Vysokosmykové mixéry pro výrobu zubních past

Výroba zubních past je náročný proces, který vyžaduje míchací zařízení schopné zpracovat viskózní pasty, vysoké koncentrace pevných látek a abrazivní částice. Ultrazvukové vysokosmykové mixéry poskytují vysoce intenzivní smykové síly, které zajišťují důkladné smáčení prášků, rovnoměrnou homogenizaci koloidních suspenzí a rovnoměrnou distribuci velikosti částic. Ultrazvukové vysokosmykové mixéry, dostupné v průmyslovém měřítku a schopné zpracovávat velkoobjemové proudy, jsou vaším spolehlivým tahounem při výrobě zubních past!

Výroba zubních past

Zubní pasty, dentifricia a gely se skládají ze čtyř hlavních složek: vody, abraziv, fluoridů a detergentů. Zatímco obsah vody se většinou pohybuje mezi 20 a 45 %, abraziva jsou hlavními složkami a tvoří nejméně 50 % receptury zubní pasty. Mezi široce používaná abraziva patří částice hydroxidu hlinitého (Al(OH)₃), uhličitanu vápenatého (CaCO₃), uhličitanu sodného, různých hydrogenfosforečnanů vápenatých, hydratovaných oxidů křemičitých, zeolitů, slídy a hydroxyapatitu (Ca₅(PO₄)3OH).
Běžné receptury zubních past a dentifricií se obecně vyrábějí podle následujících kroků:
Nejprve se smíchá voda, zvlhčovadlo (např. sorbitol, glycerin, propylenglykol) a další kapalné složky, čímž vznikne kapalný základ.
Aby se dosáhlo určité reologie a textury výsledné zubní pasty, přidávají se do kapalného základu modifikátory reologie a pojiva. Modifikátory reologie a pojiva dodávají zubní pastě její hustotu a texturu. Mezi běžně používaná pojiva patří karayová guma, bentonit, alginát sodný, methylcelulóza, karagenan a křemičitan hořečnato-hlinitý. Některé modifikátory reologie je nutné předem smíchat s nevodnou kapalnou složkou, jako je glycerin nebo aromatické esenciální oleje. Alternativně lze modifikátor reologie vmíchat do jiných práškových složek, aby se usnadnila koloidní disperze.
V dalším kroku se do směsi vmíchají účinné látky (např. fluorid vápenatý, chlorid zinečnatý, hydroxyapatit), sladicí chuťové přísady a konzervační látky.
Poté se do směsi zubní pasty zapracuje suspenze obsahující abrazivní částice a/nebo plniva. Protože abraziva jsou hlavní složkou, která se přidává při vysokém obsahu pevných látek, je ke splnění tohoto náročného úkolu zapotřebí výkonné a spolehlivé vysokosmykové míchání.
Následně se přidávají chuťové a barvicí přísady.
V posledním kroku míchání se do receptury přidává detergent neboli pěnidlo (pěnotvorné činidlo), které působí jako stabilizátor a zlepšuje rovnoměrnou distribuci zubní pasty při čištění zubů. Detergent a pěnidlo se do směsi zubní pasty vmíchávají při nízké intenzitě, aby se minimalizovalo pěnění. Běžnými pěnidly jsou laurylsíran sodný, laurylsulfoacetát sodný, dioktylsulfosukcinát sodný, sulfolaurát, laurylsarkosinát sodný, stearylfumarát sodný a stearyllaktát sodný.

Typická základní receptura zubní pasty obsahuje:

• Voda
• Abrazivní částice
• Zvlhčovadla (např. sorbitol, glycerin)
• Stabilizující povrchově aktivní látky
• Modifikátory reologie (zahušťovadla)
• Barviva
• Aromatické látky
• Konzervační látky (např. p-hydrozybenzoate)
• Detergent

V závislosti na typu zubní pasty se přidávají další účinné látky, jako jsou baktericidy, bělicí látky, fluorid atd.

Přírodní zubní pasty s čistým složením (clean label)

Výrobci organických, přírodních zubních past formulují produkty výhradně z certifikovaných organických a/nebo přírodních složek. Značky přírodních zubních past vycházejí vstříc poptávce spotřebitelů dbajících na zdraví, kteří se chtějí vyhnout umělým složkám běžně obsaženým v konvenčních zubních pastách. Vzhledem k rostoucí poptávce spotřebitelů po produktech s čistým složením (clean label) nabízí zubní pasty s čistým složením stále více menších i větších známých značek. Ultrazvukové mixéry jsou ideální i pro malé a středně velké výrobní měřítko. Jako netepelná, čistě mechanická metoda míchání sonikace nemění přírodní, organické receptury. Ultrazvukové míchání je kompatibilní s přírodními složkami, jako je jedlá soda, aloe vera, eukalyptový olej, myrha, rostlinné extrakty (např. extrakt ze šalvěje, máty, jahod) a esenciální oleje (např. máta, máta klasnatá, skořice).
Přečtěte si více o ultrazvukových smykových mixérech pro výrobu kosmetických produktů s čistým složením (clean label)!

