Устройство для диспергирования и микрокапсулирования гидрофобных жидкостей

 

Использование изобретения: диспергирование композиций и получение микрокапсул, содержащих гидрофобные жидкости с растворенными в них целевыми добавками. Устройство содержит реактор с ультразвуковыми колебательными излучающими системами, работающими синхронно, и генератора, реактор состоит из двух соединенных фланцами камер. Одна - для диспергирования, вторая - для микрокапсулирования гидрофобных жидкостей. Между камерами установлен трековый фильтр с калиброванными сквозными порами, заключенный в крупноячеистую сетку из нержавеющей стали. Камеры содержат персональные ультразвуковые пьезоэлектрические колебательные излучающие системы, работающие в согласованных режимах. 1 ил.

Изобретение относится к диспергирующему оборудованию и может быть использовано для получения микрокапсул, содержащих гидрофобные жидкости с растворенными в них целевыми добавками, как например, цветообразующими компонентами, лекарственными препаратами и другими. Такие микрокапсулы находят применение в системах регистрации информации, в копировальной технике, цветной фотографии, в термоиндикаторных устройствах, в медицине, а также во многих других областях науки и техники.

Существующие конструкции устройства [1, 2] для диспергирования жидких сред, в основном, определяются теми энергетическими воздействиями, которые используют при этом.

Согласно заявке [3] предлагаемое устройство (дезинтегратор) для диспергирования имеет стандартную клапанную систему и перегородки внутри корпуса с рядом ячеек тетраэдрической формы. При прохождении жидкости под высоким давлением (до 5,0·10⁷ Па) через ячейки она претерпевает многократное воздействие удара и декомпрессии. В местах наложения волн сжатия и разряжения возникают явления кавитации, турбулентности и сдвига, благодаря чему увеличивается степень гомогенности обрабатываемой среды.

В патенте [4] предложено в качестве энергетического фактора использовать ультразвуковые колебания. Три ультразвуковых преобразователя равномерно разнесены вокруг цилиндрического реактора и закреплены в стальных втулках, приваренных к наружной стенке реактора. Ультразвук передается через буферную жидкость, в частности оливковое масло, и стенку к жидкости, находящейся в реакторе. Интенсивность ультразвука достаточна для возникновения кавитации и, следовательно, протекания процесса диспергирования.

Диспергатор [5] содержит ультразвуковой источник колебаний, смесительную камеру с подводящим и отводящим патрубками, насадкой с цилиндро-коническими отверстиями. На выходе из насадки формируется турбулентное вращательное движение потоков с кавитационными пузырьками.

К недостаткам известных устройств следует отнести то, что они не обеспечивают возможность получения микрокапель, однородных по размеру, а в устройствах типа дезинтегратора применяют высокие давления, что усложняет конструкцию, повышает энергоемкость процесса диспергирования.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является выбранное в качестве прототипа устройство для смешения и диспергирования жидкостей [6] содержащее смесительную камеру, соосно с которой установлен рассекатель в виде усеченного перфорированного конуса, обращенного меньшим основанием в сторону разгрузки жидкости. Перфорация на конусе выполнена с чередованием отверстий круглой и трапециевидной формы. Перед рассекателем установлены магнистикционные излучатели ультразвуковых колебаний.

Такая конструкция устройства для смешения и диспергирования тоже не позволяет получать однородные по размеру частицы гидрофобных жидкостей и не дает возможности после диспергирования провести процесс их микрокапсулирования в полимерную оболочку.

Основная особенность предполагаемого изобретения состоит в необходимости разработки и создания устройства с ультразвуковым источником колебаний, которой позволяло бы одновременно с диспергированием жидкой гидрофобной композиции проводить процесс микрокапсулирования образовавшихся ее частиц в водных растворах пленкообразующих веществ.

Положительный результат достигается тем, что предлагаемое устройство для диспергирования и последующего микрокапсулирования гидрофобных жидкостей конструктивно выполнено в виде двух камер, соединенных в один агрегат фланцами. Между камерами установлен полиэтилентерефталатный (ПЭТФ) трековый (ядерный) фильтр с необходимым диаметром сквозных пор; заключенный с двух сторон в крупоячеистую сетку из нержавеющей стали. Камеры имеют персональные ультразвуковые пьезоэлектрические колебательные излучающие системы, работающие в согласованных режимах от генератора. На входном (нагнетательном) патрубке нижней камеры установлен обратный клапан.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлен разрез предлагаемого устройства.

Устройство для диспергирования и микрокапсулирования гидрофобных жидкостей состоит из двух цилиндрических камер 1 (верхней и нижней), выполненных из нержавеющей стали. Камеры соединены с помощью фланцев. Во фланцевое соединение с использованием фторкаучуковых резиновых прокладок (марка резины СКФ-32) вмонтирован трековый ПЭТФ фильтр 3 толщиной 10 мкм, заключенный между двух сеток 4 из нержавеющей стали с размером ячеек 2·2 мм. Диаметр сквозных пор трекового фильтра 1 мкм, количество их на 1 см² равно 4·10⁷.

