Mikseri visokog smicanja za proizvodnju zubne paste

Proizvodnja zubne paste zahtjevan je proces koji traži opremu za miješanje sposobnu da obradi viskozne paste, visoke koncentracije čvrstih tvari i abrazivne čestice. Ultrazvučni mikseri visokog smicanja stvaraju smične sile visokog intenziteta koje osiguravaju temeljito vlaženje praškova, ujednačenu homogenizaciju koloidnih suspenzija i ravnomjernu raspodjelu veličine čestica. Dostupni u industrijskom razmjeru i sposobni za obradu tokova velikih volumena, ultrazvučni mikseri visokog smicanja vaš su pouzdani radni konj u proizvodnji zubne paste!

Proizvodnja zubne paste

Zubne paste, dentifrici i gelovi sastoje se od četiri glavne komponente: vode, abraziva, fluorida i deterdženata. Dok se sadržaj vode uglavnom kreće između 20 i 45%, abrazivi su glavne komponente koje čine najmanje 50% formulacije zubne paste. Široko korišteni abrazivi uključuju čestice aluminijum-hidroksida (Al(OH)₃), kalcijum-karbonata (CaCO₃), natrijum-karbonata, raznih kalcijum-hidrogenfosfata, hidratiziranih silika, zeolita, liskuna i hidroksiapatita (Ca₅(PO₄)3OH).
Uobičajene formulacije zubnih pasti i dentifrica općenito se proizvode prema sljedećim koracima:
Na početku se voda, ovlaživač (npr. sorbitol, glicerin, propilen-glikol) i drugi tekući sastojci miješaju zajedno kako bi se dobila tekuća baza.
Da bi se postigla određena reologija i tekstura konačne zubne paste, tekućoj bazi dodaju se modifikatori reologije i vezivna sredstva. Modifikatori reologije i vezivna sredstva daju zubnoj pasti gustoću i teksturu. Najčešće korištena vezivna sredstva uključuju karaja gumu, bentonit, natrijum-alginat, metilcelulozu, karagenan i magnezijum-aluminijum-silikat. Neki modifikatori reologije moraju se prethodno pomiješati s nevodenim tekućim sastojkom, kao što su glicerin ili eterična ulja za aromatiziranje. Alternativno, modifikator reologije može se umiješati u druge praškaste sastojke kako bi se olakšala koloidna disperzija.
U sljedećem koraku u smjesu se miješaju aktivni sastojci (npr. kalcijum-fluorid, cink-hlorid, hidroksiapatit), zaslađivači i aditivi za aromu te konzervansi.
Zatim se u smjesu zubne paste unosi suspenzija koja sadrži abrazivne čestice i/ili punila. Budući da su abrazivi glavni sastojak i dodaju se u visokom udjelu čvrstih tvari, za ovaj zahtjevan zadatak potrebno je snažno i pouzdano miješanje visokim smicanjem.
Nakon toga dodaju se aditivi za aromu i boju.
U završnom koraku miješanja formulaciji se dodaje deterdžent ili sredstvo za pjenjenje (sudser) koje djeluje kao stabilizator i poboljšava ravnomjernu raspodjelu zubne paste tokom pranja zuba. Deterdžent i sredstvo za pjenjenje umiješaju se u smjesu zubne paste blagim intenzitetom kako bi se pjenjenje svelo na minimum. Uobičajena sredstva za pjenjenje su natrijum-laurilsulfat, natrijum-laurilsulfoacetat, dioktil-natrijum-sulfosukcinat, sulfolaurat, natrijum-lauril-sarkozinat, natrijum-stearil-fumarat i natrijum-stearil-laktat.

Tipična osnovna formulacija zubne paste sastoji se od:

• Voda
• Abrazivne čestice
• Ovlaživači (npr. sorbitol, glicerin)
• Stabilizirajući surfaktanti
• Modifikatori reologije (zgušnjivači)
• Sredstva za bojenje
• Sredstva za aromatiziranje
• Konzervansi (npr. p-hydrozybenzoate)
• Deterdžent

Ovisno o vrsti proizvoda zubne paste, dodaju se i drugi aktivni sastojci kao što su baktericidi, izbjeljivači, fluorid itd.

