Эмульгация ультразвуковой кавитации

Широкий спектр промежуточных и потребительских товаров, таких как косметика и лосьоны для кожи, фармацевтические мази, лаки, краски и смазки и топливо, полностью или частично основаны на эмульсиях. Hielscher производит крупнейшие в мире промышленные ультразвуковые жидкостные процессоры для эффективного эмульгирования больших объемов потоков на производственных предприятиях.

Ультразвуковая эмульсия

В лаборатории эмульгирующая сила ультразвука была известна и применялась в течение длительного времени из-за различных преимуществ, которые связаны с ультразвуковой гомогенизацией и эмульгированием. Надежная ультразвуковая эмульгация основана на использовании ультразвуковых зондов, так называемых сонотродов. С помощью ультразвукового зонда ультразвук высокой интенсивности соединяется с жидкостями и создает акустическую кавитацию. Ультразвуковая или акустическая кавитация генерирует высокие силы сдвига, которые обеспечивают необходимую энергию для разрушения больших капель вплоть до наноразмерных капель. Таким образом, две или более жидкие фазы смешиваются в однородную субмикронную или наноэмульсию.

Запрос информации




Обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Ультразвуковые аппараты надежны и эффективны в производстве субмикронных и наноразмерных эмульсий.

Ультразвуковые аппараты надежны и эффективны в производстве субмикронных и наноразмерных эмульсий.

Преимущества ультразвуковой эмульгации

Ультразвуковая эмульгация с использованием ультразвукового аппарата зондового типа предлагает ряд преимуществ по сравнению с другими методами эмульгирования:

  1. Улучшенная стабильность эмульсии: Ультразвуковая эмульгация создает меньший размер капель и более равномерное распределение капель, что приводит к повышению стабильности эмульсии и увеличению срока хранения. Субмикронные и наноразмерные капли могут быть надежно получены с помощью мощного ультразвука.
  2. Энергоэффективности: Ультразвуковая эмульгация требует меньше энергии, чем другие методы эмульгирования, что делает ее более энергоэффективным процессом.
  3. Масштабируемость: Ультразвуковая эмульгация может быть легко увеличена или уменьшена в зависимости от требуемого объема, что делает ее универсальным процессом как для лабораторных, так и для промышленных применений.
  4. Экономия времени: Ультразвуковая эмульгация может быть очень быстрым процессом, при этом эмульсии образуются от секунд до минут, в зависимости от жидкостей, объема и оборудования.
  5. Снижение потребности в поверхностно-активных веществах: Ультразвуковая эмульгация может уменьшить потребность в поверхностно-активных веществах, которые часто требуются для стабилизации эмульсий. Однако при уменьшении размера капель площадь поверхности частицы увеличивается и большая площадь должна быть покрыта поверхностно-активным веществом. Ультразвук совместим практически с любым видом поверхностно-активного вещества, включая альтернативные и новые эмульгаторы.
  6. Минимальное и контролируемое тепловыделение: Ультразвуковая эмульгация является нетермическим процессом, и выделение тепла во время обработки можно избежать или уменьшить до небольшой степени. Таким образом, снижается риск термической деградации чувствительных соединений или ингредиентов.

В целом, преимущества ультразвуковой эмульгации с использованием ультразвукового аппарата зондового типа делают его популярным выбором для эмульгирования в различных областях, включая продукты питания и напитки, фармацевтические препараты, косметику, тонкие химикаты и топливо.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Ультразвуковой препарат эмульсии масла в воде (O/W) (красная вода/ желтое масло). Несколько секунд sonication превратить отдельные воды / масляные фазы в тонкой эмульсии.

 
 
На видео ниже показан процесс эмульгирования масла (желтый) в воду (красный) с помощью лабораторного ультразвукового аппарата UP400S.

Это видео демонстрирует Hielscher ультразвуковой UP400S подготовки нано-размера нефти в воде эмульсии.

Эмульгация масла в воде с помощью UP400S

Миниатюра видео

 

Ультразвук является эффективным методом эмульгирования и наноэмульгирования.Что такое эмульсия?
Эмульсии представляют собой дисперсии двух или более несмешивающихся жидкостей. Высокоинтенсивное ультразвуковое исследование обеспечивает мощность, необходимую для диспергирования жидкой фазы (дисперсной фазы) в малых капельках во второй фазе (непрерывная фаза). В зоне диспергирования пузырьки кавитационного разрыва вызывают интенсивные ударные волны в окружающей жидкости и приводят к образованию жидких струй с высокой скоростью жидкости.
Миниэмульсии, которые могут быть эффективно созданы ультразвуком, усиливают реакции полимеризации.

