Emulgačné Ultrazvukový kavitácie

Široká škála medziproduktov a spotrebných výrobkov, ako sú kozmetika a pleťové vody, farmaceutické masti, laky, farby a mazivá a palivá, je úplne alebo čiastočne založená na emulziách. Hielscher vyrába najväčšie priemyselné ultrazvukové kvapalné procesory na svete pre efektívnu emulgáciu veľkých objemových prúdov vo výrobných závodoch.

Ultrazvukový emulsification

V laboratóriu je emulgačná sila ultrazvuku známa a aplikovaná dlho kvôli rôznym výhodám, ktoré sú viazané na ultrazvukovú homogenizáciu a emulgáciu. Spoľahlivá ultrazvuková emulgácia je založená na použití ultrazvukových sond, tzv. Sonotród. Prostredníctvom ultrazvukovej sondy je ultrazvuk s vysokou intenzitou spojený s kvapalinami a vytvára akustickú kavitáciu. Ultrazvuková alebo akustická kavitácia vytvára vysoké šmykové sily, ktoré poskytujú potrebnú energiu na narušenie veľkých kvapôčok až po kvapôčky nanoveľkosti. Tým sa dve alebo viac kvapalných fáz zmieša do rovnomernej submikrónovej alebo nano-emulzie.

Žiadosť o informácie





Ultrasonicators sú spoľahlivé a efektívne pri výrobe submikrónov a nano-veľkých emulzií.

Ultrasonicators sú spoľahlivé a efektívne pri výrobe submikrónov a nano-veľkých emulzií.

Výhody ultrazvukovej emulgácie

Ultrazvuková emulgácia pomocou sondy-typ ultrasonicator ponúka niekoľko výhod oproti iným emulgačným technikám:

  1. Zlepšená stabilita emulzie: Ultrazvuková emulgácia vytvára menšie veľkosti kvapôčok a rovnomernejšiu distribúciu kvapôčok, čo vedie k zlepšenej stabilite emulzie a dlhšej trvanlivosti. Kvapôčky submikrónov a nano-veľkosti môžu byť spoľahlivo vyrobené pomocou výkonového ultrazvuku.
  2. Energetická účinnosť: Ultrazvuková emulgácia vyžaduje menej energie ako iné metódy emulgácie, čo z neho robí energeticky efektívnejší proces.
  3. Škálovateľnosť: Ultrazvuková emulgácia môže byť ľahko zmenšiť alebo znížiť v závislosti na požadovanom objeme, čo z neho robí všestranný proces pre laboratórne aj priemyselné aplikácie.
  4. Úspora času: Ultrazvuková emulgácia môže byť veľmi rýchly proces, s emulziami tvoriacimi sa v priebehu niekoľkých sekúnd až minút, v závislosti na kvapalinách, objeme a zariadení.
  5. Znížená potreba povrchovo aktívnych látok: Ultrazvuková emulgácia môže znížiť potrebu povrchovo aktívnych látok, ktoré sú často potrebné na stabilizáciu emulzií. Pri zmenšenej veľkosti kvapôčok sa však povrch častice zväčší a povrchovo aktívna látka musí pokryť väčšiu plochu. Ultrazvukom je kompatibilný s takmer akýmkoľvek druhom povrchovo aktívnej látky vrátane alternatívnych a nových emulgátorov.
  6. Minimálna a regulovateľná tvorba tepla: Ultrazvuková emulgácia je netepelný proces a tvorba tepla počas spracovania sa dá vyhnúť alebo znížiť na malú mieru. Tým sa znižuje riziko tepelnej degradácie citlivých zlúčenín alebo zložiek.

Celkovo, výhody ultrazvukovej emulgácie pomocou sondy-typ ultrasonicator, aby to bola populárna voľba pre emulgáciu v rôznych oblastiach, vrátane potravín a nápojov, liečivá, kozmetika, jemné chemikálie a palivá.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Ultrazvukový prípravok emulzie oleja vo vode (O/W) (červená voda / žltý olej). Niekoľko sekúnd ultrazvukom premeniť samostatnej vody / oleja fázy do jemnej emulzie.

 
 
Video nižšie ukazuje proces emulgácie oleja (žltá) do vody (červená) pomocou UP400S laboratórny ultrazvuk.

Toto video demonštruje Hielscher ultrasonicator UP400S pripravuje nano-veľkosti oleja-vo vode emulzie.

Emulgačné oleja vo vode pomocou UP400S

Miniatúra videa

 

Ultrazvukom je účinná technika emulgácie a nano-emulgácie.Čo je emulzia?
Emulzie sú disperzie dvoch alebo viacerých nemiešateľných kvapalín. Vysoko intenzívny ultrazvuk dodáva silu potrebnú na rozptýliť kvapalnú fázu (rozptýlená fáza) v malých kvapôčok v druhej fáze (kontinuálna fáza). V rozptyľuje zóne, imploding kavitácie bubliny spôsobiť intenzívne nárazové vlny v okolitej tekutine a viesť k tvorbe kvapalných trysiek vysokej rýchlosti kvapaliny.
Miniemulzie, ktoré môžu byť účinne vytvorené ultrazvukom, zvyšujú polymerizačné reakcie.