Prirodne zubne paste „clean label“

Proizvođači organskih, prirodnih zubnih pasti formuliraju proizvode koristeći isključivo organski certificirane i/ili prirodne sastojke. Brendovi prirodnih zubnih pasti odgovaraju na potražnju potrošača koji brinu o zdravlju i žele izbjeći vještačke sastojke koji se obično nalaze u običnim zubnim pastama. Zbog sve veće potražnje potrošača za „clean label“ proizvodima, sve više manjih, ali i većih poznatih brendova nudi „clean label“ zubne paste. Ultrazvučni mikseri idealni su i za male i srednje proizvodne razmjere. Kao netermička, čisto mehanička metoda miješanja, ultrazvučna obrada ne mijenja prirodne, organske formulacije. Ultrazvučno miješanje kompatibilno je s prirodnim sastojcima kao što su soda bikarbona, aloe vera, ulje eukaliptusa, mirha, biljni ekstrakti (npr. ekstrakt kadulje, mente, jagode) i eterična ulja (npr. mente, krupnolisne mente, cimeta).
Saznajte više o ultrazvučnim smičnim mikserima za proizvodnju „clean label“ kozmetičkih proizvoda!

Kako funkcionira miješanje visokim smicanjem putem ultrazvučne obrade (sonikacije)?

Ultrazvučni mikseri visokog smicanja koriste isti mehanički princip kao i drugi uobičajeni industrijski sistemi za miješanje, npr. mikseri s oštricama visokog smicanja, višeosovinski mikseri, koloidni mlinovi, homogenizatori visokog pritiska i mješalice s lopaticama. Ultrazvučni mikseri visokog smicanja često se koriste za disperziju i mljevenje čestica, emulgiranje uljne i vodene faze, vlaženje i solubilizaciju čvrste tvari te za proizvodnju homogenih smjesa bilo koje vrste tekućina i suspenzija. Ultrazvučni mikseri prenose smične sile visokog intenziteta putem ultrazvučne sonde u posudu za miješanje, kao što je šaržni tank ili protočna ćelija. Sonda ultrazvučnog miksera vibrira u tekućini vrlo visokom frekvencijom i amplitudama, stvarajući pritom intenzivne ultrazvučne kavitacijske mjehuriće u mediju. Kolaps kavitacijskih mjehurića rezultira snažnim smičnim silama koje razbijaju i lome kapljice, aglomerate, agregate, pa čak i primarne čestice. Budući da ultrazvučna kavitacija stvara kavitacijsko strujanje velike brzine do 1000km/h, kavitacijski mlazevi tekućine ubrzavaju čestice. Kada se ubrzane čestice međusobno sudare, djeluju kao medij za mljevenje. Zbog toga se čestice koje se sudaraju razbijaju i smanjuju na mikronsku ili nanoveličinu. U polju ultrazvučne kavitacije pritisci se brzo i ponavljano smjenjuju između vakuuma i do 1000bar. Rotacijski mikser s 4 lopatice morao bi raditi pri nevjerovatnih 300.000 okretaja u minuti (RPM) da bi postigao istu frekvenciju izmjenjivih tlačnih ciklusa. Konvencionalni rotacijski mikseri i mikseri s rotorom i statorom ne stvaraju značajnu količinu kavitacije zbog ograničenja brzine.

Prije i poslije ultrazvučne obrade: zelena krivulja prikazuje veličinu čestica prije ultrazvučne obrade, a crvena krivulja je raspodjela veličine čestica ultrazvučno dispergirane silike.

