Đào Thanh Khê

I. GIỚI THIỆU VỀ NHŨ HÓA

1.1. Cơ chế sự nhũ hóa?

Nhũ hóa là một quá trình dùng lực cơ học để phân tán các pha không hòa tan lẫn nhau tạo một hỗn hợp đồng nhất dạng nhũ tương.

Ví dụ như hỗn hợp dầu trong nước.

Để tăng sự ổn định của hệ nhũ tương thì quá trình nhũ hóa cần thêm chất Nhũ Hóa

Cơ chế này thường được mô tả dựa trên vai trò của các chất nhũ hóa trong việc giảm căng bề mặt và tạo ra các cấu trúc liên kết để duy trì sự ổn định của hệ nhũ tương.

Dưới đây là một số cơ chế cơ bản liên quan đến chất nhũ hóa:

- Giảm căng bề mặt: Các chất nhũ hóa có khả năng tương tác với cả dầu và nước, làm giảm căng bề mặt giữa hai pha. Điều này giúp cho các hạt dầu nhỏ được phân tán trong nước một cách ổn định hơn. Các chất nhũ hóa thường có một phần phân tử chứa nhóm phân cực (tương tác tốt với nước) và một phần phân tử chứa nhóm phi phân cực (tương tác tốt với dầu), giúp chúng tương tác với cả hai pha.

- Tạo cấu trúc liên kết: Các chất nhũ hóa có thể tự sắp xếp thành cấu trúc liên kết, tạo thành lớp màng bao quanh các hạt dầu và ngăn chúng tụ tập lại. Các cấu trúc này có thể bao gồm các micelle, lớp màng phức tạp hoặc mạng polymer. Cấu trúc này giữ cho các hạt dầu phân tán trong nước một cách ổn định và ngăn chúng kết tụ lại.

- Sự tạo màng bảo vệ: Các chất nhũ hóa có thể tạo ra màng bảo vệ xung quanh các hạt dầu, ngăn chúng tiếp xúc trực tiếp với nhau hoặc với môi trường xung quanh. Điều này đảm bảo rằng các hạt dầu sẽ không kết tụ lại và hệ nhũ tương được duy trì trong trạng thái ổn định.

- Sự phụ thuộc vào năng lượng: Quá trình nhũ hóa cũng có thể được diễn tả dựa trên sự cân bằng giữa năng lượng bề mặt và năng lượng hình thành của các cấu trúc nhũ hóa. Các chất nhũ hóa giúp giảm năng lượng bề mặt và hình thành các cấu trúc có thể làm giảm năng lượng hệ thống tổng thể, tạo ra một trạng thái ổn định. 

1.2. Chất nhũ hóa là gì?

Chất nhũ hóa là những loại hợp chất được sử dụng để tạo ra và duy trì sự phân tán của các chất không hòa tan trong hỗn hợp hai hay nhiều chất không tan lẫn vào nhau. Cụ thể, chất nhũ hóa được sử dụng để tạo ra emulsions, là các hệ thống hai pha, trong đó một chất (thường là dầu) được phân tán nhỏ giọt trong chất khác (thường là nước) một cách ổn định.

Chất nhũ hóa được gọi là chất emulsifier. Chất này giúp làm giảm căng bề mặt giữa các pha khác nhau và hình thành lớp màng bao quanh các hạt dầu, ngăn chúng tụ tập lại và giữ cho emulsions ổn định trong thời gian dài. Ví dụ về chất nhũ hóa khác bao gồm các chất đặc biệt như agar, gelatin, lecithin và các chất tự nhiên khác hoặc các hợp chất hóa học được thiết kế để duy trì sự phân tán của các pha không hòa tan trong nhau.

Chất nhũ hóa có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và công nghiệp hóa chất, giúp tạo ra các sản phẩm ổn định về cả mặt hình thức lẫn chất lượng.

1.3. Nhũ tương là gì?

Nhũ tương là một loại hỗn hợp hai pha gồm nước và dầu, trong đó các hạt dầu được phân tán trong nước. Để duy trì sự phân tán của dầu trong nước trong nhũ tương, thường cần sử dụng chất hoạt động bề mặt (như các loại chất emulsifier) để giúp hạt dầu không bị tụ tập lại. Điều này làm cho hỗn hợp trở nên đục và có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, chẳng hạn như trong ngành thực phẩm, mỹ phẩm và dược phẩm.

