Емульсифікація ультразвукової Кавітація

Широкий асортимент проміжних і споживчих товарів, таких як косметика і лосьйони для шкіри, фармацевтичні мазі, лаки, лакофарбові матеріали і паливо, засновані повністю або частково на емульсіях. Hielscher виробляє найбільші в світі промислові ультразвукові рідинні процесори для ефективного емульгування потоків великого обсягу на виробничих підприємствах.

Ультразвукове емульгування

У лабораторії потужність емульгування ультразвуку відома і застосовується давно завдяки різним перевагам, які пов'язані з ультразвуковою гомогенізацією та емульгуванням. Надійне ультразвукове емульгування засноване на використанні ультразвукових зондів, так званих сонотрод. За допомогою ультразвукового зонда високоінтенсивний ультразвук з'єднується з рідинами і створює акустичну кавітацію. Ультразвукова або акустична кавітація генерує високі сили зсуву, які забезпечують необхідну енергію для порушення великих крапель до крапель нанорозміру. Таким чином, дві або більше рідких фаз змішуються в однорідну субмікрон- або наноемульсію.

Запит інформації




Зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Ультраакукатори надійні та ефективні у виробництві субмікрон- та нанорозмірних емульсій.

Ультраакукатори надійні та ефективні у виробництві субмікрон- та нанорозмірних емульсій.

Переваги ультразвукового емульгування

Ультразвукове емульгування з використанням ультразвукового інструменту типу зонда пропонує ряд переваг перед іншими методами емульгування:

  1. Покращена стабільність емульсії: Ультразвукова емульгування створює менші розміри крапель і більш рівномірний розподіл крапель, що призводить до покращеної стабільності емульсії та довшого терміну зберігання. Краплі субмікронного та нанорозміру можна надійно отримати за допомогою потужного ультразвуку.
  2. Енергоефективність: Ультразвукове емульгування вимагає менше енергії, ніж інші методи емульгування, що робить його більш енергоефективним процесом.
  3. Масштабованість: Ультразвукове емульгування можна легко збільшити або зменшити залежно від необхідного об'єму, що робить його універсальним процесом як для лабораторних, так і для промислових застосувань.
  4. Економія часу: Ультразвукове емульгування може бути дуже швидким процесом, при цьому емульсії утворюються за лічені секунди до хвилин, залежно від рідин, об'єму та обладнання.
  5. Знижена потреба в поверхнево-активних речовинах: Ультразвукове емульгування може зменшити потребу в поверхнево-активних речовинах, які часто потрібні для стабілізації емульсій. Однак при зменшеному розмірі крапель площа поверхні частинки збільшується і більша площа повинна бути покрита поверхнево-активною речовиною. Ультразвук сумісний практично з будь-яким видом поверхнево-активних речовин, включаючи альтернативні та нові емульгатори.
  6. Мінімальне і контрольоване виділення тепла: Ультразвукове емульгування є нетермічним процесом, і виділення тепла при обробці можна уникнути або зменшити в невеликому ступені. Тим самим знижується ризик термічної деградації чутливих сполук або інгредієнтів.

Загалом, переваги ультразвукового емульгування за допомогою ультразвукового інструменту типу зонда роблять його популярним вибором для емульгування в різних областях, включаючи продукти харчування та напої, фармацевтичні препарати, косметику, тонкі хімічні речовини та паливо.

Ultrasonic emulsification with Hielscher's UP200Ht and sonotrode S26d14

Ультразвукова підготовка емульсії масла у воді (O/W) (червона вода / жовте масло). Кілька секунд просонії перетворюють окремі фази води / масла в тонку емульсію.

 
 
На відео нижче показаний процес емульгування масла (жовтого кольору) у воду (червоний) за допомогою ультразвуку лабораторії UP400S.

Це відео демонструє Hielscher ультраакулятор UP400S підготовки нано-розмірів нафти в воді емульсії.

Емульсифікація нафти у воді за допомогою UP400S

Мініатюра відео

 

Ультразвук є ефективною технікою емульгування та наноемульгування.Що таке емульсія?
Емульсії - це дисперсії двох або більше несмішливих рідин. Високо інтенсивний ультразвук забезпечує потужність, необхідну для розсіювання рідкої фази (дисперсної фази) у невеликих крапель на другій фазі (безперервна фаза). В зоні розсіювання, розмивання кавітаційних бульбашок викликає інтенсивні ударні хвилі в навколишній рідині і призводить до утворення рідких струменів з високою швидкістю рідини.
Мініемульсії, які можна ефективно створити за допомогою ультразвуку, підсилюють реакції полімеризації.

