Emulsifikim me kavitacion tejzanor
Një gamë e gjerë produktesh të ndërmjetme dhe të konsumit, të tilla si kozmetikë dhe locione për lëkurë, pomada farmaceutike, llaqe, bojëra dhe lubrifikantë dhe lëndë djegëse bazohen tërësisht ose pjesërisht në emulsione. Hielscher prodhon procesorët e lëngshëm tejzanor industrialë më të mëdhenj në botë për emulsifikimin efikas të rrymave me vëllim të madh në impiantet e prodhimit.
Emulsifikimi me ultratinguj
Në laborator, fuqia emulsifikuese e ultrazërit është e njohur dhe aplikuar prej kohësh për shkak të përfitimeve të ndryshme që lidhen me homogjenizimin dhe emulsifikimin tejzanor. Emulsifikimi i besueshëm tejzanor bazohet në përdorimin e sondave tejzanor, të ashtuquajturat sonotrodes. Nëpërmjet sondës tejzanor, ultratingulli me intensitet të lartë bashkohet në lëngje dhe krijon kavitacion akustik. Kavitacioni tejzanor ose akustik gjeneron forca të larta prerjeje, të cilat sigurojnë energjinë e nevojshme për të ndërprerë pikat e mëdha deri në pikat me madhësi nano. Kështu, dy ose më shumë faza të lëngshme përzihen në një submikron ose nano-emulsion uniform.
Përdorimi i qelizave të rrjedhës tejzanor mundëson shkallëzimin linear deri në prodhimin industrial të nanoemulsioneve që përpunojnë rryma me vëllim të madh në rrjedhje të vazhdueshme.
Kavitator shumëfazor: Futja unike e qelizave me rrjedhje Hielscher MPC48 është një aksesor i fuqishëm i pajtueshëm me reaktorët e qelizave me rrjedhje ultrasonike Hielscher. Duke përdorur insertin MPC48, faza e shpërndarë injektohet nëpërmjet 48 kanulave si fije të holla të lëngshme në zonën e nxehtë tejzanor, ku faza e shpërndarë dhe faza e vazhdueshme përzihen si pika të vogla në një nanoemulsion. Lexoni më shumë rreth insertit të qelizave me rrjedhje tejzanor MPC48!
Ultrasonikët janë të besueshëm dhe efikas në prodhimin e emulsioneve me madhësi nën mikron dhe nano.
Avantazhet e emulsifikimit me ultratinguj
Emulsifikimi tejzanor duke përdorur një ultrasonikator të tipit sondë ofron disa avantazhe mbi teknikat e tjera të emulsifikimit:
- Stabilitet i përmirësuar i emulsionit: Emulsifikimi tejzanor krijon përmasa më të vogla të pikave dhe shpërndarje më uniforme të pikave, duke rezultuar në stabilitet të përmirësuar të emulsionit dhe një jetëgjatësi më të gjatë. Pikat me madhësi nën mikron dhe nano mund të prodhohen në mënyrë të besueshme duke përdorur ultratinguj të fuqishëm.
- Efikasitetit të energjisë: Emulsifikimi tejzanor kërkon më pak energji se metodat e tjera të emulsifikimit, duke e bërë atë një proces më efikas të energjisë.
- Shkallëzueshmëria: Emulsifikimi tejzanor mund të zvogëlohet lehtësisht lart ose poshtë në varësi të vëllimit të kërkuar, duke e bërë atë një proces të gjithanshëm si për aplikime laboratorike ashtu edhe për ato industriale.
- Kursimi i kohës: Emulsifikimi tejzanor mund të jetë një proces shumë i shpejtë, me formimin e emulsioneve në sekonda deri në minuta, në varësi të lëngjeve, vëllimit dhe pajisjeve.
- Nevoja e reduktuar për surfaktant: Emulsifikimi tejzanor mund të zvogëlojë nevojën për surfaktantë, të cilët shpesh kërkohen për të stabilizuar emulsionet. Megjithatë, me një madhësi të reduktuar të pikave, sipërfaqja e grimcave rritet dhe më shumë zonë duhet të mbulohet nga një surfaktant. Ultratingulli është i pajtueshëm me pothuajse çdo lloj surfaktant, duke përfshirë emulsifikuesit alternativë dhe të rinj.
- Prodhimi minimal dhe i kontrollueshëm i nxehtësisë: Emulsifikimi tejzanor është një proces jo termik dhe gjenerimi i nxehtësisë gjatë përpunimit mund të shmanget ose reduktohet në një shkallë të vogël. Kështu, rreziku i degradimit termik të përbërjeve ose përbërësve të ndjeshëm zvogëlohet.
