Ovlivňující faktory a výhody ultrazvukového emulgačního zařízení pro výrobu emulze

Emulze je disperze dvou nemísitelných kapalin, z nichž jedna je rozptýlena v druhé ve formě jemných kapiček nebo částic, které tvoří směsnou kapalinu. Proces rozptýlení jedné nemísitelné kapaliny v jiné nemísitelné kapalině se nazývá emulgifikace. Tvorba emulzí vyžaduje nezbytný proces emulgace kapaliny, který používá mechanický smyk k rozbití dispergované fáze velkých kapiček v kontinuální fázi.

pleťová voda

Ultrazvuková emulgace je technickým prostředkem emulgace, to znamená, že vysokofrekvenční vibrace se aplikují na hlavu nástroje pomocí ultrazvukového snímače, takže se smíchají dvě nemísitelné kapaliny za vzniku emulze. Ve srovnání s tradičními emulgačními technikami, tj. Běžným mechanickým mícháním, může sonikace generovat kapičky menší velikosti a fakoemulzifikace obvykle vyžaduje nižší množství povrchově aktivní látky, aby poskytla stabilní emulzi než jiné techniky.

01

Faktory ovlivňující ultrazvukovou emulgaci

Různé faktory, které ovlivňují a řídí sonikaci, zahrnují ultrazvukovou sílu, čas, frekvenci sonikace a teplotu emulze.

frekvence zvuku

Frekvence 20 až 40 kHz vytváří nejlepší emulgaci, to znamená, že při nižších frekvencích má smyková síla větší vliv na emulgaci. Jak se ultrazvuková frekvence zvyšuje, čas potřebný k tomu, aby se bubliny rozšířily a zhroutily, se snižuje, čímž se snižuje stupeň stříhání. Při vyšších frekvencích se zvyšuje práh kavitace a proces sonikace je méně účinný, protože k zahájení kavitace je zapotřebí více energie. Ultrazvukové emulgační zařízení lze zvolit od frekvence 20 do 40 kHz a podle konkrétní aplikace lze zvolit různé frekvenční hlavy nástrojů.

Ultrazvukový výkon

Ultrazvukový výkon je jedním z hlavních faktorů řídících účinnost emulgační emulgací. Jak se ultrazvukový výkon zvyšuje, velikost kapiček dispergované fáze se snižuje. Pokud je však příkon větší než 200 W, menší kapičky emulze se agregují do větších kapiček. Důvodem je velký počet kavitačních bublin, extrémně vysoká hustota energie, zvýšená koncentrace kapiček a vysoká míra kolizí mezi kapičkami za těchto podmínek. Proto je velmi důležité určit optimální výkon během fakoemulzifikace. Jak se doba homogenizace zvyšuje, zvyšuje se také tvorba malých kapiček. Při stejné hustotě energie lze tyto dvě emulgační techniky porovnat a prozkoumat jejich účinnost při stabilní tvorbě emulzí.

Teplota roztoku

Během fakoemulgace mírné zvýšení teploty roztoku vede ke snížení mezifázového napětí a viskozity roztoku, což usnadňuje míchání a zvyšuje počet kavitačních bublin. Tyto trendy jsou velmi přínosné pro celkový proces emulgace. Účinek neustále se zvyšující teploty na emulgaci však může být také škodlivý: počet kavitačních jader se zvyšuje s rostoucí teplotou a tlak vzduchu uvnitř bublin se také zvyšuje, což vede k útlumu rázové vlny a vytvoření velkého počtu bublin. Tím se sníží maximální tlak dosažený při implodaci bubliny. Vzhledem ke zvýšenému množství odpařování v bublinách se kolaps bublin stává méně násilným, což vede ke snížení smykových sil a účinnosti emulgace.

Doba sonikace

Obecně platí, že prodloužení doby fakoemulgace vede ke snížení velikosti kapiček dispergované fáze. Postupem času se množství ultrazvukové energie v roztoku také zvýšilo, což vedlo ke zvýšení počtu rozbitých kapiček a snížení velikosti kapiček emulze. Po určité době zpracování, tj. překročení optimální doby zpracování, se však menší kapičky spojí do větších kapiček v důsledku výskytu vysokých koncentrací kapiček a kolizí mezi kapičkami.

02

Výhody ultrazvukové emulgace

Na rozdíl od tradičních emulgačních technik a zařízení jsou výhody fakoemulgifikace zřejmé.

Zlepšení emulgačního efektu

V závislosti na velikosti kapiček dispergované fáze lze emulze rozdělit na mikroemulze (10–100 nm), nanoemulze (100–1000 nm) a makroemulze (0,5–100 μm). Ultrazvuk je účinná metoda ke snížení velikosti částic disperzí a emulzí. Ultrazvukové emulgační zařízení může získat emulze s malou velikostí částic (pouze 0,2–2 μm) a úzkou distribucí velikosti kapiček (0,1–10 μm) a použití emulgátorů může také zvýšit koncentraci emulze o 30% až 70%.

Zvýšená stabilita emulze

Emulze jsou v podstatě kineticky nestabilní, netvoří se spontánně a rozdělují se do svých základních fází, pokud jejich stabilita není kontrolována. Proto, aby se stabilizovaly nově vytvořené kapičky dispergované fáze proti koalescenci, přidávají se do emulze emulgátory a stabilizátory. Fakoemulgifikace vyžaduje malý nebo žádný emulgátor k získání stabilních emulzí. Po použití ultrazvuku může emulze zůstat stabilní několik měsíců nebo více než půl roku.

Ovládejte typ emulze

Za určitých podmínek mohou být typy emulzí "voda v oleji" a "olej ve vodě" vyráběny ultrazvukovými technikami. Tradiční metoda emulgace může řídit vlastnosti emulze pouze přidáním emulgátoru a typ emulze nelze změnit jednoduše mechanickými metodami. Ultrazvukové emulgační zařízení činí proces emulgace pohodlnějším a flexibilnějším.

Nízká spotřeba energie

Spotřeba energie ultrazvukové emulgace je menší a spotřeba energie potřebná k výrobě stejného objemu emulze je menší než spotřeba vysokotlakého homogenizátoru. Pro výrobu emulze o kapacitě 4,55 m3 / h a kapiček o velikosti 1 μm, jako je použití ultrazvukové emulgační technologie, lze při pracovním tlaku 10,514,1 kg / cm2 vyžadovat pouze hnací sílu 57 HP, ale vysokotlaký homogenizátor je 70,3351,6 kg. Při pracovním tlaku / cm2 je však vyžadována hnací síla 4050 HP, takže použití technologie fakoemulgace může snížit velkou spotřebu energie.

Zlepšete účinnost emulgace

Ultrazvuková emulgace může produkovat emulze, které nelze vyrobit běžnými metodami emulgace. Jak se hustota energie zvyšuje, velikost kapiček se snižuje. Při vhodných úrovních hustoty energie může technologie fakoemulgace dosáhnout průměrné velikosti kapiček menší než 1 μm. Ultrazvuk zrychluje celý proces emulgace a vytváří emulzi s vyšší čistotou.