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微射流金刚石交互容腔均质腔

原理

微射流金刚石交互容腔是用于微射流高压均质机的均质腔体(IXC,InteractionChamber),是微射流高压均质机的核心反应部件。微射流金刚石交互容腔外部是L不锈钢材料,内部则由多晶金刚石制成(也有氧化铝陶瓷材质的微射流高压均质腔,但耐磨性远弱于金刚石材质的腔体)。物料通过金刚石交互容腔时,在超高压(可达psi)的作用下通过一个非常小的孔道(不到百微米)形成高速微射流,速度可达m/s(超过音速m/s),经过剧烈剪切、震荡、碰撞、空穴效应与对射等作用进行加工,物料发生物理、化学、结构性质等变化,最终达到粒径减小且窄幅分布,伴随稳定性、均一性和透明度增加等均质效果。

不同规格的微射流金刚石均质腔

微射流金刚石交互容腔与一代均质阀类核心处理效果差异与成因

均质腔对应于第一代均质阀类均质核心,又被称为第二代均质核心。均质腔除了拥有更高的剪切与均质效率之外,其内部多晶金刚石通道具有固定的“Y”或“Z”型几何形状,不随反应条件变化而改变,保证了每次脉冲经过腔体前后物料的处理效果一致且不同脉冲处理效果重复性高,处理后的物料粒径也因此分布更窄;通过金刚石微通道的复制,增加了相同时间内的处理流量,以此确保放大生产的实现。

而一代均质阀类核心依靠阀体部件间的微小可调缝隙来控制均质效果,由于间隙结构随压力以及物料冲击容易发生微小形变,单次脉冲时物料所受压力呈正太分布式,无法保证单次脉冲经过阀体前后物料的处理效率的一致性,因此产生的粒径分布宽,而且在放大生产时有很难达到小试时的同等效果。

均质腔内部结构示意图(A-穴蚀喷嘴型B-碰撞阀体型C-Y形交互型)

微射流金刚石交互容腔的类型

腔体基本分为两种类型:“Y”型和“Z”型。这两种类型还可以分为不同的尺寸型号,不同的通道数量:单通道实验型到多通道生产型。

微射流金刚石交互容腔(Y型)作用原理示意图

微射流金刚石交互容腔(Z型)作用原理示意图

微射流金刚石交互容腔产品参数

压力范围:可达60,PSI(4Bar/MPa)(与交互容腔孔径和物料黏度有关);

卫生级别:所用材料是经FDA认可的L不锈钢和金刚石;

接口:1/4"和3/8"锥管内螺纹配合Hip高压连接件,可定制;

温度控制:对温度有要求的物料可选择有夹套实时冷却功能的型号;

兼容性:适用于Microfluidics、Genizer、PSI、Avestin和BEE等超高压均质机。

常用单通道微射流金刚石交互容腔型号:F12Y,F20Y,J20Y,G10Z,H10Z,HZ,H30Z

常用多通道微射流金刚石交互容腔型号:F20Y-6,F20Y-7,H10Z-5,H10Z-6,F12Y-8,F12Y-11

Y型号微射流金刚石均质腔(基础外形)

Z型号微射流金刚石均质腔(基础外形)

微射流金刚石交互容腔(均质腔)应用

制药行业中制备脂肪粒、微乳、脂质体、混悬剂和微胶囊等;

生物工程产品的细胞破碎、胞内外物质的提取和均质;

食品和饮料工业产品的均质和乳化,提高产品稳定性;

化妆品、精细化工等行业产品的均质分散;

新能源材料的纳米化解团聚;

石墨烯、导电浆料、电阻浆料的生产和制备。

金刚石交互容腔选型与使用建议

配备均质腔的微射流高压均质机可用于处理纳米分散、乳剂、细胞破碎和脂质体等。因此在明确了产品特性之后,选择合适的腔体可以让处理效率更高。为了达到最佳效果,在交互容腔选用过程中,我们需要考虑下面五个方面:

需要哪种类型的腔体(“Y”型还是“Z”型):

通常来说,“Y”型腔体更适用于乳化、药物包封以及脂质体制备等液-液形态物料的处理;“Z”型更适用于细胞破碎或纳米分散、解团聚、粒径减小、机械剥离等固-液形态物料的处理。下面将详细介绍在处理脂质体、脂肪乳、微乳、细胞破碎、纳米分散以及粒径减小时,金刚石交互容腔的选型以及压力建议。

a脂质体

水包油型载药脂质体:F12Y或F20Y(带辅腔)15,-30,psi

油包水型载药脂质体:H30Z3,-8,psi,压力过高或者孔道过小容易引起破乳。

b脂肪乳、微乳

水包油型乳化:F12Y或F20Y(带辅腔)15,-30,psi

油包水型乳化:H30Z3,-8,psi

c细胞破碎

动物细胞:H30Z2,-5,psi

藻类细胞:H10Z20,-30,psi

细菌细胞:H10Z10,-25,psi

酵母细胞:H10Z20,-30,psi

d纳米分散与粒径减小

中药等纳米混悬液:H10Z或H30Z10,-30,psi

F12Y15,-30,psi

二氧化硅等硬质物料纳米分散:H10Z或H30Z10,-30,psi

石墨烯等机械剥离:H10Z或H30Z10,-30,psi

所需腔体的尺寸规格:

选用合适规格的腔体可以避免堵塞并使处理效率最大化;

物料处理压力:

不是所有物料都是压力越高越好,过度处理也会让物料粒径增大,探索最佳处理压力,也是工艺优化关键的一环;

物料处理次数:

对于单次处理未完全达到要求的物料可以进行多次处理,经过金刚石交互容腔微射流高压均质的次数,也是工艺优化中非常重要的一环;

物料的温度敏感性:

微射流高压均质过程中伴随剧烈的机械能转换为热能,物料经过金刚石交互容腔的瞬间,温度可以有剧烈的上升;

根据物料的温度敏感属性,适当使用物料换热器进行物料及时降温,对温度敏感型物料的处理至关重要




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