Miniemulzie, ktoré môžu byť účinne vytvorené ultrazvukom, zvyšujú chemické reakcie. Makroemulzná polymerizácia (a) verzus miniemulzná polymerizácia (b) [Schork et al. 2005: 136]

Nano-emulzie – Power aplikácia pre ultrasonicators

Nanoemulzie sú emulzie s kvapôčkami, ktoré sú zvyčajne menšie ako 100 nanometrov. Nanoemulzie ponúkajú niekoľko výhod oproti bežným emulziám, vrátane jedinečných funkčných vlastností, vyššej stability, transparentnosti atď.
Ultrazvukom prekonáva tradičné emulgačné technológie, najmä pokiaľ ide o tvorbu nanoemulzií. Je to spôsobené vysoko účinným a energeticky náročným pracovným princípom ultrazvuku.

Pracovný princíp ultrazvukovej emulgácie

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorUltrazvukové emulgačné procesy využívajú sily akustickej kavitácie. Akustická kavitácia sa týka fenoménu tvorby, rastu a implozívneho kolapsu malých bublín v kvapalnom médiu vystavenom ultrazvukovým vlnám s vysokou intenzitou. Implózia týchto bublín vytvára intenzívne lokálne tlakové a teplotné gradienty, ktoré môžu vytvárať vysoko šmykové sily, rázové vlny a mikrotrysky, ktoré môžu rozložiť veľké častice a aglomerovať na menšie. Obrázok vľavo demonštruje ultrazvukovú kavitáciu generovanú sondou ultrasonicator UIP1000hdT (1000 wattov) v sklenenej kolóne naplnenej kvapalinou.
Pri emulgácii a nanoemulgácii hrá intenzita akustickej kavitácie rozhodujúcu úlohu pri znižovaní veľkosti kvapôčok v emulzii. Implozívny kolaps kavitačných bublín môže vytvoriť silné šmykové sily, ktoré rozkladajú väčšie kvapôčky na menšie. Okrem toho lokálne tlakové a teplotné gradienty generované kavitáciou môžu tiež podporovať tvorbu nových kvapôčok a stabilizovať emulziu.
Jedinečným aspektom akustickej kavitácie je jej schopnosť poskytovať lokalizovaný a intenzívny prívod energie do kvapalného média bez potreby vysokého mechanického alebo tepelného namáhania. To z neho robí atraktívnu techniku nano-emulgácie, pretože môže znížiť energetický vstup potrebný pre proces emulgácie a zároveň dosiahnuť menšiu veľkosť kvapôčok a užšiu distribúciu veľkosti kvapôčok.
Vďaka týmto presne kontrolovateľným ultrazvukovým silám je akustická kavitácia silným nástrojom pre nano-emulgáciu. Jeho schopnosť generovať lokalizovaný a intenzívny energetický vstup umožňuje rozložiť väčšie kvapôčky tvoriace submikrónové a nano-veľké kvapôčky s veľmi vysokou účinnosťou.

Emulzia voda-olej vyrábaná ultrazvukom (Hielscher Ultrasonics)Štúdie na oleji vo vode (vodná fáza) a voda v oleji (olejovej fáze) emulzie ukázali koreláciu medzi hustotou energie a kvapôčky veľkosti (napr. priemer Sauter). Existuje jasná tendencia k menšej veľkosti kvapôčky pri zvyšovaní hustoty energie (kliknite na pravé grafické). Pri vhodných úrovniach energetickej hustoty môže ultrazvuk ľahko a spoľahlivo dosiahnuť priemerné veľkosti kvapôčok v nano-rozsahu.

Ultrazvukové sondy pre efektívnu emulgáciu

Hielscher ponúka širokú škálu sondových ultrazvukových prístrojov a príslušenstva pre efektívnu emulgáciu a dispergovanie kvapalín v dávkovom a prietokovom režime.
Systémy pozostávajúce z niekoľkých ultrazvukových procesorov až do 16,000 wattov každý, poskytujú kapacitu potrebnú na preklad tejto laboratórnej aplikácie do efektívnej výrobnej metódy na získanie jemne rozptýlených emulzií v kontinuálnom prietoku alebo v dávke – dosiahnuť výsledky porovnateľné s dnešným najlepším vysokotlakovým homogenizers k dispozícii, ako je nový otvor ventil. Okrem tejto vysokej účinnosti v kontinuálnej emulsification, Hielscher Ultrazvukové prístroje vyžadujú veľmi nízku údržbu a sú veľmi ľahko ovládateľný a vyčistiť. Ultrazvuk skutočne podporuje čistenie a opláchnutie. Ultrazvukový výkon je nastaviteľný a môže byť prispôsobený pre konkrétne výrobky a emulgačné požiadavky. Špeciálne prietokové bunky reaktory spĺňajúce pokročilé CIP (Clean-in-miesto) a SIP (sterilizovať-in-Place) požiadavky sú k dispozícii tiež.

