Påvirkningsfaktorer og fordeler med ultralyd-emulsifiseringsutstyr for å lage emulsjon

En emulsjon er en dispersjon av to ikke-blandbare væsker, hvorav den ene er dispergert i den andre i form av fine dråper eller partikler, og danner en blandet væske. Prosessen med å dispergere en ublandbar væske i en annen ublandbar væske kalles emulgering. Dannelsen av emulsjoner krever den nødvendige prosessen med flytende emulgering, som bruker mekanisk skjærkraft for å bryte opp den dispergerte fasen av store dråper i den kontinuerlige fasen.

krem

Ultralyd-emulgering er en teknisk metode for emulgering, det vil si at høyfrekvent vibrasjon påføres verktøyhodet gjennom en ultralydsvinger, slik at to ublandbare væsker blandes for å danne en emulsjon. Sammenlignet med tradisjonelle emulgeringsteknikker, dvs. vanlig mekanisk omrøring, kan sonikering generere dråper av mindre størrelse, og fakoemulgering krever vanligvis lavere mengder overflateaktivt middel for å gi en stabil emulsjon enn andre teknikker.

01

Faktorer som påvirker ultralydsemulgering

Ulike faktorer som påvirker og kontrollerer sonikering inkluderer ultralydstyrke, tid, sonikeringsfrekvens og emulsjonstemperatur.

lydfrekvens

Frekvensen på 20 til 40 kHz gir den beste emulgeringen, det vil si at ved lavere frekvenser har skjærkraften større effekt på emulgeringen. Når ultralydfrekvensen øker, reduseres tiden som kreves for at boblene utvider seg og kollapser, og reduserer dermed graden av skjæring. Ved høyere frekvenser øker kavitasjonsterskelen og sonikeringsprosessen er mindre effektiv ettersom det kreves mer kraft for å starte kavitasjon. Ultralyd emulgeringsutstyr kan velges fra 20 til 40 kHz frekvens, og forskjellige frekvensverktøyhoder kan velges i henhold til den spesifikke applikasjonen.

Ultralydkraft

Ultralydkraft er en av hovedfaktorene som kontrollerer emulsjonsemulgeringseffektiviteten. Når ultralydeffekten øker, reduseres dråpestørrelsen til den dispergerte fasen. Men når effekttilførselen er større enn 200 W, samler de mindre emulsjonsdråpene seg til større dråper. Dette er på grunn av det store antallet kavitasjonsbobler, ekstremt høy energitetthet, økt dråpekonsentrasjon og høye forekomster av kollisjoner mellom dråper under disse forholdene. Derfor er det veldig viktig å bestemme den optimale kraften under phacoemulsification. Når homogeniseringstiden øker, øker også genereringen av små dråper. Ved samme energitetthet kan de to emulgeringsteknikkene sammenlignes for å undersøke deres effektivitet i stabil emulsjonsdannelse.

Løsningstemperatur

Under phacoemulsification resulterer en moderat økning i løsningens temperatur i en reduksjon i grenseflatespenningen og viskositeten til løsningen, noe som gjør det lettere å blande og øker antallet kavitasjonsbobler. Disse trendene er svært fordelaktige for den generelle emulgeringsprosessen. Effekten av kontinuerlig økende temperatur på emulgering kan imidlertid også være skadelig: antall kavitasjonskjerner øker med økende temperatur, og lufttrykket inne i boblene øker også, noe som resulterer i demping av sjokkbølgen og dannelse av et stort antall av bobler. Dette reduserer det maksimale trykket som nås når boblen imploderer. På grunn av den økte fordampningsmengden i boblene blir sammenbruddet av boblene mindre voldsomt, noe som fører til reduserte skjærkrefter og emulgeringseffektivitet.

Sonikeringstid

Generelt resulterer en økning i fakoemulsifiseringstid i en reduksjon i størrelsen på dråpene i dispergert fase. Over tid økte også mengden av ultralydenergi i løsningen, noe som resulterte i en økning i antall knuste dråper og en reduksjon i størrelsen på emulsjonsdråpene. Men utover en viss behandlingstid, dvs. overskridelse av den optimale behandlingstid, vil mindre dråper smelte sammen til større dråper på grunn av forekomsten av høye dråpekonsentrasjoner og kollisjoner mellom dråper.

02

Fordeler med ultrasonisk emulgering

I motsetning til tradisjonelle emulgeringsteknikker og utstyr, er fordelene med phacoemulsification åpenbare.

Forbedre emulgeringseffekten

Depending on the droplet size of the dispersed phase, emulsions can be classified into microemulsions (10–100 nm), nanoemulsions (100–1000 nm), and macroemulsions (0.5–100 μm). Ultrasound is an effective method to reduce the particle size of dispersions and emulsions. Ultrasonic emulsification equipment can obtain emulsions with small particle size (only 0.2–2 μm) and narrow droplet size distribution (0.1–10 μm), and the use of emulsifiers can also increase the concentration of the emulsion by 30 percent to 70 percent .

Forbedret emulsjonsstabilitet

Emulsjoner er i hovedsak kinetisk ustabile, dannes ikke spontant og separeres i deres konstituerende faser hvis deres stabilitet ikke kontrolleres. Derfor, for å stabilisere de nydannede dråpene av den dispergerte fasen mot koalescens, tilsettes emulgeringsmidler og stabilisatorer til emulsjonen. Fakoemulgering krever lite eller ingen emulgator for å oppnå stabile emulsjoner. Etter sonikering kan emulsjonen holde seg stabil i flere måneder eller mer enn et halvt år.

Kontroller typen emulsjon

Under certain conditions, both "water-in-oil" and "oil-in-water" types of emulsions can be produced by ultrasonic techniques. The traditional emulsification method can only control the properties of the emulsion by adding an emulsifier, and the type of the emulsion cannot be changed simply by mechanical methods. Ultrasonic emulsification equipment makes the emulsification process more convenient and flexible.

Lavt energiforbruk

The power consumption of ultrasonic emulsification is smaller, and the power consumption required to manufacture the same volume of emulsion is smaller than that of a high-pressure homogenizer. To manufacture an emulsion with a capacity of 4.55 m3/h and droplets of 1 μm size, such as using ultrasonic emulsification technology, only a driving force of 57 HP can be required at a working pressure of 10.514.1kg/cm2, but a high-pressure homogenizer is 70.3351.6kg. However, a driving force of 4050 HP is required at a working pressure of / cm2, so the use of phacoemulsification technology can reduce a lot of energy consumption.

Forbedre effektiviteten av emulgering

Ultrasonic emulsification can produce emulsions that cannot be produced by ordinary emulsification methods. As the energy density increases, the droplet size decreases. At appropriate energy density levels, phacoemulsification technology can achieve average droplet sizes of less than 1 μm. Ultrasound makes the entire emulsification process faster and produces a higher-purity emulsion.