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Jet breakup per l'incapsulamento di soluzioni di alginato

Informazioni tesi

  Autore: Sandra Lanteri Lianò
  Tipo: Tesi di Laurea
  Anno: 2003-04
  Università: Politecnico di Torino
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Chimica
  Relatore: pier Luca Maffettone
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 112

Tra le varie tecniche disponibili per incapsulare i materiali quella del jet breakup presenta dei vantaggi in quanto consente di produrre delle beads, all’ interno delle quali sono contenute le cellu-le, di diametro maggiore di 200 μm e può essere portato su scala industriale. Inoltre garantisce una elevata produttività, un buon livello di utilizzo del materiale anche in condizioni di sterilità, ed una distribuzione monodimensionale del diametro delle beads.Il jet breakup si basa sulla rottura in gocce di un jet di liquido, ottenuto dal passaggio del fluido in un ugello al quale viene applicato un disturbo sinusoidale. Innanzitutto si è effettuata la caratterizzazione reologica degli alginati utilizzati, di cui si è evidenziata la viscoelasticità.Successivamente si è passati alla sperimentazione con l’unità di incapsulamento della NISCO, che provoca la rottura del jet imponendo una perturbazione al nozzle, la cui frequenza ed ampiezza possono essere variate elettronicamente. Si procede variando la portata di fluido all’ugello e la frequenza del disturbo e si riprendono i vari esperimenti con una High Speed Camera.Tramite un programma di elaborazione e gestione dei filmati si misurano il diametro del jet, il diametro ed il volume delle gocce ottenute al variare delle condizioni operative. In particolare si è dia-grammato l’ andamento delle dimensioni delle gocce al variare della frequenza.Si osserva dai dati sperimentali che la lunghezza della goccia è maggiore della larghezza in quanto le misure vengono effettuate in prossimità dell’ugello, le dimensioni delle gocce diminuiscono all’ aumentare della frequenza della perturbazione imposta al nozzle, come previsto dalla teoria; inoltre la larghezza della goccia si avvicina molto al diametro teorico.Dalla campagna sperimentale si sono potute trarre alcune considerazioni importanti relative al jet breakup ed alla formazione delle gocce con fluidi viscoelastici:1)si vede che la rottura del jet avviene attraverso la formazione delle strutture beads-on-a-string, cioè si ha un filamento continuo di fluido che unisce le varie gocce formate; questo contribuisce a ritardare la rottura in gocce del jet. 2)la presenza della struttura beads-on-string evidenzia la presenza di fenomeni altamente non lineari nella parte terminale del jet; la lunghezza di rottura dei jet viscoelastici non può quindi essere calcolata con la teoria di stabilità lineare.3)le dimensioni delle gocce si possono prevedere usando la teoria lineare, ottenendo dei risul-tati accettabili.4)si osserva la formazione di gocce satellite che si staccano dalle gocce principali, soprattutto alla basse frequenze; in effetti la presenza di gocce secondarie diminuisce all’aumentare del-la frequenza.5)la frequenza di disturbo al nozzle da noi utilizzata è, per via dei limiti dell’ apparecchiatura, molto maggiore di quella teorica ottimale ma questo non sembra avere influenza rilevante sul diametro delle gocce.6)i parametri dell’esperimento e quelli relativi al materiale usato sono molto differenti da quelli degli altri lavori pratici di jet breakup realizzati finora: la viscosità e l’elasticità sono molto più elevate.

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INTRODUZIONE I primi studi sul jet breakup risalgono alla fine dell’ottocento ma ancora og- gi l’argomento offre degli spunti per molti lavori in quanto sono possibili sempre nuovi approfondimenti data la varietà di usi e di materiali che possono essere uti- lizzati. In particolare una delle applicazioni, che si è sviluppata recentemente, è rappresentata dalla produzione di microcapsule, a partire dalla rottura di un jet di fluido. Come precedentemente accennato, un aspetto di particolare importanza dell’incapsulamento con la tecnica del jet breakup è quello di essere applicabile in diversi campi; per questo motivo sta prendendo sempre più piede sui mercati far- maceutico e medico, chimico e alimentare, i quali, ovviamente, presentano una produzione decisamente differenziata. Questi processi devono, naturalmente, esse- re preceduti e sostenuti da un opportuno ed efficiente lavoro di sperimentazione. La tecnologia, oggetto del lavoro presentato, permette di ottenere molto ra- pidamente ed in modo semplice gocce che soddisfano i parametri desiderati e che, successivamente ad immersione in un bagno indurente, formeranno le beads. Durante la stesura di questo elaborato, si è dapprima considerato l’aspetto teorico riguardante sia il jet breakup sia le sue applicazioni nel campo dello incap- sulamento, cercando di presentare un quadro generale ma il più possibile appro- fondito, al fine di evidenziare gli aspetti innovativi di questa tecnica e le proble- matiche relative al suo impiego. In secondo luogo, si è ritenuto opportuno analizzare in dettaglio le proprietà del materiale con il quale si è lavorato, l’alginato di sodio, con particolare atten- zione alla caratterizzazione reologica effettuata in laboratorio. Successivamente si è cercato di esporre in modo chiaro ed accurato il lavoro di sperimentazione condotto presso la sede di Pomezia della società multinaziona- le Procter & Gamble nei laboratori del Centro di Ricerca e Sviluppo. Le prove svolte, che rappresentano il fulcro della tesi presentata in questa sede, hanno per- messo di analizzare la produzione di gocce in relazione alle condizioni di rottura del jet che le ha prodotte. Infine, sono stati presentati i risultati ottenuti, cercando di evidenziare, in modo completo e coordinato, gli aspetti di maggiore rilievo emersi dallo studio. Le conclusioni della sperimentazione svolta sono state argomentate con al- cune osservazioni, al termine delle quale si sono presentati i campi di studio e di sperimentazione futuri, considerati di particolare importanza. 1

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Parole chiave

alginato
beads-on-string
gocce
incapsulatore
jet breakup
microcapsule
reometro
viscoelasticità

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