Trong ngành mỹ phẩm, nhũ tương thường được sử dụng để tạo ra các sản phẩm như kem dưỡng da, sữa rửa mặt, kem chống nắng và nhiều sản phẩm trang điểm khác. Các hạt dầu trong nhũ tương có thể giúp cung cấp độ ẩm cho da, làm mềm da, che đi các khuyết điểm và tạo ra hiệu ứng mịn màng trên bề mặt da.

Trong ngành thực phẩm, nhũ tương có thể được sử dụng để tạo ra các loại sản phẩm như nước sốt, nước dùng,... Việc sử dụng nhũ tương có thể giúp cải thiện độ nhớt và hương vị của các sản phẩm này.

Trong ngành dược phẩm, nhũ tương có thể được sử dụng để tạo ra các loại thuốc hoặc sản phẩm y tế khác.

 Hình 1.Sự hình thành nhũ tương

Theo hình 1:

A.    Hai chất lỏng không tan vào nhau, chưa hình thành nhũ tương

B.     Nhũ tương giữa pha 2 được phân tán trong pha 1

C.     Nhũ tương không ổn định và bắt đầu tách lớp

D.    Chất hoạt động bề mặt nằm trên bề mặt giữa pha 2 và pha 1, nhũ tương ổn định

1.4. Quá trình nhũ hóa diễn ra như thế nào?

Quá trình nhũ hóa diễn ra thông qua các bước tương tác giữa các pha không hòa tan và chất nhũ hóa, tạo ra sự phân tán ổn định của các hạt dầu trong nước hoặc ngược lại. Dưới đây là các bước cơ bản trong quá trình nhũ hóa:

- Chuẩn bị: Các thành phần cần thiết bao gồm các chất nhũ hóa, dầu và nước được chuẩn bị. Các chất này thường được kết hợp lại trong tỷ lệ thích hợp.

- Tiếp xúc và pha trộn: Dầu và nước được kết hợp lại và trộn đều để tiếp xúc với nhau. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, quá trình trộn có thể thực hiện bằng cách khuấy động với các thiết bị khuấy tốc độ cao hoặc bằng cách sử dụng áp suất để tạo ra nhũ tương.

- Thêm chất nhũ hóa: Chất nhũ hóa được thêm vào hỗn hợp dầu-nước. Các chất nhũ hóa thường chứa nhóm phân cực và phi phân cực trong cùng một phân tử, giúp tương tác với cả hai pha và giảm căng bề mặt giữa chúng.

- Hình thành nhũ tương: Quá trình trộn và tương tác giữa chất nhũ hóa, dầu và nước tạo ra sự phân tán của các hạt dầu nhỏ trong nước hoặc ngược lại. Các hạt dầu được bao quanh bởi lớp màng chất nhũ hóa, ngăn chúng kết tụ lại và duy trì nhũ tương trong trạng thái ổn định. 

II. NHŨ HÓA BẰNG CÔNG NGHỆ CHÂN KHÔNG PVF

2.1. Nhũ hóa chân không PVF là gì?

Nhũ hóa chân không PVF là quá trình nhũ hóa trong điều kiện chân không.

Công nghệ này thường được sử dụng để sản xuất các sản phẩm như kem chống nắng, kem dưỡng da cao cấp, và các sản phẩm mỹ phẩm chất lượng cao.

Dưới tốc độ khuấy từ 1800-2800 vòng/ phút kết hợp áp suất chân không bên trong thiết bị làm cho hệ nhũ tương sít đặc lại với nhau tránh được các mụn bong bóng khí trong hỗn hợp.

Hình 2. Máy nhũ hóa chân không PVF

Hình 3. Cấu tạo máy nhũ hóa PVF

Thuyết minh:

Nguyên liệu đầu vào sẽ được hút vào trong nồi nhũ hóa từ V1 bằng áp suất chân không. Sau khi nguyên liệu vào bên trong động cơ khuấy nhũ hóa bắt đầu hoạt động với tốc độ 1800 vòng đến 2900 vòng/phút. Các pha dầu và nước, chất nhũ hóa phân tán xen kẽ lẫn nhau tạo ra hệ nhũ tương đồng nhất. Trong quá trình nhũ hóa cánh khuấy phụ có tác dụng luân chuyển các vật chất để tăng khả năng đồng nhất.

 Cùng với quá trình nhũ hóa bằng cánh khuấy thì bộ phận bơm chân không sẽ hút toàn bộ các chất khí bên trong làm phá một phần bọt. Bộ phận tách bọt, giọt tách lại những giọt, bọt có khả năng trào ra ngoài, chống thất thoát vật chất trong bồn.

