超声波乳化设备可利用超声波能量,将两种或两种以上的不相溶液体混合在一起,其中一种液体均匀地分散在另一种液体之中形成乳液状液体。各种各样的中间体和消费品,如化妆品和护肤品、药品膏剂、油漆、润滑油和燃料都是完全或部分的乳液,可以使用超声波乳化设备进行制备。乳化液存在于生活的各个方面,了解如何控制和优化性能对于生产高质量的产品至关重要,质量定义为适用于最终的应用。
乳化简介
不同的行业,乳液的制造工艺有很大差异,这些差异包括所使用的组分(混合物,包括溶液中的各种成分),乳化方法,更多的加工条件。乳化液是两种或更多种不混溶液体的分散体,超声波乳化设备提供了高强度的超声波能量,将液相(分散相)分散在第二相(连续相)的小液滴中,所需的能量。
两种液体可以形成不同类型的乳液,举个例子,油和水。首先,水包油乳液,其中油是分散相,水是分散介质。其次,它们可以形成油包水乳液,其中水是分散相,油是连续相。同时也可能形成多重乳液,包括“水包油包水”乳液和“油包水包油”乳液。
超声波乳化过程
超声波乳化是由空化作用引起的。穿过液体的超声波使其连续地进行压缩和膨胀。高强度的超声波提供了分散液相所需的能量。当达到最大压力时,在内聚力较弱的点处,产生液体破裂。这种破裂之后,在发生破裂的点处出现超压,并发现存在一些空腔。在这些空洞中,液体溶解的气体以气泡的形式在短时间后爆炸。
为了稳定新形成的分散相液滴以防止聚结,将乳化剂(表面活性物质,表面活性剂)和稳定剂加入到乳液中。将最终液滴尺寸分布维持在与超声分散区中液滴破裂后进行分布时的相等水平。
空化过程受超声波频率和强度的影响,体中空化的出现,在很大程度上取决于液体悬浮未溶解气体的存在,气体的存在似乎起到了催化剂作用。在一定的压力下,空腔的形成在一定程度上取决于发展时间和超声频率。超声乳化过程代表了对立过程之间的竞争。因此,有必要选择合适工作条件和频率,以便破坏效应占主导地位。
要制备水包油型乳液,其极限声强比制备油包水型乳液的极限声强要低得多。声场的类型影响乳化过程,即施加一定的行波。与施加一些静止波相比,过程效率提高了。这可以通过以下事实来解释:在静止波场中,与分散相反的过程,即凝结占优势。
超声波乳化的优点
- 可以控制乳状液的类型。
- 生产乳液所需的功率小。
- 所形成的乳液更加稳定,有的稳定几个月至半年以上。
- 浓度高,纯乳液浓度可超过30%,外加乳化剂可达70%。
- 成本低,超声波乳化一个重要的特点就是可以不用或少用乳化剂便产生非常稳定的乳液。
- 与一般乳化工艺和设备(如螺旋桨、胶体磨和均质器等)相比,超声波乳化具有许多优点。
- 所形成的乳液平均液滴尺寸小(0.2~2微米),液滴尺寸分布范围窄(0.1~10微米)或更窄。
HCSONIC 乳化设备
HCSONIC波乳化设备可以由一个或多个上千瓦的超声波处理器组成,有效的提供了将实验室的应用转化为工业生产的能力,实现结果媲美当今最好的高压均质机,以便在连续流动或批量获得精细分散的乳液。HCSONIC超声波乳化设备维护成本非常低,而且十分容易操作和清洗。超声波乳化设备功率可调,可以适应特定的产品的乳化要求。
超声波乳化设备具有可更换的尖端工具头(替帽),替帽末端有硬质螺纹连接到工具头,当替帽由于空化作用引起磨损时,可以拧下并更换。
注意:如果您对含有有机溶剂,醇类或任何低表面张力液体的溶液进行超声处理,液体将渗入该螺纹尖端内部(无论连接的紧固程度如何)。一旦液体进入尖端,它就会松动并导致超声波仪过载。 如果您正在处理含有溶剂或低表面张力液体的样品,则必须使用尖端固定的工具头,该工具头可用于任何类型的样品。
超声波乳化应用
超声波乳化设备已广泛应用于食品、造纸、涂料、化工、制药、纺织、石油、冶金等工业领域,
超声设备可以很容易地安装在现有的生产线上,便于制造商以较低的成本升级设备。超声波乳化也能创造一般方法不起作用的乳剂。常用的混合方法只能在水中制造5%的石蜡,不可思议的是,在
功率超声波的作用下,可以制造20%的石蜡乳液。
使用频率 |
19~21 Khz |
功率范围 |
