CN118079689A - 基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置，所述乳液制备装置包括外毛细管通道、部分嵌套于所述外毛细管通道内的入射管和部分嵌套于所述外毛细管通道内的多孔小毛细管，所述入射管具有入射入口和入射出口，所述外毛细管通道邻近入射管的一端具有注射口，所述外毛细管通道远离入射管的另一端密封，所述多孔小毛细管具有入口端和出口端，所述入射出口邻近所述入口端，且在所述入射出口和所述入口端之间形成油相水相复合通道。该发明采用微液滴技术，通过两级嵌套式毛细管结构对化妆品中的活性物质进行精确包裹和乳化，大大提高了流体混合的效率，且通过等大的多孔小毛细管将混合均匀的乳液大液滴分成尺寸更为均匀的乳液小液滴。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种化妆品工业、药物输送及医疗应用学技术领域，尤其涉及一种基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置及制备方法。
【背景技术】
在化妆品工业中，桨式搅拌混合、简单均质或高压均质、慢速混合和高剪切混合等都是常见的传统混合方法。这些方法依赖于表面活性剂的帮助，尝试将天然不相溶的油相和水相混合以形成乳液。但它们在制备乳液的效果上存在各种局限性。首先，由于这些混合方法是基于宏观力学原理的，它们很难实现微观层面上的均匀混合。因此，所得到的乳液尺寸分布范围很广，涵盖纳米级到微米级。这种液滴尺寸的多样性导致整体乳液的均一度差，可能会出现分离、凝固或其他不稳定性现象。其次，由于混合不够均匀，活性物质的分散在乳液中可能会出现局部过高或过低的情况，从而导致其吸收率不佳。低吸收率直接限制了化妆品的功效，可能导致消费者无法体验到所期待的效果。再者，当液滴大小和分布不均匀时，化妆品的外观、触感和稳定性都可能受到影响。例如，过大的液滴可能使乳液看起来浑浊，而不是清晰透明；或者可能导致乳液的触感更加油腻。故而，传统混合技术在乳液的均匀性、活性成分的分散性以及整体产品质量方面呈现出明显的技术瓶颈，亟需探索和发展先进的混合技术方法。
传统的乳液体系主要包括油包水(O/W)和水包油(W/O)两种。油包水体系(O/W)体系的肤感通常不尽如人意，油性成分围绕在水性核心周围，可能导致油腻的触感。更严重的是，其中的化学防晒剂可能渗透到皮肤，导致过敏或其他不良反应。而水包油体系(W/O)体系通常具有更好的肤感，但它在持久性和防水性上的表现较差。由于其外层为水相，可能导致产品在水中或汗液下容易被冲刷掉。因此这两种体系均无法满足高效防晒与舒适肤感的双重需求。多重乳液技术不仅能够兼具O/W和W/O体系的优点，如高效防晒与优越的肤感，还为活性成分提供了一个均匀且稳定的载体。特别是对于某些易受外部因素影响的植物提取成分，如花青素、类胡萝卜素、类黄酮等，多重乳液能有效地将这些活性物质均匀地包裹在液滴中，保护它们不受外部环境的干扰，从而确保其稳定性和效果。
在乳液的应用领域，尤其在化妆品和药物输送中，破乳和导入技术是至关重要的，以确保皮肤能够吸收其中的有效成分。传统的方法包括利用物理剪切或超声波进行物理破乳，但这种方式常常难以确保乳液液滴的均匀破碎，并可能对液滴中的活性成分产生伤害。化学破乳，如通过添加盐或乙醇来破碎乳液，可能会导致化学残留并对皮肤产生不良反应。另外，通过温度变化来诱导的破乳，如加热或冷却，需要精确的温度控制，并可能对温度敏感的活性成分产生影响。对于导入技术，如离子导入仪和超声导入仪，虽然在一定程度上能够增加皮肤的通透性，但这些方法可能对皮肤产生刺激，并且不易确保其应用的均匀性和稳定性。因此，针对多重乳液的精确破乳和导入方法显得尤为重要，以克服现有技术的种种局限性。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置及制备方法，该发明采用微液滴技术，通过创新的两级嵌套式毛细管结构对化妆品中的活性物质进行精确包裹和乳化，进而大大提高了流体混合的效率，并且通过等大的多孔小毛细管将混合均匀的乳液大液滴分成尺寸更为均匀的乳液小液滴。
为实现上述发明目的之一，本发明提供了一种基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置，其中，所述乳液制备装置包括外毛细管通道、部分嵌套于所述外毛细管通道内的入射管和部分嵌套于所述外毛细管通道内的多孔小毛细管，所述入射管具有入射入口和入射出口，所述外毛细管通道邻近入射管的一端具有注射口，所述外毛细管通道远离入射管的另一端密封，所述多孔小毛细管具有入口端和出口端，所述入射出口邻近所述入口端，且在所述入射出口和所述入口端之间形成油相水相复合通道。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述入射出口设置为锥形。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述入射出口的内径为30μm。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述多孔小毛细管外周固定设有毛细管外管，且毛细管外管位于所述外毛细管通道和多孔小毛细管之间，毛细管外管的一端突出于多孔小毛细管的入口端，多孔小毛细管的出口端突出于所述毛细管外管的另一端。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述毛细管外管邻近所述入口端的一端设置为锥形。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述多孔小毛细管入口端的内径小于出口端的内径。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述毛细管外管面向所述入射出口的外管入口的内径为60μm。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述毛细管外管面向所述入射出口的外管入口与所述入射出口之间在轴向上的间距为60μm。
本发明还提供一种上述技术方案所述的乳液制备装置的乳液制备方法，其中，所述乳液制备方法包括如下步骤：
将准备好的油相溶液缓慢匀速注入所述入射管的入射入口，并保持一定的流速Q1，同时将配置好的水相溶液注入外毛细管通道的注射口，水相溶液在外毛细管通道与入射管之间的空隙之中流入，并保持一定的流速Q2；
油相溶液在入射管的入射出口流入油相水相复合通道中，与水相溶液进行初步接触与混合，将在此区域形成较大的水包油(W/O)初级乳液大液滴，这些较大的初级乳液大液滴随后流入多孔小毛细管，当初级乳液大液滴通过多孔小毛细管时，在等大均匀的压强作用下被细分为大小一致的二级乳液小液滴。
作为本发明一实施方式的进一步改进，按照质量分数分别为40％的甜杏仁油、30％的荷荷巴油、10％的水杨酸酯、5％的维生素E以及15％的蜜蜡的比例制备油相溶液，按照质量分数分别为98.5％的去离子水和1.5％的PVA的比例制备水相溶液。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：在外毛细管通道内嵌套有入射管，油相通过入射管的入射口进入，水相作为连续相从外毛细管通道的注射口注入，从而从外毛细管通道和入射管之间的间隙中被引入，从而确保了水相和油相在两级嵌套的毛细管空间内进行高效混合，不仅大大增强了混合的均匀性，还提高了乳液制备的效率，使得该技术在化妆品乳液制备中具有明显的优越性。
另外，在外毛细管通道内还嵌套有多孔小毛细管，当经过前述两级嵌套式结构形成的较大乳液滴流入多孔小毛细管时，便在均衡的压力作用下被有效地分离并引导分别进入多孔小毛细管的不同孔内，从而利用了流体力学原理，进一步细化乳液滴的大小，确保得到的乳液滴更为均匀且具有高度一致的尺寸。
综上，本发明通过创新的两级嵌套式毛细管结构对化妆品中的活性物质进行精确包裹和乳化，进而大大提高了流体混合的效率，并且通过等大的多孔小毛细管将混合均匀的乳液大液滴分成尺寸更为均匀的乳液小液滴，此举不仅优化了液滴的形态，同时也确保了乳液制备过程的高度可控性与重复性，强化了其在化妆品乳液制备中的应用潜力。
【附图说明】
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
图1是本发明具体实施例提供的基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置的立体结构示意图。
