CN102814137B - 用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高压均质乳化设备技术领域，具体是一种用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置及方法，包括液压柱塞泵、进料杯、单向阀、压力表、热交换器、出料口，其特征在于液压柱塞泵柱塞与主管道一端连接，主管道抽头一端通过一个单向阀与漏斗型进料杯的下料孔连接，主管道的另一端连接乳化腔进口，在单向阀与乳化腔之间的主管道上抽头一端设有压力表，所述的乳化腔内部设有一个金刚石喷嘴和五级陶瓷反应腔，在金刚石喷嘴至第一级陶瓷反应腔之间抽头一端设有乳化腔出口，所述的乳化腔出口与热交换器相连。本发明结构新颖，五级陶瓷串联反应腔使物料混合均一稳定；3100bar的工作压力使颗粒分散粒径大大减小、降低峰宽，提高其产品的稳定性。

Description

用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置及方法

[技术领域]

本发明涉及高压均质乳化设备技术领域，具体的说是一种用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置及方法，主要用于纳米脂质体，脂肪乳，混悬液，化工材料等纳米化分散制备。

[背景技术]

将液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体的过程即为乳化，它是液-液界面现象。

在工业生产中，实现上述乳化过程的机械设备主要是乳化机，目前乳化机的类型主要有三种：乳化搅拌机、胶体磨和均质器，不同类型的乳化机具有不同的结构与性能，获得的乳状液微粒的大小(分散性)及乳状液的质量(稳定性)亦不相同。

一般在化妆品厂广泛使用的搅拌式乳化机，所制得的乳状液其分散性差，微粒大且粗糙，稳定性也较差，也较易产生污染，但其制造简单，价格便宜，只要注意选择机器的合理结构，使用得当，也是能生产出一般复合质量要求的大众化的化妆品的；胶体磨和均质器是相对较好的乳化设备，但是近年来随着纳米化时代的到来，传统的乳化机已经不能实现纳米级的分散标准。

如传统的阀式结构为均质阀，由阀座，阀芯，挡圈构成，材质为碳化钨，依靠手动调节阀座与阀芯的间隙大小，来控制压力，以达到对物料的均质乳化，此种结构设计虽简单，但精确度不高，因此压力相对较低，国外最高能达到1500bar，国内由于机械加工精度问题，目前普遍最高工作压力较低，一般在1000bar，所以大部门应用还仅仅局限于牛奶，食品乳化。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高压力操作、实现物料纳米级分散的乳化装置及方法。

为实现上述目的，设计一种用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置，设备包括液压柱塞泵、进料杯、单向阀、压力表、热交换器、出料口，其特征在于液压柱塞泵柱塞与设备主管道一端连接，主管道抽头一端通过一个单向阀与漏斗型进料杯的下料孔连接，主管道的另一端连接乳化腔进口，在单向阀与乳化腔之间的主管道上抽头一端设有压力表，所述的乳化腔内部设有一个金刚石喷嘴和五级陶瓷反应腔，在金刚石喷嘴至第一级陶瓷反应腔之间抽头一端设有乳化腔出口，所述的乳化腔出口与热交换器相连，所述的热交换器上设有进水口、出水口和出料口。

乳化腔内金刚石喷嘴的进料孔连接设备主管道一端，金刚石喷嘴的出料孔连接由陶瓷材料制成的五级陶瓷反应腔的进料孔，所述的五级陶瓷反应腔在反应腔管道上等间隔串联设立。

金刚石喷嘴的孔径为100μm。

一种用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置的方法，其特征在于通过高压泵头提供的动力，带动柱塞做往复运动，用一个单向阀控制物料的进出，利用柱塞对物料提供的高压将物料打入微孔喷嘴，利用穿过微孔后形成的剪切力，雾化，爆炸效应使物料粒径减小，接着物料进入五级串联的反应腔，所述反应腔端部封死，物料与端部撞击后从五级串联反应腔逆流出腔，与进来的液体流高速对撞，使得物料混合更均一稳定。该装置工作最高压力为3100bar，纳米颗粒分散好。

本发明与现有技术相比，结构新颖，特有顶部封死的五级陶瓷串联反应腔设计，使物料从五级串联反应腔逆流出腔，与新进物料流发生对撞，使得物料混合更均一稳定；金刚石的高精度加工，使得其可承受最高3100bar的工作压力，远远超过现有技术所达到的压力，高压使得纳米颗粒分散的平均粒径大大减小、降低峰宽，靶向制剂制备都有取得前所未有的效果，提高其产品的稳定性。

[附图说明]

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明五级陶瓷串联反应腔中物料流向示意图；

图3为同种样品在传统阀式均质机中1000bar压力下，循环5次获得的物料粒径测量图；

图4为同种样品在本发明装置中1000bar压力下，循环5次获得的物料粒径测量图；

图中1.液压柱塞泵2.进料杯3.单向阀4.压力表5.金刚石喷嘴6.乳化腔7.热交换器8.出料口。

[具体实施方式]

结合附图对本发明作进一步阐述，其产品构造及方法对本领域技术人员来说是可以实现的。

本发明结构的设计基于两个技术问题，其一，传统乳化设备控压方式无法实现高操作压力；其二，传统乳化物料粒径无法达到纳米级分散。

因此对现有高压均质乳化设备的乳化腔内部结构进行改进，增设了100μm孔径的金刚石喷嘴以及五级串联反应腔结构。

改进后的高压均质乳化设备如图1所示，包括液压泵1、单向阀3、压力表4、乳化腔6、热交换器7、进料杯2、出料口8，液压柱塞泵1柱塞与设备主管道一端连接，主管道抽头一端通过一个单向阀3与漏斗型进料杯2的下料孔连接，主管道的另一端连接乳化腔6进口，在单向阀3与乳化腔6之间的主管道上抽头一端设有压力表4，所述的乳化腔内部设有一个金刚石喷嘴5和五级陶瓷反应腔，在金刚石喷嘴至第一级陶瓷反应腔之间抽头一端设有乳化腔出口，所述的乳化腔出口与热交换器相连，所述的热交换器上设有进水口、出水口和出料口。

乳化腔内部结构如图1放大图所示其内部部件呈一型排列，100μm孔径的金刚石喷嘴直线连接第一级陶瓷反应腔进口，第一级陶瓷反应腔出口直线连接第二级陶瓷反应腔进口，第二级陶瓷反应腔出口直线连接第三级陶瓷反应腔进口，以此类推，第五级陶瓷反应腔出口连接乳化腔的尾端封口。物料在反应腔中的流向如图2所示，由于反应腔尾部封口，因此物料由金刚石喷嘴注入第一级陶瓷反应腔，依次流向第二级至第五级陶瓷反应腔，再由第五级返流至第一级陶瓷反应腔流出乳化腔进入热交换器。

上述装置通过液压泵头提供的动力带动柱塞做往复运动，利用单向阀控制物料的进出，柱塞对物料提供的高压将物料打入微孔喷嘴，利用穿过微孔后形成的空穴效应使物料粒径减小，当物料进入五级串联反应腔，物料均质效果到达最佳，所述反应腔顶部封死，物料从五级串联反应腔逆流出腔，与进来的液体流发生对撞，该装置工作最高压力为3100bar，纳米颗粒分散好。

为了直观地表明本发明的优势，将相同的脂肪乳样品分别用传统阀式均质机和本装置进行乳化处理，处理时使用相同的参数设定(压力、处理次数)，将获得的物料用美国Particle Sizing System公司的型号NICOMP380仪器进行粒径测量，并将测量结果以粒径分布图的形式直观表达、并相互对比，具体如图3、图4所示：

图3表征样品在传统阀式均质机中1000bar压力下，循环5次获得的物料粒径测量图，从图中表征的粒径分布情况看，所得物料粒径多集中在250nm；

图4表征样品在本装置中1000bar压力下，循环5次获得的物料粒径测量图，从图中表征的粒径分布情况看，所得物料粒径多集中在150nm；

从上述对比中可见本装置对脂肪乳，脂质体，纳米混悬液制备比传统装置乳化效果好，样品平均粒径大大减小，峰宽降低，产品稳定性更佳。

Claims (3)

1.一种用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置，设备包括液压柱塞泵、进料杯、单向阀、压力表、热交换器、出料口，其特征在于液压柱塞泵柱塞与设备主管道一端连接，主管道抽头一端通过一个单向阀与漏斗型进料杯的下料孔连接，主管道的另一端连接乳化腔进口，在单向阀与乳化腔之间的主管道上抽头一端设有压力表，所述的乳化腔内部设有一个金刚石喷嘴和五级陶瓷反应腔，所述五级陶瓷反应腔为顶部封死的五级串联反应腔，其在反应腔管道上等间隔串联设立，乳化腔内部部件呈一型排列，100μm孔径的金刚石喷嘴直线连接第一级陶瓷反应腔进口，第一级陶瓷反应腔出口直线连接第二级陶瓷反应腔进口，第二级陶瓷反应腔出口直线连接第三级陶瓷反应腔进口，以此类推，第五级陶瓷反应腔出口连接乳化腔的尾端封口；在金刚石喷嘴至第一级陶瓷反应腔之间抽头一端设有乳化腔出口，所述的乳化腔出口与热交换器相连，所述的热交换器上设有进水口、出水口和出料口。

2.如权利要求1所述的一种用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置，其特征在于乳化腔内金刚石喷嘴的进料孔连接设备主管道一端，金刚石喷嘴的出料孔连接由陶瓷材料制成的五级陶瓷反应腔的进料孔，所述的五级陶瓷反应腔在反应腔管道上等间隔串联设立。

3.一种如权利要求1所述的用于纳米化制备的高压均质乳化设备的乳化腔装置的乳化方法，其特征在于通过高压泵头提供的动力，带动柱塞做往复运动，用一个单向阀控制物料的进出，利用柱塞对物料提供的高压将物料打入100μm孔径的金刚石喷嘴，利用穿过微孔后形成的空穴效应使物料粒径减小，当物料进入五级陶瓷反应腔，物料均质效果到达最佳，所述五级陶瓷反应腔为顶部封死的五级串联反应腔，物料从五级串联反应腔逆流出腔，与进来的液体流发生对撞，该装置工作最高压力为3100bar，纳米颗粒分散好。