Warum ist die Ultraschalltechnologie für die Herstellung stabiler Silikonemulsionen überlegen?

I. Grundprinzip der Ultraschall-Silikonölemulgierung

Die Hauptantriebskraft der Ultraschallemulgierung ist der Flüssigkeitskavitationseffekt. Das Gerät verwendet eine mit 20–40 kHz hochfrequente, vibrierende Ultraschallsonde aus Titanlegierung, um akustische Energie auf die Wasser-{4}}Silikonölmischung zu übertragen.

Mikroblasenbildung: Wechselnder Schalldruck führt dazu, dass sich in der Flüssigkeit eine große Anzahl mikrometergroßer Kavitationsmikroblasen bildet.

Blasenkollaps: Nach einer schnellen Expansion kollabieren Mikroblasen heftig und augenblicklich und erzeugen lokal hohe Temperaturen von Tausenden von K und hohe Drücke von Hunderten von MPa, begleitet von Stoßwellen und Hochgeschwindigkeits-Mikrojets;

Ultrafeine Tröpfchenfragmentierung: Stoßwellen und starke Scherkräfte zerreißen große Silikonöltröpfchen und zerlegen die kontinuierliche Ölphase in gleichmäßig verteilte Mikrophasen.

Grenzflächenstabilität: Ultraschallstörungen fördern die schnelle Verteilung von Emulgatoren auf der Oberfläche von Silikonöltröpfchen, bilden einen dichten Schutzfilm und hemmen die Tröpfchenaggregation.

Die durchschnittliche Partikelgröße von ultraschallemulgierten Silikonölemulsionen kann 0,1–1 μm erreichen, mit einem Partikelgrößenverteilungsindex (PDI) < 0,3, was der Tröpfchengröße von 5–20 μm, die durch Hochgeschwindigkeitsrühren erzeugt wird, weit überlegen ist. Es ist weniger anfällig für Schichtung, Ölschwimmen und Sedimentation während der Zentrifugation und Langzeitlagerung. Der gesamte Prozess erfordert kein längeres Erhitzen, wodurch die mit Aminosilikonölen und modifizierten Polyethersilikonölen verbundenen Vergilbungs- und Leistungseinbußen bei hohen Temperaturen vermieden werden.

II. Kernvorteile der Ultraschallemulgierung bei der Herstellung von Silikonölemulsionen

1. Verbessern Sie die Stabilität der Emulsion und reduzieren Sie die Ausschussrate.

Beim herkömmlichen mechanischen Scheren wird Silikonöl ausschließlich durch die Reibung der Klinge zerkleinert, was zu stark variierenden Tröpfchengrößen führt, wobei große Partikel leicht schweben und sich trennen. Ultraschallkavitation hingegen sorgt für eine gleichmäßige Wirkung auf der gesamten Oberfläche und erzeugt Silikonöltröpfchen mit gleichmäßiger Größe und Höhe. Eine 30-minütige Zentrifugation bei 3000 U/min führt zu keiner Demulgierung, und bei versiegelter Lagerung bei Raumtemperatur über einen Zeitraum von mehr als 6 Monaten wird kein aufschwimmendes Öl festgestellt, sodass es für den Transport über große Entfernungen und längere Lagerung geeignet ist.

2. Die Menge des verwendeten Emulgators wird deutlich reduziert, wodurch die hautfreundlichen/hydrophilen Eigenschaften des Produkts verbessert werden.

In der Textil- und täglichen Chemieindustrie führen übermäßige Emulgatoren in Silikonölemulsionen oft zu wasserabweisenden Stoffen, einem rutschigen Gefühl in Wasch- und Pflegemitteln und einer erhöhten Reizung. Die starke Grenzflächenwirkung von Ultraschall kann die Grenzflächenspannung zwischen Öl und Wasser reduzieren und die Menge des zugesetzten Emulgators im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um 20–40 % reduzieren. Dies kontrolliert nicht nur die Produktionskosten, sondern produziert auch reizarme, hoch hydrophile Aminosilikonölemulsionen und haarkonditionierende Silikonölemulsionen.

