CN102847474A

CN102847474A - 一种微流道纳米乳化系统

Info

Publication number: CN102847474A
Application number: CN2012103835738A
Authority: CN
Inventors: 周胜; 邹学文
Original assignee: LISURE SCIENCE (SUZHOU) CO Ltd
Current assignee: LISURE SCIENCE (SUZHOU) CO Ltd
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2012-10-11
Publication date: 2013-01-02

Abstract

本发明涉及一种微流道纳米乳化系统，包括第一液体输送泵和第二液体输送泵，第一液体输送泵一端连接第一选通阀，另一端连接第一压力传感器，第二液体输送泵一端连接第二选通阀，另一端连接第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器均连接到微流道模块上，微流道模块与在线监测系统连接，在线监测系统连接到微乳化液收集瓶中；系统全封闭，不接触空气，没有气泡产生；与胶体磨相比，没有研磨作用，不会发热，无需冷却；与均质机相比，多个混合区取代了均质机的一个混合区，同等压力下可以实现更好的乳化，设备能耗低，成本低；可以实现连续生产，容易从实验室级放大到工业级。

Description

一种微流道纳米乳化系统

技术领域

本发明涉及化工行业、石油行业、化妆品行业的纳米乳化液，尤其是涉及微流道纳米乳化系统。

背景技术

乳化是指一种液体以极微小液滴均匀地分散在互不相溶的另一种液体中的作用。乳化是液-液界面现象，两种不相溶的液体，如油与水，在容器中分成两层，密度小的油在上层，密度大的水在下层。若加入适当的表面活性剂在强烈的搅拌下，油被分散在水中，形成乳状液，该过程叫乳化。乳状液的外观一般常呈乳白色不透明液状，乳状液之名即由此而得。由胶体的光学性质可知，对一多分散体系，其分散相与分散介质的折光率一般不同，光照射在分散微粒（液滴）上可以发生折射、反射、散射等现象。

1. 当液滴直径远大于入射光的波长时，主要发生光的反射（也可能有折射、吸收）；

2. 当液滴直径远小于入射光波长时，则光可以完全透过，这时体系呈透明状；

3. 当液滴直径稍小于入射光波长时，则有光的散射现象发生，体系呈半透明状。

一般乳状液的分散相液滴直径的大小大致在0.1－10μm（甚至更大）的范围，可见光波长为0.40－0.76μm，故乳状液中的反射较显著，因而一般乳状液是不透明的乳白色液体，也称为微米乳化。

对于液滴的直径在0.1μm（100nm) 以下的液－液分散体系，其外观是半透明的和透明，而不呈乳液状，常称为“微乳状液”或纳米乳化液。

纳米乳化技术是一种全新的技术，它是由Hoar和Schulman 1943年发现的，并于1959年将油-水-表面活性剂-助表面活性剂形成的均相体系正式定名为微乳液。

纳米乳液_半透明至透明_ 液滴大小在5∽10nm，分布均匀，普通显微镜下不可见_热力学稳定体系，离心亦难以使之分层_用量多，常需辅以相当量的脂肪醇或醚等助乳化剂_ 与油、水在一定范围内可混溶。

微米乳液_不透明_液滴大小多在0.1∽2μm（或更大）,有一定的分布，普通显微镜下可见_热力学不稳定，易离心分层_用量相对少，不必添加助乳化剂_O/W型与油不混溶，W/O型与水不混溶。

纳米乳液与微米乳液的本质区别表现为两个方面：

1）纳米乳液是热力学稳定体系，而微米状液只是动力学意义上的稳定；

2）纳米乳液小球的粒径小于是nm级，通常乳液呈透明或半透明；而微米乳液小球的粒径为um级，故体系是浑浊的。

微乳液具有以下特性：

1）超低的界面张力：在微乳液体系中油/水界面张力可降至超低值10-3∽10-4mN.m-1,而一般的油/水界面张力通常为70 mN.m-1，加入表面活性剂能降低至20 mN.m-1左右；

