Factores influyentes y ventajas del equipo de emulsificación ultrasónica para hacer emulsión

Una emulsión es una dispersión de dos líquidos inmiscibles, uno de los cuales se dispersa en el otro en forma de gotas finas o partículas, formando un líquido mezclado. El proceso de dispersión de un líquido inmiscible en otro líquido inmiscible se llama emulsificación. La formación de emulsiones requiere el proceso necesario de emulsificación líquida, que utiliza el cizallamiento mecánico para romper la fase dispersa de grandes gotas en la fase continua.

loción

La emulsificación ultrasónica es un medio técnico de emulsificación, es decir, la vibración de alta frecuencia se aplica al cabezal de la herramienta a través de un transductor ultrasónico, de modo que dos líquidos inmiscibles se mezclan para formar una emulsión. En comparación con las técnicas tradicionales de emulsificación, es decir, la agitación mecánica ordinaria, la sonicación puede generar gotas de menor tamaño, y la facoemulsificación generalmente requiere cantidades más bajas de surfactante para proporcionar una emulsión estable que otras técnicas.

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Factores que afectan la emulsificación ultrasónica

Varios factores que afectan y controlan la sonicación incluyen la potencia ultrasónica, el tiempo, la frecuencia de sonicación y la temperatura de la emulsión.

frecuencia de sonido

La frecuencia de 20 a 40 kHz produce la mejor emulsificación, es decir, a frecuencias más bajas, la fuerza de cizallamiento tiene un mayor efecto sobre la emulsificación. A medida que aumenta la frecuencia ultrasónica, el tiempo requerido para que las burbujas se expandan y colapsen disminuye, reduciendo así el grado de cizallamiento. A frecuencias más altas, el umbral de cavitación aumenta y el proceso de sonicación es menos eficiente ya que se requiere más potencia para iniciar la cavitación. El equipo de emulsificación ultrasónica se puede seleccionar de una frecuencia de 20 a 40 kHz, y se pueden seleccionar diferentes cabezales de herramientas de frecuencia de acuerdo con la aplicación específica.

Potencia ultrasónica

La potencia ultrasónica es uno de los principales factores que controlan la eficiencia de la emulsificación de la emulsión. A medida que aumenta la potencia ultrasónica, el tamaño de las gotas de la fase dispersa disminuye. Sin embargo, cuando la entrada de potencia es mayor de 200 W, las gotas de emulsión más pequeñas se agregan en gotas más grandes. Esto se debe a la gran cantidad de burbujas de cavitación, la densidad de energía extremadamente alta, el aumento de la concentración de gotas y las altas tasas de colisiones entre gotas en estas condiciones. Por lo tanto, es muy importante determinar la potencia óptima durante la facoemulsificación. A medida que aumenta el tiempo de homogeneización, también aumenta la generación de pequeñas gotas. A la misma densidad de energía, las dos técnicas de emulsificación se pueden comparar para examinar su eficiencia en la formación de emulsiones estables.

Temperatura de la solución

Durante la facoemulsificación, un aumento moderado de la temperatura de la solución da como resultado una disminución de la tensión interfacial y la viscosidad de la solución, lo que facilita la mezcla y aumenta el número de burbujas de cavitación. Estas tendencias son muy beneficiosas para el proceso general de emulsificación. Sin embargo, el efecto del aumento continuo de la temperatura en la emulsificación también puede ser perjudicial: el número de núcleos de cavitación aumenta con el aumento de la temperatura, y la presión del aire dentro de las burbujas también aumenta, lo que resulta en la atenuación de la onda de choque y la creación de una gran cantidad de burbujas. Esto reduce la presión máxima alcanzada cuando la burbuja implosiona. Debido al aumento de la cantidad de evaporación en las burbujas, el colapso de las burbujas se vuelve menos violento, lo que conduce a una reducción de las fuerzas de cizallamiento y la eficiencia de emulsificación.

Tiempo de sonicación

En general, un aumento en el tiempo de facoemulsificación resulta en una disminución en el tamaño de las gotas de fase dispersas. Con el tiempo, la cantidad de energía ultrasónica en la solución también aumentó, lo que resultó en un aumento en el número de gotas rotas y una disminución en el tamaño de las gotas de emulsión. Sin embargo, más allá de un cierto tiempo de procesamiento, es decir, excediendo el tiempo óptimo de procesamiento, las gotas más pequeñas se fusionarán en gotas más grandes debido a la prevalencia de altas concentraciones de gotas y colisiones entre gotas.

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Ventajas de la emulsificación ultrasónica

A diferencia de las técnicas y equipos de emulsificación tradicionales, los beneficios de la facoemulsificación son obvios.

Mejorar el efecto de emulsificación

Dependiendo del tamaño de las gotas de la fase dispersa, las emulsiones se pueden clasificar en microemulsiones (10–100 nm), nanoemulsiones (100–1000 nm) y macroemulsiones (0.5–100 μm). El ultrasonido es un método eficaz para reducir el tamaño de partícula de las dispersiones y emulsiones. El equipo de emulsificación ultrasónica puede obtener emulsiones con un tamaño de partícula pequeño (solo 0.2-2 μm) y una distribución estrecha del tamaño de las gotas (0.1-10 μm), y el uso de emulsionantes también puede aumentar la concentración de la emulsión en un 30% a 70%.

Estabilidad mejorada de la emulsión

Esencialmente, las emulsiones son cinéticamente inestables, no se forman espontáneamente y se separan en sus fases constituyentes si no se controla su estabilidad. Por lo tanto, para estabilizar las gotas recién formadas de la fase dispersa contra la coalescencia, se agregan emulsionantes y estabilizadores a la emulsión. La facoemulsificación requiere poco o ningún emulsionante para obtener emulsiones estables. Después de la sonicación, la emulsión puede permanecer estable durante varios meses o más de medio año.

Controlar el tipo de emulsión

Bajo ciertas condiciones, tanto los tipos de emulsiones "agua en aceite" como "aceite en agua" se pueden producir mediante técnicas ultrasónicas. El método de emulsificación tradicional solo puede controlar las propiedades de la emulsión agregando un emulsionante, y el tipo de emulsión no se puede cambiar simplemente por métodos mecánicos. El equipo de emulsificación ultrasónica hace que el proceso de emulsificación sea más conveniente y flexible.

Bajo consumo de energía

El consumo de energía de la emulsificación ultrasónica es menor, y el consumo de energía requerido para fabricar el mismo volumen de emulsión es menor que el de un homogeneizador de alta presión. Para fabricar una emulsión con una capacidad de 4,55 m3/h y gotas de 1 μm de tamaño, como el uso de la tecnología de emulsificación ultrasónica, solo se puede requerir una fuerza motriz de 57 HP a una presión de trabajo de 10.514,1 kg / cm2, pero un homogeneizador de alta presión es de 70,3351,6 kg. Sin embargo, se requiere una fuerza motriz de 4050 HP a una presión de trabajo de / cm2, por lo que el uso de la tecnología de facoemulsificación puede reducir mucho el consumo de energía.

Mejorar la eficiencia de la emulsificación

La emulsificación ultrasónica puede producir emulsiones que no pueden ser producidas por métodos de emulsificación ordinarios. A medida que aumenta la densidad de energía, el tamaño de la gota disminuye. A niveles de densidad de energía apropiados, la tecnología de facoemulsificación puede alcanzar tamaños promedio de gotas de menos de 1 μm. El ultrasonido hace que todo el proceso de emulsificación sea más rápido y produce una emulsión de mayor pureza.