[发明专利]一种分形阶跃通道式双重乳液微流控量产装置

说明书

一种分形阶跃通道式双重乳液微流控量产装置，包括若干并行的横向渐扩‑纵向突扩乳化单元和多级配置的分形结构流体分配通道，横向渐扩‑纵向突扩乳化单元包括相互连接的等深度楔形流动截面渐扩结构和变深度纵向突扩阶跃结构。横向渐扩‑纵向突扩乳化单元中，等深度楔形流动截面渐扩结构将流体从通道壁面推离，促进液滴在表面张力作用下加速脱离，变深度纵向突扩阶跃结构则会引起内界面拉普拉斯压差的变化，产生定向毛细驱动压差，促进流体快速流出，并在瑞利不稳定作用下断裂形成液滴，两种效应相互协同，提升乳液生成动力，串联两级乳化模块可促成双重乳液生成；分形结构流体分配通道可解决各相流体在多路并行制备单元之间出现分配不均的问题。

技术领域

本发明涉及双重乳液微流控生产技术领域，尤其涉及一种分形阶跃通道式双重乳液微流控量产装置。

背景技术

与单液滴相比，双重乳液是含有较小液滴的乳液滴，内部存在特有的壳-核结构，因其特有的灵活性和可控性而被广泛应用于化学化工、医药、化妆品等领域。传统的搅拌法、机械振荡法等传统双重乳液制备技术中，制备过程通常伴随强烈的振荡与剪切，这些制备方法下生成的双重乳液存在可控性差、球形度低、分散度低等问题。

微流控技术可通过对微小通道内多相流体的有效组织，实现多相流体及其相界面行为的精确控制。因此，与传统的乳液制备技术相比，采用微流控技术制备双重乳液具有单分散性好、球形度优、可控性高等优点，且原材料消耗小，整个制备过程更加经济、安全。

目前，针对单通路微流控液滴生成过程的研究已经较为成熟，可以生产出高品质、单分散的单、双重乳液乃至多重乳液液滴，且液滴的尺寸、核壳比、内液滴的个数均能实现连续可调。但在双重乳液量产过程中，各相流体在多路并行制备单元之间会出现分配不均的问题，在并行常规的流动聚焦结构的乳化体系中，当各相流体流量出现波动时，液滴尺寸也会随之变化，导致双重乳液的分散度低。此外，微流控装置中的各相流体流动缓慢，常引起单元出口处相界面包覆及脱离过程“动力不足”，进而造成乳液生成失败甚至通道阻塞。因此，各相流体的均匀分配和制备单元液滴生成的充足动力是高品质双乳液工业化量产的两大瓶颈问题。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种结合了等深度楔形渐扩通道结构与变深度纵向突扩阶跃通道结构的分形阶跃通道式双重乳液微流控量产装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种分形阶跃通道式双重乳液微流控量产装置，其特征在于：包括一级乳化模块、二级乳化模块和双重乳液输送通道，所述一级乳化模块包括若干并行的一级乳化单元，所述一级乳化单元包括内相流体输送通道、一级等深度楔形流动截面渐扩结构、一级变深度纵向突扩阶跃结构和中间相流体输送通道，所述内相流体输送通道的出口与所述一级等深度楔形流动截面渐扩结构的入口连接，所述一级等深度楔形流动截面渐扩结构的出口与所述一级变深度纵向突扩阶跃结构的入口连接，所述中间相流体输送通道连通一级变深度纵向突扩阶跃结构的底部，所述二级乳化模块包括若干并行的二级乳化单元，所述二级乳化单元包括二级等深度楔形流动截面渐扩结构、二级变深度纵向突扩阶跃结构和外相流体输送通道，所述一级变深度纵向突扩阶跃结构的出口与所述二级等深度楔形流动截面渐扩结构的入口连接，所述二级等深度楔形流动截面渐扩结构的出口与所述二级变深度纵向突扩阶跃结构的入口连接，所述外相流体输送通道连通二级变深度纵向突扩阶跃结构的底部，所述一级等深度楔形流动截面渐扩结构和二级等深度楔形流动截面渐扩结构的渐扩角度范围为10～35°，所述一级变深度纵向突扩阶跃结构和二级变深度纵向突扩阶跃结构的深度分别至少为一级等深度楔形流动截面渐扩结构和二级等深度楔形流动截面渐扩结构的2倍，所述双重乳液输送通道与二级变深度纵向突扩阶跃结构的出口连接。