En emulsion består av två oblandbara vätskor, vilka är finfördelade i varandra. För olje-i-vattenemulsioner blandas den oljiga fasen (dispergerad fas) jämnt i vattenfasen (kontinuerlig fas). Ultraljud emulgeringsmedel är väletablerade för att förbereda olja-i-vatten emulsioner och nano-emulsioner. Ultraljud emulsioner utmärker sig genom enhetlig droppdispersion och långsiktig stabilitet därför används i stor utsträckning i laboratorier och industri.

Ultraljud Oil-i-vatten emulsioner

Oil-in-water (O/W) emulsioner används i stor utsträckning i många konsumentprodukter såsom livsmedel, drycker, kosmetika, läkemedel etc. samt inom industrin (t.ex. materialvetenskap, polymerer, färger, beläggningar, fin kemi etc.).

Definition av Olja-i-vatten Emulsion

En olja-i-vatten emulsion är en blandning där en oljig fas sprids i vatten eller annan vattenhaltig vätska. Små droppar olja är finfördeglada i vattenfasen (kontinuerlig fas) för att skapa denna olja-i-vatten emulsion. Om olja (dispergerad fas) sprids i vatten (kontinuerlig fas), är det en olja-i-vatten emulsion; om vattendroppar tillsätts i en oljig kontinuerlig fas, kallas det en vatten-i-olja emulsion.
För olja-i-vatten-emulsioner beror den resulterande emulsionskvaliteten på formuleringen (olja-vattenförhållande, emulgeringsmedel) och emulgeringstekniken. Ultraljud emulgeringsmedel använder akustisk kavitation, som kännetecknas av intensiva högskjuvkrafter och turbulenser i vätskan. Dessa mycket intensiva krafter stör de två oblandbara vätskefaserna i små droppar och blandar dem jämnt med varandra. Ultraljud emulgering kan enkelt generera nano-storlek partiklar med droppstorlekar på ner till 10nm. Den mycket lilla droppstorleken och den homogena, även droppstorleksfördelningen av ultraljud beredda emulsioner förvandlar ultraljudsbehandling till den föredragna emulgeringstekniken.
 

Kurvan skor nano-skala droppfördelning av en ultraljud dispergerad olja-i-vatten nanoemulsion. Denna ultraljud emulsion består i pepparmynta eterisk olja emulgerad i en kontinuerlig vattenfas.

Fördelar med Ultraljud emulgering

Ultraljud emulgering utmärker andra emulgering tekniker såsom högtrycks homogenisering, hög skjuvning blandning och mikrofluidisering genom effektivitet, konsekvent produktion av nano-droppar, hög emulsion stabilitet och förmåga att behandla någon volym från små rör och bägare till stora strömmar.
Till exempel, Li och Xiang (2019) visade i sin jämförande studie av högtrycks homogenisering och ultraljud emulgering som ultraljud avkastning i mer enhetliga, stabila emulsioner. Aggregering i kokosolja-i-vatten emulsioner verkade först efter att ha utsatts för högtrycks homogenisering, medan emulsionen som gjorts av ultraljud emulgering förblev stabil under 30 dagar lagring.
Jämfört med mekanial agitation, emulsioner som utarbetats av ultraljud teknik befanns vara mer stabil under längre tid när jämfört med emulsioner som utarbetats av mekanisk agitation som kan hänföras till den lilla droppstorlek som är termodynamiskt stabiliserad. Ultraljudsteknik ger stabilare emulsioner än den konventionella mekaniska agitationmetoden. (jfr Ramisetty och Shyamsunder, 2011)
O'Sullivan et al. (2015) visar i sin studie att ultraljud emulgering konsekvent gav submicron emulsioner (mindre än 200 nm). Nano-emulsioner med enhetlig droppstorlek på 10nm kan dock enkelt och tillförlitligt uppnås under optimerade förhållanden. Droppen storlek ultraljud produceras emulsioner är en funktion av bearbetningstid och ultraljud amplitud för både parti och kontinuerlig bearbetning.

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.

