Biotechnologia.pl
łączymy wszystkie strony biobiznesu
Techniki wytwarzania emulsji kosmetycznych cz. I. Mechanizm procesu emulgowania za pomocą mieszadła mechanicznego
Techniki wytwarzania emulsji kosmetycznych cz. I. Mechanizm procesu emulgowania za pomocą m
Otrzymanie emulsji w wyniku emulgowania faz związane jest z wytwarzaniem rozbudowanej powierzchni międzyfazowej. Prowadzony proces ma na celu pokonanie sił napięcia międzyfazowego, które to przeciwdziałają wzrostowi stopnia dyspersji. Pod wpływem energii mechanicznej fazy ulegają złamaniu. Faza wewnętrzna zostaje rozdrobniona najpierw na krople, tworząc dyspersję jednej fazy w drugiej. Gdy brak jest w układzie jakichkolwiek sił czy też czynników stabilizujących otrzymany układ ulega złamaniu na fazy wyjściowe. Istotą wszystkich metod wytwarzania emulsji jest zatem wygenerowanie odpowiednio wysokich sił ścinających. Jakie techniki można zastosować w celu wygenerowania sił ścinających? Zapraszamy do lektury cyklu artykułów.

 

Zewnętrzną energię mechaniczną, konieczną do wytworzenia emulsji, można dostarczyć do układu przez wstrząsanie, mieszanie, wirowanie, przepuszczanie z dużą prędkością strumienia gazu obojętnego, rozcieranie lub walcowanie za pomocą specjalnych urządzeń, jak młynki koloidalne, homogenizatory, dysze do szybkiego przeciskania cieczy. Rodzaj zastosowanej techniki wpływa na wielkość kropel fazy rozproszonej. Obecnie stosowane w przemyśle wysokoenergetyczne techniki emulgowania pozwalają na wytworzenie emulsji, gdzie wielkość kropel fazy rozproszonej jest mniejsza niż 0,1 µm.

 

Emulgowanie za pomocą mieszadła mechanicznego – mechanizm

Jedną z najbardziej powszechnych technik wytwarzania emulsji jest wykorzystanie mieszadeł mechanicznych. Proces ten przebiega najczęściej w aparatach zwanych mieszalnikami, wewnątrz których umieszczone jest mieszadło. Obroty mieszadła powodują powstanie zawirowań, co z kolei prowadzi do przemieszczania się elementów płynu, a tym samym do mieszania się układu prowadzące do rozbicia kropel i wytworzenia emulsji.

Proces emulgowania za pomocą mieszadła mechanicznego składa się z dwóch etapów, tj. emulgowania wstępnego i emulgowania właściwego. W pierwszym etapie następuje dokładne wymieszanie fazy wodnej, olejowej i emulgatora. Emulgator może być dodany najpierw do jednej tylko fazy lub też do obu faz jednocześnie. W wyniku wstępnego emulgowania powstaje emulsja pierwotna, z której w drugim etapie otrzymywana jest emulsja właściwa. Drugi etap emulgowania obejmuje deformację dużych kropel i ich rozpad. Mechanizm emulgowania  za pomocą mieszadła mechanicznego przedstawiono na rysunku 1.

 

 

 

 

 

Rys. 1. Mechanizm emulgowania za pomocą mieszadła mechanicznego

 

Faza rozpraszana rozbijana jest na pojedyncze krople przede wszystkim w tych obszarach mieszalnika, w których występują największe naprężenia ścinające, a więc w bezpośrednim otoczeniu mieszadła, w okolicach krawędzi jego łopatek. Rozpad kropel fazy rozproszonej powodują siły. Wywołany jest on ruchami burzliwymi i tarciem lepkościowym. Na otrzymaną wielkość kropel fazy rozproszonej wpływ ma: wymiary i geometria mieszalnika, rodzaj tworzywa konstrukcyjnego, intensywność mieszania, udział objętościowy faz emulsji oraz właściwości fizykochemiczne zastosowanych faz. Nie bez znaczenia jest moc mieszania i częstość użytych obrotów. Wraz ze wzrostem częstości obrotów mieszadła uzyskuje się mniejsze krople.

Wytworzenie emulsji przy zastosowaniu techniki mieszania mechanicznego wymaga wyższych turbulencji niż przy użyciu homogenizatora. Wynika to z konieczności pokonania sił przeciwdziałających powstaniu układu kroplowego z fazy ciągłej. Aby to osiągnąć w praktyce stosuje się przede wszystkim mieszadła wysokoobrotowe, generujące duże naprężenia ścinające oraz wytwarzające silną burzliwość. Są to m.in. mieszadła turbinowe z pionowymi łopatkami zarówno zwykłe, jak i tarczowe, mieszadła wytwarzające mieszany, promieniowo-osiowy lub osiowy przepływ cieczy, np. mieszadła z pochylonymi łopatkami, śmigłowe oraz hydrofoilowe HE-3, A310 i A315. 

Źródła

1. Butler H., Poucher’s Perfumes Cosmetics and Soaps, Kluwer Academic Publishers Great Britain 2000.

2. Gilewicz J., Emulsje, PWN, Warszawa 1957.

3. Lieberman H., Pharmaceutical Dosage Forms: Disperse Systems, Volume 3, Mercel Dekker Inc., New York 1998

4. Travis P. M., Theory of emulsions and emulsification,  J. American Oil. Chem. Society, 1926, 3, (1), 21.

5. Abismail B., Canselier J.P., Wilhelm A.M., Delmas H., Gourdon C., Emulsification by ultrasound: drop size distribution and stability, Ultra. Sonochem., 1999, 6, 75.

6. Jafari S.M., Assadpour E., He Y., Bhandari B., Re-coalescence of emulsion droplets during high energy emulsification, Food Hydrocoll., 2008, 22, (7), 1191.

7.Gryszko J., rozprawa doktorska pt. Charakterystyka hydrodynamiczna pętlicowego reaktora z mieszaniem ciecz-ciecz oraz opracowanie metody wytwarzania w nim mikrocząstek stałych, Politechnika Gdańska, Gdańsk 2008.

8.  Repelewicz U., Tal-Figiel B., Dispersed phase droplet size in ultrasonic field and under mechanical mixing, Chem. And Process Eng. 2007, 289, 385.

9.  Kamieński J., Mieszanie układów wielofazowych, WNT, Warszawa, 2004.

10. Schubert H., Mechanical emulsification – new developments and trends. AIChE – Meeting, Los Angeles, 2000, Surface Phenomena Effects in Liquid/Liquid Mixing, 12.

11. Kosmala-Szczurek B.; rozprawa doktorska pt.: Badanie transportu masy w układzie rzeczywistym ciecz-ciecz w polu ultradźwiękowym, Politechnika Krakowska, 1998.

12. Schubert H., Armbruster H., Principles of formation and stability of emulsions, Inter. Chem. Engng., 1992, 32, 14.

13. Kulawik-Pióro A., Rozprawa Doktorska, Badania doświadczalne farmaceutycznych emulsji suchych. Politechnika Krakowska, Kraków, 2012.  

KOMENTARZE
news

<Maj 2017>

pnwtśrczptsbnd
2
3
4
Rekrutacja na Studia Doktoranckie
2017-05-04 do 2017-06-01
5
6
7
8
11
Seminarium Praktyczna Szkoła Barwy
2017-05-11 do 2017-05-11
14
17
18
20
21
22
Przygotowanie wytwórni do Inspekcji GMP
2017-05-22 do 2017-05-22
27
28
29
30
31
1
2
3
4
Newsletter