2）很大的增溶量：O/W型微乳液对油的增溶量一般为5%左右，而W/O型微乳液对油的增溶量一般为60%左右；

3）粒径：微乳液液滴的大小一般为10∽100nm，胶束的大小一般为1∽10nm，为乳液的粒径介于胶束与乳状液之间；

4）热力学稳定性：微乳液很稳定，长时间放置液不会分层和破乳。

乳化设备是制备乳状液的机械设备主要是乳化机，它是一种使油、水两相混合均匀的乳化设备，目前乳化机的类型主要有三种：

1. 乳化搅拌机: 剪切乳化搅拌机和真空乳化搅拌机

2. 胶体磨

3. 均质器

一般现在广泛使用的是剪切搅拌式乳化机，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。

普通乳化搅拌机由于高速剪切，容易形成气泡, 出现起泡而膨胀。为了避免该问题，出现了真空乳化搅拌机。

胶体磨是一种离心式设备，基本工作原理是剪切，研磨及高速搅拌作用。磨碎依靠两个齿形面的相对运动，其中一个高速旋转，另一个静止，使通过齿面之间的物料受到极大的剪切力及磨擦力，同时又在高频震动，高速旋涡等复杂力的作用下使物料乳化。

由于研磨原理，胶体磨乳化的发热量极大，一般设备需要配备强大的冷却系统。

均质器的原理是采用柱塞泵以0.25-0.5米/秒的低速将原始物料吸入，通过与均质阀连接的调压装置对均质系统调压。柱塞泵对物料加压，控制阀座与阀芯之间的间隙也称开启度，就可以控制整个系统的压力。阀座、阀芯之间的间隙越小，系统的压力越高，物料通过阀座、阀芯之间的流速也越高。料液在高速流动时的剪切效应、高速喷射时的撞击作用、瞬间强大压力降时的空穴效应三重作用下，使物料达到超细粉碎，从而使互不相溶的液一液或液一固混悬液均质成液一液乳化剂或液一固分散体。

均质机自问世以来，其应用领域不断拓展，被广泛应用在食品、饮料、牛奶制品、精细化工、制药、生物工程等领域数以千计的产品深加工。

均质机的另外一个优点是减少在乳化时需要加入的助乳剂，例如高压均质机40Mpa压力下加工乳化剂时，添加活性剂的剂量为0.25%。采用其它均质器械，如用胶体磨加工乳化液，添加剂的剂量必须在2.25%，二者之差近乎于一个数量级。

缺点是功耗很大，均质机属高功率机械设备，流量二吨的高压均质机耗能量为45kw，而同样流量的胶体磨的耗能量只有7.5kw。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种微流道纳米乳化系统，利用微反应器技术，利用泵在中高压下高速喷射到每个混合区，高速喷射时的撞击作用、瞬间强大压力降时的空穴效应，高速漩涡等力的作用下实现纳米乳化的一个系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种微流道纳米乳化系统，包括第一液体输送泵和第二液体输送泵，第一液体输送泵一端连接第一选通阀，另一端连接第一压力传感器，第二液体输送泵一端连接第二选通阀，另一端连接第二压力传感器，第一压力传感器和第二压力传感器均连接到微流道模块上，微流道模块与在线监测系统连接，在线监测系统连接到微乳化液收集瓶中，第一选通阀一侧连接到水相瓶中，一侧连接到微乳化液收集瓶中，第二选通阀一侧连接到油相瓶中，一侧连接到微乳化液收集瓶中。

进一步，微流道模块内设有加热冷却层。

进一步，微流道模块内不带加热冷却层。

进一步，微流道模块上还设有低温恒温循环水浴。

更进一步，微乳化液收集瓶一侧设有温度传感器，底部设有磁力搅拌加热板。

本发明的有益效果是：系统全封闭，不接触空气，没有气泡产生；与胶体磨相比，没有研磨作用，不会发热，无需冷却，设备能耗低，成本低；与均质机相比，多个混合区取代了均质机的一个混合区，同等压力下可以实现更好的乳化，设备能耗低，成本低；可以实现连续生产，容易从实验室级放大到工业级。

