ผลิตภัณฑ์ระดับกลางและสินค้าอุปโภคบริโภคที่หลากหลายเช่นเครื่องสําอางและโลชั่นบํารุงผิวขี้ผึ้งยาเคลือบเงาสีและน้ํามันหล่อลื่นและเชื้อเพลิงขึ้นอยู่กับอิมัลชันทั้งหมดหรือบางส่วน Hielscher ผลิตโปรเซสเซอร์ของเหลวอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลกสําหรับอิมัลซิไฟเออร์ที่มีประสิทธิภาพของลําธารปริมาณมากในโรงงานผลิต

อัลตราโซนิก Emulsification

ในห้องปฏิบัติการพลังอิมัลชันของอัลตราซาวนด์เป็นที่รู้จักและนําไปใช้มานานเนื่องจากประโยชน์ต่าง ๆ ที่เชื่อมโยงกับการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยอัลตราโซนิกและการทําให้เป็นเอกภาพ อิมัลชันอัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้ขึ้นอยู่กับการใช้โพรบอัลตราโซนิกที่เรียกว่า sonotrodes ผ่านโพรบอัลตราโซนิกอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงจะถูกจับคู่เป็นของเหลวและสร้างโพรงอากาศอะคูสติก โพรงอากาศอัลตราโซนิกหรืออะคูสติกสร้างแรงเฉือนสูงซึ่งให้พลังงานที่จําเป็นในการทําลายหยดน้ําขนาดใหญ่ลงไปที่หยดขนาดนาโน ดังนั้นเฟสของเหลวสองเฟสขึ้นไปจะถูกผสมลงในซับไมครอนหรือนาโนอิมัลชันที่สม่ําเสมอ

ข้อดีของอิมัลชันอัลตราโซนิก

อิมัลชันอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบมีข้อดีหลายประการเหนือเทคนิคอิมัลซิไฟเออร์อื่น ๆ :

1. ปรับปรุงเสถียรภาพของอิมัลชัน: อิมัลชันอัลตราโซนิกสร้างขนาดหยดที่เล็กลงและการกระจายหยดที่สม่ําเสมอมากขึ้นส่งผลให้ความเสถียรของอิมัลชันดีขึ้นและอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานขึ้น หยดขนาดซับไมครอนและนาโนสามารถผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือโดยใช้อัลตราซาวนด์พลังงาน
2. ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: อิมัลชันอัลตราโซนิกต้องการพลังงานน้อยกว่าวิธีการอิมัลชันอื่น ๆ ทําให้เป็นกระบวนการที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น
3. ความสามารถในการปรับขนาด: อิมัลชันอัลตราโซนิกสามารถปรับขนาดขึ้นหรือลงได้อย่างง่ายดายขึ้นอยู่กับปริมาตรที่ต้องการทําให้เป็นกระบวนการอเนกประสงค์สําหรับการใช้งานในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม
4. ประหยัดเวลา: อิมัลชันอัลตราโซนิกอาจเป็นกระบวนการที่รวดเร็วมากโดยมีอิมัลชันก่อตัวเป็นวินาทีต่อนาทีขึ้นอยู่กับของเหลวปริมาตรและอุปกรณ์
5. ลดความต้องการสารลดแรงตึงผิว: อิมัลชันอัลตราโซนิกสามารถลดความต้องการสารลดแรงตึงผิวซึ่งมักจะต้องใช้เพื่อรักษาเสถียรภาพของอิมัลชัน อย่างไรก็ตามด้วยขนาดหยดที่ลดลงพื้นที่ผิวของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นและต้องใช้สารลดแรงตึงผิวมากขึ้น Ultrasonication เข้ากันได้กับสารลดแรงตึงผิวเกือบทุกชนิดรวมถึงอิมัลซิไฟเออร์ทางเลือกและแปลกใหม่
6. การสร้างความร้อนน้อยที่สุดและควบคุมได้: อิมัลชันอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่ไม่ใช่ความร้อนและการสร้างความร้อนในระหว่างการประมวลผลสามารถหลีกเลี่ยงหรือลดลงได้ในระดับเล็กน้อย ดังนั้นความเสี่ยงของการเสื่อมสภาพทางความร้อนของสารประกอบหรือส่วนผสมที่ละเอียดอ่อนจะลดลง

โดยรวมแล้วข้อดีของอิมัลชันอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบทําให้เป็นตัวเลือกยอดนิยมสําหรับการทําอิมัลชันในหลากหลายสาขารวมถึงอาหารและเครื่องดื่มยาเครื่องสําอางสารเคมีชั้นดีและเชื้อเพลิง

การเตรียมอัลตราโซนิกของอิมัลชันน้ํามันในน้ํา (O / W) (น้ําสีแดง / น้ํามันสีเหลือง) ไม่กี่วินาทีของ sonication เปลี่ยนเฟสน้ํา / น้ํามันแยกต่างหากเป็นอิมัลชันที่ดี

 
 
วิดีโอด้านล่างแสดงกระบวนการอิมัลชันของน้ํามัน (สีเหลือง) ลงในน้ํา (สีแดง) โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการ UP400S

อิมัลชันคืออะไร?
Emulsions คือการกระจายตัวของของเหลวที่ละลายได้ 2 ชนิดขึ้นไป อัลตราซาวนด์ที่ให้ความเข้มสูงเป็นแหล่งจ่ายพลังงานที่จำเป็นในการกระจายตัวของเหลว (เฟสกระจาย) ในละอองขนาดเล็กในเฟสที่สอง (เฟสต่อเนื่อง) ในเขตกระจายตัวการก่อตัวของฟองอากาศใน cavitation ก่อให้เกิดคลื่นช็อกแบบเข้มข้นในของเหลวโดยรอบและส่งผลต่อการก่อตัวของเจ็ตเหลวที่มีความเร็วของของเหลวสูง

นาโนอิมัลชัน – การประยุกต์ใช้พลังงานสําหรับ Ultrasonicators

นาโนอิมัลชันเป็นอิมัลชันที่มีหยดน้ําซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดน้อยกว่า 100 นาโนเมตร นาโนอิมัลชันมีข้อดีหลายประการเหนืออิมัลชันทั่วไป รวมถึงคุณสมบัติการทํางานที่เป็นเอกลักษณ์ ความเสถียรที่สูงขึ้น ความโปร่งใส ฯลฯ
Ultrasonication เหนือกว่าเทคโนโลยีอิมัลชันแบบดั้งเดิมโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมันมาถึงการก่อตัวของนาโนอิมัลชัน นี่เป็นเพราะหลักการทํางานที่มีประสิทธิภาพสูงและใช้พลังงานสูงของอัลตราซาวนด์

หลักการทํางานของอิมัลชันอัลตราโซนิก

กระบวนการอิมัลชันอัลตราโซนิกใช้แรงของโพรงอากาศอะคูสติก โพรงอากาศอะคูสติกหมายถึงปรากฏการณ์ของการก่อตัวการเจริญเติบโตและการล่มสลายของฟองอากาศขนาดเล็กในสื่อของเหลวที่อยู่ภายใต้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง การระเบิดของฟองอากาศเหล่านี้สร้างความดันในท้องถิ่นและการไล่ระดับอุณหภูมิที่รุนแรงซึ่งสามารถสร้างแรงเฉือนสูงคลื่นกระแทกและไมโครไอพ่นที่สามารถสลายอนุภาคขนาดใหญ่และรวมตัวกันเป็นอนุภาคขนาดเล็กได้ ภาพด้านซ้ายแสดงให้เห็นถึงการเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิกที่สร้างขึ้นที่โพรบของ ultrasonicator UIP1000hdT (1000 วัตต์) ในคอลัมน์แก้วที่เต็มไปด้วยของเหลว
ในอิมัลชันและนาโนอิมัลชันความเข้มของโพรงอากาศอะคูสติกมีบทบาทสําคัญในการลดขนาดของหยดในอิมัลชัน การล่มสลายของฟองอากาศโพรงอากาศสามารถสร้างแรงเฉือนที่แข็งแกร่งซึ่งแยกหยดน้ําขนาดใหญ่ออกเป็นหยดเล็ก ๆ นอกจากนี้ความดันท้องถิ่นและการไล่ระดับอุณหภูมิที่เกิดจากโพรงอากาศยังสามารถส่งเสริมการก่อตัวของหยดใหม่และทําให้อิมัลชันมีเสถียรภาพ
ลักษณะเฉพาะของการเกิดโพรงอากาศอะคูสติกคือความสามารถในการป้อนพลังงานที่มีการแปลและเข้มข้นไปยังตัวกลางของเหลวโดยไม่จําเป็นต้องมีความเค้นเชิงกลหรือความร้อนสูง สิ่งนี้ทําให้เป็นเทคนิคที่น่าสนใจสําหรับนาโนอิมัลชันเนื่องจากสามารถลดการป้อนพลังงานที่จําเป็นสําหรับกระบวนการอิมัลชันในขณะที่บรรลุขนาดหยดที่เล็กลงและการกระจายขนาดหยดที่แคบลง
เนื่องจากแรงอัลตราโซนิกที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําเหล่านี้โพรงอากาศอะคูสติกจึงเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสําหรับนาโนอิมัลชัน ความสามารถในการสร้างการป้อนพลังงานที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นและเข้มข้นช่วยให้สามารถสลายหยดน้ําขนาดใหญ่ที่ก่อตัวเป็นซับไมครอนและขนาดนาโนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงมาก

การศึกษาที่น้ำมันในน้ำ (เฟสน้ำ) และน้ำในน้ำมัน (เฟสน้ำมัน) อิมัลชันได้แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของพลังงานและขนาดหยด (เช่นเส้นผ่าศูนย์กลาง Sauter) มีแนวโน้มที่ชัดเจนสำหรับขนาดหยดหมึกขนาดเล็กที่การเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน (คือคลิกที่กราฟิกที่เหมาะสม). ในระดับความหนาแน่นของพลังงานที่เหมาะสมอัลตราซาวนด์สามารถบรรลุขนาดหยดเฉลี่ยในช่วงนาโนได้อย่างง่ายดายและเชื่อถือได้

โพรบอัลตราโซนิกสําหรับอิมัลชันที่มีประสิทธิภาพ

Hielscher นําเสนอเครื่องอัลตราโซนิกและอุปกรณ์เสริมชนิดโพรบที่หลากหลายสําหรับอิมัลชันที่มีประสิทธิภาพและการกระจายตัวของของเหลวในโหมดแบทช์และการไหลผ่าน
ระบบที่ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกหลายตัวสูงถึง 16,000 วัตต์แต่ละตัวให้ความจุที่จําเป็นในการแปลแอปพลิเคชันในห้องปฏิบัติการนี้เป็นวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้อิมัลชันที่กระจายตัวอย่างประณีตในการไหลต่อเนื่องหรือเป็นชุด – บรรลุผลเทียบเท่ากับที่ของวันนี้ที่ดีที่สุด homogenizers แรงดันสูงใช้ได้เช่นวาล์วปากใหม่ นอกเหนือจากการที่มีประสิทธิภาพสูงนี้ใน emulsification อย่างต่อเนื่อง Hielscher อุปกรณ์ล้ำต้องการการบำรุงรักษาต่ำมากและมีความง่ายต่อการใช้งานและการทำความสะอาด อัลตราซาวนด์ไม่จริงสนับสนุนการทำความสะอาดและล้าง พลังงานล้ำเสียงสามารถปรับได้และสามารถนำไปปรับใช้กับผลิตภัณฑ์โดยเฉพาะอย่างยิ่งและความต้องการ emulsification เครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลพิเศษการประชุมที่ทันสมัย ​​CIP (สะอาดในสถานที่) และ SIP (ฆ่าเชื้อในสถานที่) ความต้องการที่มีมากเกินไป