Камеры содержат ультразвуковые пьезоэлектрические излучатели 8, работающие синхронно от генератора марки УЗГ 3-04. Излучатели вмонтированы в камеры устройства через акустические развязки и зафиксированы установочными прокладками 7 из масло-, бензостойкой резины. Нижняя камера устройства имеет нагнетательный патрубок 6 с обратным клапаном и сливной с краном 5. Верхняя содержит два люка, один 9 для установки гильзы термопары, а другой 1 для загрузки необходимых растворов пленкообразующих веществ, а также патрубок 11 для слива готовой дисперсии микрокапсул.

Предлагаемое устройство позволяет проводить диспергирование эмульсии исходных компонентов в нижней камере до требуемого размера частиц гидрофобной жидкости под действием сил звукового давления в пульсирующем режиме и транспортировать их через фильтр. Наличие повышенного статического давления в замкнутом объеме нижней камеры (не более 6,0·10⁴ Па) предотвращает обратный процесс. В верхней камере ультразвуковой поток захватывает частицы жидкости, поступающие через поры фильтра. Здесь же в растворе пленкообразующих веществ происходит формирование вокруг каждой частицы полимерной оболочки.

За счет действия высокоамплитудного ультразвукового поля (22±7,5% кГц) эмульсии нагревается до 65 70^oC. При этой температуре происходит структурирование полимерной оболочки (сшивка). Весь процесс длится от 1,5 до 2,0 ч.

В основу механизма действия устройства положен известный ультразвуковой капиллярно-кавитационный эффект.

Предварительно подготовленную эмульсию типа масло/вода нагнетают через патрубок с обратным клапаном в нижнюю камеру устройства до полного ее заполнения (емкость камеры 0,8 л). В верхнюю камеру загружают раствор пленкообразующих веществ для формирования оболочек микрокапсул. Уровень жидкости должен быть выше акустической развязки излучателя.

С помощью генератора УЗГ 3-04 в камерах посредством колебательных систем создают высокоамплитудное ультразвуковое поле и в течение 1,5 2 ч ведут процесс диспергирования в нижней и микрокапсулирования в верхней камере. После завершения процесса содержимое верхней камеры выгружают через сливной патрубок и фильтруют. Микрокапсулы, оставшиеся на фильтре, сушат при 60^oC в течение 30 40 мин под вакуумом, создаваемым водоструйным насосом.

Готовые микрокапсулы, содержащие гидрофобную жидкость с растворенным в ней, например, цветообразующим компонентом, используют по назначению.

Предлагаемое устройство позволяет микрокапсулировать различные химические реактивы, растворители, масла, катализаторы, пластификаторы, дисперсии жирорастворимых пигментов и красителей, фотохромные композиции в жидкофазных средах с размером микрокапсул от 1 до 6 мкм и с полидисперсностью 4 6% Новизна устройства заключается: в совмещении в одном агрегате процессов диспергирования и микрокапсулирования; в использовании двух персональных для каждой камеры согласованно работающих колебательных излучающих систем, создающих ультразвуковые поля при условии сосредоточения максимальной их напряженности на трековом фильтре; в применении для получения однородных по размеру микрокапсул трековых (ядерных) фильтров из термо-, механо- и химически стойких полиэфирных или полиимидных пленок.

Источники информации 1. M. Gutcho. Capsule Fechology and Microcansulation. Noyes Data Corporation. Noyes Bilding. Park Ridge, New Jesty 07656, USA, 1972.

2. Солодовник В.Д. Микрокапсулирование. М. Химия, 1980.

3. Заявка Японии N 69152, C 12 M 1/100, 1/04, 1976.

4. Патент Великобритании N 2243092, B 01 J 19/10, 1991.

5. Патент СССР N 1599075, B 01 J 11/100, 5/06, 1988.

6. Авт.св. СССР N 1599078, B 01 J 11/02, 1988 (прототип).

Формула изобретения

Устройство для диспергирования и микрокапсулирования гидрофобных жидкостей, содержащее реактор с ультразвуковыми колебательными излучающими системами, работающими синхронно, и генератор, отличающееся тем, что реактор состоит из двух камер верхней и нижней с обратным клапаном на нагнетательном патрубке, каждая из камер снабжена персональной ультразвуковой пьезоэлектрической колебательной системой, а между камерами, соединенными фланцами, установлен полиэтилентерефтальный трековый фильтр, заключенный в крупноячеистую сетку из нержавеющей стали.

РИСУНКИ

Рисунок 1