Hohlfaseremulgierung

Herkömmliche Emulgierungsmethoden wie Hochdruckhomogenisatoren und Rotor-Stator-Systeme dispergieren eine nicht-mischbare Phase (z.B. Öl) in eine kontinuierliche Phase (z.B. Wasser) durch hohen Energieeintrag. Diese Systeme verarbeiten die Emulsion bis zu einer gewünschten mittleren Tropfengröße wobei eine enge Größenverteilung meist schwer zu erreichen ist.

Die Hohlfaseremulgierung ist eine neue Methode, die in der AVT.CVT entwickelt wurde, für die tropfenweise Produktion von Makroemulsionen mit einer engen Größenverteilung (<2% Standardabweichung). Im Gegensatz zur klassischen Membranemulgierung  wo die Tropfen an den Poren der Membran entstehen, findet hier die Tropfenbildung im Inneren der Hohlfasers statt (Bild 1). Die zu dispergierende Phase fließt durch die Lumenseite der Membran während die kontinuierliche Phase von der Außenseite durch die Membranwand permeiert. Diese Phase schnürt den Flüssigkeitsstrang ein und produziert eine Grenzflächeninstabilität, die letztendlich zur Tropfenbildung führt. Der resultierende Tropfendurchmesser korreliert mit dem Innendurchmesser der Hohlfaser (ddr ≈ 1,5di). Die Tropfen verlassen die Membran an der Spitze wo sie weiter verarbeitet werden können. Diese Methode kann leicht mit einem anschließenden Prozessschritt wie z.B. einer Tropfenpolymerization oder Quervernetzung kombiniert werden (Bild 2). Durch Auslösung einer Grenzflächenpolymerisation direkt nach dem Tropfenaustritt können Kapseln produziert werden, die beispielsweise als Reaktor oder für Einkapselung von Zellen verwendet werden können.
 

 

Bild 1:  Prozessprinzip

Bild 2: Hydrogelkugeln produziert mit der Hohlfaseremulgierung

 

 

Die wichtigste Merkmale und Vorteile auf einen Blick:

• Tropfengröße zwischen 300 µm und 2000 µm
• Enge Größenverteilung für ein breites Spektrum an Stoff- und Prozessparameter
• Schonende Tropfenbildung bei niedrigem Energieeintrag
• Zugabe von Tensiden nicht notwendig
• Scale-up durch Numbering-up (d.h. mit einem Hohlfaserbündel)

Patent

Melin, T.; Gruber, R.; Hoppe, J.; Klinksiek, B.; Behrend, O.; Steinbeck, M.; Stange, O. Preparation of monodisperse oil-in-water type emulsions comprises addition of continuous phase liquid through porous wall to disperse phase liquid flowing inside capillary channels. WO2005056169-A1; DE10357564-A1, 2005.
 

Veröffentlichungen

Hoppe, J.; Melin, T., A new technology for producing mono-disperse macroemulsions. Journal of Membrane Science 2007, 303 (1-2), 100-111.