技術(shù)文章
TECHNICAL ARTICLES一、pickering乳液
從熱力學角度看,乳液是不穩(wěn)定體系,通常需要加入乳化劑來提高穩(wěn)定性。Pickering乳液的特別之處在于其乳化劑為超細固體顆粒或固態(tài)膠體顆粒。這種乳液具有諸多優(yōu)點,如穩(wěn)定性高,能夠在較長時間內(nèi)保持穩(wěn)定狀態(tài);易于調(diào)控,可通過多種因素實現(xiàn)對乳液性能的控制;環(huán)境友好,減少了對環(huán)境的負面影響;成本低廉,降低了生產(chǎn)成本。這些優(yōu)點使其在眾多領(lǐng)域中備受青睞,為各行業(yè)的發(fā)展提供了新的選擇。
二、pickering乳液制備方法
轉(zhuǎn)子-定子勻漿法:
轉(zhuǎn)子- 定子勻漿法是常用的Pickering乳液制備方法之一。其原理是利用轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的高頻、強烈的圓周切向速度、角向速度等綜合動能,將乳化劑、有機相和水相構(gòu)成的混合物料從容器底部吸入轉(zhuǎn)子區(qū)與定子形成的狹窄間隙中。在這個過程中,物料承受著強烈的液力剪切、摩擦、離心擠壓、液流碰撞等綜合效應(yīng),每分鐘高達數(shù)萬次的剪切、撕裂、撞擊和混合,使得物料得以分散均質(zhì),最終形成乳液。該方法操作簡單、成本低、乳液制備速度快,且易于從實驗室規(guī)模擴展到工業(yè)規(guī)模。然而,它也存在一些缺點,例如乳液溫度升高較多,不適用于熱敏型乳液的制備;剪切力大,容易導致固體粒子破碎;所制乳液液滴尺寸較大且分布范圍廣。
超聲乳化法
超聲乳化法同樣是使用頻率較高的乳液制備方法。它借助超聲探頭產(chǎn)生的高頻機械振動將超聲能傳輸給周圍料液,利用空化作用和超聲波力使分散相均勻地分布在連續(xù)相中。超聲頻率、超聲功率和乳化時間是影響乳液滴尺寸的主要因素。該方法設(shè)備簡單、能耗低、制乳速度快,能夠制備出較小尺寸的乳液,如納米尺寸的乳液。但它也有不足之處,乳化過程中顆粒-骨料容易被破壞或易碎顆粒易破碎,超聲探頭可能污染料液,液滴尺寸分布范圍廣,乳化過程中料液溫度會升高,降低熱敏性粒子或乳液的穩(wěn)定性,且工業(yè)放大困難。
高壓均質(zhì)法:
1.原理與過程
高壓均質(zhì)法是工業(yè)中常用的連續(xù)制乳方法。在料液進入高壓均質(zhì)系統(tǒng)之前,通常先用轉(zhuǎn)子-定子式勻漿器或渦旋振蕩器對料液進行初步乳化,得到液滴尺寸較大的初級乳液。然后,借助高壓泵將初級乳液注入高壓勻漿制乳系統(tǒng)的均化噴嘴。初級乳液經(jīng)高壓泵加壓后,壓力可達幾十至數(shù)百兆帕,加壓后的初級乳液從均化噴嘴噴出,與沖擊閥和碰撞環(huán)碰撞,從而得到液滴尺寸更小的乳液。乳液液滴尺寸由乳液壓力和乳液通過高壓勻漿器的次數(shù)決定,可多次重復通過高壓勻漿制乳系統(tǒng)來制取更小液滴尺寸的乳液,提高乳液壓力也能減小乳液液滴尺寸。
2.優(yōu)點
高壓均質(zhì)法可制得納米級液滴的乳液。高壓勻漿法具有占地面積小、效率高、能量大、制乳速率快、制乳過程可連續(xù)操作、所得乳液液滴尺寸小等優(yōu)點。
微流控乳化法:
微流控乳化法利用微流控設(shè)備使在微通道內(nèi)流動的連續(xù)相和分散相在某一位置相遇,通過連續(xù)相對分散相的剪切作用,使分散相以乳液滴的形式逐漸分散在連續(xù)相中,并在固體乳化劑的作用下穩(wěn)定存在,形成乳液。微流控乳化設(shè)備的微通道類型主要有T形微通道、十字聚焦形微通道和Y形微通道等。該方法在制乳過程中對固體乳化劑粒子無明顯的破碎作用,可精確控制乳液滴的尺寸,具有過程可視化、液滴高度分散、能量消耗低、制乳成本低等優(yōu)點,且乳化過程中無熱量產(chǎn)生,有利于乳液的穩(wěn)定。但它也存在制乳效率低、乳液與微通道之間可能發(fā)生反應(yīng)、對微通道中流動的液體黏度有限制、僅適用于低黏度流體制乳等不足之處,目前該技術(shù)仍處于實驗室研究階段,尚未大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。
膜乳化法:
膜乳化法是利用壓力使分散相滲透通過具有均勻孔徑的固態(tài)膜,進入含有固體粒子乳化劑的連續(xù)相中,或者將制備的粗乳液壓入固態(tài)膜,使粗乳液破碎為小液滴乳液,從而制備出乳液。膜乳化法操作簡單、能耗低、表面活性劑用量少、操作成本低,剪切力小、固體粒子破碎風險小,能制備尺寸小、分布均一的乳液,且制備過程中無熱量產(chǎn)生,可降低熱敏型乳液不穩(wěn)定的風險。
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