Мініемульсії, які можна ефективно створити за допомогою ультразвуку, підсилюють хімічні реакції. Макроемульсійна полімеризація (а) проти мініемульсійної полімеризації (b) [Schork et al. 2005: 136]

Нано-емульсії – Силове застосування для ультразвукових апаратів

Наноемульсії - це емульсії з краплями, розмір яких зазвичай менше 100 нанометрів. Наноемульсії мають ряд переваг перед звичайними емульсіями, включаючи унікальні функціональні властивості, більш високу стабільність, прозорість тощо.
Ультразвук перевершує традиційні технології емульгування, особливо коли мова йде про формування наноемульсій. Це пов'язано з високоефективним і енергоємним принципом роботи ультразвуку.

Принцип роботи ультразвукового емульгування

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicatorПроцеси ультразвукового емульгування використовують сили акустичної кавітації. Акустична кавітація відноситься до явища утворення, зростання і імплозивного колапсу дрібних бульбашок в рідкому середовищі, що піддається високоінтенсивним ультразвуковим хвилям. Імплозія цих бульбашок генерує інтенсивні локальні градієнти тиску та температури, які можуть створювати сили високого зсуву, ударні хвилі та мікро-струмені, які можуть розщеплювати великі частинки та агломерати на менші. Малюнок зліва демонструє ультразвукову кавітацію, що генерується на зонді ультразвукового апарату UIP1000hdT (1000 Вт) в заповненій рідиною скляній колонці.
У емульгуванні та наноемульгуванні інтенсивність акустичної кавітації відіграє вирішальну роль у зменшенні розміру крапель в емульсії. Імплозивний колапс кавітаційних бульбашок може створити сильні сили зсуву, які розщеплюють більші крапельки на більш дрібні. Більш того, локальний тиск і температурні градієнти, створювані кавітацією, також можуть сприяти утворенню нових крапель і стабілізувати емульсію.
Унікальним аспектом акустичної кавітації є її здатність забезпечувати локалізоване і інтенсивне надходження енергії в рідке середовище, без необхідності високих механічних або теплових напружень. Це робить його привабливим методом для наноемульгування, оскільки він може зменшити витрати енергії, необхідні для процесу емульгування, одночасно досягаючи меншого розміру крапель і вужчого розподілу розмірів крапель.
Завдяки цим точно контрольованим ультразвуковим силам акустична кавітація є потужним інструментом для наноемульгування. Його здатність генерувати локалізовані та інтенсивні надходження енергії дозволяє розщеплювати більші краплі, утворюючи субмікрон- та нанорозмірні з дуже високою ефективністю.

Водно-масляна емульсія, вироблена за допомогою ультразвуку (Hielscher Ultrasonics)Дослідження нафти в воді (водна фаза) та води в масляних (масляних) емульсіях показали співвідношення між щільністю енергії та розміром крапель (наприклад, діаметром Саутера). Існує чітка тенденція до зменшення розміру крапель при збільшенні щільності енергії (натисніть правою графікою). При відповідних рівнях щільності енергії ультразвук може легко і надійно досягти середніх розмірів крапель в нанодіапазоні.

Ультразвукові зонди для ефективного емульгування

Hielscher пропонує широкий спектр ультразвукових приладів та аксесуарів зондового типу для ефективного емульгування та диспергування рідин у пакетному та проточному режимі.
Системи, що складаються з декількох ультразвукових процесорів потужністю до 16 000 Вт кожен, забезпечують потужність, необхідну для перетворення цього лабораторного застосування в ефективний метод виробництва для отримання дрібнодисперсних емульсій в безперервному потоці або в партії – досягнення результатів, порівнянних з сучасними найкращими гомогенізаторами високого тиску, такими як новий отвірний клапан. Окрім високої ефективності при безперервному емульгуванні, ультразвукові пристрої Hielscher вимагають дуже низького технічного обслуговування та дуже прості в експлуатації та очищенні. Ультразвук дійсно підтримує очищення та ополіскування. Ультразвукова потужність регулюється і може бути адаптована до певних продуктів та вимог до емульгування. Також доступні спеціальні реакторні батареї, що відповідають сучасним вимогам CIP (clean-in-place) та SIP (стерилізація на місці).

