Чому ультразвукова технологія є кращою для виробництва стабільних силіконових емульсій?

I. Основний принцип роботи ультразвукового емульгування силіконового масла

Основною рушійною силою ультразвукового емульгування є ефект кавітації рідини. У пристрої використовується високочастотний-вібраційний ультразвуковий зонд із титанового сплаву 20–40 кГц для передачі акустичної енергії до суміші води-силіконового масла.

Утворення мікропухирців: змінний звуковий тиск спричиняє утворення великої кількості кавітаційних мікробульбашок розміром мікрон- усередині рідини;

Згортання бульбашки: після швидкого розширення мікробульбашки різко й миттєво згортаються, створюючи локалізовані високі температури в тисячі К і високий тиск у сотні МПа, що супроводжується ударними хвилями та високо-швидкісними мікроструменями;

Наддрібна фрагментація крапель: ударні хвилі та сильні сили зсуву розривають великі краплі силіконової олії, розбиваючи безперервну масляну фазу на рівномірно дисперговані мікро-фази;

Стабільність поверхні: Ультразвукове вплив сприяє швидкому розподілу емульгаторів на поверхні крапель силіконового масла, утворюючи щільну захисну плівку та перешкоджаючи агрегації крапель.

Середній розмір частинок емульсій силіконового масла, емульгованих ультразвуком, може досягати 0,1–1 мкм з індексом розподілу частинок за розміром (PDI) < 0,3, що значно перевищує розмір крапель розміром 5–20 мкм, утворених високо-швидкісним перемішуванням. Він менш схильний до розшарування, спливання олії та осідання під час центрифугування та тривалого -зберігання. Весь процес не потребує тривалого нагрівання, що дозволяє уникнути пожовтіння при високій{9}}температурі та погіршення продуктивності, пов’язаних із аміносиліконовими маслами та модифікованими поліефірними силіконовими маслами.

II. Основні переваги ультразвукового емульгування при приготуванні емульсій силіконового масла

1. Підвищення стабільності емульсії та зменшення кількості брухту.

Традиційне механічне різання покладається виключно на тертя леза, щоб розщепити силіконове масло, що призводить до того, що розміри крапель дуже різняться, при цьому великі частинки легко плавають і відокремлюються. З іншого боку, ультразвукова кавітація забезпечує рівномірну дію по всій поверхні, утворюючи краплі силіконової олії постійного розміру та висоти. Центрифугування при 3000 об/хв протягом 30 хвилин не призводить до деемульгації, а герметично закрите зберігання при кімнатній температурі більше 6 місяців не показує спливання масла, що робить його придатним для-транспортування на великі відстані та тривалого зберігання.

2. Кількість використовуваного емульгатора значно зменшено, що покращує-добрі/гідрофільні властивості продукту.

У текстильній та побутовій хімічній промисловості надмірна кількість емульгаторів у силіконових масляних емульсіях часто призводить до водовідштовхувальних властивостей тканин, слизького відчуття в пральній та кондиціонуючій продукції та посилення подразнення. Потужна межфазна дія ультразвуку може зменшити межфазний натяг між маслом і водою, зменшуючи кількість доданого емульгатора на 20–40% порівняно з традиційними процесами. Це не лише дозволяє контролювати витрати на виробництво, але й створює високогідрофільні емульсії силіконової олії з аміносигналом і емульсії силіконової олії для кондиціонування волосся.

3. Низько{1}}температурне емульгування захищає функціональність модифікованої силіконової олії.

Модифіковані органосилікони, такі як аміносиліконове масло, поліефір-модифіковане силіконове масло та арилсиліконове масло, схильні до окислення та жовтіння за високих температур і втрачають свої м’які та гідрофільні властивості. Ультразвукова емульгація забезпечує контрольоване підвищення температури протягом усього процесу, усуваючи необхідність тривалого нагрівання та повністю зберігаючи початкову м’якість, антистатичні властивості та характеристики розтікання силіконової олії. Він придатний для виробництва високоякісних-засобів для догляду за білизною та гідрофільних пом’якшувачів текстилю.

4. Підходить для емульгування силіконових масел з високою в'язкістю та високим вмістом твердих речовин

Для диметилсиліконової олії з високою-в’язкістю та аміносиліконової олії з в’язкістю 1000–100000 сс високо{3}}швидкісне перемішування може легко призвести до агломерації та локалізованих неемульгованих грудок олії. Ультразвукові мікроструми можуть проникати в масляну фазу з високою-в’язкістю та стабільно готувати емульсії силіконової олії з високою{6}}концентрацією з вмістом твердої речовини 20%–50%, зменшуючи витрати на транспортування та розведення та задовольняючи вимоги щодо високої кількості твердої речовини для піногасіння покриття та промислового видалення з форми.

5. Енерго-ефективний, високо-продуктивний і простий в обслуговуванні

Ультразвукова емульгація споживає на 25–40% менше енергії, ніж гомогенізація під високим{2}}тиском за тієї самої виробничої потужності; у ньому немає частин, які легко зношуються, як-от клапанів високого-тиску та шліфувальних дисків, зонд із титанового сплаву стійкий до корозії, довгострокова-безперервна робота має низькі витрати на обслуговування, і його можна гнучко перемикати між періодичними лабораторними моделями та безперервними онлайн-промисловими моделями.

6. Гнучкий процес, адаптований до спеціальних систем мікрокапсул та наносиліконової олії

Він може готувати нано-мікроемульсії силіконової олії та мікрокапсули силіконової олії з повільним-вивільненням за один крок із краплинками розміром до сотень нанометрів. Його можна використовувати в есенціях для-догляду за шкірою високого класу, довговічних-водостійких покриттях і засобах для розповсюдження пестицидів. Це тонкий процес формування, якого важко досягти за допомогою традиційного обладнання для емульгування.

III. Типовий процес ультразвукового емульгування силіконового масла

Премікс: силіконову олію, складний емульгатор і деіонізовану воду додають у змішувальний бак відповідно до співвідношення формули та попередньо змішують на низькій швидкості, щоб утворити грубу суміш масло-вода;

Ультразвукова гомогенізація: суміш подається в ультразвуковий гомогенізатор і безперервно циркулює при 20 кГц протягом 3–10 хвилин із-моніторингом розміру частинок у реальному часі, поки він не відповідатиме стандарту.

Регулювання рН і збереження тепла: відрегулюйте рН до нейтрального (6,0–8,0) за допомогою невеликої кількості лимонної кислоти/триетаноламіну та дайте йому постояти при низькій температурі для видалення піни;

Фільтрація та упаковка: використовуйте фільтр 100–200 меш, щоб видалити незначні кількості неемульгованих масляних грудок, а потім заповніть контейнер після перевірки розміру частинок, відцентрової стабільності та вмісту твердих речовин.

У лабораторних пілотних випробуваннях використовувався стаціонарний ультразвуковий гомогенізатор періодичної дії (об’єм обробки 0,5–50 л), тоді як у пілотному-масштабному та масовому виробництві використовувався конвеєрний безперервний ультразвуковий емульгатор, який можна під’єднати до автоматизованої виробничої лінії для онлайн-відбору проб у реальному часі та моніторингу розміру частинок емульсії.