Facteurs d’influence et avantages de l’équipement d’émulsification par ultrasons pour la fabrication d’émulsion

Une émulsion est une dispersion de deux liquides non miscibles, dont l’un est dispersé dans l’autre sous forme de fines gouttelettes ou particules, formant un liquide mélangé. Le processus de dispersion d’un liquide non miscible dans un autre liquide non miscible est appelé émulsification. La formation d’émulsions nécessite le processus nécessaire d’émulsification liquide, qui utilise un cisaillement mécanique pour briser la phase dispersée de grosses gouttelettes dans la phase continue.

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L’émulsification par ultrasons est un moyen technique d’émulsification, c’est-à-dire qu’une vibration à haute fréquence est appliquée à la tête de l’outil à travers un transducteur à ultrasons, de sorte que deux liquides non miscibles sont mélangés pour former une émulsion. Par rapport aux techniques d’émulsification traditionnelles, c’est-à-dire l’agitation mécanique ordinaire, la sonication peut générer des gouttelettes de plus petite taille, et la phacoémulsification nécessite généralement des quantités plus faibles de tensioactif pour fournir une émulsion stable que les autres techniques.

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Facteurs affectant l’émulsification ultrasonique

Divers facteurs qui affectent et contrôlent la sonication comprennent la puissance ultrasonique, le temps, la fréquence de sonication et la température de l’émulsion.

fréquence sonore

La fréquence de 20 à 40 kHz produit la meilleure émulsification, c’est-à-dire qu’à des fréquences plus basses, la force de cisaillement a un effet plus important sur l’émulsification. À mesure que la fréquence ultrasonore augmente, le temps nécessaire à l’expansion et à l’effondrement des bulles diminue, réduisant ainsi le degré de cisaillement. À des fréquences plus élevées, le seuil de cavitation augmente et le processus de sonication est moins efficace car plus de puissance est nécessaire pour initier la cavitation. L’équipement d’émulsification par ultrasons peut être sélectionné à partir d’une fréquence de 20 à 40 kHz et différentes têtes d’outils de fréquence peuvent être sélectionnées en fonction de l’application spécifique.

Puissance ultrasonique

La puissance ultrasonique est l’un des principaux facteurs contrôlant l’efficacité de l’émulsion d’émulsion. À mesure que la puissance ultrasonique augmente, la taille des gouttelettes de la phase dispersée diminue. Cependant, lorsque la puissance d’entrée est supérieure à 200 W, les plus petites gouttelettes d’émulsion s’agrégent en gouttelettes plus grosses. Cela est dû au grand nombre de bulles de cavitation, à la densité d’énergie extrêmement élevée, à l’augmentation de la concentration de gouttelettes et aux taux élevés de collisions entre gouttelettes dans ces conditions. Par conséquent, il est très important de déterminer la puissance optimale pendant la phacoémulsification. À mesure que le temps d’homogénéisation augmente, la génération de petites gouttelettes augmente également. À la même densité d’énergie, les deux techniques d’émulsification peuvent être comparées pour examiner leur efficacité dans la formation d’émulsions stables.

Température de la solution

Pendant la phacoémulsification, une augmentation modérée de la température de la solution entraîne une diminution de la tension interfaciale et de la viscosité de la solution, ce qui facilite le mélange et augmente le nombre de bulles de cavitation. Ces tendances sont très bénéfiques pour l’ensemble du processus d’émulsification. Cependant, l’effet de l’augmentation continue de la température sur l’émulsification peut également être préjudiciable: le nombre de noyaux de cavitation augmente avec l’augmentation de la température, et la pression de l’air à l’intérieur des bulles augmente également, ce qui entraîne l’atténuation de l’onde de choc et la création d’un grand nombre de bulles. Cela réduit la pression maximale atteinte lorsque la bulle implose. En raison de la quantité accrue d’évaporation dans les bulles, l’effondrement des bulles devient moins violent, ce qui entraîne une réduction des forces de cisaillement et de l’efficacité de l’émulsification.

Temps de sonication

En général, une augmentation du temps de phacoémulsification entraîne une diminution de la taille des gouttelettes de phase dispersées. Au fil du temps, la quantité d’énergie ultrasonique dans la solution a également augmenté, entraînant une augmentation du nombre de gouttelettes cassées et une diminution de la taille des gouttelettes d’émulsion. Cependant, au-delà d’un certain temps de traitement, c’est-à-dire dépassant le temps de traitement optimal, les gouttelettes plus petites fusionneront en gouttelettes plus grosses en raison de la prévalence de concentrations élevées de gouttelettes et de collisions entre gouttelettes.

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Avantages de l’émulsification par ultrasons

Contrairement aux techniques et équipements d’émulsification traditionnels, les avantages de la phacoémulsification sont évidents.

Améliorer l’effet d’émulsification

Selon la taille des gouttelettes de la phase dispersée, les émulsions peuvent être classées en microémulsions (10–100 nm), nanoémulsions (100–1000 nm) et macroémulsions (0,5–100 μm). L’échographie est une méthode efficace pour réduire la taille des particules de dispersions et d’émulsions. L’équipement d’émulsification par ultrasons peut obtenir des émulsions avec une petite taille de particules (seulement 0,2–2 μm) et une distribution granulométrique étroite (0,1–10 μm), et l’utilisation d’émulsifiants peut également augmenter la concentration de l’émulsion de 30% à 70%.

Stabilité améliorée de l’émulsion

Essentiellement, les émulsions sont cinétiquement instables, ne se forment pas spontanément et se séparent en leurs phases constitutives si leur stabilité n’est pas contrôlée. Par conséquent, afin de stabiliser les gouttelettes nouvellement formées de la phase dispersée contre la coalescence, des émulsifiants et des stabilisants sont ajoutés à l’émulsion. La phacoémulsification nécessite peu ou pas d’émulsifiant pour obtenir des émulsions stables. Après sonication, l’émulsion peut rester stable pendant plusieurs mois ou plus de six mois.

Contrôler le type d’émulsion

Dans certaines conditions, les émulsions « eau dans l’huile » et « huile dans l’eau » peuvent être produites par des techniques ultrasoniques. La méthode d’émulsification traditionnelle ne peut contrôler les propriétés de l’émulsion qu’en ajoutant un émulsifiant, et le type de l’émulsion ne peut pas être modifié simplement par des méthodes mécaniques. L’équipement d’émulsification par ultrasons rend le processus d’émulsification plus pratique et flexible.

Faible consommation d’énergie

La consommation d’énergie de l’émulsification par ultrasons est plus faible et la consommation d’énergie requise pour fabriquer le même volume d’émulsion est inférieure à celle d’un homogénéisateur haute pression. Pour fabriquer une émulsion d’une capacité de 4,55 m3/h et des gouttelettes de taille 1 μm, comme l’utilisation de la technologie d’émulsification par ultrasons, seule une force motrice de 57 HP peut être nécessaire à une pression de service de 10,514,1 kg / cm2, mais un homogénéisateur haute pression est de 70,3351,6 kg. Cependant, une force motrice de 4050 HP est nécessaire à une pression de service de / cm2, de sorte que l’utilisation de la technologie de phacoémulsification peut réduire beaucoup de consommation d’énergie.

Améliorer l’efficacité de l’émulsification

L’émulsification par ultrasons peut produire des émulsions qui ne peuvent pas être produites par des méthodes d’émulsification ordinaires. À mesure que la densité d’énergie augmente, la taille des gouttelettes diminue. À des niveaux de densité d’énergie appropriés, la technologie de phacoémulsification peut atteindre des tailles moyennes de gouttelettes inférieures à 1 μm. Les ultrasons accélèrent l’ensemble du processus d’émulsification et produisent une émulsion de plus grande pureté.