o eficiență foarte ridicată.

Emulsie apă-ulei produs folosind ultrasonication (Hielscher Ultrasonics)Studii la ulei în apă (faza de apă) și apă în ulei (faza uleioasă) emulsiile au arătat corelația dintre densitatea de energie și dimensiunea picăturii (de exemplu Sauter diametru). Există o tendință clară de dimensiunea picăturii mai mică la creșterea densității de energie (click pe grafic dreapta). La niveluri adecvate de densitate energetică, ultrasunetele pot realiza ușor și fiabil dimensiunile medii ale picăturilor în gama nano.

Sonde cu ultrasunete pentru emulsionare eficientă

Hielscher oferă o gamă largă de ultrasonicators de tip sondă și accesorii pentru emulsionarea eficientă și dispersarea lichidelor în modul lot și flux-through.
Sistemele constând din mai multe procesoare cu ultrasunete de până la 16.000 wați fiecare, oferă capacitatea necesară pentru a traduce această aplicație de laborator într-o metodă eficientă de producție pentru a obține emulsii fin dispersate în flux continuu sau într-un lot – obținerea unor rezultate comparabile cu cea de astăzi cele mai bune omogenizatoare de înaltă presiune disponibile, cum ar fi noua valva orificiu. În plus față de această eficiență ridicată în emulsionarea continuă, dispozitive cu ultrasunete Hielscher necesită o întreținere foarte scăzută și sunt foarte ușor de operat și pentru a curăța. Ultrasunetele acceptă de fapt, curățarea și clătire. Puterea cu ultrasunete este reglabil și poate fi adaptat la anumite produse și cerințe emulsifiere. reactoare flux de celule speciale care îndeplinesc avansate CIP (loc curat-în-) și SIP (sterilizați-in-loc), cerințele sunt disponibile, de asemenea.

Omogenizator cu ultrasunete industriale pentru emulsionarea eficientă a uleiului și a apei. Ultrasonication este foarte eficient în producția de nanoemulsii stabile pe termen lung.

MultiSonoReactor MSR-4 este un reactor industrial de omogenizare inline potrivit pentru procesele de (nano)emulsionare cu debite mari.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre:

volum lot Debit Aparate recomandate
0.5 1,5ml N / A. VialTweeter
1 la 500mL 10 până la 200 ml / min UP100H
10 la 2000ml 20 până la 400ml / min Uf200 ः t. UP400St
0.1 la 20L 0.2 4L / min UIP2000hdT
10 100L 2 până la 10L / min UIP4000hdT
De la 15 la 150L De la 3 la 15L/min UIP6000hdT
N / A. 10 la 100L / min UIP16000
N / A. mai mare grup de UIP16000

Contacteaza-ne! / Intreaba-ne!

Cere mai multe informații

Vă rugăm să utilizați formularul de mai jos pentru a solicita informații suplimentare despre emulgatori cu ultrasunete, aplicații și preț. Vom fi bucuroși să discutăm procesul de emulsionare cu tine și să vă oferim un sistem cu ultrasunete care îndeplinește cerințele dvs.!









Vă rugăm să rețineți Politica de confidentialitate.


Acest video demonstrează hielscher procesor cu ultrasunete UP400S pregătirea unui nano-sized ulei vegetal-in-emulsie de apă.

Emulsionarea uleiului vegetal în apă cu ajutorul UP400S

Miniatură video

Omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă forfecare sunt utilizate în laborator, banc-top, pilot și prelucrare industrială.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru amestecarea aplicațiilor, dispersie, emulsificare și extracție pe scară de laborator, pilot și industrial.



Literatură / Referințe

  • 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.

Ce trebuie să știți

Definirea termenului “Emulsie”

O emulsie este un amestec de două sau mai multe lichide nemiscibile, cum ar fi uleiul și apa.
Emulsiile pot fi fie ulei în apă (unde picăturile de ulei sunt dispersate în apă), fie apă în ulei (unde picăturile de apă sunt dispersate în ulei). Emulsiile sunt utilizate într-o varietate de aplicații, inclusiv produse alimentare (cum ar fi sosuri pentru salate și maioneză), produse cosmetice (cum ar fi loțiuni și creme) și produse farmaceutice (cum ar fi vaccinurile).
Un emulgator acționează prin reducerea tensiunii superficiale dintre cele două substanțe nemiscibile (cum ar fi uleiul și apa) dintr-o emulsie. Acest lucru reduce tendința celor două substanțe de a se separa și le permite să formeze un amestec stabil.

Emulgatori de stabilizare

În general, emulsiile necesită stabilizare folosind un agent de emulsionare sau un agent tensioactiv. Emulgatorii sunt amfifili – atrag atât apă, cât și substanțe grase. Aceasta înseamnă că au proprietăți hidrofile (iubitoare de apă) și hidrofobe (iubitoare de ulei), ceea ce le permite să interacționeze atât cu fazele uleioase, cât și cu cele de apă ale emulsiei. Partea hidrofilă a moleculei de emulgator se atașează de moleculele de apă, în timp ce partea hidrofobă se atașează de moleculele de ulei.
Prin inconjurarea picaturilor de ulei cu molecule de emulgator, emulgatorul creeaza un strat protector in jurul picaturilor care le impiedica sa intre in contact unele cu altele si sa se coaguleze (unindu-se) pentru a forma picaturi mai mari. Acest lucru ajută la menținerea emulsiei stabile și previne separarea.
Deoarece coalescența picăturilor după întrerupere influențează distribuția finală a dimensiunii picăturilor, se utilizează emulgatori stabilizatori eficienti pentru a menține distribuția finală a dimensiunii picăturilor la un nivel egal cu distribuția imediat după întreruperea picăturii în zona de dispersie cu ultrasunete. Stabilizatorii duc de fapt la o perturbare îmbunătățită a picăturilor la o densitate constantă a energiei.
Exemple de emulgatori frecvent utilizate includ lecitina (care se găsește în gălbenușuri de ou și soia), mono- și digliceride, polisorbat 80, și stearoyl lactylate de sodiu.


Ultrasunete de înaltă performanță! Gama de produse Hielscher acoperă întregul spectru de la ultrasonicator de laborator compact peste unități de banc-top la sisteme cu ultrasunete complet industriale.

Hielscher Ultrasonics produce omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la laborator la dimensiunea industrială.


Vom fi bucuroși să discutăm despre procesul dvs.

Să intrăm în contact.