Jak funguje vysokosmykové míchání pomocí sonikace?

Ultrazvukové vysokosmykové mixéry využívají stejný mechanický princip jako jiné běžně používané průmyslové míchací systémy, např. vysokosmykové lopatkové mixéry, víceosé mixéry, koloidní mlýny, vysokotlaké homogenizátory a lopatková míchadla. Ultrazvukové vysokosmykové mixéry se často používají k dispergaci a mletí částic, k emulgaci olejové a vodní fáze, ke smáčení a rozpouštění pevných látek a také k výrobě homogenních směsí jakýchkoli kapalin a suspenzí. Ultrazvukové mixéry přenášejí vysoké smykové síly prostřednictvím ultrazvukové sonotrody do míchací nádoby, například do vsádkové nádrže nebo do průtokové cely. Sonotroda ultrazvukového mixéru kmitá v kapalině s velmi vysokou frekvencí a amplitudami, a vytváří tak v médiu intenzivní ultrazvukové kavitační bubliny. Kolaps kavitačních bublin vede ke vzniku silných smykových sil, které narušují a rozbíjejí kapičky, aglomeráty, agregáty, a dokonce i primární částice. Protože ultrazvuková kavitace vytváří vysokorychlostní kavitační proudění o rychlosti až 1000km/h, kavitační kapalinové trysky urychlují částice. Když se urychlené částice srážejí mezi sebou, působí jako mlecí médium. V důsledku toho se srážející částice tříští a zmenšují se na mikronovou nebo nanometrovou velikost. V ultrazvukovém kavitačním poli se tlak rychle a opakovaně střídá mezi vakuem a až 1000bar. Rotační mixér se 4 míchacími lopatkami by musel pracovat při ohromujících 300 000 ot./min, aby dosáhl stejné frekvence střídajících se tlakových cyklů. Konvenční rotační mixéry a mixéry typu rotor-stator nevytvářejí kvůli omezené rychlosti žádné významné množství kavitace.

Před sonikací a po ní: Zelená křivka ukazuje velikost částic před sonikací, červená křivka je distribuce velikosti částic ultrazvukem dispergovaného oxidu křemičitého.

Ultrazvukové míchání zubních past

Ultrazvukové vysokosmykové mixéry lze používat jako vsádkové i kontinuální inline procesory. Pro vysoce viskózní materiály a zpracování velkých objemů se upřednostňuje použití reaktoru s tlakovatelnou průtokovou celou, protože umožňuje pracovat za intenzivnějších podmínek sonikace (tj. tlak zesiluje kavitaci). Navíc při použití propracovaných průtokových uspořádání, jako je průchodové nebo diskrétní uspořádání procesu, je celá směs zubní pasty nucena projít ultrazvukovou kavitační zónou v průtokové cele. To zajišťuje, že každá částice podstoupí stejné ošetření, takže se dosáhne vysoce rovnoměrné disperze a promíchání.

Ultrazvukové průchodové zpracování

V každém procesním kroku, tj. když se do kapalného základu přidává nová směs složek, prochází pastová směs z jedné nádrže přes ultrazvukový reaktor do druhé nádrže. Tento průchodový proces zajišťuje vysoce spolehlivý a rovnoměrný výsledek míchání. Zatímco při konvenčním vysokosmykovém vsádkovém míchání je nutné míchat nadměrně, aby se zajistilo dispergování všech částic, uspořádání s ultrazvukovou průtokovou celou šetří čas i energii, protože doba zpracování je zkrácena na minimální ošetření na částici.
Při konvenčním vysokosmykovém vsádkovém míchání jsou některé částice zpracovány nadměrně, zatímco jiné se do aktivní míchací zóny nikdy nedostanou. Použití reaktoru s ultrazvukovou průtokovou celou zajišťuje, že každá částice podstoupí stejné vysokosmykové ošetření. Díky průchodovému procesu je každá částice ošetřena se stejnou frekvencí a intenzitou.

Tip pro zpracování: Ultrazvukové míchání pod tlakem

Aplikace tlaku na ultrazvukový reaktor nebo průtokovou celu zesiluje akustickou kavitaci. Hielscher Ultrasonics dodává různé typy průtokových cel a reaktorů, které lze snadno natlakovat až na 5 barg. Zákaznické ultrazvukové reaktory zvládnou ještě vyšší tlaky až 300barg.

Odvzdušňovací účinky ultrazvuku

Lopatková míchadla a konvenční vysokosmykové mixéry vnášejí do směsi velké objemy plynových bublin, což je zásadní nevýhoda. Odvzdušnění výsledné směsi zubní pasty vyžaduje další procesní krok, který je časově i energeticky náročný. Při ultrazvukovém míchání je zachycování vzduchových bublin ve srovnání s konvenčními nádržovými míchadly a vysokosmykovými mixéry obecně velmi nízké. Použití reaktoru s ultrazvukovou průtokovou celou zabraňuje zbytečnému vnášení nežádoucích plynových bublin, protože směs je přiváděna ze zásobní nádrže ustáleným průtokem v uzavřeném systému. V uspořádání s ultrazvukovou průtokovou celou je pastová směs přiváděna do ultrazvukové kavitační zóny za stálého tlaku. Ultrazvukové průtočné uspořádání zabraňuje nežádoucímu zachycování plynu během procesu míchání. Sonikace je navíc zavedenou technikou odvzdušňování a odplyňování a podporuje koalescenci vzduchových bublin, takže mohou vystoupat na povrch a vytěkat.
Přečtěte si více o ultrazvukovém odvzdušňování a odplyňování!

