Was sind Emulsionen: Beispiele, Merkmale, Herstellung und Messung
Einleitung
Emulsionen sind Dispersionen von zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten. Sie sind für viele wichtige praktische Anwendungen in den Bereichen Lebensmittel, Kosmetik, Ölproduktion, Landwirtschaft, Chemie, Öl und Gas, Pharma und verschiedene andere Prozessindustrien von Interesse.
Es gibt zwei Arten von Emulsionen: Öl-in-Wasser-Typ (O / W), wobei Öl die dispergierte Phase (Tröpfchen) und Wasser die kontinuierliche Phase bildet; und vom Typ Wasser in Öl (W / O), wobei Wasser die dispergierte Phase (Tröpfchen) und Öl die kontinuierliche Phase bildet. Ohne einen wirksamen Grenzflächenstabilisator sind Emulsionen instabile Systeme und trennen sich leicht in Öl- und Wasserphasen, wenn das mechanische Rühren gestoppt wird.
Eine der wichtigsten Emulsionen ist ihre inhärente Instabilität. Obwohl die dispergierten Tropfen klein sind, übt die Schwerkraft eine messbare Kraft auf sie aus und verschmelzen im Laufe der Zeit zu größeren Tropfen, die dazu neigen, sich entweder am Boden abzusetzen oder an der Oberseite der Mischung aufzusteigen. Dieser Prozess bewirkt letztendlich, dass sich die internen und externen Phasen in die beiden ursprünglichen Komponenten trennen. Abhängig von der Formulierung der Emulsion und der physikalischen Umgebung, der sie ausgesetzt ist, kann diese Trennung Minuten, Monate oder Jahrtausende dauern.
Anwendungsbereiche & Branchen - Emulsionen
- Milch ist eine Emulsion von Milchfett in einer wässrigen Lösung, die viele verschiedene Proteine, Laktose und Salze enthält. In Rohmilch liegt das Fett in Form von Milchfettkügelchen vor, die von einer Membran umgeben sind. Wenn diese Milch in der Fabrik homogenisiert wird, werden diese Kügelchen gebrochen und das Fett wird in kleinere Tröpfchen verteilt, die ebenfalls durch Proteine stabilisiert werden.
- Margarine ist eine Emulsion von Wassertröpfchen in Fett, die durch eine Packung nadelartiger Fettkristalle in der kontinuierlichen Fettphase stabilisiert wird.
- Creme ist eine konzentrierte Emulsion von Milchfett in einer wässrigen Phase; Die Konzentration hängt von der Art der Creme ab.
- Eis ist ein sehr komplexes Produkt; es enthält unter anderem Milchfetttröpfchen, aber auch Zuckerkristalle, Eiskristalle und Luftblasen.
- Salatsauce werden durch Emulgieren von Pflanzenöl in einer wässrigen Mischung hergestellt, die Essig enthält. Wenn diese Emulsion zu Hause hergestellt wird, ist sie ziemlich instabil: Die Tröpfchen verschmelzen relativ schnell, so dass man sie vor der Verwendung schütteln muss. Kommerzielle Varianten werden üblicherweise durch andere Komponenten stabilisiert.
- Mayonnaise ist eine sehr konzentrierte Emulsion von Öltröpfchen in Wasser, die durch Proteine aus Eigelb stabilisiert wird. Die Emulsion ist so konzentriert (70–80 Vol .-%), dass die Öltröpfchen zusammengedrückt werden. Dieses Zusammendrücken bewirkt die schöne Konsistenz von Mayonnaise.
- Eigelb ist eine Emulsion von Eifett (und Cholesterin) in einer wässrigen Lösung, die durch eine Mischung von Phospholipiden stabilisiert wird.
- Lebensmittel. Salatdressings, Soßen und andere Saucen, geschlagene Dessert-Toppings, Erdnussbutter und Eis sind ebenfalls Beispiele für Emulsionen verschiedener essbarer Fette und Öle. Emulsionen beeinflussen nicht nur die physikalische Form von Lebensmitteln, sondern wirken sich auch auf den Geschmack aus, da emulgierte Öle die Zunge bedecken und ein „Mundgefühl“ vermitteln.
- Farben auf Wasserbasis und Beschichtungen sind üblicherweise Emulsionen von Bindemittelpartikeln auf Polymerbasis. Sie werden hergestellt, indem eine Emulsion von Monomertropfen in Wasser hergestellt wird, wonach die Monomere unter Bildung fester Teilchen polymerisiert werden. Beim Auftragen verdampfen das Wasser und möglicherweise andere Lösungsmittel und die Bindemittelpartikel verschmelzen zu einer festen Schicht.
- Bitumen, eine schwere Fraktion, die beim Raffinieren von Erdöl entsteht, ist normalerweise zu viskos, um direkt angewendet zu werden. Daher wird Bitumen in Wasser mit hoher Emulgierung emulgiert. Die resultierenden O / W-Emulsionen haben eine viel niedrigere Viskosität und sind daher leichter aufzutragen. Beim Auftragen (auf der Straße oder auf einem Dach) bricht die Emulsion und die Bitumenpartikel verschmelzen zu einer Schicht.
- Medikamente & Drogen. Stärke / Gelatine-Mischung Mikropartikel werden durch das Wasser-in-Öl-Emulsionslösungsmitteldiffusionsverfahren hergestellt. Der In-vitro-Arzneimittelfreisetzungsgehalt hängt signifikant vom Stärkemischungsverhältnis und vom Vernetzungsverhältnis ab. Mikropartikel aus Stärke / Gelatine-Gemischen sollten ein nützlicher Träger für die kontrollierte Freisetzung von wasserlöslichen Arzneimitteln sein. In der pharmazeutischen Industrie werden Emulsionen verwendet, um Arzneimittel schmackhafter zu machen, die Wirksamkeit durch Kontrolle der Dosierung von Wirkstoffen und Arzneimitteln mit verzögerter Freisetzung zu verbessern und eine verbesserte Ästhetik für topische Arzneimittel wie Salben bereitzustellen.
- Öle und Kohlenwasserstoffe. Zwei Drittel der weltweiten Rohöle werden emulgiert hergestellt; Diese Emulsionen sind aufgrund der Produktionsprozesse hauptsächlich vom Wasser-in-Öl-Typ.
- Insektizide und Pestizide. In der Agrarindustrie werden Emulsionen als Transportmittel für Insektizide, Fungizide und Pestizide verwendet und üblicherweise durch Sprühen durch mechanische Geräte aufgebracht.
- In KosmetikaEmulsionen sind das Transportmittel für viele Haar- und Hautpflegemittel. Anionische und nichtionische Emulsionen werden verwendet, um verschiedene Öle und Wachse zu liefern, die Haar und Haut mit Feuchtigkeit, Geschmeidigkeit und Weichheit versorgen. Andere Beispiele sind Gesichtscremes, Körperlotionen, Shampoos, Duschgels, Zahnpasten und Düfte.
- Schmiermittel, Aufschlämmungen, Additive, Maschinenöle, Polymeremulsionen, Klebstoffe, Stärkelösungen, mineralische Füllstoffaufschlämmungen, Textilemulsionen, Submikronemulsionen und Silikonemulsionen.
- Batteriematerialien - Bindemittel auf Wasserbasis für Batterien werden unter Verwendung fortschrittlicher Polymertechnologien entwickelt, um die Bildung negativer Elektroden in Lithium-Ionen-Sekundärbatterien und Nickel-Wasserstoff-Sekundärbatterien zu ermöglichen. Im Vergleich zu herkömmlichen Batteriebindemitteln (PVDF) weisen diese Bindemittel hervorragende Bindungseigenschaften, Elektrolytbeständigkeit und Zykluseigenschaften auf.
Wichtige Punkte und Merkmale von Emulsionen
- Eine Emulsion ist eine Art Kolloid, das durch Kombinieren von zwei Flüssigkeiten gebildet wird, die sich normalerweise nicht mischen.
- In einer Emulsion enthält eine Flüssigkeit eine Dispersion der anderen Flüssigkeit.
- Das Mischen von Flüssigkeiten zur Bildung einer Emulsion wird als Emulgierung bezeichnet.
- Obwohl die Flüssigkeiten, aus denen sie bestehen, klar sein können, erscheinen Emulsionen trüb oder gefärbt, da Licht von den suspendierten Partikeln in der Mischung gestreut wird.
- Sicherheit und Umweltfreundlichkeit werden durch die Verwendung von Wasser als Lösungsmittel gewährleistet
- Die Viskosität kann leicht eingestellt werden
- Eignung für Klebe- und Beschichtungsanwendungen, die sich aus der Eigenschaft der Emulsion ergeben, beim Trocknen einen Film zu bilden
- Hervorragende Mischbarkeit mit Pigmenten, Lösungsmitteln, Additiven usw.
Emulsionen herstellen
Eine Emulsion wird hergestellt, indem die Mischung der beiden Flüssigkeiten stark geschüttelt wird oder indem die Mischung durch eine Kolloidmühle geleitet wird, die als Homogenisator bekannt ist. Die so aus den reinen Flüssigkeiten hergestellten Emulsionen sind üblicherweise nicht stabil und die beiden Flüssigkeiten trennen sich beim Stehenlassen. Um eine stabile Emulsion zu erhalten, werden während der Herstellung kleine Mengen bestimmter anderer Substanzen zugesetzt. Die so zugesetzten Substanzen zur Stabilisierung der Emulsionen werden Emulgatoren oder Emulgatoren genannt. Die üblicherweise als Emulgatoren verwendeten Substanzen sind Seifen verschiedener Art, langkettige Sulfonsäuren oder lyophile Kolloide wie Proteine, Gummi und Agar.
Emulsionen können je nach Art der Komponenten und der Ausrüstung nach verschiedenen Methoden hergestellt werden. In kleinem Maßstab wie im Labor oder in der Apotheke können Emulsionen unter Verwendung eines trockenen Wedgwood- oder Porzellanmörsers und -stößels oder eines mechanischen Mischers oder Mischers hergestellt werden. In großem Maßstab können große Mischtanks verwendet werden, um die Emulsion durch die Wirkung eines Hochgeschwindigkeitslaufrads zu bilden.
Viskosität von Emulsionen
- Die Viskosität von Emulsionen variiert je nach Temperatur.
- Mit abnehmender Temperatur steigt die Viskosität.
- Durch Zugabe von Wasser kann die Viskosität auf eine niedrigere Viskosität eingestellt werden
- Zur Erhöhung der Viskosität können Emulsionsverdicker verwendet werden
Viskositätsmessungen von Emulsionen zur Qualitätskontrolle
Die Viskositätsmessung ist eine äußerst nützliche Technik zur Qualitätskontrolle.
- Während der Homogenisierung erfahren viele Emulsionen einen wesentlichen Viskositätsanstieg, wenn die Tröpfchengröße verringert wird. Das Ausmaß dieser Erhöhung ist daher ein guter Indikator für die Emulsionsqualität.
- Die Konzentration der Emulsion korreliert stark mit der Emulsionsviskosität, daher kann die Viskositätsinformation effektiv verwendet werden, um Konzentrationen mit vordefinierten oder benutzerdefinierten Modellen vorherzusagen.
- Während des Mischvorgangs kann die Charakterisierung der Viskosität - Inline nützlich sein, um die Emulsionsstabilität, den gewünschten Endpunkt des Misch- / Mischsystems zu bestimmen und die Kontinuität sicherzustellen. Bei Bedarf können Anpassungen der Rührintensität, der Drehzahl und der Ausrüstung in Abhängigkeit von den gemessenen Viskositätsdaten und deren Interpretationen vorgenommen werden.
- Emulsionen sind komplexe Systeme mit einem breiten Anwendungsspektrum und kommerziellen Anwendungen. Eine genaue Charakterisierung von Emulsionen mit den Viskositätsdaten ist entscheidend, um die Stabilität und Leistung der Emulsion sicherzustellen.
Die mit einem Inline-Viskosimeter erhaltene Viskositätsmessung kann einen hervorragenden QC-Benchmark liefern und die QA / QC des Prozesses und des Endprodukts sicherstellen. Bitte lesen Sie unseren Anwendungshinweis.
Rheonics Dichtemessgeräte und Viskositätsmessgeräte sind als Sonden und Durchflusssysteme für den Einbau in Mischanlagen, Lagertanks, Verladeterminals, Prozessleitungen und in Transportbehältern erhältlich. Alle Rheonics Die Produkte sind so konzipiert, dass sie härtesten Prozessumgebungen, hohen Temperaturen, starken Stößen, Vibrationen, Schleifmitteln und Chemikalien standhalten.
Einzigartige Vorteile mit dem SRV / SRD
Hohe Stabilität und unempfindlich gegen Einbaubedingungen: Beliebige Konfiguration möglich
Rheonics SRV und SRD verwenden einen einzigartigen patentierten koaxialen Resonator, bei dem sich zwei Enden der Sensoren in entgegengesetzte Richtungen drehen, wodurch Reaktionsdrehmomente bei ihrer Montage aufgehoben werden und sie somit völlig unempfindlich gegenüber Montagebedingungen und Durchflussraten werden. Das Sensorelement sitzt direkt in der Flüssigkeit, ohne dass spezielle Gehäuse oder Schutzkäfige erforderlich sind.
Montage - Rohre
Montage - TanksSofortige genaue Anzeige der Produktionsqualität - Vollständige Systemübersicht und vorausschauende Kontrolle
Rheonics' RheoPulse Software ist leistungsstark, intuitiv und bequem zu bedienen. Echtzeit-Prozessflüssigkeit kann auf dem integrierten IPC oder einem externen Computer überwacht werden. Mehrere über die Anlage verteilte Sensoren werden über ein einziges Dashboard verwaltet. Keine Auswirkung von Druckpulsationen durch Pumpen auf den Sensorbetrieb oder die Messgenauigkeit. Keine Vibrationswirkung.
Inline-Messungen wird keine Bypass-Leitung benötigt
Installieren Sie den Sensor direkt in Ihrem Prozessstrom, um Echtzeit-Viskositäts- (und Dichtemessungen) durchzuführen. Es ist keine Bypassleitung erforderlich: Der Sensor kann in Reihe eingetaucht werden. Durchfluss und Vibrationen beeinträchtigen die Messstabilität und -genauigkeit nicht.
ATEX- und IECEx-Konformität
SRV und SRD sind eigensichere Sensoren, die nach ATEX und IECEx für den Einsatz in gefährlichen Umgebungen zertifiziert sind. Diese Sensoren erfüllen die grundlegenden Gesundheits- und Sicherheitsanforderungen für die Konstruktion und den Bau von Geräten und Schutzsystemen, die für den Einsatz in explosionsgefährdeten Bereichen vorgesehen sind. Die eigensicheren und explosionsgeschützten Zertifizierungen von Rheonics ermöglicht auch die Anpassung eines vorhandenen Sensors. Für Anwendungen, die eine Einheit bis zu Tausenden von Einheiten erfordern, können kundenspezifische Sensoren bereitgestellt werden; mit Vorlaufzeiten von Wochen statt Monaten.
Rheonics SRV & SRD sind sowohl ATEX als auch IECEx zertifiziert. (Lesen Sie weiter)