Arbetsprincipen för ultraljud emulgering

Ultraljudsproduktionen av emulsioner och nano-emulsioner (såsom olja-i vatten och vatten-i-olja emulsioner) bygger på arbetsprincipen för akustisk kavitation. För att skapa akustisk kavitation genereras högintensiv, lågfrekvent ultraljud av en ultraljudsgivare och överförs via ultraljudshorn och sond (sonotrode) till en vätska. Högeffektsultraljud anses vara ultraljud i intervallet 16-30kHz. Ultraljudssonden expanderar och kontrakt e.g., på 20kHz, överför därmed 20.000 vibrationer per sekund in i mediet. När ultraljudsvågorna färdas genom vätskan, omväxlande högtryck (kompression) / lågtrycks (rarefaction / expansion) cykler skapa minut håligheter (vakuum bubblor), som växer under flera tryck cykler. Under kompressionsfasen av vätskan och bubblorna är trycket positivt, medan rarefaction-fasen ger ett vakuum (undertryck). Under kompressions-expansionscyklerna växer håligheterna i vätskan tills de når en storlek, vid vilken de inte kan absorbera ytterligare energi. Vid denna punkt, imploderar de våldsamt. Implosionen av dessa håligheter resulterar i olika mycket energiska effekter, som är kända som fenomenet akustisk / ultraljud kavitation. Akustisk kavitation kännetecknas av grenrör mycket energisk effekter, som påverkar vätska-vätska, fast-vätska och gas-flytande system. Den energitäta zonen eller cavitational zonen är känd som så kallade hot-spot zon, som är mest energitäta i närheten av ultraljud sonden och minskar med ökande avstånd från sonotrode. De viktigaste egenskaperna hos ultraljud kavitation inkluderar lokalt förekommande mycket höga temperaturer och tryck och respektive differentialer, turbulenser, och flytande streaming. Under implosion av ultraljud håligheter i ultraljud hot-spots, temperaturer på upp till 5000 Kelvin, tryck på upp till 200 atmosfärer och flytande jetplan med upp till 1000km / h kan mätas. Dessa enastående energiintensiva förhållanden bidrar till sonomekaniska effekter som intensifierar processer genom mycket effektiv blandning, spridning och emulgering. Ultraljudsskjuvkrafterna, vätskeströmningen och turbulenserna stör dropparna och blandar dem jämnt med varandra. Högpresterande ultraljud producerar tillförlitligt nano-droppar med en enhetlig storlek fördelning. Detta gör ultraljud emulgering den föredragna metoden för att förbereda olja-i-vatten emulsioner / nano-emulsioner med hög emulsion stabilitet och hållbarhet.

Effekter av Ultraljudsintensitet på Emulsion Kvalitet

Emulsionskvaliteten kännetecknas främst av dess stabilitet. I sin tur emulsion stabilitet är en faktor för droppstorlek fördelning och emulsion formulering.
Ultraljudsintensitet, dvs amplitud och ultraljudsbehandling varaktighet, är viktiga faktorer som påverkar kvaliteten på den erhållna emulsionen.
I forskning, ultraljud emulgering delas in i två faser: Under det första steget, en kombination av interfacial vågor och Rayleigh-Taylor instabilitet uppstår, vilket orsakar utbrottet av spridda fas droppar i den kontinuerliga fasen.
Under det andra steget bryts droppar upp genom akustisk kavitation nära droppgränsfaserna. De intensiva effekterna av droppstörningar och blandning orsakad av kavitationella chockvågor genererar mycket små droppstorlekar. Ultraljud intensitet, amplitud, och ultraljudsbehandling tid är ansvariga för den erhållna effekten av kavitation och därmed de mest inflytelserika parametrarna angående fin-storlek emulgering. Hielscher Ultrasonics industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljud sonotrodes tillgängliga.

Högpresterande ultraljud emulgeringsmedel

Ultraljud emulgering är en pålitlig bearbetning teknik, som underlättar och påskyndar produktionen av högkvalitativa emulsioner med submicron och nano-sized droppar. Hielscher Ultrasonics portfölj täcker hela sortimentet från kompakta lab ultrasonicators till industriella system för emulgering applikationer. Detta gör att vi på Hielscher att erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsator för din planerade emulsion kvalitet och processkapacitet. Vår lång-tid erfarna personal kommer att hjälpa dig från genomförbarhetstester och processoptimering till installation av ditt ultraljud system på slutlig produktionsnivå.
Den lilla fot-print av våra ultraljud extractors samt deras mångsidighet i installationsalternativ gör dem passar även i små utrymmen bearbetningsanläggningar. Ultraljud processorer är installerade över hela världen i livsmedel, pharma och näringstillskott produktionsanläggningar.

