均质机
在涉及处理液体的行业中如乳制品加工、化妆品行业或油漆和涂料行业,“均质化”或“均质机”这个术语不仅指简单的混合过程,它有更深层的含义。以未经处理的牛奶为例,奶油会漂浮在水相上,而水相则沉在下方。均质机的作用是将水和脂肪这类不可混合的成分均质化,只有在将脂肪微滴分散得足够小,使它们能够在水中形成乳状液时才有可能实现。许多用于此目的的设备源自固体粉碎技术,主要包括高速旋转的转子-定子系统或胶体磨,即能够将颗粒群转化为均匀颗粒尺寸分布的均质机。
此外,使用高压泵能够在液体中产生极高的剪切应力,从而制备“水包油乳液”或“油包水乳液”,由此产生的乳液在之后可能会再次分层,即脂肪相与水相分离。为了防止这种情况,可以用乳化剂稳定乳液。例如,防晒霜就是一种稳定性较高的水包油乳液。常见的乳化剂有卵磷脂、表面活性剂或肥皂等。
均质化方法:解聚/乳化
我们可以尝试将固体混合与液体混合进行类比:
如果粉末以极小的颗粒形式存在,这些小颗粒往往会聚集在一起。颗粒间的相互作用力尤其是范德华力,会随着颗粒变小而变得更强。如果要将这种散装材料与其他粉末均匀混合,必须首先将其团聚体分离成初级颗粒。如果混合器配备有高速剪切工具,并有足够的驱动力,就可以在合适的粉末混合器中进行这种脱聚。使用所谓的流动或滑动助剂可以防止先前分离出来的初级颗粒再次团聚。这些助流剂通常是由纳米级颗粒尺寸和极大表面积的轻质粉末组成,能够较好地分布在混合物中包裹大部分颗粒,从而改善粉末的流动性并阻碍不必要的聚集。在液体混合中,乳化剂的作用类似于散装物料混合中的助流剂。
注意事项:
处理液体的设备通常只适用于液体,无法处理粉末,但处理粉末固体的设备如均质机往往也可以处理液体。这种混合物的稠度在混合过程中发生变化的情况尤其常见。我们以真空混合干燥过程中的浆料处理为例:
在这个过程中,首先将从过滤机中提取的黏性浆状物质引入混合干燥机,通过混合湿粉末被重新悬浮并转变为低粘度状态。随着真空干燥的进行,液体逐渐蒸发,混合物变得高度粘稠和塑性,形成块状和团块。此时使用刀片磨和剪切转子粉碎这些块状物质,混合物越干燥,块状物越小,最终形成解聚后的均匀粉末。在干燥过程中,混合物实现了均质化。这种工艺在食品工业、化学工业、高性能陶瓷和制药工业中广泛应用。因此,从某种意义上说,真空混合干燥机也充当了均质机的角色。