3. Die Emulgierung bei niedriger-Temperatur schützt die Funktionalität von modifiziertem Silikonöl.

Modifizierte Organosilikone wie Aminosilikonöl, polyether-modifiziertes Silikonöl und Arylsilikonöl neigen bei hohen Temperaturen zur Oxidation und Vergilbung und verlieren ihre weichen und hydrophilen Eigenschaften. Die Ultraschallemulgierung ermöglicht einen kontrollierten Temperaturanstieg während des gesamten Prozesses, sodass kein längeres Erhitzen erforderlich ist und die ursprüngliche Weichheit, die antistatischen Eigenschaften und die Ausbreitungseigenschaften des Silikonöls vollständig erhalten bleiben. Es eignet sich zur Herstellung hochwertiger Wäschepflegemittel und hydrophiler Textilweichspüler.

4. Geeignet für die Emulgierung von hochviskosen Silikonölen mit hohem Feststoffgehalt

Bei hochviskosem Dimethylsilikonöl und Aminosilikonöl mit einer Viskosität von 1.000–100.000 ccm kann das Rühren mit hoher Geschwindigkeit leicht zu Agglomeration und lokalen, nicht emulgierten Ölklumpen führen. Ultraschall-Mikrostrahlen können die hochviskose Ölphase durchdringen und stabil hochkonzentrierte Silikonölemulsionen mit einem Feststoffgehalt von 20–50 % herstellen, wodurch Transport- und Verdünnungskosten gesenkt werden und die hohen Feststoffanforderungen bei der Entschäumung von Beschichtungen und der industriellen Entformung erfüllt werden.

5. Energieeffizient, leistungsstark und einfach zu warten

Die Ultraschallemulgierung verbraucht bei gleicher Produktionskapazität 25–40 % weniger Energie als die Hochdruckhomogenisierung; Es enthält keine leicht verschleißenden Teile wie Hochdruckventile und Schleifscheiben, die Sonde aus Titanlegierung ist korrosionsbeständig, der langfristige Dauerbetrieb verursacht geringe Wartungskosten und es kann flexibel zwischen intermittierenden Labormodellen und kontinuierlichen Online-Industriemodellen umgeschaltet werden.

6. Flexibler Prozess, anpassbar an Mikrokapsel- und Nano-Silikonöl-Spezialsysteme

Es kann in einem Schritt Nano-{0}Silikonöl-Mikroemulsionen und langsam freisetzende Silikonöl-Mikrokapseln mit Tröpfchen von nur Hunderten von Nanometern herstellen. Es kann in hochwertigen Hautpflegeessenzen, langlebigen wasserfesten Beschichtungen und Hilfsmitteln zur Verbreitung von Pestiziden verwendet werden. Es handelt sich um einen Feinformulierungsprozess, der mit herkömmlichen Emulgiergeräten nur schwer zu erreichen ist.

III. Typischer Prozessablauf der Ultraschall-Silikonölemulgierung

Vormischung: Silikonöl, Verbundemulgator und entionisiertes Wasser werden entsprechend dem Formelverhältnis in einen Mischtank gegeben und bei niedriger Geschwindigkeit vorgemischt, um eine grobe Öl-{0}}Wassermischung zu bilden;

Ultraschallhomogenisierung: Die Mischung wird in einen Ultraschallhomogenisator eingespeist und 3–10 Minuten lang kontinuierlich bei 20 kHz zirkuliert, wobei die Partikelgröße in Echtzeit überwacht wird, bis sie dem Standard entspricht.

pH-Einstellung und Hitzekonservierung: Stellen Sie den pH-Wert mit einer kleinen Menge Zitronensäure/Triethanolamin auf neutral (6,0–8,0) ein und lassen Sie ihn bei niedriger Temperatur stehen, um ihn zu entschäumen.

Filtration und Verpackung: Verwenden Sie einen 100–200-Mesh-Filter, um Spuren nicht emulgierter Ölklumpen zu entfernen, und füllen Sie dann den Behälter, nachdem Sie die Partikelgröße, die Zentrifugalstabilität und den Feststoffgehalt getestet haben.

Bei den Pilotversuchen im Labor wurde ein diskontinuierlicher Ultraschallhomogenisator auf dem Tisch (Verarbeitungskapazität 0,5–50 l) verwendet, während bei der Pilotmaßstabs- und Massenproduktion eine Pipeline-kontinuierliche Ultraschall-Emulgiereinheit zum Einsatz kam, die an eine automatisierte Produktionslinie zur Online-Probenahme und Überwachung der Emulsionspartikelgröße in Echtzeit angeschlossen werden kann.