附图说明

图1是本发明系统流路图一；

图2是本发明系统流路图二。

图中：1、第一液体输送泵；2、第二液体输送泵；3、第一选通阀；4、第二选通阀；5、第一压力传感器；6、第二压力传感器；7、微流道模块；8、在线监测系统；9、低温恒温循环水浴；10、温度传感器；11、磁力搅拌加热板；12、微乳化液收集瓶。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细描述：如图1和图2所示一种微流道纳米乳化系统，包括第一液体输送泵1和第二液体输送泵2，第一液体输送泵1一端连接第一选通阀3，另一端连接第一压力传感器5，第二液体输送泵2一端连接第二选通阀4，另一端连接第二压力传感器6，第一压力传感器5和第二压力传感器6均连接到微流道模块7上，微流道模块7与在线监测系统8连接，在线监测系统8连接到微乳化液收集瓶12中，第一选通阀3一侧连接到水相瓶中，一侧连接到微乳化液收集瓶中12，第二选通阀4一侧连接到油相瓶中，一侧连接到微乳化液收集瓶中12；微流道模块7内设有加热冷却层；微流道模块7内不带加热冷却层；微流道模块7上还设有低温恒温循环水浴9；微乳化液收集瓶12一侧设有温度传感器10，底部设有磁力搅拌加热板11。

参照图1，第一选通阀3和第二选通阀4分别切向水相瓶中和油相瓶中，开启磁力搅拌加热板11，调节适当温度，关注第一压力传感器5和第二压力传感器6，在适当压力下进行乳化，建议小于2Mpa；在线监测系统8可反映乳化效果，若效果好，则继续生产，如效果略差，则生产一部分后，关闭第一液体输送泵1和第二液体输送泵2，第一选通阀3和第二选通阀4分别切向收集的微乳化液收集瓶12，开启磁力搅拌加热板，实现搅拌功能，开启第一液体输送泵1和第二液体输送泵2，实现多次混合循环功能，以提高乳化。

参照图2，第一选通阀3和第二选通阀4分别切向水相瓶中和油相瓶中，开启第一液体输送泵1和第二液体输送泵2，开启低温恒温循环水浴9，调节适当温度，关注压力传感器，在适当压力下进行乳化，建议小于2Mpa；在线监测系统8可反映乳化效果，若效果好，则继续生产，若效果略差，则生产一部分之后，关闭第一液体输送泵1和第二液体输送泵2，第一选通阀3和第二选通阀4分别切向收集的微乳化液收集瓶12，开启第一液体输送泵1和第二液体输送泵2，实现多次混合循环功能，以提高乳化效果。

上述系统综合了传统的三种乳化设备的优点，并克服了三种乳化设备的缺点，实现系统全封闭，不接触空气，没有气泡产生；与胶体磨相比，没有研磨作用，不会发热，无需冷却，设备能耗低，成本低；与均质机相比，多个混合区取代了均质机的一个混合区，同等压力下可以实现更好的乳化，设备能耗低，成本低；可以实现连续生产，容易从实验室级放大到工业级。

需要强调的是：以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种微流道纳米乳化系统，其特征在于：包括第一液体输送泵（1）和第二液体输送泵（2），所述第一液体输送泵（1）一端连接第一选通阀（3），另一端连接第一压力传感器（5），所述第二液体输送泵（2）一端连接第二选通阀（4），另一端连接第二压力传感器（6），所述第一压力传感器（5）和第二压力传感器（6）均连接到微流道模块（7）上，所述微流道模块（7）与在线监测系统（8）连接，所述在线监测系统（8）连接到微乳化液收集瓶（12）中，所述第一选通阀（3）一侧连接到水相瓶中，一侧连接到微乳化液收集瓶中（12），所述第二选通阀（4）一侧连接到油相瓶中，一侧连接到微乳化液收集瓶中（12）。

2.根据权利要求1所述微流道纳米乳化系统，其特征在于：所述微流道模块（7）内设有加热冷却层。

3.根据权利要求1所述微流道纳米乳化系统，其特征在于：所述微流道模块（7）内不设加热冷却层。

4.根据权利要求1或2所述微流道纳米乳化系统，其特征在于：所述微流道模块（7）上还设有低温恒温循环水浴（9）。

5.根据权利要求1或3所述微流道纳米乳化系统，其特征在于：所述微乳化液收集瓶（12）一侧设有温度传感器（10），底部设有磁力搅拌加热板（11）。