從粗乳液製備精細分散的乳液的方法
2023-05-29 01:25:36 2
專利名稱：從粗乳液製備精細分散的乳液的方法
技術領域：
本發明涉及一種從粗乳液製備精細分散的乳液的方法，其中將粗乳液強制通過多孔膜。
乳液廣泛用於製藥、食品和化妝品工業。乳液的性質，例如穩定性和流變性能，很大程度上受到乳液中液滴尺寸分布的影響。因此當液滴尺寸分布變窄時，水包油型和油包水型乳液的穩定性增加。因此，當生成乳液時，液滴尺寸分布和平均液滴直徑是尤其重要的。
常規的乳化方法基於生產水包油型乳液或油包水型乳液時液滴尺寸的減小。轉子-定子體系和高壓勻化技術是已知的。兩者的特點均在於輸入較高的機械能，然而這對敏感材料尤其成為問題。
與此相反，在膜乳化過程中，將分散相強制通過多孔膜的孔進入連續相中而直接產生液滴。膜類型及其孔徑分布影響生成的乳液及其表徵參數。使用的膜大多數為了分離操作而開發(膜濾)，並且對於較新的膜乳化只有有限的適用性。使用親水性和疏水性聚四氟乙烯過濾器、微孔玻璃和多孔陶瓷(Friedrich-Schiller University of Jena，Faculty of Food Technology的主頁)是已知的。
使用已知的膜乳化方法不能任意增加乳液中的分散相含量，因為這樣不能再產生乳液或穩定的乳液。在提高分散相含量的情況下，使用乳化劑、添加劑和較窄的工藝條件也不能產生所需的乳液性質。
Food Sci.Technol.，Int.，2(1)，43-47，1996公開了一種所謂的預混合膜乳化方法，其使用粗乳液作為分散相。由於分散相的含量可在較寬範圍內變化，由此可改善膜乳化。也不需要向連續相中輸入額外能量以影響所述膜上的液滴形成。
Food Sci.Technol.Int.Tokyo，4(2)，164-167，1998公開了聚四氟乙烯膜的使用，可以購買到具有親水性和疏水性的聚四氟乙烯膜。聚四氟乙烯膜的孔徑分布比多孔玻璃膜的孔徑分布寬。然而，由於工業規模對穩定性和生產量的要求較高，因而由此已知的膜並不適於工業規模的普遍應用。
相反，本發明的目的是提供一種用於預混膜乳化的方法，該方法使用允許工業和普遍應用的多孔膜由粗乳液生產精細分散的乳液。
該目的通過由粗乳液生產精細分散乳液的方法實現，其中將粗乳液強制通過多孔膜，其中多孔膜由兩個或更多個不同孔徑的疊加層構成。
在本發明的方法中，因而使用了具有不對稱的兩層或多層結構的多孔膜。這些膜可以為常規的超濾膜和微量過濾膜。
膜的機械穩定性基於粗孔第一層(下層結構)。其為自承重的並且對壓力穩定而不需要支承裝置。此外，其作為一個或多個其它層的載體。粗孔第一層面對細孔第二層，第二層比第一層薄並且可以稱為分散層。在這兩層之間還可以設置其它層，設置的其它層的孔徑優選介於下層結構的孔徑和分散層的孔徑之間。因此，多孔膜優選由第一粗孔層和一個或多個疊加層形成，疊加層比第一層薄並且具有比第一層小的孔徑。
優選在第一粗孔層上施加兩層或更多層，並且其孔徑隨著與第一層距離的增加而減小。
通過這種不對稱結構基本上防止了膜的阻塞。
可以通過將懸浮液在對稱膜上淤漿化而由對稱膜開始生產本發明具有不對稱結構的膜。這種方法能夠形成具有確定孔徑和分布並具有可調節層厚的層。
膜的粗孔第一層的孔徑有利地為1-20μm，並且其厚度為0.1-10mm。
膜的分散層的孔徑與細乳液中所得分散相的液滴直徑和液滴尺寸分布直接相關並且優選為0.01-5μm。分散層的厚度有利地為1-200μm。