500-3000W |
处理量 |
0.1-50L/h |
外壳材质 |
铝/不锈钢 |
驱动电源 |
数控发生器 |
工作模式 |
间歇/连续 |
工具头材质 |
钛合金 |
产品型号 |
HC-LP2010GL |
噪音是唯一已知的问题。
为了使超声波处理器的噪声达到可接受的水平,需要最小减少 ~25 dBA。最简单的解决方案佩戴dBA专业降噪耳罩。耳罩价格低廉且可广泛使用,但是,它们的使用在许多公共场合可能不方便。
另一种解决方案是将超声波处理器放置在降噪外壳(消音外壳,隔音外壳)中。对于实验级设备,这种外壳在许多地方都可以买到,但必须提供相应得的衰减值。
设备具有可更换的尖端工具头(替帽),替帽末端有硬质螺纹连接到工具头,当替帽由于空化作用引起磨损时,可以拧下并更换。
夹紧不当可能会损坏系统并使保修失,请勿固定在工具头或
超声波换能器外壳上。可以在法兰上进行固定,振动部分(换能器、变幅杆和工具头)纵向作高频来回伸缩运动,只有法兰的位置是静止的。否则会引起啸叫、发热最后频率偏移,引起报警。
工具头尖端必须正确浸没,如果尖端没有淹没,样品会发泡或起泡。如果尖端太深,则不能有效地循环样品。这两种情况都会导致结果不佳。样品体积低于1ml时经常发生起泡。当振幅设置太高时也会引起起泡。
长时间超声波处理会导致热量将工具头传输到换能器。过热会严重损坏换能器和整个超声系统。需要连续处理超过30分钟的较大样品建议加装换能器的空气冷却装置。
使用脉冲模式。
使用冰冷却和脉冲模式。
冷却器提供额外的冷却能力。
使用耐高温的工具头进行处理。
所有超声波的液体处理都基于
空化效应,因此只需改变设备的功率及工具头形状,便可用于萃取、均质、分散及细胞破碎等方面。
超声波处理器可用于生产稳定的高质量纳米乳液,包括液滴尺寸低于100纳米的半透明纳米乳液。
您应该尝试其他功率级别,并了解它们对结果的影响。如果您以50%获得相同的结果,则无需达到70%。但是建议功率保持在80%以下,以延长探头的使用寿命。
容器形状和尺寸 - 狭窄的容器优于宽容器,超声波能量从端面产生并向下传递。在处理样品时,液体被向下推并向各个方向散开。如果容器太宽,将无法有效混合,一些样品将在周围未经处理。较宽 容器中相同体积的处理时间短,窄容器中体积的两倍。此外,探头不得接触容器的侧面或底部。
端面直径 |
处理量范围 |
1/4英寸(6mm) |
10ml - 50ml |
1/2英寸(12mm) |
20ml - 250ml |
3/4英寸(19mm) |
50ml - 500ml |
1英寸(25mm) |
100ml - 1,000ml |
每个工具头都有推荐的样品体积范围,使用适当尺寸的工具头非常重要,不仅可以缩短处理时间,还可以延长工具头的使用寿命,使用搅拌棒可以增加探头的最大处理量。
功率是传递给换能器的电能的量度。它以瓦特为单位(或以百分比)测量并显示在超声波设备的屏幕上。在换能器上,电能转换成机械能。它通过激发压电晶体, 使它们在换能器内沿纵向移动来实现这 一点。从电能到机械能的这种变化,引起变幅杆的运动,导致工具头上下移动。
上下动作一次的距离称为振幅,振幅可调,每个探头有最大振振幅。 探头运动阻力越大,传递给探头的功率越大。在处理液体时,其粘度和化学特性会发生变化,导致功率读数波动。
振幅和强度有直接关系。如果您以低振幅设置操作,您将进行低强度超声处理。 如果您以高振幅设置操作,您将具有高强度超声。 为了能够重现结果,样品的振幅设定,温度,粘度和体积都的参数需要保持一致。 当试图再现超声处理结果时,幅度而不是功率是最关键的。
功率与振幅强度有可变关系。例如,与粘性样品 (如蜂蜜) 相比,同样的振幅,超声波处理水需要的功率更少。对于两个样品,幅度/强度相同但功率/瓦数将不同,因为粘性样品将需要更多的功率以驱 动工具头。粘性样品给探针施加了更大的负载,因此系统必须更努力地在相同强度下上下振动。
超声处理期间瓦数显示的小波动是正常的。 瓦数上下浮动超过(+/- 20瓦),表明样品装置或超声波仪本身存在问题。