Výhody vysoce výkonných ultrazvukových mixérů

Ultrazvukové vysokosmykové mixéry vytvářejí intenzivní smykové síly, které mají na částice, jako jsou pevné látky, kapičky, krystaly a vlákna, potřebný účinek, aby je rozložily na cílovou velikost, která může být v mikronovém nebo nanometrovém rozsahu. Ultrazvukové vysokosmykové inline mixéry snadno zvládají vysoké viskozity a vysoký obsah pevných látek, a jsou proto ideální pro zpracování pastovitých produktů, jako jsou zubní pasty, dentifricia a gely. Akustické smykové síly zajišťují důkladné smáčení práškových složek a rovnoměrně je promíchají do homogenní pasty.
V závislosti na tvrdosti a křehkosti částic lze parametry ultrazvukového procesu přesně nastavit tak, aby se dosáhlo požadovaného výsledku míchání. Ve srovnání s alternativními metodami míchání, jako jsou vysokosmyková lopatková míchadla, vysokotlaké homogenizátory, koloidní / kuličkové mlýny, hřídelové mixéry atd., nabízejí ultrazvukové vysokosmykové mixéry zásadní výhody, jako je bezproblémové zpracování abraziv a vysokého obsahu pevných látek, snadný a bezpečný provoz, nízká údržba a robustnost.

Vsádkový a inline provoz

Vysoce výkonné mixéry Hielscher Ultrasonics lze použít pro vsádkové i inline zpracování. V závislosti na objemu vašeho procesu a hodinové kapacitě může být doporučeno inline zpracování. Zatímco vsádkové zpracování je časově a pracovně náročnější, kontinuální inline proces míchání je efektivnější, rychlejší a vyžaduje výrazně méně práce.

Ultrazvukové mixéry pro každou výrobní kapacitu

Produktová řada Hielscher Ultrasonics pokrývá celé spektrum ultrazvukových procesorů od kompaktních laboratorních sonikátorů přes stolní a pilotní systémy až po plně průmyslové ultrazvukové procesory s kapacitou zpracovat celé kamionové náklady za hodinu. Kompletní produktová řada nám umožňuje nabídnout vám nejvhodnější ultrazvukový smykový mixér pro vaši procesní kapacitu a cíle.
Přechod z menšího ultrazvukového mixéru na vyšší zpracovatelské kapacity je velmi jednoduchý, protože proces ultrazvukového míchání lze zcela lineárně škálovat z vašich zavedených procesních parametrů. Zvětšení měřítka lze provést buď instalací výkonnější ultrazvukové míchací jednotky, nebo paralelním seskupením několika sonikátorů.

Vysoké amplitudy pro vysokou účinnost míchání

Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno provozovat nepřetržitě v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici zákaznické ultrazvukové sonotrody. Robustnost ultrazvukového zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysoké zátěži a v náročných prostředích.

Snadné testování bez rizika

Ultrazvukové procesy lze zcela lineárně škálovat. To znamená, že každý výsledek, kterého jste dosáhli pomocí laboratorního nebo stolního sonikátoru, lze škálovat na přesně stejný výstup při použití přesně stejných procesních parametrů. Díky tomu je sonikace ideální pro vývoj produktů a jejich následnou implementaci do komerční výroby.

Nejvyšší kvalita – navrženo a vyrobeno v Německu

Jako rodinná firma vlastněná a řízená rodinou klade Hielscher u svých ultrazvukových procesorů prioritu na nejvyšší standardy kvality. Všechny sonikátory jsou navrženy, vyrobeny a důkladně testovány v našem sídle v Teltow nedaleko Berlína v Německu. Díky robustnosti a spolehlivosti je ultrazvukové zařízení Hielscher tahounem vaší výroby. Provoz 24/7 při plném zatížení a v náročných prostředích je přirozenou vlastností vysoce výkonných mixérů Hielscher.

Ultrazvukové vysokosmykové mixéry Hielscher si můžete zakoupit v jakékoli velikosti a přesně nakonfigurované podle požadavků vašeho procesu. Od ošetřování kapalin v malé laboratorní kádince až po kontinuální průtočné míchání suspenzí a past v průmyslovém měřítku – Hielscher Ultrasonics pro vás nabízí vhodný vysokosmykový mixér! Kontaktujte nás – rádi vám doporučíme ideální sestavu ultrazvukového mixéru!

Níže uvedená tabulka uvádí přibližnou zpracovatelskou kapacitu našich sonikátorů: