Varför är ultraljudsteknik överlägsen för att producera stabila silikonemulsioner?

I. Grundprincipen för ultraljuds-emulgering av silikonolja

Den centrala drivkraften för ultraljudsemulgering är vätskekavitationseffekten. Enheten använder en 20–40 kHz högfrekvent vibrerande ultraljudssond i titanlegering för att överföra akustisk energi till vatten-silikonoljeblandningen.

Bildning av mikrobubblor: Växlande ljudtryck gör att ett stort antal mikron-stora kavitationsmikrobubblor bildas inuti vätskan;

Bubbelkollaps: Efter snabb expansion kollapsar mikrobubblor våldsamt och omedelbart, vilket genererar lokala höga temperaturer på tusentals K och höga tryck på hundratals MPa, åtföljda av stötvågor och höghastighetsmikrojetstrålar;

Ultrafin droppfragmentering: Chockvågor och starka skjuvkrafter river isär stora silikonoljedroppar och bryter ner den kontinuerliga oljefasen till likformigt fördelade mikro-faser;

Gränssnittsstabilitet: Ultraljudsstörningar främjar den snabba distributionen av emulgeringsmedel på ytan av silikonoljedroppar, bildar en tät skyddsfilm och hämmar droppaggregering.

Den genomsnittliga partikelstorleken för emulgerade silikonoljeemulsioner med ultraljud kan nå 0,1–1 μm, med ett partikelstorleksfördelningsindex (PDI) < 0,3, vilket är mycket överlägsen droppstorleken på 5–20 μm som produceras genom hög-omrörning. Den är mindre benägen för skiktning, flytande olja och sedimentering under centrifugering och långtidslagring. Hela processen kräver inte långvarig uppvärmning, och undviker de hög-temperaturgulning och prestandanedbrytningsproblem som är förknippade med aminosilikonoljor och modifierade polyetersilikonoljor.

II. Kärnfördelarna med ultraljudsemulgering vid beredning av silikonoljeemulsioner

1. Förbättra emulsionens stabilitet och minska mängden skrot.

Traditionell mekanisk klippning förlitar sig enbart på bladfriktion för att bryta upp silikonolja, vilket resulterar i droppstorlekar som varierar stort, med stora partiklar som lätt flyter och separerar. Ultraljudskavitation, å andra sidan, ger enhetlig verkan över hela ytan, vilket ger silikonoljedroppar av konsekvent storlek och höjd. Centrifugering vid 3000 r/min i 30 minuter ger ingen demulgering, och förseglad lagring i rumstemperatur i över 6 månader visar ingen flytande olja, vilket gör den lämplig för långa-transporter och långvarig lagring.

2. Mängden emulgeringsmedel som används minskar avsevärt, vilket förbättrar produktens hudvänliga/hydrofila egenskaper.

Inom textil- och daglig kemisk industri leder för mycket emulgeringsmedel i silikonoljeemulsioner ofta till vattenavstötning i tyger, en hal känsla i tvätt- och konditioneringsprodukter och ökad irritation. Den kraftfulla gränsytans verkan av ultraljud kan minska gränsytspänningen mellan olja och vatten, vilket minskar mängden emulgeringsmedel som tillsätts med 20 %–40 % jämfört med traditionella processer. Detta kontrollerar inte bara produktionskostnaderna utan ger också låg-irritation, mycket hydrofila aminosilikonoljeemulsioner och hårvårdande silikonoljeemulsioner.

3. Låg-emulgering skyddar funktionen hos modifierad silikonolja.

Modifierade organosilikoner som aminosilikonolja, polyeter-modifierad silikonolja och arylsilikonolja är benägna att oxidera och gulna vid höga temperaturer och förlorar sina mjuka och hydrofila egenskaper. Ultraljudsemulgering möjliggör kontrollerad temperaturökning under hela processen, vilket eliminerar behovet av långvarig uppvärmning och helt bevarar den ursprungliga mjukheten, antistatiska egenskaperna och spridningsegenskaperna hos silikonolja. Den är lämplig för produktion av avancerade tvättvårdsprodukter och hydrofila textilmjukmedel.

4. Lämplig för emulgering av silikonoljor med hög viskositet och hög fastämneshalt

För hög-viskositetsdimetylsilikonolja och aminosilikonolja med en viskositet på 1000–100000cs kan hög-omrörning lätt leda till agglomeration och lokala icke-emulgerade oljeklumpar. Ultraljudsmikrojetstrålar kan penetrera oljefasen med hög-viskositet och stabilt förbereda hög-silikonoljeemulsioner med en fast halt på 20–50 %, vilket minskar transport- och utspädningskostnaderna och uppfyller de höga kraven på fasta ämnen för beläggningsavskumning och industriell urtagning av form.

5. Energi-effektiv, hög-prestanda och lätt att underhålla

Ultraljudsemulgering förbrukar 25 %–40 % mindre energi än högtryckshomogenisering för samma produktionskapacitet; den har inga lättslitna delar som hög-trycksventiler och slipskivor, titanlegeringsproben är korrosionsbeständig, den långsiktiga kontinuerliga driften har låga underhållskostnader och den kan flexibelt växlas mellan intermittenta laboratoriemodeller och kontinuerliga online industrimodeller.

6. Flexibel process, anpassningsbar till specialsystem för mikrokapsel och nanosilikonolja

Den kan förbereda mikroemulsioner av nano-silikonolja och långsam-frisättning av silikonoljemikrokapslar i ett steg, med droppar så små som hundratals nanometer. Den kan användas i-avancerade hudvårdsessenser, långvariga-vattentäta beläggningar och spridningshjälpmedel för bekämpningsmedel. Det är en fin formuleringsprocess som är svår att uppnå med traditionell emulgeringsutrustning.

III. Typiskt processflöde för emulgering av ultraljudssilikonolja

Förblandning: Silikonolja, sammansatt emulgeringsmedel och avjoniserat vatten tillsätts till en blandningstank enligt formelförhållandet och förblandas vid låg hastighet för att bilda en grov oljeblandning-.

Ultraljudshomogenisering: Blandningen matas in i en ultraljudshomogenisator och cirkuleras kontinuerligt vid 20 kHz i 3–10 minuter, med realtidsövervakning av partikelstorleken tills den uppfyller standarden.

pH-justering och värmekonservering: Justera pH till neutralt (6,0–8,0) med en liten mängd citronsyra/trietanolamin och låt det stå vid låg temperatur för att avskumma;

Filtrering och förpackning: Använd ett 100–200 mesh filter för att ta bort spårmängder av icke-emulgerade oljeklumpar, och fyll sedan behållaren efter testning för partikelstorlek, centrifugalstabilitet och fast innehåll.

Laboratorietester använde en intermittent ultraljudshomogenisator på bänken (bearbetningskapacitet 0,5–50 L), medan pilot-skala och massproduktion använde en pipeline kontinuerlig ultraljudsemulgerenhet, som kan anslutas till en automatiserad produktionslinje för online realtidsprovtagning och övervakning av emulsionspartikelstorlek.