Ultrazvučno miješanje zubne paste

Ultrazvučni mikseri visokog smicanja mogu se koristiti kao šaržni i kontinuirani inline procesori. Za visokoviskozne materijale i obradu velikih volumena prednost se daje upotrebi protočne ćelije pod pritiskom, jer to omogućava rad u uvjetima pojačane ultrazvučne obrade (tj. pritisak pojačava kavitaciju). Nadalje, korištenjem sofisticiranih protočnih postavki, kao što je prolazna ili diskretna procesna postavka, cijela smjesa zubne paste prisiljena je proći kroz ultrazvučnu kavitacijsku zonu u protočnoj ćeliji. Time se osigurava da svaka čestica prođe isti tretman, pa se postiže visoko ujednačena disperzija i miješanje.

Ultrazvučna prolazna obrada

Za svaki procesni korak, tj. kada se tekućoj bazi doda nova smjesa sastojaka, pasta prolazi iz jednog tanka kroz ultrazvučni reaktor u drugi tank. Ovaj prolazni proces osigurava vrlo pouzdan i ujednačen rezultat miješanja. Dok se tokom konvencionalnog šaržnog miješanja visokim smicanjem mora primijeniti prekomjerno miješanje kako bi se osiguralo da se sve čestice dispergiraju, postavka s ultrazvučnom protočnom ćelijom štedi vrijeme i energiju, jer je vrijeme obrade svedeno na minimalni tretman po čestici.
U konvencionalnom šaržnom miješanju visokim smicanjem neke čestice bivaju prekomjerno obrađene, dok neke čestice nikada ne dospiju u aktivnu zonu miješanja. Upotreba ultrazvučnog reaktora s protočnom ćelijom osigurava da svaka čestica prođe isti tretman visokim smicanjem. Zahvaljujući prolaznom procesu, svaka čestica obrađuje se istom frekvencijom i intenzitetom.

Savjet za obradu: ultrazvučno miješanje pod pritiskom

Primjena pritiska na ultrazvučni reaktor ili protočnu ćeliju pojačava akustičnu kavitaciju. Hielscher Ultrasonics isporučuje razne vrste protočnih ćelija i reaktora koji se mogu lako staviti pod pritisak do 5 barg. Reaktori izrađeni po mjeri mogu izdržati i veće pritiske do 300barg.

Ultrazvučni efekti uklanjanja zraka

Mješalice s lopaticama i konvencionalni mikseri visokog smicanja unose velike količine mjehurića plina u smjesu, što je velik nedostatak. Uklanjanje zraka iz konačne smjese zubne paste zahtijeva dodatni korak obrade, koji oduzima vrijeme i energiju. Tokom ultrazvučnog miješanja zadržavanje mjehurića zraka općenito je vrlo malo u poređenju s konvencionalnim mješalicama u tankovima i mikserima visokog smicanja. Upotreba ultrazvučnog reaktora s protočnom ćelijom sprječava nepotrebno unošenje neželjenih mjehurića plina, jer se smjesa iz spremnika dovodi stalnim protokom u zatvorenom sistemu. U postavci s ultrazvučnom protočnom ćelijom pasta se dovodi pod stalnim pritiskom u zonu ultrazvučne kavitacije. Ultrazvučna protočna postavka sprječava neželjeno zadržavanje plina tokom procesa miješanja. Nadalje, ultrazvučna obrada (sonikacija) dobro je utvrđena tehnika uklanjanja zraka i otplinjavanja te potiče koalescenciju mjehurića zraka tako da se mogu popeti na površinu i ishlapiti.
Saznajte više o ultrazvučnom uklanjanju zraka i otplinjavanju!

Prednosti ultrazvučnih miksera visokih performansi

Ultrazvučni mikseri visokog smicanja stvaraju intenzivne smične sile koje imaju potrebno djelovanje na čestice kao što su čvrste tvari, kapljice, kristali i vlakna kako bi se razbile na ciljanu veličinu, koja može biti u mikronskom ili nanometarskom rasponu. Zahvaljujući lakoj obradi visokih viskoziteta i velikih udjela čvrstih tvari, ultrazvučni inline mikseri visokog smicanja idealni su za obradu pastoznih proizvoda kao što su zubne paste, dentifrici i gelovi. Akustične smične sile postižu temeljito vlaženje praškastih sastojaka i ravnomjerno ih miješaju u homogenu pastu.
Ovisno o tvrdoći i krtosti čestica, ultrazvučni procesni parametri mogu se precizno podesiti kako bi se postigao željeni rezultat miješanja. U poređenju s alternativnim metodama miješanja, kao što su mješalice s oštricama visokog smicanja, homogenizatori visokog pritiska, koloidni mlinovi / mlinovi s kuglicama, osovinski mikseri itd., ultrazvučni mikseri visokog smicanja nude velike prednosti, kao što su obrada abraziva i visokih udjela čvrstih tvari bez problema, jednostavan i siguran rad, nizak nivo održavanja i robustnost.

Šaržna i inline obrada

Hielscher Ultrasonics mikseri visokih performansi mogu se koristiti za šaržnu i inline obradu. Ovisno o volumenu vašeg procesa i protoku po satu, može se preporučiti inline obrada. Dok je šaržna obrada zahtjevnija u pogledu vremena i rada, kontinuirani inline proces miješanja efikasniji je, brži i zahtijeva znatno manje rada.

Ultrazvučni mikseri za svaki kapacitet proizvoda

Asortiman proizvoda Hielscher Ultrasonics pokriva cijeli spektar ultrazvučnih procesora, od kompaktnih laboratorijskih ultrazvučnih uređaja preko stolnih i pilot sistema do potpuno industrijskih ultrazvučnih procesora s kapacitetom obrade od više kamiona po satu. Cjelokupan asortiman omogućava nam da vam ponudimo najprikladniji ultrazvučni smični mikser za vaš procesni kapacitet i ciljeve.
Povećanje razmjera s manjeg ultrazvučnog miksera na veće kapacitete obrade vrlo je jednostavno, jer se proces ultrazvučnog miješanja može potpuno linearno skalirati na osnovu vaših utvrđenih procesnih parametara. Povećanje razmjera može se postići ugradnjom snažnije jedinice ultrazvučnog miksera ili povezivanjem više ultrazvučnih uređaja u paralelu.

Visoke amplitude za visoku efikasnost miješanja

Industrijski ultrazvučni procesori kompanije Hielscher Ultrasonics mogu isporučiti vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm mogu se lako kontinuirano koristiti u radu 24/7. Za još više amplitude dostupne su ultrazvučne sonotrode izrađene po mjeri. Robustnost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher omogućava rad 24/7 pri velikom opterećenju i u zahtjevnim okruženjima.

Jednostavno testiranje bez rizika

Ultrazvučni procesi mogu se potpuno linearno skalirati. To znači da se svaki rezultat koji ste postigli pomoću laboratorijskog ili stolnog ultrazvučnog uređaja može skalirati na potpuno isti izlaz koristeći potpuno iste procesne parametre. Zbog toga je ultrazvučna obrada idealna za razvoj proizvoda i naknadnu primjenu u komercijalnoj proizvodnji.

Najviši kvalitet – dizajnirano i proizvedeno u Njemačkoj

Kao porodična kompanija koju vodi porodica, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvaliteta svojih ultrazvučnih procesora. Svi ultrazvučni uređaji dizajnirani su, proizvedeni i temeljito testirani u našem sjedištu u mjestu Teltow kod Berlina u Njemačkoj. Robustnost i pouzdanost ultrazvučne opreme kompanije Hielscher čine je radnim konjem u vašoj proizvodnji. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodna je karakteristika miksera visokih performansi kompanije Hielscher.

Ultrazvučne miksere visokog smicanja kompanije Hielscher možete kupiti u bilo kojoj veličini i tačno konfigurirane prema zahtjevima vašeg procesa. Od obrade tekućina u maloj laboratorijskoj čaši do kontinuiranog protočnog miješanja suspenzija i pasti na industrijskom nivou, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajući mikser visokog smicanja za vas! Molimo kontaktirajte nas – rado ćemo vam preporučiti idealnu postavku ultrazvučnog miksera!

Tabela u nastavku daje vam orijentacijski prikaz približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja: