エマルジョンを作るための超音波乳化装置の影響因子と利点

エマルジョンは、2つの不混和性液体の分散であり、そのうちの1つは、他方に微細な液滴または粒子の形で分散され、混合された液体を形成する。1つの不混和性液体を別の不混和性液体に分散させるプロセスを乳化と呼ぶ。エマルジョンの形成には、連続相で大きな液滴の分散相を分解するために機械的せん断を使用する液体乳化の必要なプロセスが必要です。

ローション

超音波乳化は、乳化の技術的手段、すなわち、超音波トランスデューサを介してツールヘッドに高周波振動が適用され、2つの非混和性液体が混合されエマルジョンを形成するようにする。従来の乳化技術、すなわち通常の機械的撹拌と比較して、超音波処理は小さいサイズの液滴を生成することができ、phacoemulsationは通常、他の技術よりも安定なエマルジョンを提供するためにより少量の界面活性剤を必要とする。

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超音波乳化に影響を与える要因

超音波処理に影響を与え、制御する様々な要因は、超音波パワー、時間、超音波処理周波数、およびエマルジョン温度が含まれます。

音の周波数

20~40 kHzの周波数は、より低い周波数で、せん断力が乳化に大きな影響を与える、最良の乳化を生み出します。超音波周波数が増加するにつれて、気泡が膨張し、崩壊するために必要な時間が減少し、それによって剪断の程度を減少させる。高い周波数では、キャビテーションの閾値が増加し、キャビテーションを開始するためにより多くの電力が必要となるほど超音波処理プロセスは効率が悪くなります。超音波乳化装置は、20〜40 kHzの周波数から選択することができ、異なる周波数ツールヘッドは、特定のアプリケーションに応じて選択することができます。

超音波パワー

超音波パワーは、乳化乳化効率を制御する主な要因の一つです。超音波パワーが大きくなるにつれて、分散相の液滴サイズが小さくなる。しかし、入力電力が200Wより大きい場合、小さいエマルジョン液滴はより大きな液滴に凝集する。これは、キャビテーション気泡の数が多く、エネルギー密度が非常に高く、液滴濃度が上昇し、これらの条件下での液滴間の衝突率が高いためです。したがって、ファコエマル化時に最適な電力を決定することは非常に重要です。均質化時間が長くなるにつれて、小さな液滴の発生も増加する。同じエネルギー密度で、2つの乳化技術を比較して、安定したエマルジョン形成における効率を調べることができる。

溶液温度

ファコエマル化の間、溶液温度の適度な上昇は、溶液の界面張力と粘度の低下をもたらし、混合しやすくし、キャビテーション気泡の数を増加させる。これらの傾向は、全体的な乳化プロセスに非常に有益です。しかし、乳化に対する温度の継続的な上昇の効果は、キャビテーション核の数が温度の増加に伴って増加し、気泡内部の空気圧も増加し、衝撃波の減衰と多数の気泡の生成という有害な場合もあります。これは、バブルが爆発したときに到達した最大圧力を低減します。気泡の蒸発量の増加により、気泡の崩壊は暴力的でなくなり、せん断力が低下し、乳化効率が低下します。

超音波処理時間

一般に、ファコエマル化時間の増加は、分散された相液滴のサイズの減少をもたらす。時間が経つにつれて、溶液中の超音波エネルギーの量も増加し、壊れた液滴の数の増加およびエマルジョン液滴のサイズの減少をもたらす。しかし、一定の処理時間を超えて、すなわち、最適な処理時間を超えると、より小さい液滴は、高い液滴濃度の有病率および液滴間の衝突のためにより大きな液滴に合体する。

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超音波乳化の利点

従来の乳化技術や装置とは異なり、ファコエマル化の利点は明らかです。

乳化効果を改善する

分散相の液滴サイズに応じて、エマルジョンはマイクロエマルション(10~100nm)、ナノエマルジョン(100~1000nm)、マクロエマルジョン(0.5~100μm)に分類できます。超音波は、分散液およびエマルジョンの粒子サイズを小さくする有効な方法です。超音波乳化装置は、小さな粒子径(0.2~2μm)と狭い液滴サイズ分布(0.1~10 μm)のエマルジョンを得ることができ、エマルシフィエを使用するとエマルジョンの濃度を30%から70%増加させることができます。

エマルション安定性の強化

本質的に、エマルジョンは気味が不安定であり、自発的に形成されず、その安定性が制御されなければその構成段階に分離する。そこで、新たに形成された分散相の液滴を合体に対して安定化させるために、乳化剤及び安定化剤がエマルジョンに添加される。ファコエマル化は、安定なエマルジョンを得るためにほとんどまたは全く乳化剤を必要としない。超音波処理の後、エマルジョンは数ヶ月または半年以上安定したままです。

エマルジョンの種類を制御する

特定の条件下では、両方の「水油」と「水中油」タイプのエマルジョンは、超音波技術によって生成することができます。従来の乳化法は、乳化剤を添加することによってのみ乳化の特性を制御することができ、エマルジョンの種類は機械的な方法だけでは変更できません。超音波乳化装置は、乳化プロセスをより便利で柔軟にします。

低消費電力

超音波乳化の消費電力が小さく、かつ同量のエマルジョンを製造するのに必要な消費電力は、高圧ホモジナイザーのそれよりも小さい。超音波乳化技術を使用するなど、容量4.55m3/hのエマルジョンと1μmサイズの液滴を製造する場合、動作圧10.514.1kg/cm2では57 HPの駆動力のみが必要ですが、高圧ホモゲンナイザーは70.3351.6kgです。しかし、4050 HPの駆動力は/cm2の働く圧力で必要とされるので、ファコエミュレーション技術の使用は多くのエネルギー消費を減らすことができる。

乳化の効率を向上させる

超音波乳化は、通常の乳化法では生成できないエマルジョンを生成することができます。エネルギー密度が大きくなると、液滴のサイズが小さくなります。適切なエネルギー密度レベルでは、phacoemulsification技術は1μm未満の平均液滴サイズを達成することができます。超音波は、全体の乳化プロセスをより速くし、より高い純度のエマルジョンを生成します。