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超聲波乳化設備制作乳液的影響因素及優點
閱讀：1264 發布時間：2021-6-17
乳液是兩種不混溶液體的分散體，其中一種以細液滴或顆粒的形式分散到另一種液體中，形成混合液體。將一種不混溶的液體分散在另一種不混溶的液體中的過程則被稱為乳化。乳液的形成需要進行液體乳化這一必要過程，該過程利用機械剪切力使連續相中的大液滴分散相破碎。
超聲波乳化是乳化的一種技術手段，即通過超聲波轉換器將高頻振動運用于工具頭，從而使兩種不相溶液體混合，形成乳液。相對于傳統的乳化技術，即普通的機械攪拌，超聲處理可以生成較小尺寸的液滴，超聲乳化提供穩定乳液所需的表面活性劑的數量通常也低于其他技術。
影響乳化的因素
聲波頻率
20至40kHz的頻率能夠產生最佳的乳化效果，即在較低頻率下，剪切力對乳化效果會到起較大的作用。隨著超聲波頻率的增加，氣泡膨脹和破裂所需的時間減少了，從而減少了剪切的程度。在較高的頻率，空化閾值增加，由于需要更多的功率來啟動空化，因此聲波化過程的效率降低過程。超聲波乳化設備有20至40kHz的頻率可以選擇，能夠根據具體不同的應用選擇不同頻率的工具頭。
超聲波功率
超聲功率是控制乳液乳化效率的主要因素之一。隨著超聲功率的增加，分散相的液滴尺寸會減小。但是，當功率輸入大于200W時，較小的乳液液滴會聚集成較大的液滴。這是因為在這些條件下會產生大量空化氣泡，*的能量密度，液滴濃度增加以及液滴之間的碰撞率很高。因此，在超聲乳化過程中確定最佳功率非常重要。隨著均勻化時間的延長，小液滴的產生也隨之增加。在相同的能量密度下，可以比較兩種乳化技術，以檢查它們在穩定乳液形成中的效率。
溶液溫度
在超聲乳化過程中，溶液溫度適當的升高會導致溶液界面張力和粘度的降低，使其更容易混合，并且會使空化氣泡的數量增加。這些趨勢對整個乳化過程是非常有利的。然而，溫度的持續不斷升高對乳化的影響也可能是有害的：空化的核數會伴隨溫度增加而增加，氣泡內部的氣壓也隨之增加，從而產生沖擊波的衰減并產生大量氣泡。這會降低氣泡內爆時達到的最大壓力。由于氣泡中蒸發的數量增加，氣泡的破裂會變得不那么劇烈，這會導致剪切力和乳化效率降低。
聲波處理時間
通常，超聲乳化時間的增加會導致分散相液滴的尺寸減小。隨著時間的增加，溶液中超聲波能量的量也增加，導致破裂的液滴數量增加和乳液液滴的尺寸減小。但是，超過一定的處理時間，即超過最佳處理時間，由于高液滴濃度的普遍存在和液滴之間的碰撞，會將較小的液滴聚結成較大的液滴。
超聲波乳化優點
提高乳化效果
根據分散相的液滴大小，乳液可分為微乳液(10–100nm)，納米乳液(100–1000nm)和大乳液(0.5–100μm)。超聲是一種有效的減小分散液和乳液粒徑的方法。超聲波乳化設備能夠獲得小粒徑(僅0.2–2μm)和窄液滴尺寸分布(0.1–10μm)的乳液，使用乳化劑還可將乳液的濃度提高30%至70%。
增強乳液穩定性
本質上，乳液在動力學上是不穩定的，不會自發形成，并且如果不控制其穩定性，則會分離成其組成相。因此，為了穩定新形成的分散相的液滴以防止聚結，將乳化劑和穩定劑加入到乳液中。超聲乳化只需要使用少量或不使用乳化劑，即可獲得穩定的乳液。超聲處理后，乳液可以保持穩定性數月或半年以上。
控制乳液類型
在某些條件下，可以通過超聲技術產生“油包水”和“水包油”兩種類型的乳液。而傳統的乳化方法只能通過添加乳化劑來控制乳液的屬性，單純通過機械方法無法改變乳液的類型。超聲波乳化設備使得乳化過程更加方便靈活。
低功耗
超聲乳化的功耗較小，制造相同容量的乳液，所需的功耗小于高壓均質機。制造容量為4.55m3/h，1μm大小液滴的乳化液，如使用超聲波乳化技術，可在10.514.1kg/cm2的工作壓力下僅需要57HP的驅動力，但是高壓均質機在70.3351.6kg/cm2的工作壓力下卻需要4050HP的驅動力，因此使用超聲乳化技術可降低大量能耗。
提高乳化的效率
超聲波乳化能夠產生一般乳化方法無法完成制作的乳液。隨著能量密度的增加，液滴尺寸會減小。在適當的能量密度水平下，超聲乳化技術能夠實現小于1μm的平均液滴尺寸。超聲波促使整個乳化過程更加快速，生產的乳液純度也更高。