Máy nhũ hóa còn có bộ phận gia nhiệt truyền nhiệt vỏ áo để tăng khả năng phân tán. Nhiệt độ có thể điều chỉnh từ nhiệt độ môi trường đến 100 độ C.

2.2. Ưu điểm của nhũ hóa chân không PVF

- Loại bỏ không khí và khí thừa: Áp suất chân không giúp loại bỏ hoàn toàn hoặc giảm đáng kể lượng không khí và các khí thừa trong vật liệu hoặc sản phẩm. Điều này giúp tạo ra các sản phẩm có tính kín khít cao và bề mặt mịn màng.

- Tăng tính chất cơ học: Nhũ hóa chân không có thể loại bỏ không khí và khí thừa khỏi vật liệu polymer, nhựa, cao su trước khi chúng đông cứng. Điều này giúp tăng tính chất cơ học, chẳng hạn như độ bền, độ cứng, và độ co ngót của sản phẩm cuối cùng.

- Tạo bề mặt mịn và đẹp: Công nghệ nhũ hóa chân không giúp loại bỏ các bọt khí và khí thừa trong vật liệu, đảm bảo rằng bề mặt của sản phẩm cuối cùng sẽ mịn màng và không có lỗ khí hoặc lỗ rỗng.

- Kích thước hạt siêu nhỏ: Công nghệ này tạo ra các hạt siêu nhỏ, giúp tăng cường tính thẩm thấu, đồng nhất hóa màu sắc và tạo cảm giác mịn màng cho sản phẩm.

- Giảm nguy cơ biến dạng: Khi loại bỏ không khí hoặc khí thừa khỏi vật liệu, nguy cơ biến dạng do sự co ngót sau khi đông cứng sẽ giảm đi, tạo ra các sản phẩm có kích thước ổn định và chính xác.

- Tăng năng suất sản xuất: Áp dụng công nghệ nhũ hóa chân không có thể giúp tăng năng suất sản xuất, vì việc loại bỏ không khí và khí thừa trong quá trình sản xuất có thể giảm thiểu thời gian gia công và tạo ra các sản phẩm cuối cùng chất lượng hơn.

- Ứng dụng rộng rãi: Công nghệ nhũ hóa chân không có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm chế tạo, in ấn, sản xuất polymer, điện tử, y tế và nhiều lĩnh vực khác.

2.3. Ứng dụng của nhũ hóa chân không PVF

- Sản xuất vật liệu polymer: Trong ngành sản xuất các vật liệu polymer như nhựa và cao su, áp dụng công nghệ nhũ hóa chân không giúp loại bỏ không khí và khí thừa trong chất liệu, cải thiện tính chất cơ học và đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.

- In ấn và đóng gói: Trong ngành in ấn, công nghệ nhũ hóa chân không được sử dụng để loại bỏ không khí trong mực in trước khi in, giúp tạo ra các bề mặt in ấn chất lượng cao. Trong lĩnh vực đóng gói, công nghệ này cũng giúp tạo ra các sản phẩm đóng gói có tính kín khít và hấp dẫn hơn.

- Chế tạo sản phẩm điện tử: Trong ngành sản xuất các linh kiện điện tử như vi mạch và bộ phận điện tử nhỏ, công nghệ nhũ hóa chân không giúp loại bỏ không khí trong các khe hở nhỏ, đảm bảo tính chính xác và hiệu suất của các sản phẩm.

- Y tế và dược phẩm: Trong lĩnh vực y tế, công nghệ nhũ hóa chân không có thể được sử dụng để loại bỏ không khí và bọt khí trong các sản phẩm dược phẩm, tạo ra các sản phẩm chất lượng cao và ổn định.

- Sản xuất và chế tạo công nghiệp: Trong nhiều quy trình sản xuất và chế tạo công nghiệp khác nhau, như đúc khuôn, ép nhựa, làm khuôn kim loại, công nghệ nhũ hóa chân không được sử dụng để loại bỏ không khí và khí thừa, cải thiện tính chất của sản phẩm.

- Sử dụng rộng rãi nhất là trong ngành mỹ phẩm hóa dược, tạo các loại kem trị mụn, kem trị nám, kem chống bỏng, các hỗn hợp dạng past…

 Khoa Công nghệ Hóa học

Ngành Công nghệ Kỹ thuật Hóa học