图2是本发明具体实施例提供的乳液制备装置中多孔小毛细管入口处的示意图。
图中：1、入射管；1a、入射入口；1b、入射出口；2、注射口；4、外毛细管通道；5、多孔小毛细管；6、密封端；7、毛细管外管；8、油相水相复合通道；9、外管入口；10、入口端；11、出口端。
【具体实施方式】
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图，对本申请的具体实施方式做详细的说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请中的术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
请参阅图1至图2所示，本发明提供的具体实施例，该实施例提供了一种基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置，其中，乳液制备装置包括外毛细管通道4、部分嵌套于外毛细管通道4内的入射管1和部分嵌套于外毛细管通道4内的多孔小毛细管5，外毛细管通道4沿轴向延伸。入射管1具有入射入口1a和入射出口1b，外毛细管通道4邻近入射管1的一端具有注射口2，外毛细管通道4远离入射管1的另一端为密封端6。多孔小毛细管5具有入口端10和出口端11，入射出口1b邻近入口端10，且在入射出口1b和入口端10之间形成油相水相复合通道8。该技术能确保所有的流体只能通过多孔小毛细管5流出，防止乳液在非预定区域流出，保持实验的准确性与一致性。最终，经过两级嵌套结构处理后的乳液液滴将从多孔小毛细管5的出口端11统一流出，在出口端11对最终生成的乳液小液滴进行收集。
具体到本实施例中，入射出口1b设置为锥形。进一步的，入射出口1b的内径为30μm。
具体的，外毛细管通道4的横截面为方形，入射管1邻近入射入口1a的一端为圆柱形。
多孔小毛细管5外周固定设有毛细管外管7，且毛细管外管7位于外毛细管通道4和多孔小毛细管5之间，毛细管外管7的一端突出于多孔小毛细管5的入口端10，多孔小毛细管5的出口端11突出于毛细管外管7的另一端。如此设置，便于收集从多孔小毛细管5的出口端11流出的乳液液滴。
入射管1的入射入口1a突出于外毛细管通道4，如此设置，便于油相溶液的注入。
具体的，毛细管外管7邻近入口端10的一端设置为锥形。毛细管外管7具有面对入射出口1b的外管入口9，且外管入口9与多孔小毛细管5的入口端10之间在轴向上具有一定间距。水包油(W/O)初级乳液大液滴先通过外管入口9进入到毛细管外管7中，再分别进入到多孔小毛细管5中。
另外，多孔小毛细管5入口端10的内径小于出口端11的内径。
毛细管外管7面向入射出口1b的外管入口9的内径为60μm。
毛细管外管7面向入射出口1b的外管入口9与入射出口1b之间在轴向上的间距为60μm。
本发明还提供一种上述技术方案的乳液制备装置的乳液制备方法，其中，乳液制备方法包括如下步骤：
将准备好的油相溶液缓慢匀速注入入射管1的入射入口1a，并保持一定的流速Q1，同时将配置好的水相溶液注入外毛细管通道4的注射口2，水相溶液在外毛细管通道4与入射管1之间的空隙之中流入，并保持一定的流速Q2；
油相溶液在入射管1的入射出口1b流入油相水相复合通道8中，与水相溶液进行初步接触与混合，将在此区域形成较大的水包油(W/O)初级乳液大液滴，这些较大的初级乳液大液滴随后流入多孔小毛细管5，当初级乳液大液滴通过多孔小毛细管5时，在等大均匀的压强作用下被细分为大小一致的二级乳液小液滴。
按照质量分数分别为40％的甜杏仁油、30％的荷荷巴油、10％的水杨酸酯、5％的维生素E以及15％的蜜蜡的比例制备油相溶液，按照质量分数分别为98.5％的去离子水和1.5％的PVA的比例制备水相溶液。
进一步的，在使用时，将水相溶液和油相溶液分别放入两个100mL的烧杯中，置于水浴锅中加热至70-75℃并持续搅拌，持续搅拌10min后冷却至室温。然后就可进行乳液的制备。
具体到本实施例中，将准备好的油相溶液通过微流控泵装置缓慢匀速注入圆形入射管1的入射入口1a。同时将配置好的水相溶液通过另一个微流控泵装置注入外毛细管通道4的注射口2。通过调节油相溶液的流速Q1和水相容易的流速Q2可以实现油水比的控制。本实验中采用油水比＝Q1/Q2＝3:7。