Përparësitë e emulsifikimit tejzanor duke përdorur një ultrasonikator të tipit sondë e bëjnë atë një zgjedhje të shkëlqyer për emulsifikimin në një sërë fushash, duke përfshirë ushqimin dhe pijet, farmaceutikën, kozmetikën, kimikatet e shkëlqyera dhe karburantet.
Lexoni më shumë rreth emulsifikimit tejzanor të majonezës!
Lexoni më shumë rreth prodhimit të emulsioneve të dyllit parafine duke përdorur sonication!
Lexoni më shumë rreth Emulsioneve Water-in-Diesel të prodhuara duke përdorur ultrasonikë!
Përgatitja tejzanor e një emulsioni vaj-në-ujë (O/W) (ujë i kuq/vaj i verdhë). Disa sekonda sonikacion i kthejnë fazat e veçanta të ujit/vajit në një emulsion të imët.
Videoja më poshtë tregon procesin e emulsifikimit të vajit (të verdhë) në ujë (të kuqe) duke përdorur ultrasonikatorin laboratorik UP400S.
Çfarë është një emulsion?Emulsionet janë dispersione të dy ose më shumë lëngjeve të papërziershme. Ekografia shumë intensive furnizon fuqinë e nevojshme për të shpërndarë një fazë të lëngshme (faza e shpërndarë) në pika të vogla në një fazë të dytë (faza e vazhdueshme). Në zonën e shpërndarjes, flluskat shpërthyese të kavitacionit shkaktojnë valë goditëse intensive në lëngun përreth dhe rezultojnë në formimin e avionëve të lëngshëm me shpejtësi të lartë të lëngut.
Miniemulsionet, të cilat mund të krijohen në mënyrë efikase me ultratinguj, përmirësojnë reaksionet kimike. Polimerizimi i makroemulsionit (a) kundrejt polimerizimit të miniemulsionit (b) [Schork et al. 2005: 136]
nano-emulsione – Një aplikim energjie për ultratinguj
Nanoemulsionet janë emulsione me pika që janë zakonisht më pak se 100 nanometra në madhësi. Nanoemulsionet ofrojnë disa përparësi ndaj emulsioneve konvencionale, duke përfshirë vetitë unike funksionale, stabilitetin më të lartë, transparencën, etj.
Ultratingulli i tejkalon teknologjitë tradicionale të emulsifikimit veçanërisht kur bëhet fjalë për formimin e nanoemulsioneve. Kjo është për shkak të parimit të punës shumë efikase dhe intensive të energjisë të ultrazërit.
Parimi i punës i emulsifikimit tejzanor
Proceset e emulsifikimit tejzanor përdorin forcat e kavitacionit akustik. Kavitacioni akustik i referohet fenomenit të formimit, rritjes dhe kolapsit imploziv të flluskave të vogla në një mjedis të lëngshëm që i nënshtrohet valëve ultratinguj me intensitet të lartë. Shpërthimi i këtyre flluskave gjeneron presion lokal intensiv dhe gradient të temperaturës, të cilat mund të krijojnë forca me prerje të lartë, valë goditëse dhe mikro-jeta që mund të zbërthejnë grimcat dhe aglomeratet e mëdha në ato më të vogla. Fotografia e majtë tregon kavitacionin tejzanor të krijuar në sondën e aparatit ultrasonik UIP1000hdT (1000 watts) në një kolonë qelqi të mbushur me lëng.
Në emulsifikimin dhe nano-emulsifikimin, intensiteti i kavitacionit akustik luan një rol kritik në zvogëlimin e madhësisë së pikave në emulsion. Kolapsi imploziv i flluskave të kavitacionit mund të krijojë forca të forta prerëse që zbërthejnë pikat më të mëdha në ato më të vogla. Për më tepër, presioni lokal dhe gradientët e temperaturës të krijuara nga kavitacioni mund të nxisin gjithashtu formimin e pikave të reja dhe të stabilizojnë emulsionin.
Aspekti unik i kavitacionit akustik është aftësia e tij për të ofruar energji të lokalizuar dhe intensive në mjedisin e lëngshëm, pa pasur nevojë për strese të larta mekanike ose termike. Kjo e bën atë një teknikë tërheqëse për nano-emulsifikimin, pasi mund të zvogëlojë inputin e energjisë së kërkuar për procesin e emulsifikimit duke arritur një madhësi më të vogël të pikave dhe shpërndarje më të ngushtë të madhësisë së pikave.
Për shkak të këtyre forcave tejzanor saktësisht të kontrollueshme, kavitacioni akustik është një mjet i fuqishëm për nano-emulsifikimin. Aftësia e tij për të gjeneruar input të lokalizuar dhe intensiv të energjisë lejon që të zbërthehen pikat më të mëdha duke formuar ato me madhësi nën mikron dhe nano me një efikasitet shumë të lartë.
Studimet në emulsionet vaj në ujë (faza e ujit) dhe ujë në vaj (faza vajore) kanë treguar lidhjen midis densitetit të energjisë dhe madhësisë së pikës (p.sh. diametri Sauter). Ekziston një tendencë e qartë për madhësinë më të vogël të pikave në rritjen e densitetit të energjisë (klikoni në grafikun e djathtë). Në nivelet e duhura të densitetit të energjisë, ultratingulli mund të arrijë lehtësisht dhe me besueshmëri madhësinë mesatare të pikave në nano-rangun.
Sonda tejzanor për emulsifikimin efikas
Hielscher ofron një gamë të gjerë ultrasonikësh dhe aksesorë të tipit sonda për emulsifikimin dhe shpërndarjen efikase të lëngjeve në modalitetin batch dhe rrjedhës.
Sistemet që përbëhen nga disa procesorë tejzanor deri në 16,000 watts secili, ofrojnë kapacitetin e nevojshëm për ta përkthyer këtë aplikacion laboratorik në një metodë efikase prodhimi për të marrë emulsione të shpërndara imët në rrjedhje të vazhdueshme ose në një grumbull – duke arritur rezultate të krahasueshme me ato të homogjenizuesve më të mirë të sotëm me presion të lartë të disponueshëm, siç është valvula e re e hapjes. Përveç këtij efikasiteti të lartë në emulsifikimin e vazhdueshëm, pajisjet tejzanor Hielscher kërkojnë mirëmbajtje shumë të ulët dhe janë shumë të lehta për t'u përdorur dhe pastruar. Ekografia në fakt mbështet pastrimin dhe shpëlarjen. Fuqia tejzanor është e rregullueshme dhe mund të përshtatet me produkte të veçanta dhe kërkesat e emulsifikimit. Ekzistojnë gjithashtu reaktorë të veçantë me qeliza rrjedhëse që plotësojnë kërkesat e avancuara CIP (pastrimi në vend) dhe SIP (sterilizimi në vend).
MultiSonoReactor MSR-4 është një reaktor industrial homogjenizimi inline i përshtatshëm për procese (nano-)emulsifikimi me xhiro të larta.
| Vëllimi i grupit | Shkalla e rrjedhjes | Pajisjet e rekomanduara |
|---|---|---|
| 0.5 deri në 1.5mL | na | VialTweeter | 1 deri në 500 ml | 10 deri në 200 ml/min | UP100H |
| 10 deri në 2000 ml | 20 deri në 400 ml/min | UP200Ht, UP400 St |
| 0.1 deri në 20L | 0.2 deri në 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 deri në 100 litra | 2 deri në 10 l/min | UIP4000hdT |
| 15 deri në 150 litra | 3 deri në 15 l/min | UIP6000hdT |
| na | 10 deri në 100 l/min | UIP16000 |
| na | më të mëdha | grumbull i UIP16000 |
Na kontaktoni! / Na pyesni!
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë për përzierjen e aplikimeve, shpërndarjen, emulsifikimin dhe nxjerrjen në shkallë laboratorike, pilot dhe industriale.
Literatura / Referencat
- 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.
- Salla Puupponen, Ari Seppälä, Olli Vartia, Kari Saari, Tapio Ala-Nissilä (2015): Preparation of paraffin and fatty acid phase changing nanoemulsions for heat transfer. Thermochimica Acta, Volume 601, 2015. 33-38.
- F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.
- The Advantages of Ultrasonic Emulsification – Hielscher Ultrasonics
Fakte që ia vlen të dihen
Përkufizimi i Termit “emulsioni”
Një emulsion është një përzierje e dy ose më shumë lëngjeve të papërziershme, të tilla si vaji dhe uji.
Emulsionet mund të jenë ose vaj në ujë (ku pikat e vajit shpërndahen në ujë) ose ujë në vaj (ku pikat e ujit shpërndahen në vaj). Emulsionet përdoren në një sërë aplikimesh, duke përfshirë produktet ushqimore (të tilla si salcat e sallatave dhe majonezën), kozmetikën (si kremrat dhe kremrat) dhe farmaceutikët (të tilla si vaksinat).
Një emulsifikues funksionon duke reduktuar tensionin sipërfaqësor midis dy substancave të papërziershme (të tilla si vaji dhe uji) në një emulsion. Kjo zvogëlon prirjen e dy substancave për t'u ndarë dhe u lejon atyre të formojnë një përzierje të qëndrueshme.
Si bëhet i qëndrueshëm një emulsion?
Një emulsion bëhet i qëndrueshëm duke parandaluar që faza e shpërndarë (pikat e një lëngu) të bashkohet dhe të ndahet nga faza e vazhdueshme (lëngu përreth). Duhet të merren parasysh disa pika kyçe për të arritur stabilitetin në emulsione:
- Emulsifikuesit (surfaktantët):
– Roli: Emulsifikuesit janë molekula që kanë skaje hidrofile (tërheqëse nga uji) dhe hidrofobe (ujë largues).
– Veprimi: Ato zvogëlojnë tensionin sipërfaqësor midis dy lëngjeve të papërziershme dhe formojnë një shtresë mbrojtëse rreth pikave, duke i penguar ato të bashkohen.
– Shembuj: Lecithin, polisorbate dhe stearoil laktilat natriumi. - Metodat mekanike:
Përzierje me performancë të lartë: Përdorimi i mikserëve ose homogjenizuesve me prerje të lartë për të thyer pikat në madhësi më të vogla, duke rritur sipërfaqen dhe duke rritur stabilitetin. Sonicatorët e tipit sonda janë një metodë e shkëlqyer dhe shumë e besueshme duke përdorur forcat prerëse sonomekanike. Këto forca prerëse tejzanor thyejnë pikat e mëdha në pika të vogla dhe duke përzier fazat e papërziershme në një emulsion të qëndrueshëm. - Modifikuesit e viskozitetit:
Trashësit: Rritja e viskozitetit të fazës së vazhdueshme mund të ngadalësojë lëvizjen e pikave, duke zvogëluar mundësinë e bashkimit.
– Shembuj: Çamçakëz Xanthan, gomë guar dhe celulozë karboksimetil. - Agjentët stabilizues:
– Polimere: Polimeret mund të sigurojnë stabilizim sterik duke formuar një shtresë të trashë rreth pikave.
– Shembuj: Pektina, xhelatina dhe disa proteina. - Stabilizimi elektrostatik:
– Tarifa: Disa emulsifikues japin një ngarkesë elektrike në sipërfaqen e pikave, duke i bërë ato të zmbrapsin njëra-tjetrën dhe duke reduktuar kështu bashkimin.
– Shembuj: Kazeinat natriumi dhe lecitina e sojës. - Kontrolli i temperaturës:
– Ftohja: Ulja e temperaturës mund të rrisë viskozitetin e fazës së vazhdueshme dhe të zvogëlojë energjinë kinetike të pikave, duke parandaluar bashkimin.
– Shmangia e ndarjes së fazës: Sigurimi që temperatura të mbetet brenda një intervali që parandalon ndarjen e komponentëve. - Aditivë:
– Antioksidantë: Parandalimi i oksidimit mund të ndihmojë në ruajtjen e integritetit të emulsifikuesit dhe përbërësve të tjerë.
– Agjentët chelating: Lidhja e joneve metalike që përndryshe mund të destabilizojnë emulsionin.
Duke aplikuar teknikën e duhur të emulsifikimit, emulsionet mund të bëhen të qëndrueshme, duke siguruar që përzierja të mbetet homogjene dhe të ruajë vetitë e dëshiruara me kalimin e kohës.
Emulsifikues stabilizues
Në përgjithësi, emulsionet kërkojnë stabilizim duke përdorur një agjent emulsifikues ose surfaktant. Emulsifikuesit janë amfifilë - ata tërheqin si ujin ashtu edhe substancat yndyrore. Kjo do të thotë se ato kanë veti hidrofilike (të dashura për ujin) dhe hidrofobike (të dashuruar me vaj), gjë që u lejon atyre të ndërveprojnë me fazat e vajit dhe ujit të emulsionit. Pjesa hidrofile e molekulës së emulsifikuesit ngjitet me molekulat e ujit, ndërsa pjesa hidrofobe ngjitet me molekulat e vajit.
Duke rrethuar pikat e vajit me molekula emulguesi, emulsifikuesi krijon një shtresë mbrojtëse rreth pikave që i pengon ato të vijnë në kontakt me njëra-tjetrën dhe të bashkohen (bashkohen) për të formuar pika më të mëdha. Kjo ndihmon për të mbajtur emulsionin të qëndrueshëm dhe parandalon ndarjen.
Meqenëse bashkimi i pikave pas ndërprerjes ndikon në shpërndarjen përfundimtare të madhësisë së pikave, përdoren emulsifikues stabilizues me efikasitet për të ruajtur shpërndarjen përfundimtare të madhësisë së pikëzave në një nivel që është i barabartë me shpërndarjen menjëherë pas ndërprerjes së pikave në zonën e shpërndarjes tejzanor. Stabilizuesit në fakt çojnë në ndërprerje të përmirësuar të pikave me densitet konstant të energjisë.
Shembuj të emulsifikuesve të përdorur zakonisht përfshijnë lecitinë (e cila gjendet në të verdhat e vezëve dhe sojë), mono- dhe digliceride, polisorbat 80 dhe stearoil laktilat natriumi.
Hielscher Ultrasonics prodhon homogjenizues tejzanor me performancë të lartë nga laboratori te madhësia industriale.