两相剪切流雾化法微胶囊制备技术的机理、实验及应用

摘要

微胶囊技术是一种新兴的保护技术，可以保护微小物质免受环境的影响，随着微胶囊技术的快速发展以及学科的交叉，微胶囊的应用领域以及量的需求不断扩大。如何有效保证微胶囊的制备效率、制备过程的稳定性、较高的包埋率是微胶囊技术需要解决的关键问题。
　　为了提高微胶囊的制备效率，目前研究较多的是利用射流自由破碎的雾化法制备微胶囊，但仍存在一定的问题:机械结构复杂，设备成本高;微胶囊的制备稳定性差;微胶囊粒径的可控性差;包埋物质的广适性差等。因此，结构简单、稳定性好、制备条件温和、粒径范围可控、包埋物质广适性好的微胶囊制备技术与设备是值得研究的课题。
　　本文对两相剪切流雾化技术进行研究，首先分析了两相剪切流雾化机理，在此基础上设计与制作了两相剪切流雾化系统并进行了可行性验证实验，确定了系统参数对雾化的影响规律，最后实现了微胶囊的制备。取得的成果如下:
　　(1)利用Rayleigh-Taylor模型对两相剪切流的雾化机理进行了分析，确定了表面波的增长率γ的方程以及最大表面波长λ，并求解得出液滴粒径d(0)的分布方程，在此基础上确定了雾化液滴粒径的影响因素以及影响规律，利用Fluent软件对液体在气体中的雾化过程进行数值模拟分析。
　　(2)通过对两相剪切流的雾化机理研究以及微胶囊的制备要求，完成了两相剪切流法制备微胶囊中核心器件微喷嘴的制作，设计与制作了两相剪切流雾化系统并进行了可行性验证实验，通过验证性实验确定了雾化系统参数对雾化液滴粒径的影响规律。
　　(3)利用两相剪切流雾化系统进行了玉米胚芽油微胶囊的制备，研究了系统参数对微胶囊有效直径的影响规律。利用因次分析的方法得到了雾化相似准则关系式，在准则关系式的基础上利用最小二乘法对实验数据进行多元函数的回归分析，得到了两相剪切流雾化法制备微胶囊有效直径的经验公式。通过对变异系数Cv的研究确定了制备系统的稳定性，利用混合正交实验得出两相剪切流法制备微胶囊的最佳工艺参数，在最优的工艺制备参数条件下，经正交实验得出最佳芯、壁材配方，确定了利用两相剪切流雾化系统制备微胶囊的最高包埋率。通过对微胶囊的表面形态进行观察，确定其对包埋物质的保护效果。
　　(4)在玉米胚芽油微胶囊制备的基础上，利用两相剪切流雾化系统进行了四氧化三铁粉末微胶囊的制备，研究了系统参数对微胶囊制备效果的影响，确定了可以进行固体粉末物质的包埋，研究了系统用于制备微胶囊的广适性。
　　通过对两相剪切流雾化机理的研究、两相剪切流雾化系统的设计与制作为两相剪切流雾化系统在不同领域的广泛应用提供一定的理论依据，通过玉米胚芽油微胶囊、四氧化三铁微胶囊的制备研究为两相剪切流法制备微胶囊的应用提供了一定的参数选择依据。

目录

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摘要

图目录

表目录

1 绪论

1．1 微胶囊概述

1．2 微胶囊的特点及应用

1．3 雾化法制备微胶囊技术

1．4 论文的选题意义与研究内容

1．4．1 论文选题的意义

1．4．2 论文研究内容

2 两相剪切流雾化机理研究

2．1 两相剪切流的雾化机理

2．2 液柱破碎过程的数值模拟

2．2．1 气流速度对液柱破碎影响

2．2．2 微喷嘴出口直径对液柱破碎的影响

2．2．3 流体黏度对液柱破碎的影响

2．3 本章小结

3 两相剪切流雾化系统的设计及实验研究

3．1 微胶囊制备要求以及系统的设计指标

3．1．1 微胶囊制备要求

3．1．2 系统设计指标

3．2 两相剪切流的雾化喷嘴设计

3．2．1 玻璃微管道的成型原理

3．2．2 微喷嘴的制作工艺

3．3 两相剪切流雾化系统设计方案及工作原理

3．3．1 微喷嘴选择模块

3．3．2 气相控制模块

3．3．3 水位控制模块

3．3．4 控制界面模块

3．4 两相剪切流雾化系统的搭建及可行性实验研究

3．4．1 两相剪切流雾化系统

3．4．2 两相剪切流雾化检测系统

3．4．3 两相剪切流雾化系统的实验研究

3．5 本章小结

4 两相剪切流法制备微胶囊的实验研究

4．1 两相剪切流法制备玉米胚芽油微胶囊

4．1．1 材料与仪器

4．1．2 实验方法

4．1．3 结果与讨论

4．2 两相剪切流法制备四氧化三铁粉末微胶囊

4．2．1 材料与仪器

4．2．2 实验方法

4．2．3 结果与讨论

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

致谢

参考文献

附录