Миниэмульсии, которые могут быть эффективно созданы ультразвуком, усиливают химические реакции. Макроэмульсионная полимеризация (a) в сравнении с миниэмульсионной полимеризацией (b) [Schork et al. 2005: 136]

Нано-Эмульсия – Силовое применение для ультразвуковых аппаратов

Наноэмульсии представляют собой эмульсии с каплями, которые обычно имеют размер менее 100 нанометров. Наноэмульсии предлагают несколько преимуществ по сравнению с обычными эмульсиями, включая уникальные функциональные свойства, более высокую стабильность, прозрачность и т. Д.
Ультразвук превосходит традиционные технологии эмульгирования, особенно когда речь идет о формировании наноэмульсий. Это связано с высокоэффективным и энергоемким принципом работы ультразвука.

Принцип работы ультразвуковой эмульгации

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorПроцессы ультразвуковой эмульгации используют силы акустической кавитации. Акустическая кавитация относится к явлению образования, роста и имплозивного коллапса мелких пузырьков в жидкой среде, подверженной ультразвуковым волнам высокой интенсивности. Имплозия этих пузырьков генерирует интенсивные локальные градиенты давления и температуры, которые могут создавать силы высокого сдвига, ударные волны и микроструи, которые могут разрушать крупные частицы и агломераты на более мелкие. На снимке слева показана ультразвуковая кавитация, генерируемая на зонде ультразвукового аппарата UIP1000hdT (1000 Вт) в заполненной жидкостью стеклянной колонне.
При эмульгировании и наноэмульгировании интенсивность акустической кавитации играет решающую роль в уменьшении размера капель в эмульсии. Имплозивный коллапс кавитационных пузырьков может создать сильные силы сдвига, которые разрушают более крупные капли на более мелкие. Кроме того, локальные градиенты давления и температуры, создаваемые кавитацией, также могут способствовать образованию новых капель и стабилизировать эмульсию.
Уникальным аспектом акустической кавитации является ее способность обеспечивать локализованный и интенсивный ввод энергии в жидкую среду без необходимости высоких механических или тепловых напряжений. Это делает его привлекательным методом для наноэмульгирования, поскольку он может уменьшить затраты энергии, необходимые для процесса эмульгирования, при одновременном достижении меньшего размера капель и более узкого распределения по размеру капель.
Благодаря этим точно контролируемым ультразвуковым силам акустическая кавитация является мощным инструментом для наноэмульгирования. Его способность генерировать локализованный и интенсивный ввод энергии позволяет расщеплять более крупные капли, образуя субмикронные и наноразмерные с очень высокой эффективностью.

Водно-масляная эмульсия, полученная с использованием ультразвука (Hielscher Ultrasonics)Исследования эмульсий нефти в воде (водная фаза) и вода в масле (масляной фазе) показали корреляцию между плотностью энергии и размером капель (например, диаметром Саутера). Существует явная тенденция к уменьшению размера капель при увеличении плотности энергии (щелкните правой кнопкой мыши). При соответствующих уровнях плотности энергии ультразвук может легко и надежно достигать средних размеров капель в нанодиапазоне.

Ультразвуковые датчики для эффективной эмульгирования

Hielscher предлагает широкий ассортимент ультразвуковых аппаратов зондового типа и аксессуаров для эффективной эмульгации и диспергирования жидкостей в периодическом и проточном режиме.
Системы, состоящие из нескольких ультразвуковых процессоров мощностью до 16 000 Вт каждый, обеспечивают мощность, необходимую для перевода этого лабораторного приложения в эффективный метод производства для получения мелкодисперсных эмульсий в непрерывном потоке или в периодическом режиме. – достигая результатов, сопоставимых с результатами современных высококачественных гомогенизаторов высокого давления, таких как новый клапан с отверстиями. В дополнение к этой высокой эффективности в непрерывной эмульсификации ультразвуковые устройства Hielscher требуют очень низкого технического обслуживания и очень просты в эксплуатации и чистке. Ультразвук действительно поддерживает очистку и полоскание. Ультразвуковая мощность регулируется и может быть адаптирована к конкретным продуктам и требованиям эмульгирования. Также доступны специальные реакторы с проточной ячейкой, отвечающие современным требованиям CIP (чистый на месте) и SIP (стерилизация на месте).

Промышленный ультразвуковой гомогенизатор для эффективной эмульгации масла и воды. Ультразвуковая обработка очень эффективна в производстве долгосрочных стабильных наноэмульсий.

MultiSonoReactor MSR-4 представляет собой промышленный поточный реактор гомогенизации, подходящий для (нано)эмульгирования процессов с высокой пропускной способностью.

В приведенной ниже таблице приведена приблизительная производительность наших ультразвуковых аппаратов:

Объем партии Скорость потока Рекомендуемые устройства
0.5 до 1,5 мл не доступно VialTweeter
От 1 до 500 мл От 10 до 200 мл / мин UP100H
От 10 до 2000 мл От 20 до 400 мл / мин Uf200 ः т, UP400St
0.1 до 20L 0.2 до 4L / мин UIP2000hdT
От 10 до 100 литров От 2 до 10 л / мин UIP4000hdT
от 15 до 150 л от 3 до 15 л/мин UIP6000hdT
не доступно От 10 до 100 л / мин UIP16000
не доступно больше кластер UIP16000

Свяжитесь с нами! / Спросите нас!

Запросить дополнительную информацию

Пожалуйста, воспользуйтесь формой ниже, чтобы запросить дополнительную информацию об ультразвуковых эмульгаторах, области применения и цене. Мы будем рады обсудить с Вами Ваш процесс эмульгирования и предложить Вам ультразвуковую систему, отвечающую Вашим требованиям!









Пожалуйста, обратите внимание на наши политика конфиденциальности,


Это видео демонстрирует Hielscher ультразвуковой процессор UP400S подготовки нано-размера растительного масла в воде эмульсии.

Эмульгация растительного масла в воде с помощью UP400S

Миниатюра видео

Ультразвуковые высокопоточные гомогенизаторы используются в лабораторной, настольной, пилотной и промышленной обработке.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов для смешивания приложений, дисперсии, эмульгации и экстракции в лабораторных, пилотных и промышленных масштабах.



Литература / Ссылки

  • 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.

Полезные сведения

Определение термина “эмульсионный”

Эмульсия представляет собой смесь двух или более несмешивающихся жидкостей, таких как масло и вода.
Эмульсии могут быть либо маслом в воде (где капли масла диспергируются в воде), либо водой в масле (где капли воды диспергируются в масле). Эмульсии используются в различных приложениях, включая пищевые продукты (такие как салатные заправки и майонез), косметику (например, лосьоны и кремы) и фармацевтические препараты (такие как вакцины).
Эмульгатор работает, уменьшая поверхностное натяжение между двумя несмешивающимися веществами (такими как масло и вода) в эмульсии. Это уменьшает тенденцию двух веществ к разделению и позволяет им образовывать стабильную смесь.

Стабилизация эмульгаторов

В целом, эмульсии требуют стабилизации с использованием эмульгатора или поверхностно-активного вещества. Эмульгаторы амфифильные – они притягивают как воду, так и жирные вещества. Это означает, что они обладают гидрофильными (водолюбивыми) и гидрофобными (маслолюбивыми) свойствами, что позволяет им взаимодействовать как с масляной, так и с водной фазами эмульсии. Гидрофильная часть молекулы эмульгатора прикрепляется к молекулам воды, в то время как гидрофобная часть прикрепляется к молекулам масла.
Окружая капли масла молекулами эмульгатора, эмульгатор создает защитный слой вокруг капель, который предотвращает их контакт друг с другом и слияние (соединение) с образованием более крупных капель. Это помогает сохранить эмульсию стабильной и предотвращает разделение.
Поскольку слияние капель после разрушения влияет на конечное распределение капель по размеру, эффективно стабилизирующие эмульгаторы используются для поддержания конечного распределения по размеру капель на уровне, равном распределению сразу после разрушения капель в зоне ультразвуковой диспергирования. Стабилизаторы фактически приводят к улучшению разрушения капель при постоянной плотности энергии.
Примеры широко используемых эмульгаторов включают лецитин (который содержится в яичных желтках и соевых бобах), моно- и диглицериды, полисорбат 80 и стеароиллактилат натрия.


Высокоэффективный ультразвук! Ассортимент продукции Hielscher охватывает весь спектр от компактного лабораторного ультразвукового аппарата до полностью промышленных ультразвуковых систем.

Hielscher Ultrasonics производит высокую производительность ультразвуковых гомогенизаторов из лаборатория в промышленного размера.


Мы будем рады обсудить ваш процесс.

Давайте свяжемся.