硅油微球膜乳化小试案例：粒径分布优化与小颗粒控制

在微球制备项目中，客户经常会遇到一个问题：

通过普通搅拌乳化可以形成微球，但粒径分布不够集中，小颗粒比例较高。

对于一些需要控制粒径范围的硅油微球、聚合物微球或其他乳液固化体系来说，过多的小颗粒会影响后续检测、筛分、应用评价和批次稳定性。因此，客户往往希望通过更稳定的乳化方式，减少过小颗粒，提高粒径分布集中性。

本文分享一组硅油微球膜乳化小试案例。该案例基于客户提供的原料体系进行测试，重点观察膜乳化方式对粒径分布、小颗粒比例和后续优化方向的影响。

需要说明的是，本案例属于小试阶段结果展示，不代表最终工艺已经完全优化完成。实际项目仍需要根据目标粒径、膜孔径、预乳状态、压力条件和固化方式继续优化。

一、项目背景

客户提供的样品体系为硅油微球相关体系。根据客户提供的信息，该体系原有工艺主要采用搅拌乳化方式制备微球。

客户当前关注的问题主要包括：

1. 搅拌乳化方式可以形成微球，但粒度分布不够理想；

2. 小颗粒比例偏高，尤其是 5 μm 以下颗粒较多；

3. 希望微球粒径主要控制在 5–15 μm 范围；

4. 希望激光粒度仪检测 D50 控制在 8–10 μm；

5. 希望粒径跨度尽量降低，分布更加集中；

6. 希望判断膜乳化方式是否适合该硅油微球体系。

对于这类项目，小试阶段的核心目标不是一次性确定最终生产工艺，而是先判断：

膜乳化是否能够改善粒径分布、减少过小颗粒，并为后续工艺优化提供方向。

二、本次测试思路

本次测试采用膜乳化小试方式，对客户提供的硅油体系样品进行初步验证。

由于当时测试条件下暂无 10 μm 膜管，本次先采用 20 μm 膜管进行初步测试，重点观察以下几个方面：

1. 样品是否可以通过膜乳化方式形成微球；

2. 粒径分布是否较搅拌法更集中；

3. 是否能够减少 5 μm 以下小颗粒；

4. 当前膜孔径下 D10、D50、D90 和 Span 情况；

5. 后续是否有继续优化的空间。

测试中采用快速膜乳化思路，即先形成预乳，再通过膜管进一步均一化处理。对于客户小试验证和前期筛选来说，这种方式更适合观察物料体系、膜孔径和工艺参数对最终粒径分布的影响。

三、客户原有搅拌法存在的问题

根据客户提供的对照资料，传统搅拌乳化方式可以形成硅油微球，但粒径分布曲线相对较宽，并存在较明显的小颗粒分布。

从客户反馈看，原有工艺的主要问题不是“不能成球”，而是：

1. 微球粒径分布不够集中；

2. 小颗粒比例偏高；

3. 5 μm 以下颗粒较多；

4. 后续粒径控制和重复性存在优化需求。

这类问题在普通搅拌乳化中比较常见。搅拌方式下，液滴形成过程受到转速、剪切状态、物料黏度、加料方式和局部流场影响，容易出现大颗粒和小颗粒同时存在的情况。

膜乳化小试的价值在于，通过膜孔结构和过膜过程对乳滴或预乳进行进一步均一化，从而观察是否能够改善粒径分布。

四、本次膜乳化小试结果

本次膜乳化小试后的粒径检测结果如下：

从结果看，本次样品的 D50 为 15.131 μm，D10 为 7.077 μm，D90 为 21.193 μm，Span 为 0.933。

虽然 D50 尚未完全达到客户期望的 8–10 μm 范围，Span 也略高于客户期望值，但从整体结果看，本次膜乳化小试已经表现出两个积极信号：

1. 粒径分布较为集中；

2. 未出现明显 5 μm 以下小颗粒富集现象。

尤其是第二点，对于客户原本关注的小颗粒问题具有较高参考价值。

五、与搅拌法对照结果相比，有哪些改善？

根据客户提供的传统搅拌法对照结果，搅拌法样品粒径分布较宽，曲线存在更明显的小颗粒峰或多峰趋势，Span 约在 1.23 左右。

本次膜乳化小试结果中，Span 为 0.933。

从对比角度看：

这个结果说明：
在该硅油微球体系中，膜乳化小试对于减少过小颗粒、改善粒径集中性具有一定优化效果。

这里需要注意，不能简单理解为膜乳化已经完全达到最终目标。更准确的判断是：

膜乳化已经显示出改善方向，后续可以继续围绕膜孔径、预乳状态、压力和通过次数进行优化。

六、为什么使用 20 μm 膜管仍有参考价值？

本次客户期望 D50 为 8–10 μm，但测试时暂无 10 μm 膜管，因此采用 20 μm 膜管进行初步验证。

从结果看，20 μm 膜管下 D50 为 15.131 μm，已经能够明显减少 5 μm 以下小颗粒，并使粒径分布更加集中。

这说明该体系对膜乳化方式有一定响应。

但由于目标 D50 更接近 8–10 μm，后续如果具备条件，可以进一步考虑：

1. 更换更小孔径膜管；

2. 优化预乳粒径和稳定性；

3. 调整过膜压力；

4. 优化通过次数；

5. 结合固化条件继续观察粒径变化；

6. 做重复批次验证稳定性。

也就是说，20 μm 膜管本次结果更适合作为适配性验证和方向判断，而不是最终优化结果。

七、本次案例说明了什么？

从本次结果可以得到几个判断：

1. 该硅油体系具备膜乳化小试基础

样品经过膜乳化处理后，可以获得较集中的粒径分布，说明该体系具备进一步通过膜乳化优化的基础。

2. 膜乳化有助于降低过小颗粒比例

客户原有搅拌法的痛点之一是小颗粒较多。本次膜乳化结果中，5 μm 以下小颗粒明显减少，这是本次小试最重要的改善点。

3. 当前结果还不是最终目标

D50 为 15.131 μm，尚未达到客户期望的 8–10 μm。因此，这个案例更适合定位为“小试优化案例”，而不是“完全达标案例”。

4. 后续仍有进一步优化空间

如果后续采用更合适孔径膜管，并结合预乳状态、压力、通过次数和固化条件优化，有机会进一步向目标粒径范围靠近。

八、后续优化方向

如果客户希望继续推进该硅油微球项目，建议从以下方向优化。

1. 更换更合适孔径膜管

由于本次使用的是 20 μm 膜管，而客户目标 D50 为 8–10 μm，后续可以考虑使用更小孔径膜管进行对比测试。

但需要注意，膜孔径不能只看目标粒径，还要结合物料黏度、预乳状态和堵膜风险综合判断。

2. 优化预乳状态

快速膜乳化法中，预乳状态会直接影响最终粒径分布。

后续可以重点观察：

1. 预乳液滴是否过大；

2. 预乳是否容易分层；

3. 预乳是否存在明显团聚；

4. 预乳稳定时间是否足够；

5. 是否需要调整搅拌条件。

3. 调整过膜压力和通过次数

过膜压力和通过次数会影响液滴细化和分布集中程度。

压力过低可能均一化不足；压力过高可能造成体系不稳定或粒径分布变宽。因此需要结合实际压力变化和出液状态逐步优化。

4. 结合固化条件继续验证

对于微球体系来说，乳液阶段和固化后粒径并不一定完全一致。
后续仍需要结合固化条件、检测时间和检测方法进行综合判断。

5. 做重复批次验证

单次小试结果可以证明方向，但如果要进一步推进工艺开发，还需要做重复批次验证，观察粒径结果和微球形貌是否稳定。

九、类似项目测试前需要确认哪些信息？

对于硅油微球或类似乳液固化体系，如果希望评估膜乳化小试，建议提前提供以下信息：

1. 样品体系和主要组分；

2. 分散相和连续相组成；

3. 是否已有搅拌法或其他乳化工艺；

4. 当前粒径检测结果；

5. 目标粒径范围；

6. 是否关注 D10、D50、D90、Span 或 C.V.；

7. 是否存在 5 μm 以下小颗粒问题；

8. 是否需要固化或后处理；

9. 样品量；

10. 是否考虑后续中试放大。

这些信息越清楚，膜孔径选择和小试方案判断就越准确。

十、结论

本次硅油微球膜乳化小试结果显示，在使用 20 μm 膜管的条件下，样品 D50 为 15.131 μm，Span 为 0.933。虽然结果尚未完全达到客户 D50 8–10 μm 的最终目标，但相比客户提供的传统搅拌法对照样品，本次膜乳化小试在减少 5 μm 以下小颗粒、改善粒径集中性方面表现出较好的优化趋势。

这说明该硅油微球体系具备进一步进行膜乳化工艺优化的基础。后续可继续通过更换更合适孔径膜管、优化预乳状态、调整过膜压力和通过次数等方式，进一步接近目标粒径范围。

对于类似硅油微球、聚合物微球、乳液固化体系或粒径分布优化项目，建议先通过小试验证物料体系是否适合膜乳化，再决定是否进入后续工艺优化或设备配置阶段。

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可以先提供目标粒径、样品量、物料体系、当前粒径检测结果和现有乳化方式，先行者生物可根据基础信息初步判断适合的膜孔径范围、小试验证方式和后续优化方向。

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