Промисловий ультразвуковий гомогенізатор для ефективного емульгування нафти і води. Ультразвук високоефективний у виробництві довгострокових стабільних наноемульсій.

MultiSonoReactor MSR-4 - це промисловий вбудований реактор гомогенізації, придатний для процесів (нано-)емульгування з високою пропускною здатністю.

У таблиці нижче наведено приблизну потужність обробки наших ультразвукових пристроїв:

пакетний Обсяг швидкість потоку Рекомендовані пристрої
0.5 до 1.5мл застосовується VialTweeter
Від 1 до 500мл Від 10 до 200мл / хв UP100H
Від 10 до 2000мл Від 20 до 400мл / хв UP200Ht, UP400St
0.1 до 20 л 0.2 до 4л / хв UIP2000hdT
Від 10 до 100 л Від 2 до 10 л / хв UIP4000hdT
від 15 до 150л від 3 до 15 л/хв UIP6000hdT
застосовується Від 10 до 100 л / хв UIP16000
застосовується більший кластер UIP16000

Зв'яжіться з нами! / Запитати нас!

Запитайте більше інформації

Будь ласка, використовуйте форму нижче, щоб запросити додаткову інформацію про ультразвукові емульгатори, програми та ціну. Ми будемо раді обговорити з вами процес емульгування та запропонувати вам ультразвукову систему, що відповідає вашим вимогам!









Будь ласка, зверніть увагу на наші Політика конфіденційності.


Це відео демонструє Hielscher Ультразвуковий процесор UP400S підготовки нано-розмірів рослинної олії в воді емульсії.

Емульсифікація рослинної олії у воді за допомогою UP400S

Мініатюра відео

Ультразвукові гомогенізатори з високим зсувом використовуються в лабораторній, лавці, пілотній та промисловій обробці.

Hielscher Ultrasonics виробляє високоефотозні ультразвукові гомогенізатори для змішування застосувань, дисперсії, емульгування та екстракції в лабораторних, пілотних і промислових масштабах.



Література/довідники

  • 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.

Факти варті знати

визначення терміна “Емульсія”

Емульсія - це суміш двох або більше незмішуваних рідин, таких як масло і вода.
Емульсії можуть бути як масляними у воді (де краплі олії розсіюються у воді), так і water-in-oil (де краплі води розсіюються в нафті). Емульсії використовуються в різних сферах застосування, включаючи харчові продукти (такі як заправки для салатів і майонез), косметику (наприклад, лосьйони і креми) і фармацевтичні препарати (наприклад, вакцини).
Емульгатор працює, знижуючи поверхневий натяг між двома незмішуваними речовинами (такими як масло і вода) в емульсії. Це знижує схильність двох речовин до поділу і дозволяє їм утворювати стійку суміш.

Стабілізація емульгаторів

В цілому емульсії вимагають стабілізації за допомогою емульгуючого агента або поверхнево-активної речовини. Емульгатори амфіфільні – вони притягують як воду, так і жирні речовини. Це означає, що вони володіють гідрофільними (водолюбними) і гідрофобними (маслолюбними) властивостями, що дозволяє їм взаємодіяти як з нафтовою, так і з водною фазами емульсії. Гідрофільна частина молекули емульгатора прикріплюється до молекул води, в той час як гідрофобна частина приєднується до молекул масла.
Оточуючи краплі олії молекулами емульгатора, емульгатор створює захисний шар навколо крапель, який запобігає їх контакту один з одним і зрощуванню (з'єднанню між собою) з утворенням більших крапель. Це допомагає зберегти емульсію стабільною і запобігає сепарації.
Оскільки зрощення крапель після порушення впливає на кінцевий розподіл розмірів крапель, ефективно стабілізуючі емульгатори використовуються для підтримки кінцевого розподілу розмірів крапель на рівні, який дорівнює розподілу відразу після порушення крапель в зоні ультразвукового диспергування. Стабілізатори фактично призводять до поліпшення порушення крапель при постійній щільності енергії.
Приклади часто використовуваних емульгаторів включають лецитин (який міститься в яєчних жовтках і сої), моно- і дигліцериди, полісорбат 80 і стеароіллактил натрію.


Високопродуктивний ультразвук! Асортимент продукції Hielscher охоплює весь спектр від компактного лабораторного ультраакукатора над блоками лави до повних промислових ультразвукових систем.

Hielscher Ультразвук виробляє високоемоціивні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторія до промислових розмірів.


Ми будемо раді обговорити ваш процес.

Давайте зв'яжемося.