Emulzija se sastoji od dve nepogrešive tečnosti, koje se fino rasprše jedna u drugu. Za emulzije ulja u vodi, uljana faza (raspršena faza) ravnomerno se meša u aqueous fazu (neprekidna faza). Ultrazvučni emulzioneri su dobro uspostavljeni za pripremu emulzija ulja u vodi i nano-emulzija. Ultrazvučne emulzije izvrsne ravnomernim raspršivanjem kapljica i dugoročnom stabilnošću stoga se široko koriste u laboratorijama i industriji.

Ultrazvučne emulzije ulja u vodi

Emulzije ulja u vodi (O/W) široko se koriste u mnogim proizvodima široke potrošnje kao što su hrana, pića, kozmetika, farmacija itd. kao i u industriji (npr. materijalna nauka, polimeri, boje, premazi, fina hemija itd.).

Definicija Emulzije ulja u vodi

Emulzija ulja u vodi je mešavina u kojoj se uljana faza raspršuje u vodi ili nekoj drugoj akustivnoj tečnosti. Male kapljice ulja se fino rasprše u fazi vode (neprekidna faza) kako bi se stvorila ova emulzija ulja u vodi. Ako se ulje (rasterećena faza) rasprši u vodu (neprekidna faza), to je emulzija ulja u vodi; ako se kapljice vode dodaju u uljanu neprekidnu fazu, to se zove emulzija vode u ulju.
Za emulzije ulja u vodi, dobijeni kvalitet emulzije zavisi od formulacije (odnos ulja:vode, emulzije agensa) i tehnike emulzije. Ultrazvučni emulzioni koriste akustičnu kavitaciju, koju karakterišu intenzivne visoke sile i turbulencije u tečnosti. Ove veoma intenzivne sile remete dve nepogrešive tečne faze u minut kapljice i ravnomerno ih mešaju jedna sa drugom. Ultrazvučna emulzija može lako da generiše čestice nano veličine sa kapljicama veličine do 10nm. Veoma mala veličina kapljice i homogena, čak i droplet veličina distribucije ultrazvučno pripremljenih emulzija pretvara sonication u željenu tehniku emulzije.
 

Krive cipele nano-skala kapljica distribucije ultrasonično raspršene nanoemulzije ulja u vodi. Ova ultrazvučna emulzija se sastoji od pepermint esencijalnog ulja emulzije u neprekidnoj fazi vode.

Prednosti ultrazvučne emulsifikacije

Ultrazvučna emulzija izvrsno koristi druge emulzivne tehnike kao što su homogenizacija visokog pritiska, mešanje visokog čaršije i mikrofluidizacija po efikasnosti, konzistentna proizvodnja nano-kapljica, stabilnost visoke emulzije i sposobnost tretiranja bilo koje zapremine od malih cevi i kljuna do velikih tokova.
Na primer, Li i Ksiang (2019) pokazali su u svojoj komparativnoj studiji homogenizacije visokog pritiska i ultrazvučne emulzije da ultrazvučnost daje više ujednačenih, stabilnih emulzija. Agregacija u emulziji kokosovog ulja u vodi pojavila se tek nakon što je bila izložena homogenizaciji visokog pritiska, dok je emulzija napravljena ultrazvučnom emulzijom ostala stabilna tokom 30 dana skladištenja.
U poređenju sa mehaničkom agitovanjem, utvrđeno je da su emulzije pripremljene ultrazvučnom tehnikom stabilnije tokom dužeg vremenskog perioda u poređenju sa emulzijama pripremljenim mehaničkom agitovanjem koje se mogu pripisati maloj veličini kapljice koja je termodinamički stabilizovana. Ultrazvučna tehnika daje stabilnije emulzije od konvencionalnog metoda mehaničke agitacije. (cf. Ramisetty and Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) pokazuju u svojoj studiji da je ultrazvučna emulzija dosledno dala submicron emulzije (manje od 200 nm). Međutim, nano-emulzije sa ujednačenom kapljičom veličine 10nm mogu se lako i pouzdano postići pod optimizovanim uslovima. Veličina kapljice ultrazvučno proizvedenih emulzija je funkcija obrade vremena i ultrazvučne amplitude i za grupnu i za kontinuiranu obradu.

Ultrazvučni preparat emulzije ulja u vodi (O/W) (crvena voda / žuto ulje). Nekoliko sekundi sonikacije pretvara odvojene faze vode/ulja u finu emulziju.

The Working Principle of Ultrasonic Emulsification

Ultrazvučna proizvodnja emulzija i nano-emulzija (kao što su uljana voda i emulzije vode u ulju) zasnovana je na radnom principu akustične kavitacije. U cilju stvaranja akustične kavitacije, ultrazvuk visokog intenziteta, niske frekvencije generiše ultrazvučni transdukter i prenosi se ultrazvučnim rogom i sondom (sonotrode) u tečnost. Ultrazvuk visoke snage smatra se ultrazvukom u rasponu od 16-30kHz. Ultrazvučna sonda se širi i ugovara npr. Kada ultrazvučni talasi putuju kroz tečnost, naizmenični ciklusi visokog pritiska (kompresija) / nizak pritisak (retka pojava / ekspanzija) stvaraju minutne šupljine (vakuumske mehuriće), koji rastu tokom nekoliko ciklusa pritiska. Tokom faze kompresije tečnosti i mehurića, pritisak je pozitivan, dok faza retkosti proizvodi vakuum (negativan pritisak). Tokom ciklusa proširenja kompresije, šupljine u tečnosti rastu sve dok ne dostignu veličinu, na kojoj ne mogu da apsorbuju dalju energiju. U ovom trenutku, oni nasilno implode. Implozija tih šupljina rezultira raznim visoko energičnim efektima, koji su poznati kao fenomen akustične / ultrazvučne kavitacije. Akustičnu kavitaciju karakterišu veoma energični efekti, koji utiču na tečne, čvrste tečne i gasno-tečne sisteme. Energetski gusta zona ili kavitaciona zona poznata je kao takozvana zona žarišta, koja je najeksitetnija u neposrednoj blizini ultrazvučne sonde i opada sa sve većim rastojanjem od sonotroda. Glavne karakteristike ultrazvučne kavitacije uključuju lokalno pojavljivanje veoma visokih temperatura i pritisaka i različitosti, turbulencije i tečnog protoka. Tokom implozije ultrazvučnih šupljina u ultrazvučnim žarištima, mogu se izmeriti temperature do 5000 Kelvina, pritisci do 200 atmosfera i tečni mlaznjaci sa do 1000km/h. Ovi izvanredni energetski intenzivni uslovi doprinose sonomehaničkim efektima koji intenziviraju procese veoma efikasnim mešanjem, raspršivanjem i emulzifikacijom. Ultrazvučne čaršije, tečni striming i turbulencije remete kapljice i ravnomerno ih mešaju jedna sa drugom. Ultrazvučnost visokih performansi proizvodi pouzdano nano-kapljice sa ujednačenom raspodelom veličine. To čini ultrazvučnu emulziju poželjnom metodom za pripremu emulzija ulja u vodi / nano-emulzija sa visokom emulzijom stabilnosti i života na polici.

Efekti ultrazvučnog intenziteta na kvalitet emulzije

Kvalitet emulzije uglavnom karakteriše njegova stabilnost. Zauzvrat, emulzijska stabilnost je faktor raspodele droplet veličine i formulacije emulzije.
Ultrazvučni intenzitet, ili amplitude i trajanje sonicationa, važni su faktori koji utiču na kvalitet dobijene emulzije.
U istraživanju, ultrazvučna emulzija je podeljena u dve faze: tokom prvog koraka dolazi do kombinacije međufacijalnih talasa i Rejli-Tejlor nestabilnosti, što dovodi do erupcije raspršenih faza kapljica u neprekidnu fazu.
Tokom drugog koraka kapljice se razbijaju kroz akustičnu kavitaciju u blizini faza granice kapljice. Intenzivni efekti poremećaja kapljica i mešanja izazvanih kavitacionim udarnim talasima generišu veoma male veličine kapljica. Ultrazvučni intenzitet, amplitude i vreme sonicije odgovorni su za dobijeni uticaj kavitacije i samim tim najuticajnijih parametara u vezi sa finom emulzijom. Hielscher Ultrasonics industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji. Za još veće amplitude dostupni su prilagođeni ultrazvučni sonotrodi.

Ultrazvučni emulzifikatori visokih performansi

Ultrazvučna emulzija je pouzdana tehnologija obrade, koja olakšava i ubrzava proizvodnju visokokvalitetnih emulzija sa submikronom i kapljicama nano veličine. Portfolio Hielscher Ultrasonics pokriva ceo asortiman od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnika do industrijskih sistema za primenu emulsifikacije. To nam omogućava u Hielscheru da vam ponudimo najpogodniji ultrazvučni za vaš predviđeni kvalitet emulzije i procesne kapacitete. Naše dugogodišnje iskusno osoblje će vam pomoći od testova izvodljivosti i optimizacije procesa do ugradnje vašeg ultrazvučnog sistema na završnom nivou proizvodnje.
Mali otisak stopala naših ultrazvučnih ekstraktora kao i njihova svestranost u opcijama instalacije čine da se uklope čak i u objekte za obradu malog prostora. Ultrazvučni procesori se postavljaju širom sveta u proizvodne pogone za proizvodnju hrane, farmaceuta i nutricionističkih dodataka.

Хиелсцхер Ултрасонична терапија – Sofisticirani sistemi emulizacije

Portfolio proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva čitav spektar ultrazvučnih emulzifikatora visokih performansi od malih do velikih razmera. Dodatna dodatna oprema omogućava lako montažu najpogodnije konfiguracije ultrazvučnih uređaja za vaš proces emulzifikacije. Optimalno ultrazvučno podešavanje zavisi od predviđenog kapaciteta, zapremine, sirovina, grupnog ili umetnutog procesa i vremenske ose.

Grupa i ureрi

Hielscher ultrazvučni emulzifikatori se mogu koristiti za grupnu i neprekidnu obradu protoka. Ultrazvučna grupna obrada je idealna za testiranje procesa, optimizaciju i mali do srednji nivo proizvodnje. Za proizvodnju velikih količina emulzija, umetnuta obrada može biti korisnija. Proces neprekidnog umetnutog mešanja zahteva sofisticirano podešavanje – sastoji se u pumpi, crevima ili cevima i rezervoarima, ali je veoma efikasan, brz i zahteva znatno manju radnu snagu. Hielscher Ultrasonics ima najpogodniju instalaciju emulzije za volumen emulzije i ciljeve procesa.

Ultrazvučne sonde i reaktori za emulizaciju u bilo kojoj veličini

Hielscher Ultrasonics proizvodni asortiman pokriva pun spektar ultrazvučnih procesora od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnika preko klupa-top i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora sa kapacitetom za obradu tovara kamiona na sat. Kompletan asortiman proizvoda nam omogućava da vam ponudimo najpogodniji ultrazvučni emulzifikator za vaše procesne kapacitete i ciljeve proizvodnje.
Ultrazvučni benchtop sistemi su idealni za testiranje izvodljivosti i optimizaciju procesa. Linearna skala na osnovu utvrđenih parametara procesa veoma olakšava povećanje prerađivačkih kapaciteta sa manjih placa na potpuno komercijalnu proizvodnju. Podešavanje razmere se može uraditi ili instaliranjem snažnije jedinice ultrazvučnog ekstraktora ili grupisanjem nekoliko ultrazvučnih uređaja paralelno. Sa UIP16000, Hielscher nudi najmoćniji ultrazvučni emulsifikator širom sveta.

Precizno kontrolisane amplitude za optimalne rezultate

Svi Hielscher ultrazvučnici su precizno pod kontrolom i time pouzdani radni konji u proizvodnji. Amplitude je jedan od ključnih procesnih parametara koji utiču na efikasnost i efektivnost ultrazvučne emulsifikacije Amplitude je presudan faktor, koji odlučno utiče na kvalitet ultrazvučne emulsifikacije. Svi Hielscher Ultrasonics procesori omogućavaju preciznu postavku amplitude. Sonotrodi i booster rogovi su dodatna oprema koja omogućava modifikovanje amplitude u još širem opsegu. Hielscherovi industrijski ultrazvučni procesori mogu da isporuče veoma visoke amplitude i isporuče potreban ultrazvučni intenzitet za zahtevne aplikacije. Amplitude do 200μm se mogu lako neprekidno pokrenuti u 24/7 operaciji.
Precizna podešavanja amplitude i trajno praćenje parametara ultrazvučnog procesa putem pametnog softvera daju vam mogućnost da svoju emulziju tretirate sa najefikasnijim ultrazvučnim uslovima. Optimalna sonifikacija za najbolje rezultate emulzicije!
Robustnost Hielscherove ultrazvučne opreme omogućava non-stop rad na teškim dužnostima i u zahtevnim okruženjima. To čini Hielscherovu ultrazvučnu opremu pouzdanim sredstvom za rad koje ispunjava vaše zahteve za emulzifikaciju.

Lako, testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu biti potpuno linearne razmere. To znači da svaki rezultat koji ste postigli koristeći laboratorijski ili vrhunski ultrazvučnik, može da se podesi na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste parametre procesa. To ultrazvučnost čini idealnom za testiranje izvodljivosti bez rizika, optimizaciju procesa i naknadnu implementaciju u komercijalnu proizvodnju. Kontaktirajte nas da biste saznali kako sonication može poboljšati vašu proizvodnju emulzije.

Najviši kvalitet – Dizajnirani i proizvedeni u Nemačkoj

Kao porodična i poslovna kompanija, Hielscher određuje najviše standarde kvaliteta za svoj ultrasonicni procesori. Svi ultrasonicatori su dizajnirani, proizvedeni i temeljno testirani u našem štabu u Teli u blizini Berlina, u Nemačkoj. Robusnosti i pouzdanosti Hielscherove ultrasonove opreme čine ga radnim konjikom u proizvodnji. 24/7 operacija pod punim opterećenjem i u zahtevnim sredinama je prirodna karakteristika Hielschera visokokvalitetnih miksera.

Табела испод показује приближни капацитет обраде наших ултразвучних уређаја: