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超声波乳化设备制作乳液的影响因素及优点
点击次数:225 发布时间:2021-06-17
  乳液是两种不混溶液体的分散体,其中一种以细液滴或颗粒的形式分散到另一种液体中,形成混合液体。将一种不混溶的液体分散在另一种不混溶的液体中的过程则被称为乳化。乳液的形成需要进行液体乳化这一必要过程,该过程利用机械剪切力使连续相中的大液滴分散相破碎。
 
  超声波乳化是乳化的一种技术手段,即通过超声波转换器将高频振动运用于工具头,从而使两种不相溶液体混合,形成乳液。相对于传统的乳化技术,即普通的机械搅拌,超声处理可以生成较小尺寸的液滴,超声乳化提供稳定乳液所需的表面活性剂的数量通常也低于其他技术。
 
  影响乳化的因素
 
  声波频率
 
  20至40kHz的频率能够产生最佳的乳化效果,即在较低频率下,剪切力对乳化效果会到起较大的作用。随着超声波频率的增加,气泡膨胀和破裂所需的时间减少了,从而减少了剪切的程度。在较高的频率,空化阈值增加,由于需要更多的功率来启动空化,因此声波化过程的效率降低过程。超声波乳化设备有20至40kHz的频率可以选择,能够根据具体不同的应用选择不同频率的工具头。
 
  超声波功率
 
  超声功率是控制乳液乳化效率的主要因素之一。随着超声功率的增加,分散相的液滴尺寸会减小。但是,当功率输入大于200W时,较小的乳液液滴会聚集成较大的液滴。这是因为在这些条件下会产生大量空化气泡,极高的能量密度,液滴浓度增加以及液滴之间的碰撞率很高。因此,在超声乳化过程中确定最佳功率非常重要。随着均匀化时间的延长,小液滴的产生也随之增加。在相同的能量密度下,可以比较两种乳化技术,以检查它们在稳定乳液形成中的效率。
 
  溶液温度
 
  在超声乳化过程中,溶液温度适当的升高会导致溶液界面张力和粘度的降低,使其更容易混合,并且会使空化气泡的数量增加。这些趋势对整个乳化过程是非常有利的。然而,温度的持续不断升高对乳化的影响也可能是有害的:空化的核数会伴随温度增加而增加,气泡内部的气压也随之增加,从而产生冲击波的衰减并产生大量气泡。这会降低气泡内爆时达到的最大压力。由于气泡中蒸发的数量增加,气泡的破裂会变得不那么剧烈,这会导致剪切力和乳化效率降低。
 
  声波处理时间
 
  通常,超声乳化时间的增加会导致分散相液滴的尺寸减小。随着时间的增加,溶液中超声波能量的量也增加,导致破裂的液滴数量增加和乳液液滴的尺寸减小。但是,超过一定的处理时间,即超过最佳处理时间,由于高液滴浓度的普遍存在和液滴之间的碰撞,会将较小的液滴聚结成较大的液滴。
 
  超声波乳化优点
 
  提高乳化效果
 
  根据分散相的液滴大小,乳液可分为微乳液(10–100nm),纳米乳液(100–1000nm)和大乳液(0.5–100μm)。超声是一种有效的减小分散液和乳液粒径的方法。超声波乳化设备能够获得小粒径(仅0.2–2μm)和窄液滴尺寸分布(0.1–10μm)的乳液,使用乳化剂还可将乳液的浓度提高30%至70%。
 
  增强乳液稳定性
 
  本质上,乳液在动力学上是不稳定的,不会自发形成,并且如果不控制其稳定性,则会分离成其组成相。因此,为了稳定新形成的分散相的液滴以防止聚结,将乳化剂和稳定剂加入到乳液中。超声乳化只需要使用少量或不使用乳化剂,即可获得稳定的乳液。超声处理后,乳液可以保持稳定性数月或半年以上。
 
  控制乳液类型
 
  在某些条件下,可以通过超声技术产生“油包水”和“水包油”两种类型的乳液。而传统的乳化方法只能通过添加乳化剂来控制乳液的属性,单纯通过机械方法无法改变乳液的类型。超声波乳化设备使得乳化过程更加方便灵活。
 
  低功耗
 
  超声乳化的功耗较小,制造相同容量的乳液,所需的功耗小于高压均质机。制造容量为4.55m3/h,1μm大小液滴的乳化液,如使用超声波乳化技术,可在10.514.1kg/cm2的工作压力下仅需要57HP的驱动力,但是高压均质机在70.3351.6kg/cm2的工作压力下却需要4050HP的驱动力,因此使用超声乳化技术可降低大量能耗。
 
  提高乳化的效率
 
  超声波乳化能够产生一般乳化方法无法完成制作的乳液。随着能量密度的增加,液滴尺寸会减小。在适当的能量密度水平下,超声乳化技术能够实现小于1μm的平均液滴尺寸。超声波促使整个乳化过程更加快速,生产的乳液纯度也更高。
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