超细粉碎是指将粗颗粒物料粉碎至粒径小于 10~25μm 的单元操作｡ 当物料被粉碎至粒径小于 10 μm后,超细颗粒具有高表面活性､空隙率和表面能,从而赋予物料优良的溶解性､吸附性､流动性及独特的光､电､ 磁等性能｡ 超细粉碎技术被广泛应用于食品､医药､信息材料､微电子､保温材料､高级耐火材料､高技术陶瓷､涂料､填料和新材料产业｡
气流粉碎机作为对粉体实现超微粉碎的最有效装备之一，采用超音速气流冲击物料，使物料相互碰撞，从而达到超细粉碎的目的，因此气流粉碎设备操作简单，无污染，产品纯度高，活性保持良好，粉体分散性好，粒度小且分布较窄，颗粒表面光滑，特别适用于热敏性和湿敏性药物的超细粉碎。 国际上 25%的气流粉碎机被用于制备超细药物，但是气流粉碎技术应用于化妆品中活性物的微粉化或产品制作的报道很少。
随着近 20 年我国化妆品工业的高速发展，大量生物活性物和中草药粉被广泛应用于各类化妆品中，但是原料的颗粒大，存在低温难溶于水或直接应用难以被皮肤吸收的问题。 通过对活性物原料进行超细粉碎，可以大大降低活性物的溶解温度，有利于活性的保持和透皮吸收。 另外，气流粉碎技术应用于高档压粉类彩妆品制造，改善粉体结构，对压粉性能和产品质量都有很大提高。 气流粉碎技术在化妆品行业中有着广阔的应用前景。
本文中对一种扁平式圆盘气流磨的结构及工作原理进行论述，结合在压粉类化妆品及一些功能性化妆品中的实用例子，提出气流粉碎技术在该领域的改进发展方向。
1 圆盘式气流磨的结构及工作原理
料斗内的物料经螺杆送到喷嘴口，由 B 处气流（压力约为 0.7 MPa，速度为音速的 2~2.5 倍）推动加速至 300~500 m/s， 经文丘里喷嘴沿切线方向喷入磨腔，气流在喷嘴出口产生绝热膨胀，使物料温度降低， 进入磨腔的颗粒在气流作用下形成涡流运动。同时，C 处气流(压力、速度与 B 处的相同)被送入磨腔外侧， 经气孔环上的小孔沿一定的角度喷入磨腔，对颗粒的运动产生 2 个方向的作用力：一个是沿壁方向加速颗粒的运动， 为颗粒之间的碰撞进一步提供动能； 另一个是沿圆心方向对颗粒作用产生向心力，迫使颗粒向圆心运动。 在这 2 种力的作用下，颗粒的运行轨迹呈螺旋涡流式运动。 在此过程中发生颗粒之间的相互碰撞，导致颗粒变小。 随着小颗粒质量减小，离心力减小；当颗粒受到的向心力大于离心力时，颗粒向中心运动，而大颗粒因离心力大而又返回壁方向一侧进一步加速、碰撞。 进到中心的微细颗粒气流受到中心分级器的阻力作用，气流改变运动方向，进入下面锥形套筒；旋风分离作用使得颗粒与筒壁碰撞失去动能，落入下面的细粉收集桶内，而更小的颗粒则随着气流经上部分级器进入收集器中。
C 处气流经喷嘴环喷入磨腔的角度及磨腔半径对颗粒的细度及粒径分布有重要影响。 研磨不同的物料需用不同的喷嘴环，以获得最佳研磨角。瑞士 APTM公司开发了研磨角为 18~45°的系列喷嘴环，喷嘴环与磨腔直径的理想配合与研磨料的特性相关，需要在大量实验的基础上建立数学模型，计算设计出相应的气流粉碎机的结构。
2 气流粉碎机在化妆品中的应用
2.1 着色剂和填充粉体的微粉化
着色剂和填充粉料大量应用于化妆品中的粉底、眼影及粉饼类产品，配方师希望这些粉料能均匀地分散于乳化体系中，然后使用少量的悬浮剂，以达到粉体稳定分散的目的， 并同时表现出良好的基色表现力和细腻润滑的肤感。 这要求粉体除了具备与乳化体系具有良好的亲合性外， 还必须具有足够的细度。
目前，化妆品行业中应用的粉体研磨设备主要以三辊研磨机、胶体磨、球磨机等，但是这些湿法研磨设备存在产品粒度分布宽， 需要加入甘油或油类物质湿润色料，导致研磨过程易滋生微生物，设备有死角，不易清洗、消毒等问题。 气流磨机与物料接触部分采用镜面设计，易于清洗、消毒，全密封体系对物料无染，产品粒径均匀，粒度分布窄，非常适用于色料和粉体填充剂的生产流程。 眼影粉的工艺流程如图 2 所示。
 图 2 眼影粉的制造流程
气流粉碎机的工艺流程如图 3 所示。 粉料首先在混合器中混匀、喷油后进一步轧碎，然后转入气流磨的料斗，用螺杆送至喷嘴，被压缩空气加速进入磨腔，研磨的细粉收集于下部桶内，超细粉通过布袋排气后收集。 气压与送料速度是影响磨粉效果的重要因素。气压通过压力报警装置控制， 当压力小于设定值时，系统自动停机。 供料过快，会导致磨腔及喷嘴的堵塞；供料过慢，则导致颗粒之间的碰撞频率减小，不能有效研磨。 通过控制螺杆的转速可以实现稳定的供料速度。 不同尺寸的气流粉碎机要求的送料速度不同，如表 1 所示。
在眼影粉的制造过程中，粉料及着色剂的超细粉碎可通过气流粉碎机或锤式粉碎机实现。 经过 2 种方式粉碎的粉料采用 MicrotracS3500 粒度测定仪测定粒径分布，结果如图 4 所示。 由图可知，经过气流粉碎机研磨的粉料粒度更小，分布更窄。
气流粉碎机与锤式磨粉机的压粉性能对比如表2所示。 由表可知，粒径小、粒度均匀分布的粉料具有优异的压粉性能。 气流粉碎机制备的粉料所用压力小，起粉性能更加优异。 眼影粉在附着性、柔滑性及绒膜性等使用感方面表现更佳。
 2.2 活性原料的微粉化
微粉化后的活性物原料水溶性更佳，有利于活性的保持。 如护肤品中具有抗菌作有的尿囊素、穿心莲内酯，需要在 80 ℃时溶解 2 h，如果经过超细粉碎，在80 ℃时只需几分钟便可溶解， 极大地保持了抗菌活性。维生素 C（简称 VC）及其衍生物（如 VC 糖甙）常用于美白化妆品中，但是在贮存过程中，即使在避光的情况下产品也极易变黄，VC 被氧化而失去活性。 如果在制作过程中不先将 VC 溶于基质中， 而是在消费者使用时通过泵压装置将 VC 与基质混合， 将 VC 溶于基质中，便可完全利用 VC 的活性，但是市售 VC 的粒径均为 100~200 μm，不能实现快速溶解。 如果经过超细粉碎，使粒径减小至小于 10 μm，VC 便能快速溶解于基质溶液中， 利用此类技术的面膜化妆品已有市售。
珍珠粉含有丰富的氨基酸和各种微量元素，具有滋养、美白等多种功效，市售水不溶性珍珠粉粒径均为 400~800 μm，直接服用基本上不能吸收，而通过乳酸处理的珍珠虽然可水溶， 但是氨基酸会部分酸解。通过超细粉碎， 可将珍珠粉碎至粒径小于 0.1 μm，以利于皮肤直接吸收。
除了活性物的超细粉碎外，气流粉碎机还可用于胶体的超细粉碎，以利于胶体的快速分散、溶解。 这些胶体有阿拉伯胶、卡拉胶及果胶等黏多糖物质，以及明胶和改性纤维素类。 这些胶体常用于粉剂型面膜制品中，经气流粉碎机超细粉碎后，面膜可快速溶解于热水中成型，胶体溶解均匀，不会有局部白点出现。
2.3 中草药的超细粉碎
中草药已广泛应用于各类功效性化妆品中，如在美白祛斑类产品中使用的白茯苓、白果仁、白术等，在粉刺制品常用的连翘、苦参等。 在一些面膜类制品中，中草药往往以粉剂的形式直接加入，但是普通粒度的中药粉是难于被吸收的，需要细胞破壁后才能释放其中的功效性成分。 中药材的细胞直径一般为 10~50 μm，一部分达到 70 μm，如果将中草药粉碎到粒径为 70 μm时，仅仅有部分细胞开始破壁，要想达到以提高药效为目的的破壁，应该粉碎至粒径约为 25 μm 才比较合适。 例如，花粉中营养丰富的主要成分在外壁以内未经破壁无法被人体获取，一般粉碎机均无法破碎非常坚韧的花粉外壁，但是花粉的粉碎破壁在气流粉碎机上就可以实现。
江苏省江阴市鑫陆化工制药设备有限公司的 WS 系列超细气流粉碎机，粉碎中草药的粒径一般能达到 6.5~15 μm。 超细粉碎的药粉粒度更加细微均匀，比表面积增大，孔隙率增大，有效成分能较好地分散、释放。
3 结语
1）微粉化技术是一套完整的工艺和技术，是一个系统化过程，在化妆品的制造过程中需满足化妆品卫生规范的要求。 在过去的几年中，虽然我国已在超细粉碎领域取得很大进步，但是要将其应用到化妆品的产业化上，还应结合化妆品行业的特点，设计易于清洗和消毒、制造过程不污染产品、不产生粉尘、能耗低的超细粉碎设备。
2）加强超细粉碎的基础理论研究，结合各种粉料性能，在实验的基础上进行模块设计，建立数据模型，开发多功能、一体化的气流研磨设备，提高综合配套性能、自动控制能力和单机处理能力，能得到粒度分布窄的超细粉体，并且能适应不同特性及各种硬度物料的加工。
3） 寻求减少气流研磨设备粉碎中磨损的有效途径，延长设备使用寿命，减少产品污染。 重点解决气流磨磨腔、喷嘴环的材质问题，开发高耐磨性的合金材料。 另外，合适的工艺流程也是减少气流磨磨损的有效措施。
4）寻求降低能耗、提高能量利用率的有效途径，克服气流粉碎机能量利用率低这一最大缺点。
5）气流研磨技术的发展将为开发高品质、高技术含量、功效优良的化妆品提供技术支撑，增强产品的市场竞争力。 气流研磨技术不仅可以广泛应用于压粉类彩妆品和面膜制品中，而且在活性原料及中草药的预处理方面也有广阔的应用前景。
本文作者：曹绪章（广州雅芳制造有限公司， 广东 广州 510900）
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