Emulgering av Ultraljud kavitation

Ett brett utbud av mellan- och konsumentprodukter, såsom kosmetika och hudlotioner, farmaceutiska salvor, lacker, färger och smörjmedel och bränslen är helt eller delvis baserade på emulsioner. Hielscher tillverkar världens största industriella ultraljud flytande processorer för effektiv emulgering av stora volymströmmar i produktionsanläggningar.

Ultraljud emulgering

I labbet har ultraljudets emulgeringskraft varit känd och tillämpats länge på grund av olika fördelar som är knutna till ultraljudshomogenisering och emulgering. Tillförlitlig ultraljud emulgering är baserad på användningen av ultraljudssonder, så kallade sonotrodes. Via ultraljudssonden kopplas högintensivt ultraljud till vätskor och skapar akustisk kavitation. Ultraljud eller akustisk kavitation genererar höga skjuvkrafter, vilket ger den energi som krävs för att störa stora droppar ner till droppar i nanostorlek. Därigenom blandas två eller flera vätskefaser till en enhetlig submikron- eller nanoemulsion.

Informationsförfrågan




Notera vår Integritetspolicy.


Ultrasonicators är tillförlitliga och effektiva i att producera submicron- och nano-storlek emulsioner.

Ultrasonicators är tillförlitliga och effektiva i att producera submicron- och nano-storlek emulsioner.

Fördelar med ultraljud emulgering

Ultraljud emulgering med hjälp av en sond-typ ultrasonicator erbjuder flera fördelar jämfört med andra emulgerande tekniker:

  1. Förbättrad emulsionsstabilitet: Ultraljudsemulgering skapar mindre droppstorlekar och mer enhetlig droppfördelning, vilket resulterar i förbättrad emulsionsstabilitet och längre hållbarhet. Droppar i submikron- och nanostorlek kan produceras på ett tillförlitligt sätt med hjälp av ultraljud.
  2. Energieffektivitet: Ultraljud emulgering kräver mindre energi än andra emulgering metoder, vilket gör det till en mer energieffektiv process.
  3. Skalbarhet: Ultraljud emulgering kan enkelt skalas upp eller ner beroende på önskad volym, vilket gör det till en mångsidig process för både laboratorie- och industriella applikationer.
  4. Tidsbesparande: Ultraljud emulgering kan vara en mycket snabb process, med emulsioner som bildas i sekunder till minuter, beroende på vätskor, volym och utrustning.
  5. Minskat behov av ytaktiva ämnen: Ultraljud emulgering kan minska behovet av ytaktiva ämnen, som ofta krävs för att stabilisera emulsioner. Men med en minskad droppstorlek ökar partikelns ytarea och mer yta måste täckas av ett ytaktivt medel. Ultraljud är kompatibel med nästan alla typer av ytaktiva medel inklusive alternativa och nya emulgeringsmedel.
  6. Minimal och kontrollerbar värmeproduktion: Ultraljud emulgering är en icke-termisk process och värmeproduktion under bearbetning kan undvikas eller reduceras i liten utsträckning. Därigenom minskar risken för termisk nedbrytning av känsliga föreningar eller ingredienser.

Sammantaget gör fördelarna med ultraljud emulgering med hjälp av en sond-typ ultrasonicator det ett populärt val för emulgering inom en mängd olika områden, inklusive mat och dryck, läkemedel, kosmetika, fina kemikalier och bränslen.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Ultraljud beredning av en olja-i-vatten (O/W) emulsion (rött vatten / gul olja). Några sekunder av ultraljudsbehandling förvandla separata vatten / olja faser till en fin emulsion.

 
 
Videon nedan visar emulgeringsprocessen av olja (gul) i vatten (röd) med hjälp av UP400S lab ultrasonicator.

Denna video visar Hielscher ultraljudsljudare UP400S förbereda en nano-storlek olja-i-vatten emulsion.

Emulgering av olja i vatten med hjälp av UP400S

Video miniatyr

 

Ultraljud är en effektiv teknik för emulgering och nano-emulgering.Vad är en Emulsion?
Emulsioner är dispersioner av två eller flera icke blandbara vätskor. Mycket intensivt ultraljud levererar den kraft som behövs för att skingra en flytande fas (dispergerad fas) i små droppar i en andra fas (kontinuerlig fas). I spridning zonen, implodera kavitation bubblor orsaka intensiva chock vågor i den omgivande vätskan och resultera i bildandet av flytande jets av hög vätske hastighet.
Miniemulsioner, som effektivt kan skapas genom ultraljud, förbättra polymerisationsreaktioner.

Miniemulsioner, som effektivt kan skapas genom ultraljud, förbättra kemiska reaktioner. Makroemulsionspolymerisation (a) kontra miniemulsionspolymerisation (b) [Schork et al. 2005: 136]

Nano-emulsioner – En kraftapplikation för ultrasonicators

Nanoemulsioner är emulsioner med droppar som vanligtvis är mindre än 100 nanometer stora. Nanoemulsioner erbjuder flera fördelar jämfört med konventionella emulsioner, inklusive unika funktionella egenskaper, högre stabilitet, transparens etc.
Ultraljud konkurrerar ut traditionella emulgeringstekniker, särskilt när det gäller bildandet av nanoemulsioner. Detta beror på den mycket effektiva och energiintensiva arbetsprincipen för ultraljud.

Arbetsprincip för ultraljud emulgering

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorUltraljud emulgering processer använder krafterna av akustisk kavitation. Akustisk kavitation avser fenomenet bildning, tillväxt och implosiv kollaps av små bubblor i ett flytande medium som utsätts för högintensiva ultraljudsvågor. Implosionen av dessa bubblor genererar intensiva lokala tryck- och temperaturgradienter, vilket kan skapa högskjuvkrafter, chockvågor och mikrostrålar som kan bryta ner stora partiklar och agglomerera till mindre. Bilden till vänster visar ultraljud kavitation genereras vid sonden av ultrasonicator UIP1000hdT (1000 watt) i en vätskefylld glaskolonn.
Vid emulgering och nanoemulgering spelar intensiteten av akustisk kavitation en avgörande roll för att minska storleken på droppar i emulsionen. Den implosiva kollapsen av kavitationsbubblorna kan skapa starka skjuvkrafter som bryter ner större droppar till mindre. Dessutom kan de lokala tryck- och temperaturgradienterna som genereras av kavitationen också främja bildandet av nya droppar och stabilisera emulsionen.
Den unika aspekten av akustisk kavitation är dess förmåga att tillhandahålla lokaliserad och intensiv energitillförsel till det flytande mediet, utan behov av höga mekaniska eller termiska spänningar. Detta gör det till en attraktiv teknik för nanoemulgering, eftersom den kan minska den energitillförsel som krävs för emulgeringsprocessen samtidigt som den uppnår en mindre droppstorlek och smalare droppstorleksfördelning.
På grund av dessa exakt kontrollerbara ultraljudskrafter är akustisk kavitation ett kraftfullt verktyg för nano-emulgering. Dess förmåga att generera lokaliserad och intensiv energitillförsel gör det möjligt att bryta ner större droppar som bildar submikron- och nanostora med mycket hög effektivitet.

Vatten-olja emulsion produceras med ultraljud (Hielscher Ultrasonics)Studier på olja i vatten (vatten fas) och vatten i olja (oljefas) emulsioner har visat sambandet mellan energi täthet och droplet storlek (t. ex. Sauter diameter). Det finns en tydlig tendens till mindre droplet-storlek på ökad energi täthet (Klicka på höger bild). Vid lämpliga energitäthetsnivåer kan ultraljud enkelt och tillförlitligt uppnå genomsnittliga droppstorlekar i nanoområdet.

Ultraljud sonder för effektiv emulgering

Hielscher erbjuder ett brett utbud av sond-typ ultrasonicators och tillbehör för effektiv emulgering och spridning av vätskor i batch och genomströmning läge.
System som består av flera ultraljud processorer på upp till 16.000 watt vardera, ger den kapacitet som behövs för att översätta denna lab ansökan till en effektiv produktionsmetod för att erhålla fint dispergerade emulsioner i kontinuerligt flöde eller i en sats – uppnå resultat som är jämförbara med dagens bästa högtrycks Homogenisatorer tillgängliga, såsom den nya Stryp ventilen. Förutom denna höga verknings grad i kontinuerlig emulgering, Hielscher Ultrasonic enheter kräver mycket lågt underhåll och är mycket lätt att använda och att rengöra. Ultraljud stöder faktiskt rengöring och sköljning. Ultraljud makt är justerbar och kan anpassas till vissa produkter och emulgering krav. Speciella flöde cell reaktorer som uppfyller Advanced CIP (ren-på-plats) och SIP (sterilisera-in-Place) krav finns också.

Industriell ultraljud homogenisator för effektiv emulgering av olja och vatten. Ultraljud är mycket effektivt i produktionen av långsiktiga stabila nanoemulsioner.

MultiSonoReactor MSR-4 är en industriell inline-homogeniseringsreaktor som är lämplig för (nano-)emulgeringsprocesser med hög genomströmning.

Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera:

batch VolymFlödeshastighetRekommenderade Devices
0.5 till 1,5 mln.a.VialTweeter
1 till 500 ml10 till 200 ml / minUP100H
10 till 2000 ml20 till 400 ml / minUf200 ः t, UP400St
0.1 till 20L0.2 till 4L / minUIP2000hdT
10 till 100 liter2 till 10 1 / minUIP4000hdT
15 till 150L3 till 15 liter/minUIP6000hdT
n.a.10 till 100 l / minUIP16000
n.a.störrekluster av UIP16000

Kontakta oss! / Fråga oss!

Be om mer information

Använd formuläret nedan för att begära ytterligare information om ultraljud emulgeringsmedel, applikationer och pris. Vi kommer gärna att diskutera din emulgeringsprocess med dig och erbjuda dig ett ultraljudssystem som uppfyller dina krav!









Observera att våra Integritetspolicy.


Denna video visar Hielscher ultraljud processor UP400S förbereda en nano-storlek vegetabiliskolja-i-vatten emulsion.

Emulgering av vegetabilisk olja i vatten med hjälp av UP400S

Video miniatyr

Ultraljud hög skjuvning homogenisatorer används i labb, bänk-top, pilot och industriell bearbetning.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljudshomogenisatorer för blandning av applikationer, spridning, emulgering och utvinning på labb, pilot och industriell skala.



Litteratur / Referenser

  • 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.

Fakta Värt att veta

Definition av termen “Emulsion”

En emulsion är en blandning av två eller flera oblandbara vätskor, såsom olja och vatten.
Emulsioner kan vara antingen olja-i-vatten (där oljedroppar sprids i vatten) eller vatten-i-olja (där vattendroppar dispergeras i olja). Emulsioner används i en mängd olika applikationer, inklusive livsmedelsprodukter (såsom salladsdressingar och majonnäs), kosmetika (såsom lotioner och krämer) och läkemedel (såsom vacciner).
Ett emulgeringsmedel fungerar genom att minska ytspänningen mellan de två oblandbara ämnena (såsom olja och vatten) i en emulsion. Detta minskar tendensen hos de två ämnena att separera och låter dem bilda en stabil blandning.

Stabiliserande emulgeringsmedel

I allmänhet kräver emulsioner stabilisering med användning av ett emulgeringsmedel eller ytaktivt medel. Emulgeringsmedel är amfifila – de lockar både vatten och fettämnen. Detta innebär att de har hydrofila (vattenälskande) och hydrofoba (oljeälskande) egenskaper, vilket gör att de kan interagera med både olje- och vattenfaserna i emulsionen. Den hydrofila delen av emulgeringsmolekylen fäster vid vattenmolekylerna, medan den hydrofoba delen fäster vid oljemolekylerna.
Genom att omge oljedropparna med emulgeringsmolekyler skapar emulgeringsmedlet ett skyddande skikt runt dropparna som förhindrar att de kommer i kontakt med varandra och samlas (sammanfogas) för att bilda större droppar. Detta hjälper till att hålla emulsionen stabil och förhindrar separation.
Eftersom koalescensen av dropparna efter störningar påverkar den slutliga droppstorleksfördelningen, används effektivt stabiliserande emulgeringsmedel för att upprätthålla den slutliga droppstorleksfördelningen på en nivå som är lika med fördelningen omedelbart efter droppstörningen i ultraljudsspridningszonen. Stabilisatorer leder faktiskt till förbättrad droppstörning vid konstant energitäthet.
Exempel på vanliga emulgeringsmedel inkluderar lecitin (som finns i äggulor och sojabönor), mono- och diglycerider, polysorbat 80 och natrium stearoyllaktylat.


Högpresterande ultraljud! Hielschers produktsortiment täcker hela spektrumet från den kompakta labb ultrasonicator över bänkenheter till fullindustriella ultraljudssystem.

Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.


Vi diskuterar gärna din process.

Låt oss komma i kontakt.