特別適合的下層結構的孔徑與粗乳液分散相的液滴直徑處於相同的數量級。
本發明方法包括提供粗乳液，該粗乳液優選在攪拌釜反應器或在混合管路中產生。術語粗乳液是指這樣一種乳液其中乳液的組分，即兩種不混溶液相的分散體的組分已經進行了第一次初步混合。
相反，在本發明的情況下，細乳液應當理解為表示平均液滴直徑為50nm-100μm、優選100nm-50μm的乳液。可藉助雷射衍射(例如使用Malvern Mastersizer 2000或Beckmann-Coulter LS 13320)和/或藉助動態光散射如光子關聯能譜法測量液滴。
在本發明方法的過程中，工藝溫度原則上不受限制。溫度優選為0-500℃。
特別藉助泵、氣壓或通過靜水壓高度產生為了將粗乳液強制通過多孔膜而施加的壓力。影響液滴直徑和液滴尺寸分布的進料側和產品側之間的透膜壓差為0.1-1000巴，優選0.5-100巴，特別優選1-50巴。
可以非常不同的幾何形狀使用多孔膜。例如可以為平面幾何形狀、具有內部或外部施加的細孔分散層的管狀幾何形狀、具有整合在一個單元中的兩種或更多種管狀幾何形狀的多通道幾何形狀，以及毛細管或螺旋幾何形狀。多孔膜尤其優選為具有內部或外部粗孔第一層的管狀幾何形狀或平面幾何形狀。此處優選的是壓力穩定的自承重膜結構，即使在工業規模上的較高透膜壓差和生產量下，其無需另外的支承元件也能確保足夠的壓力穩定性。由多孔材料製成的支承裝置可能導致聚結，並由此損害精細分散。
多孔膜布置在合適的耐壓殼內並使進料側和產品側相分離。
多孔膜的兩層或更多層可以由不同材料或由相同材料製成。
所述兩層或更多層可由不同材料或相同材料形成。
根據需要解決的乳化問題的特定物質要求，可以使用不同的材料。優選無機材料，無機材料特別為選自氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯、氮化鋯或其混合物的陶瓷材料，炭，玻璃，金屬或金屬合金。
使用的不對稱膜的表面活性特性還可有利地適應每種情況下需要解決的乳化問題的特定物質需求，因此對於生產水包油型乳液，優選使用親水性膜或親水改性膜，對於生產油包水型乳液，更傾向於使用疏水性膜。
由於第一粗孔層(下層結構)以及任何隨後中間層的合適流通方向以及孔徑的合適選擇，對可獲得的生產量以及所得液滴尺寸及其分布具有意外有利的影響。如果進料側位於下層結構一側，即如果粗乳液首先流過下層結構然後流過細孔的分散層，即如果從第一粗孔層一側將粗乳液強制通過多孔膜，則比以相反方向，即從細孔分散層到粗孔層方向獲得高得多的生產量和較窄的液滴尺寸分布。
本發明方法適用於多種工業上相關的乳液和微乳劑，尤其適用於剪切敏感和溫度敏感的組分。特別適用於油類、有機熔融物和無機熔融物分散在水溶液中的水包油型乳液。油包水型乳液可由水溶液、酸、鹼、分散體、溶劑、單體組成。應用領域非常廣泛，例如用於藥物工業的活性成分、軟膏和食品工業，在這種情況下保持各組分的生物活性是首要考慮的因素。
由於可以使用有機或無機溶劑清洗膜和/或例如使用組合狀態的酸、鹼、氧化劑或還原劑而對膜進行化學清洗，多孔乳化裝置的清洗不會產生較大花費。
由此，現已發現在預混膜乳化中膜特別重要，這是因為一方面其影響工藝參數，另一方面其決定了細乳液中得到的參數。現已發現通過膜的粗乳劑流量的增加將會減少平均液滴尺寸和液滴尺寸分布。本發明膜的通用特性，即其各種結構、化學性質和表面性質還使其能夠在工業規模上應用於各種不同的乳化作業。