Priemyselný ultrazvukový homogenizátor pre efektívnu emulgáciu oleja a vody. Ultrazvukom je vysoko účinný pri výrobe dlhodobých stabilných nanoemulzií.

MultiSonoReactor MSR-4 je priemyselný inline homogenizačný reaktor vhodný pre (nano-)emulgačné procesy s vysokou priepustnosťou.

Nasledujúca tabuľka vám uvádza približnú spracovateľskú kapacitu našich ultrazvukov:

Objem šarže prietok Odporúčané Devices
0.5 až 1,5 mL neuv VialTweeter
1 až 500mL 10 až 200mL/min UP100H
10 až 2000mL 20 až 400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 až 20L 02 až 4 l / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
15 až 150 l 3 až 15 l/min UIP6000hdT
neuv 10 až 100 l / min UIP16000
neuv väčšia strapec UIP16000

Kontaktuj nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Použite nižšie uvedený formulár a požiadajte o ďalšie informácie o ultrazvukových emulgátoroch, aplikáciách a cene. Radi s vami prediskutujeme váš proces emulgácie a ponúkneme vám ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov,


Toto video demonštruje Hielscher Ultrazvukový procesor UP400S pripravuje nano-veľkosti rastlinného oleja-in-Water emulzie.

Emulgačné rastlinného oleja vo vode pomocou UP400S

Miniatúra videa

Ultrazvukové high-shear homogenizers sa používajú v laboratóriu, bench-top, pilotné a priemyselné spracovanie.

Hielscher Ultrazvukom vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory pre miešanie aplikácií, disperzie, emulgácie a extrakcie na laboratórne, pilotné a priemyselné meradle.



Literatúra/referencie

  • 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.

Fakty stojí za to vedieť

Definícia pojmu “Emulzie”

Emulzia je zmes dvoch alebo viacerých nemiešateľných kvapalín, ako je olej a voda.
Emulzie môžu byť buď olej vo vode (kde sú kvapky oleja rozptýlené vo vode) alebo voda v oleji (kde sú kvapky vody rozptýlené v oleji). Emulzie sa používajú v rôznych aplikáciách vrátane potravinárskych výrobkov (ako sú šalátové dresingy a majonéza), kozmetiky (ako sú pleťové vody a krémy) a liečiv (napríklad vakcíny).
Emulgátor funguje tak, že znižuje povrchové napätie medzi dvoma nemiešateľnými látkami (ako je olej a voda) v emulzii. To znižuje tendenciu týchto dvoch látok oddeliť sa a umožňuje im tvoriť stabilnú zmes.

Stabilizačné emulgátory

Vo všeobecnosti emulzie vyžadujú stabilizáciu použitím emulgačného činidla alebo povrchovo aktívnej látky. Emulgátory sú amfifilné – priťahujú vodu aj mastné látky. To znamená, že majú hydrofilné (vodomilné) a hydrofóbne (olejomilné) vlastnosti, čo im umožňuje interagovať s olejovou aj vodnou fázou emulzie. Hydrofilná časť molekuly emulgátora sa pripája k molekulám vody, zatiaľ čo hydrofóbna časť sa pripája k molekulám oleja.
Obklopením kvapôčok oleja molekulami emulgátora vytvára emulgátor ochrannú vrstvu okolo kvapôčok, ktorá zabraňuje ich vzájomnému kontaktu a spájaniu (spájaniu) do väčších kvapôčok. To pomáha udržiavať emulziu stabilnú a zabraňuje separácii.
Keďže koalescencia kvapôčok po narušení ovplyvňuje konečnú distribúciu veľkosti kvapôčok, účinne stabilizačné emulgátory sa používajú na udržanie konečnej distribúcie veľkosti kvapôčok na úrovni, ktorá sa rovná distribúcii bezprostredne po narušení kvapôčok v ultrazvukovej dispergujúcej zóne. Stabilizátory v skutočnosti vedú k lepšiemu narušeniu kvapôčok pri konštantnej hustote energie.
Príklady bežne používaných emulgátorov zahŕňajú lecitín (ktorý sa nachádza vo vaječných žĺtkoch a sójových bôboch), mono- a diglyceridy, polysorbát 80 a stearoyllaktylát sodný.


Vysoko výkonné ultrazvukom! Hielscherov sortiment pokrýva celé spektrum od kompaktného laboratórneho ultrasonicatora cez bench-top jednotky až po plne priemyselné ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizers z laboratórium na priemyselnej veľkosti.


Radi prediskutujeme váš proces.

Poďme sa skontaktovať.