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乳液是兩種不混溶液體的分散體,，其中一種以細(xì)液滴或顆粒的形式分散到另一種液體中，形成混合液體。將一種不混溶的液體分散在另一種不混溶的液體中的過程則被稱為乳化,。乳液的形成需要進(jìn)行液體乳化這一必要過程，該過程利用機(jī)械剪切力使連續(xù)相中的大液滴分散相破碎,。
超聲波乳化是乳化的一種技術(shù)手段,，即通過超聲波轉(zhuǎn)換器將高頻振動(dòng)運(yùn)用于工具頭，從而使兩種不相溶液體混合,，形成乳液,。相對于傳統(tǒng)的乳化技術(shù)，即普通的機(jī)械攪拌,，超聲處理可以生成較小尺寸的液滴,，超聲乳化提供穩(wěn)定乳液所需的表面活性劑的數(shù)量通常也低于其他技術(shù)。
影響乳化的因素
聲波頻率
20至40kHz的頻率能夠產(chǎn)生最佳的乳化效果,，即在較低頻率下,，剪切力對乳化效果會(huì)到起較大的作用。隨著超聲波頻率的增加,，氣泡膨脹和破裂所需的時(shí)間減少了,，從而減少了剪切的程度。在較高的頻率,，空化閾值增加,，由于需要更多的功率來啟動(dòng)空化，因此聲波化過程的效率降低過程,。超聲波乳化設(shè)備有20至40kHz的頻率可以選擇,，能夠根據(jù)具體不同的應(yīng)用選擇不同頻率的工具頭。
超聲波功率
超聲功率是控制乳液乳化效率的主要因素之一,。隨著超聲功率的增加,，分散相的液滴尺寸會(huì)減小。但是,，當(dāng)功率輸入大于200W時(shí),，較小的乳液液滴會(huì)聚集成較大的液滴。這是因?yàn)樵谶@些條件下會(huì)產(chǎn)生大量空化氣泡,，*的能量密度,，液滴濃度增加以及液滴之間的碰撞率很高。因此,，在超聲乳化過程中確定最佳功率非常重要,。隨著均勻化時(shí)間的延長，小液滴的產(chǎn)生也隨之增加。在相同的能量密度下,，可以比較兩種乳化技術(shù),，以檢查它們在穩(wěn)定乳液形成中的效率。
溶液溫度
在超聲乳化過程中,，溶液溫度適當(dāng)?shù)纳邥?huì)導(dǎo)致溶液界面張力和粘度的降低,，使其更容易混合，并且會(huì)使空化氣泡的數(shù)量增加,。這些趨勢對整個(gè)乳化過程是非常有利的,。然而，溫度的持續(xù)不斷升高對乳化的影響也可能是有害的：空化的核數(shù)會(huì)伴隨溫度增加而增加,，氣泡內(nèi)部的氣壓也隨之增加,，從而產(chǎn)生沖擊波的衰減并產(chǎn)生大量氣泡。這會(huì)降低氣泡內(nèi)爆時(shí)達(dá)到的最大壓力,。由于氣泡中蒸發(fā)的數(shù)量增加,，氣泡的破裂會(huì)變得不那么劇烈，這會(huì)導(dǎo)致剪切力和乳化效率降低,。
聲波處理時(shí)間
通常,，超聲乳化時(shí)間的增加會(huì)導(dǎo)致分散相液滴的尺寸減小。隨著時(shí)間的增加,，溶液中超聲波能量的量也增加,，導(dǎo)致破裂的液滴數(shù)量增加和乳液液滴的尺寸減小。但是,，超過一定的處理時(shí)間,，即超過最佳處理時(shí)間，由于高液滴濃度的普遍存在和液滴之間的碰撞,，會(huì)將較小的液滴聚結(jié)成較大的液滴,。
超聲波乳化優(yōu)點(diǎn)
提高乳化效果
根據(jù)分散相的液滴大小，乳液可分為微乳液(10–100nm),，納米乳液(100–1000nm)和大乳液(0.5–100μm)。超聲是一種有效的減小分散液和乳液粒徑的方法,。超聲波乳化設(shè)備能夠獲得小粒徑(僅0.2–2μm)和窄液滴尺寸分布(0.1–10μm)的乳液,，使用乳化劑還可將乳液的濃度提高30%至70%。
增強(qiáng)乳液穩(wěn)定性
本質(zhì)上,，乳液在動(dòng)力學(xué)上是不穩(wěn)定的,，不會(huì)自發(fā)形成，并且如果不控制其穩(wěn)定性,，則會(huì)分離成其組成相,。因此，為了穩(wěn)定新形成的分散相的液滴以防止聚結(jié)，將乳化劑和穩(wěn)定劑加入到乳液中,。超聲乳化只需要使用少量或不使用乳化劑,，即可獲得穩(wěn)定的乳液。超聲處理后,，乳液可以保持穩(wěn)定性數(shù)月或半年以上,。
控制乳液類型
在某些條件下，可以通過超聲技術(shù)產(chǎn)生“油包水”和“水包油”兩種類型的乳液,。而傳統(tǒng)的乳化方法只能通過添加乳化劑來控制乳液的屬性,，單純通過機(jī)械方法無法改變?nèi)橐旱念愋汀３暡ㄈ榛O(shè)備使得乳化過程更加方便靈活,。
低功耗
超聲乳化的功耗較小,，制造相同容量的乳液，所需的功耗小于高壓均質(zhì)機(jī),。制造容量為4.55m3/h,，1μm大小液滴的乳化液，如使用超聲波乳化技術(shù),，可在10.514.1kg/cm2的工作壓力下僅需要57HP的驅(qū)動(dòng)力,，但是高壓均質(zhì)機(jī)在70.3351.6kg/cm2的工作壓力下卻需要4050HP的驅(qū)動(dòng)力，因此使用超聲乳化技術(shù)可降低大量能耗,。
提高乳化的效率
超聲波乳化能夠產(chǎn)生一般乳化方法無法完成制作的乳液,。隨著能量密度的增加，液滴尺寸會(huì)減小,。在適當(dāng)?shù)哪芰棵芏人较?，超聲乳化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)小于1μm的平均液滴尺寸。超聲波促使整個(gè)乳化過程更加快速,，生產(chǎn)的乳液純度也更高,。
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