Hielscher Ultrasonics – Sofistikerade emulgeringssystem

Hielscher Ultrasonics produktportfölj täcker hela sortimentet av högpresterande ultraljud emulgeringsmedel från små till storskaliga. Ytterligare tillbehör möjliggör enkel montering av den mest lämpliga ultraljud enhet konfiguration för din emulgering process. Den optimala ultraljud setup beror på den planerade kapacitet, volym, råvaror, parti eller inline process och tidslinje.

Batch och Infogad

Hielscher ultraljud emulgeringsmedel kan användas för parti och kontinuerlig genomflöde bearbetning. Ultraljud batchbearbetning är idealisk för processtestning, optimering och liten till medelstora produktionsnivå. För en producerar stora volymer av emulsioner, inline bearbetning kan vara mer fördelaktigt. En kontinuerlig inline-blandningsprocess kräver en sofistikerad inställning – består i en pump, slangar eller rör och tankar -, men det är mycket effektiv, snabb och kräver betydligt mindre arbetskraft. Hielscher Ultrasonics har den mest lämpliga emulgering setup för din emulsion volym och mål process.

Ultraljud Sonder och reaktorer för emulgering i valfri storlek

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljud processorer från kompakta lab ultrasonicators över bänk-top och pilotsystem till helt-industriella ultraljud processorer med kapacitet att bearbeta truckloads per timme. Det fullständiga produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig det mest lämpliga ultraljudsemulgeringsdonet för din processkapacitet och produktionsmål.
Ultraljud benchtop system är idealiska för genomförbarhetstest och processoptimering. Linjär uppskalning baserad på etablerade processparametrar gör det mycket enkelt att öka bearbetningskapaciteten från mindre partier till helt kommersiell produktion. Uppskalning kan göras genom att antingen installera en mer kraftfull ultraljudsutsugenhet eller klustring flera ultrasonicators parallellt. Med UIP16000 erbjuder Hielscher det mest kraftfulla ultraljudsemulgeringsdonet över hela världen.

Exakt kontrollerbara amplituder för optimala resultat

Alla Hielscher ultrasonicators är exakt kontrollerbara och därigenom pålitliga arbetshästar i produktion. Amplituden är en av de avgörande processparametrar som påverkar effektiviteten och effektiviteten av ultraljud emulgering Amplitud är en avgörande faktor, som påverkar kvaliteten på ultraljud emulgering avgörande. Alla Hielscher Ultrasonics-processorer möjliggör exakt inställning av amplituden. Sonotrodes och booster horn är tillbehör som gör det möjligt att modifiera amplituden i ett ännu bredare intervall. Hielschers industriella ultraljud processorer kan leverera mycket höga amplituder och leverera den nödvändiga ultraljud intensitet för krävande applikationer. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift.
Exakta amplitudinställningar och den permanenta övervakningen av ultraljudsprocessparametrarna via smart programvara ger dig möjlighet att behandla din emulsion med de mest effektiva ultraljudsförhållandena. Optimal ultraljudsbehandling för bästa emulgering resultat!
Robustheten i Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7-drift vid kraftig och i krävande miljöer. Detta gör Hielschers ultraljudsutrustning till ett pålitligt arbetsredskap som uppfyller dina krav på emulgering.

Enkel, riskfri testning

Ultraljudsprocesser kan vara helt linjär skalas. Detta innebär att varje resultat som du har uppnått med hjälp av ett labb eller bänk-top ultrasonicator, kan skalas till exakt samma utgång med hjälp av exakt samma processparametrar. Detta gör ultraljud idealisk för riskfri genomförbarhetstestning, processoptimering och efterföljande implementering till kommersiell tillverkning. Kontakta oss för att lära dig hur ultraljudsbehandling kan förbättra din emulsion produktion.

Högsta kvalitet – Designad och Tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjeägt företag prioriterar Hielscher högsta kvalitet för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater är konstruerade, tillverkade och noggrant testade i vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robusthet och tillförlitlighet i Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande blandare.

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