Influenciando fatores e vantagens do equipamento de emulsificação ultrassônica para fazer emulsão

Uma emulsão é uma dispersão de dois líquidos imiscíveis, um dos quais é dispersado no outro na forma de gotículas finas ou partículas, formando um líquido misto. O processo de dispersão de um líquido imiscível em outro líquido imiscível é chamado de emulsificação. A formação de emulsões requer o processo necessário de emulsificação líquida, que utiliza tesoura mecânica para quebrar a fase dispersa de grandes gotículas na fase contínua.

loção

A emulsificação ultrassônica é um meio técnico de emulsificação, ou seja, a vibração de alta frequência é aplicada na cabeça da ferramenta através de um transdutor ultrassônico, de modo que dois líquidos immiscíveis são misturados para formar uma emulsão. Em comparação com as técnicas tradicionais de emulsificação, ou seja, agitação mecânica comum, a sonicação pode gerar gotículas de tamanho menor, e a phacoemulsificação normalmente requer quantidades menores de surfactante para fornecer uma emulsão estável do que outras técnicas.

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Fatores que afetam a emulsificação ultrassônica

Vários fatores que afetam e controlam a sônica incluem potência ultrassônica, tempo, frequência de sônica e temperatura de emulsão.

frequência de som

A frequência de 20 a 40 kHz produz a melhor emulsificação, ou seja, em frequências mais baixas, a força do corte tem um efeito maior sobre a emulsificação. À medida que a frequência ultrassônica aumenta, o tempo necessário para que as bolhas se expandam e entrem em colapso diminua, reduzindo assim o grau de cisalhamento. Em frequências mais altas, o limiar de cavitação aumenta e o processo de sonicação é menos eficiente à medida que mais energia é necessária para iniciar a cavitação. Os equipamentos de emulsificação ultrassônica podem ser selecionados de 20 a 40 kHz de frequência, e diferentes cabeças de ferramentas de frequência podem ser selecionadas de acordo com a aplicação específica.

Poder ultrassônico

A potência ultrassônica é um dos principais fatores que controla a eficiência de emulsão. À medida que a potência ultrassônica aumenta, o tamanho da gotícula da fase dispersa diminui. No entanto, quando a entrada de energia é maior que 200 W, as gotículas de emulsão menores se agregam em gotículas maiores. Isso se deve ao grande número de bolhas de cavitação, densidade energética extremamente alta, aumento da concentração de gotículas e altas taxas de colisões entre gotículas nessas condições. Portanto, é muito importante determinar o poder ideal durante a phacoemulsificação. À medida que o tempo de homogeneização aumenta, a geração de pequenas gotículas também aumenta. Na mesma densidade energética, as duas técnicas de emulsificação podem ser comparadas para examinar sua eficiência na formação estável de emulsão.

Temperatura da solução

Durante a phacoemulsificação, um aumento moderado da temperatura da solução resulta em uma diminuição da tensão interfacial e viscosidade da solução, facilitando a mistura e aumentando o número de bolhas de cavitação. Essas tendências são muito benéficas para o processo geral de emulsificação. No entanto, o efeito do aumento contínuo da temperatura na emulsificação também pode ser prejudicial: o número de núcleos de cavitação aumenta com o aumento da temperatura, e a pressão do ar dentro das bolhas também aumenta, resultando na atenuação da onda de choque e na criação de um grande número de bolhas. Isso reduz a pressão máxima alcançada quando a bolha implode. Devido ao aumento da quantidade de evaporação nas bolhas, o colapso das bolhas torna-se menos violento, o que leva à redução das forças de tesoura e eficiência de emulsificação.

Tempo de sônica

Em geral, o aumento do tempo de phacoemulsificação resulta em uma diminuição do tamanho das gotículas de fase dispersa. Com o tempo, a quantidade de energia ultrassônica na solução também aumentou, resultando em um aumento no número de gotículas quebradas e uma diminuição no tamanho das gotículas de emulsão. No entanto, além de um certo tempo de processamento, ou seja, excedendo o tempo ideal de processamento, gotículas menores se unirão em gotículas maiores devido à prevalência de altas concentrações de gotículas e colisões entre gotículas.

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Vantagens da Emulsificação Ultrassônica

Ao contrário das técnicas e equipamentos tradicionais de emulsificação, os benefícios da phacoemulsificação são óbvios.

Melhorar o efeito de emulsificação

Dependendo do tamanho da gotícula da fase dispersa, as emulsões podem ser classificadas em microemulsões (10-100 nm), nanoemulsões (100-1000 nm) e macroemulsões (0,5-100 μm). O ultrassom é um método eficaz para reduzir o tamanho das partículas de dispersões e emulsões. Equipamentos de emulsificação ultrassônica podem obter emulsões com tamanho de partícula pequena (apenas 0,2-2 μm) e distribuição estreita do tamanho da gota (0,1-10 μm), e o uso de emulsificantes também pode aumentar a concentração da emulsão em 30% a 70%.

Maior estabilidade da emulsão

Essencialmente, as emulsões são cineticamente instáveis, não se formam espontaneamente e se separam em suas fases constituintes se sua estabilidade não for controlada. Portanto, para estabilizar as gotículas recém-formadas da fase dispersa contra a coalescência, emulsificantes e estabilizadores são adicionados à emulsão. A phacoemulsificação requer pouco ou nenhum emulsificador para obter emulsões estáveis. Após a sonicação, a emulsão pode permanecer estável por vários meses ou mais de meio ano.

Controle o tipo de emulsão

Sob certas condições, tanto os tipos de emulsão "água-em-óleo" quanto "óleo na água" podem ser produzidos por técnicas ultrassônicas. O método tradicional de emulsificação só pode controlar as propriedades da emulsão adicionando um emulsificante, e o tipo de emulsão não pode ser alterado simplesmente por métodos mecânicos. O equipamento de emulsificação ultrassônica torna o processo de emulsificação mais conveniente e flexível.

Baixo consumo de energia

O consumo de energia da emulsificação ultrassônica é menor, e o consumo de energia necessário para fabricar o mesmo volume de emulsão é menor do que o de um homogeneizador de alta pressão. Para fabricar uma emulsão com capacidade de 4,55 m3/h e gotículas de 1 μm de tamanho, como o uso de tecnologia de emulsificação ultrassônica, apenas uma força motriz de 57 HP pode ser necessária a uma pressão de trabalho de 10.514,1kg/cm2, mas um homogeneizador de alta pressão é de 70,3351,6kg. No entanto, uma força motriz de 4050 HP é necessária a uma pressão de trabalho de /cm2, de modo que o uso de tecnologia de phacoemulsificação pode reduzir muito o consumo de energia.

Melhorar a eficiência da emulsificação

A emulsificação ultrassônica pode produzir emulsões que não podem ser produzidas por métodos comuns de emulsificação. À medida que a densidade de energia aumenta, o tamanho da gota diminui. Em níveis adequados de densidade energética, a tecnologia de phacoemulsificação pode alcançar tamanhos médios de gotículas inferiores a 1 μm. O ultrassom torna todo o processo de emulsificação mais rápido e produz uma emulsão de maior pureza.