當在工業規模上使用時，使用兩層或更多層的不對稱構造膜允許在預混膜乳化期間使用較大的膜面積和較高壓差。由此可能實現較大的膜面積和較高的流通速率。使用壽命增加。
以下參考附圖和實施例說明本發明。
在附圖中，
圖1表示以不同流通方向通過具有不同孔隙率的兩層的多孔膜時細乳液液滴尺寸分布的圖示。
實施例研究了多孔膜流入方向對生產量和所得粒度分布的影響。
為此，使用購自Inocerminc GmbH的含有α-氧化鋁的扁平盤狀UF膜，該膜具有以下結構第一粗孔層(下層結構)具有約1mm的厚度和3μm的平均孔徑，面對的細孔層(分散層)具有約20μm的厚度和60nm的平均孔徑，以及兩個中間層具有每種情況下約20μm的厚度和增加的孔徑。
在30℃和1-5巴的壓差下將豆油的分散粗乳液-LutensolTO 10(2重量％)和水(分散相含量10重量％)強制通過該多孔膜。
首先從粗孔層一側將粗乳液強制通過多孔膜，在這種情況下得到186千克/平方米/小時/巴的生產量，然後從細孔分散層一側進行，生產量實際上降低了100倍，僅測量到2.1千克/平方米/小時/巴的生產量。
因此實驗表明，與相反流通方向相比，從粗孔層到細孔分散層的流通方向實際上得到了高100倍的生產量。
此外，對於兩個流通方向，使用Malvern Mastersizer S儀器通過雷射衍射法測定了每種情況下的粒度分布。在圖1中以半對數坐標圖顯示實驗結果，在橫坐標上以微米表示液滴直徑x，在縱坐標上表示無因次質量總和分布Q3。曲線I表示流動方向為由粗孔層到細孔分散層的粒度分布，曲線II表示流動方向為由細孔分散層到粗孔層的顯著較寬的粒度分布。
權利要求
1.一種從粗乳液製備精細分散的乳液的方法，其中將粗乳液強制通過多孔膜，其中由兩個或更多個不同孔徑的疊加層構造多孔膜。
2.如權利要求1所述的方法，其中由不同材料構造多孔膜的兩層或更多層。
3.如權利要求1或2所述的方法，其中多孔膜由第一粗孔層以及一個或多個疊加層構成，疊加層比第一層薄並且比第一層具有更小的孔徑。
4.如權利要求3所述的方法，其中將孔徑隨著與第一層距離的增加而減小的兩層或更多層施加到第一粗孔層上。
5.如權利要求1或2所述的方法，其中從第一粗孔層一側將粗乳液強制通過多孔膜。
6.如權利要求1或2所述的方法，其中粗乳液分散相具有的液滴直徑與多孔膜的第一粗孔層的孔徑處於相同的數量級。
7.如權利要求1或2所述的方法，其中多孔膜為具有內部或外部粗孔第一層的管狀幾何形狀或為平面幾何形狀。
8.如權利要求1或2所述的方法，其中多孔膜由無機材料製成，或由兩種或更多種不同無機材料製成。
9.如權利要求8所述的方法，其中無機材料為選自氧化鋁、二氧化鈦、二氧化鋯、氮化鋯或其混合物的陶瓷材料，炭，玻璃，金屬或金屬合金。
10.如權利要求1或2所述的方法，其中藉助泵、通過氣壓或靜水壓高度產生將粗乳液強制通過多孔膜所需的壓力。
全文摘要
一種從粗乳液製備精細分散的乳液的方法，其中將粗乳液強制通過多孔膜，其中由兩個或更多個不同孔徑的疊加層構造多孔膜。
文檔編號B01F3/08GK1781583SQ20051012350
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月17日 優先權日2004年11月17日
發明者T·丹納, H·福斯, A·鮑德爾, S·菲爾埃克 申請人:巴斯福股份公司