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Geschert und nicht geschüttelt

Mikrostrukturierte Emulgiervorrichtung erzeugt Tröpfchen in Emulsionen für pharmazeutische oder kosmetische Produkte.

Gefräste Emulgiervorrichtung aus synthetischem Kunststoff Polymethylmethacrylat (PMMA): Beide Teile fügen sich zu einem geschlossenen Kanal zusammen.
Im Alltag verwenden wir häufig Emulsionen, wie beispielsweise Milch, Salben oder Dispersionsfarben. Zur Erzeugung solcher Emulsionen werden zwei oder mehr nicht mischbare Flüssigkeiten miteinander vermengt, indem sich kleine Tröpfchen der einen Flüssigkeit gleichmäßig in der anderen verteilen. Dabei können entweder Tröpfchen einer öligen Flüssigkeit in eine wässrige eingebracht werden oder umgekehrt. Um bestimmte Produkteigenschaften und stabile Emulsionen zu erzielen, wird eine definierte Tropfengröße und -verteilung angestrebt.

Bekannte Emulgierapparate sind zum Beispiel Mischer, Rührwerke oder Homogenisatoren. Diese Apparate arbeiten unter dem Prinzip, mit mechanischer Energie die Flüssigkeitstropfen zu zerkleinern. Je nach Wahl des Emulgiergeräts erfolgt die Zerkleinerung bei unterschiedlichen Strömungsverhältnissen, wobei die Tropfen geschert werden: Die Flüssigkeiten werden gedehnt und zerreißen schließlich in kleinere Tröpfchen.

Wissenschaftler des KIT-Instituts für Mikroverfahrenstechnik (IMVT) haben eine kompakte Emulgiervorrichtung entwickelt, bei der die Flüssigkeiten durch Zuläufe in eine Emulgierkammer in Form eines gekrümmten Strömungskanals geführt werden. Der Querschnitt solch eines Mikrokanals ist vorzugsweise rund. Aufgrund dieser geometrischen Ausführung kann sich das Strömungsfeld besonders gut zur Zerkleinerung von Tropfen ausbilden und auch aufrechterhalten werden. Die Flüssigkeiten fließen schraubenförmig hindurch und werden dabei durch sehr hohe Scherraten zu besonders geringen Tröpfchengrößen zerkleinert, ganz ohne mechanische Bauteile. Indem mehrere Vorrichtungen parallelgeschaltet werden, ist die neue Technologie für die industrielle Anwendung einfach skalierbar – größere Mengen können stabil emulgiert werden.

Die entwickelte Emulgiervorrichtung kann mittels Fräsen oder 3D-Laserschmelzen gefertigt werden. Hierbei sind Ausgestaltungsvarianten der Zuläufe und Krümmungen individualisierbar.

Das KIT sucht Partner zur industriellen Anwendung der Technologie sowie zur Weiterentwicklung für spezielle Emulgierprobleme aus der Praxis.

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Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Stephan Barth, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Energie, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-25536

E-Mail: stephan.barth@kit.edu

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