具体的，该发明采用的收集用的多孔小毛细管5，是由七个独立的、精确制造的微小毛细管并列组成。当经过前述两级嵌套式结构形成的较大乳液液滴流入此收集用的多孔小毛细管5时，便在均衡的压力作用下被有效地分离并引导进入这七个小毛细管内。当然，也可以采用其它数量的微小毛细管并列构成多孔小毛细管5。
本优选实施例中，采用在外毛细管通道4内嵌套有入射管1，油相通过入射管1的入射入口1a进入，水相作为连续相从外毛细管通道4的注射口2注入，从而从外毛细管通道4和入射管1之间的间隙中被引入，从而确保了水相和油相在两级嵌套的毛细管空间内进行高效混合，不仅大大增强了混合的均匀性，还提高了乳液制备的效率，使得该技术在化妆品乳液制备中具有明显的优越性。
另外，在外毛细管通道4内还嵌套有多孔小毛细管5，当经过前述两级嵌套式结构形成的较大乳液滴流入多孔小毛细管5时，便在均衡的压力作用下被有效地分离并引导分别进入多孔小毛细管5的不同孔内，从而利用了流体力学原理，进一步细化乳液滴的大小，确保得到的乳液滴更为均匀且具有高度一致的尺寸。
综上，本发明通过创新的两级嵌套式毛细管结构对化妆品中的活性物质进行精确包裹和乳化，进而大大提高了流体混合的效率，并且通过等大的多孔小毛细管5将混合均匀的乳液大液滴分成尺寸更为均匀的乳液小液滴，此举不仅优化了液滴的形态，同时也确保了乳液制备过程的高度可控性与重复性，强化了其在化妆品乳液制备中的应用潜力。
上述仅为本发明的一个具体实施方式，其它基于本发明构思的前提下做出的任何改进都视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于毛细管两级嵌套式结构的乳液制备装置，其特征在于，所述乳液制备装置包括外毛细管通道、部分嵌套于所述外毛细管通道内的入射管和部分嵌套于所述外毛细管通道内的多孔小毛细管，所述入射管具有入射入口和入射出口，所述外毛细管通道邻近所述入射管的一端具有注射口，所述外毛细管通道远离所述入射管的另一端密封，所述多孔小毛细管具有入口端和出口端，所述入射出口邻近所述入口端，且在所述入射出口和所述入口端之间形成油相水相复合通道。
2.根据权利要求1所述的乳液制备装置，其特征在于，所述入射出口设置为锥形。
3.根据权利要求1所述的乳液制备装置，其特征在于，所述入射出口内径为30μm。
4.根据权利要求3所述的乳液制备装置，其特征在于，所述多孔小毛细管外周固定设有毛细管外管，且毛细管外管位于所述外毛细管通道和多孔小毛细管之间，毛细管外管的一端突出于多孔小毛细管的入口端，多孔小毛细管的出口端突出于所述毛细管外管的另一端。
5.根据权利要求4所述的乳液制备装置，其特征在于，所述毛细管外管邻近所述入口端的一端设置为锥形。
6.根据权利要求5所述的乳液制备装置，其特征在于，所述多孔小毛细管入口端的内径小于出口端的内径。
7.根据权利要求5所述的乳液制备装置，其特征在于，所述毛细管外管面向所述入射出口的外管入口的内径为60μm。
8.根据权利要求7所述的乳液制备装置，其特征在于，所述毛细管外管面向所述入射出口的外管入口与所述入射出口之间在轴向上的间距为60μm。
9.一种权利要求1所述的乳液制备装置的乳液制备方法，其特征在于，所述乳液制备方法包括如下步骤：
将准备好的油相溶液缓慢匀速注入所述入射管的入射入口，并保持一定的流速Q1，同时将配置好的水相溶液注入外毛细管通道的注射口，水相溶液在外毛细管通道与入射管之间的空隙之中流入，并保持一定的流速Q2；
油相溶液在入射管的入射出口流入油相水相复合通道中，与水相溶液进行初步接触与混合，将在此区域形成较大的水包油(W/O)初级乳液大液滴，这些较大的初级乳液大液滴随后流入多孔小毛细管，当初级乳液大液滴通过多孔小毛细管时，在等大均匀的压强作用下被细分为大小一致的二级乳液小液滴。
10.根据权利要求9所述的乳液制备方法，其特征在于，按照质量分数分别为40％的甜杏仁油、30％的荷荷巴油、10％的水杨酸酯、5％的维生素E以及15％的蜜蜡的比例制备油相溶液，按照质量分数分别为98.5％的去离子水和1.5％的PVA的比例制备水相溶液。
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