อิมัลชันโดยโพรงอากาศอัลตราโซนิก

ผลิตภัณฑ์ระดับกลางและสินค้าอุปโภคบริโภคที่หลากหลาย เช่น เครื่องสําอางและโลชั่นบํารุงผิว ขี้ผึ้งยา สารเคลือบเงา สี น้ํามันหล่อลื่น และเชื้อเพลิงมีพื้นฐานมาจากอิมัลชันทั้งหมดหรือบางส่วน Hielscher ผลิตโปรเซสเซอร์ของเหลวอัลตราโซนิกอุตสาหกรรมที่ใหญ่ที่สุดในโลกสําหรับการเป็นอิมัลชันที่มีประสิทธิภาพของกระแสปริมาณมากในโรงงานผลิต

อิมัลชันอัลตราโซนิก

ในห้องปฏิบัติการพลังอิมัลชันของอัลตราซาวนด์เป็นที่รู้จักและนําไปใช้มาเป็นเวลานานเนื่องจากประโยชน์ต่าง ๆ ที่เชื่อมโยงกับการทําให้เป็นเนื้อเดียวกันของอัลตราโซนิกและการทําให้เป็นอิมัลชัน อิมัลชันอัลตราโซนิกที่เชื่อถือได้ขึ้นอยู่กับการใช้โพรบอัลตราโซนิกที่เรียกว่า sonotrodes ผ่านโพรบอัลตราโซนิกอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงจะถูกจับคู่กับของเหลวและสร้างโพรงอากาศอะคูสติก โพรงอากาศอัลตราโซนิกหรืออะคูสติกสร้างแรงเฉือนสูงซึ่งให้พลังงานที่จําเป็นในการขัดขวางหยดขนาดใหญ่ลงสู่หยดขนาดนาโน ด้วยเหตุนี้ เฟสของเหลวตั้งแต่สองเฟสขึ้นไปจึงผสมเป็นอิมัลชันย่อยไมครอนหรือนาโนที่สม่ําเสมอ
การใช้เซลล์การไหลแบบอัลตราโซนิกช่วยให้สามารถขยายขนาดเชิงเส้นไปสู่การผลิตอุตสาหกรรมของนาโนอิมัลชันที่ประมวลผลกระแสปริมาณมากในการไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง
MultiPhaseCavitator: เม็ดมีดเซลล์ไหล Hielscher ที่เป็นเอกลักษณ์ MPC48 เป็นอุปกรณ์เสริมที่ทรงพลังที่เข้ากันได้กับเครื่องปฏิกรณ์เซลล์ไหลอัลตราโซนิกของ Hielscher การใช้เม็ดมีด MPC48 เฟสที่กระจายตัวจะถูกฉีดผ่าน 48 cannulas เป็นเส้นของเหลวบาง ๆ เข้าไปในโซนร้อนอัลตราโซนิกซึ่งเฟสที่กระจายตัวและเฟสต่อเนื่องจะถูกผสมเป็นหยดนาทีลงในนาโนอิมัลชัน อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับเม็ดมีดเซลล์การไหลอัลตราโซนิก MPC48!

ข้อดีของอิมัลชันอัลตราโซนิก

อิมัลชันอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบมีข้อดีหลายประการเหนือเทคนิคอิมัลชันอื่น ๆ :

1. ปรับปรุงเสถียรภาพของอิมัลชัน: อิมัลชันอัลตราโซนิกสร้างขนาดหยดที่เล็กลงและการกระจายของหยดที่สม่ําเสมอมากขึ้นส่งผลให้เสถียรภาพของอิมัลชันดีขึ้นและอายุการเก็บรักษาที่ยาวนานขึ้น หยดขนาดซับไมครอนและนาโนสามารถผลิตได้อย่างน่าเชื่อถือโดยใช้อัลตราซาวนด์กําลัง
2. ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน: อิมัลชันอัลตราโซนิกใช้พลังงานน้อยกว่าวิธีการอิมัลชันอื่น ๆ ทําให้เป็นกระบวนการที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น
3. ความสามารถในการปรับขนาด: อิมัลชันอัลตราโซนิกสามารถปรับขนาดขึ้นหรือลงได้อย่างง่ายดายขึ้นอยู่กับปริมาตรที่ต้องการทําให้เป็นกระบวนการที่หลากหลายสําหรับการใช้งานทั้งในห้องปฏิบัติการและอุตสาหกรรม
4. ประหยัดเวลา: อิมัลชันอัลตราโซนิกอาจเป็นกระบวนการที่รวดเร็วมากโดยอิมัลชันจะก่อตัวในไม่กี่วินาทีถึงไม่กี่นาทีขึ้นอยู่กับของเหลวปริมาตรและอุปกรณ์
5. ลดความต้องการสารลดแรงตึงผิว: อิมัลชันอัลตราโซนิกสามารถลดความจําเป็นในการใช้สารลดแรงตึงผิวซึ่งมักจําเป็นเพื่อรักษาเสถียรภาพของอิมัลชัน อย่างไรก็ตาม ด้วยขนาดหยดที่ลดลง พื้นที่ผิวของอนุภาคจะเพิ่มขึ้น และต้องครอบคลุมพื้นที่มากขึ้นด้วยสารลดแรงตึงผิว อัลตราโซนิกเข้ากันได้กับสารลดแรงตึงผิวเกือบทุกชนิดรวมถึงอิมัลซิไฟเออร์ทางเลือกและแบบใหม่
6. การสร้างความร้อนน้อยที่สุดและควบคุมได้: อิมัลชันอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่ไม่ใช่ความร้อนและการสร้างความร้อนในระหว่างการประมวลผลสามารถหลีกเลี่ยงหรือลดระดับเล็กน้อยได้ ด้วยเหตุนี้ความเสี่ยงของการย่อยสลายทางความร้อนของสารประกอบหรือส่วนผสมที่ละเอียดอ่อนจึงลดลง

ข้อดีของอิมัลชันอัลตราโซนิกโดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกชนิดโพรบทําให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสําหรับการอิมัลชันในหลากหลายสาขารวมถึงอาหารและเครื่องดื่มยาเครื่องสําอางเคมีภัณฑ์ชั้นดีและเชื้อเพลิง
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับอิมัลชันมายองเนสอัลตราโซนิก!
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการผลิตอิมัลชันขี้ผึ้งพาราฟินโดยใช้การ sonication!
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ Water-in-Diesel Emulsions ที่ผลิตโดยใช้อัลตราโซนิกส์!

การเตรียมอัลตราโซนิกของอิมัลชันน้ํามันในน้ํา (O / W) (น้ําแดง / น้ํามันสีเหลือง) ไม่กี่วินาทีของการ sonication เปลี่ยนเฟสน้ํา / น้ํามันที่แยกจากกันให้เป็นอิมัลชันละเอียด

 
 
วิดีโอด้านล่างแสดงกระบวนการอิมัลชันของน้ํามัน (สีเหลือง) เป็นน้ํา (สีแดง) โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิกในห้องปฏิบัติการ UP400S

อิมัลชันคืออะไร?
อิมัลชันคือการกระจายตัวของของเหลวที่เข้ากันไม่ได้ตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป อัลตราซาวนด์ที่มีความเข้มข้นสูงจะจ่ายพลังงานที่จําเป็นในการกระจายเฟสของเหลว (เฟสกระจาย) ในหยดเล็ก ๆ ในเฟสที่สอง (เฟสต่อเนื่อง) ในโซนกระจาย ฟองอากาศที่ระเบิดทําให้เกิดคลื่นกระแทกอย่างเข้มข้นในของเหลวโดยรอบ และส่งผลให้เกิดการก่อตัวของไอพ่นของเหลวที่มีความเร็วของเหลวสูง

นาโนอิมัลชัน – การประยุกต์ใช้พลังงานสําหรับเครื่องอัลตราโซนิก

นาโนอิมัลชันเป็นอิมัลชันที่มีหยดน้ําซึ่งโดยทั่วไปจะมีขนาดน้อยกว่า 100 นาโนเมตร นาโนอิมัลชันมีข้อดีหลายประการเหนืออิมัลชันทั่วไป รวมถึงคุณสมบัติการทํางานที่เป็นเอกลักษณ์ ความเสถียรที่สูงขึ้น ความโปร่งใส ฯลฯ
Ultrasonication แข่งขันได้เหนือกว่าเทคโนโลยีอิมัลชันแบบดั้งเดิมโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงการก่อตัวของนาโนอิมัลชัน นี่เป็นเพราะหลักการทํางานของอัลตราซาวนด์ที่มีประสิทธิภาพสูงและใช้พลังงานมาก

หลักการทํางานของอิมัลชันอัลตราโซนิก

กระบวนการอิมัลชันอัลตราโซนิกใช้แรงของโพรงอากาศอะคูสติก โพรงอากาศอะคูสติกหมายถึงปรากฏการณ์ของการก่อตัว การเจริญเติบโต และการยุบตัวของฟองอากาศขนาดเล็กในตัวกลางที่เป็นของเหลวภายใต้คลื่นอัลตราซาวนด์ความเข้มสูง การระเบิดของฟองอากาศเหล่านี้ทําให้เกิดการไล่ระดับความดันและอุณหภูมิในท้องถิ่นที่รุนแรง ซึ่งสามารถสร้างแรงเฉือนสูง คลื่นกระแทก และไมโครเจ็ทที่สามารถสลายอนุภาคขนาดใหญ่และการรวมตัวกันเป็นอนุภาคขนาดเล็กได้ ภาพด้านซ้ายแสดงให้เห็นถึงโพรงอากาศอัลตราโซนิกที่สร้างขึ้นที่โพรบของเครื่องอัลตราโซนิก UIP1000hdT (1000 วัตต์) ในคอลัมน์แก้วที่เติมของเหลว
ในการทําให้เป็นอิมัลชันและนาโนอิมัลชันความเข้มของโพรงอากาศอะคูสติกมีบทบาทสําคัญในการลดขนาดของหยดในอิมัลชัน การยุบตัวของฟองอากาศสามารถสร้างแรงเฉือนที่แข็งแกร่งซึ่งสลายหยดขนาดใหญ่ออกเป็นหยดเล็ก ยิ่งไปกว่านั้นการไล่ระดับความดันและอุณหภูมิในท้องถิ่นที่เกิดจากโพรงอากาศยังสามารถส่งเสริมการก่อตัวของหยดน้ําใหม่และทําให้อิมัลชันมีเสถียรภาพ
ลักษณะเฉพาะของโพรงอากาศอะคูสติกคือความสามารถในการป้อนพลังงานที่แปลเป็นภาษาท้องถิ่นและเข้มข้นไปยังตัวกลางที่เป็นของเหลวโดยไม่จําเป็นต้องมีความเครียดเชิงกลหรือความร้อนสูง ทําให้เป็นเทคนิคที่น่าสนใจสําหรับการทําให้เป็นอิมัลชันนาโน เนื่องจากสามารถลดพลังงานที่ป้อนเข้าที่จําเป็นสําหรับกระบวนการอิมัลชันในขณะที่ได้ขนาดหยดที่เล็กลงและการกระจายขนาดหยดที่แคบลง
เนื่องจากแรงอัลตราโซนิกที่ควบคุมได้อย่างแม่นยําเหล่านี้โพรงอากาศอะคูสติกจึงเป็นเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพสําหรับการทําให้เป็นอิมัลชันนาโน ความสามารถในการสร้างอินพุตพลังงานเฉพาะที่และเข้มข้นช่วยให้สามารถสลายหยดขนาดใหญ่ที่ก่อตัวเป็นละอองขนาดเล็กและนาโนได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง

การศึกษาอิมัลชันน้ํามันในน้ํา (เฟสน้ํา) และน้ําในน้ํามัน (เฟสน้ํามัน) ได้แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของพลังงานและขนาดหยดน้ํา (เช่น เส้นผ่านศูนย์กลางของซอเตอร์) มีแนวโน้มที่ชัดเจนสําหรับขนาดหยดที่เล็กลงเมื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลังงาน (คลิกที่กราฟิกด้านขวา). อัลตราซาวนด์สามารถบรรลุขนาดหยดเฉลี่ยในช่วงนาโนได้ง่ายและเชื่อถือได้

โพรบอัลตราโซนิกเพื่ออิมัลชันที่มีประสิทธิภาพ

Hielscher นําเสนอเครื่องอัลตราโซนิกและอุปกรณ์เสริมแบบโพรบที่หลากหลายสําหรับการทําให้เป็นอิมัลชันและการกระจายตัวของของเหลวอย่างมีประสิทธิภาพในโหมดแบทช์และโหมดการไหลผ่าน
ระบบที่ประกอบด้วยโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกหลายตัวที่มีกําลังไฟสูงถึง 16,000 วัตต์แต่ละตัวให้ความจุที่จําเป็นในการแปลแอปพลิเคชันในห้องปฏิบัติการนี้ให้เป็นวิธีการผลิตที่มีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้อิมัลชันที่กระจายตัวอย่างประณีตในการไหลต่อเนื่องหรือเป็นชุด – บรรลุผลลัพธ์ที่เทียบได้กับโฮโมจีไนเซอร์แรงดันสูงที่ดีที่สุดในปัจจุบัน เช่น Orifice Valve ใหม่ นอกเหนือจากประสิทธิภาพสูงในการทําให้เป็นอิมัลชันอย่างต่อเนื่องแล้วอุปกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher ยังต้องการการบํารุงรักษาที่ต่ํามากและใช้งานง่ายและทําความสะอาด อัลตราซาวนด์สนับสนุนการทําความสะอาดและล้างจริง พลังงานอัลตราโซนิกสามารถปรับได้และสามารถปรับให้เข้ากับผลิตภัณฑ์เฉพาะและความต้องการอิมัลชัน เครื่องปฏิกรณ์โฟลว์เซลล์พิเศษที่ตรงตามข้อกําหนด CIP (clean-in-place) และ SIP (sterilize-in-place) ขั้นสูงก็มีให้บริการเช่นกัน