Tecnología de ultrasonido de Hielscher

Mezcladores de alto cizallamiento para la fabricación de pasta de dientes

La fabricación de pasta de dientes es un proceso exigente que requiere un equipo de mezcla capaz de manejar pastas viscosas, altas concentraciones de sólidos y partículas abrasivas. Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento proporcionan fuerzas de cizallamiento de alta intensidad que proporcionan una humectación completa de los polvos, una homogeneización uniforme de las pastas coloidales y una distribución uniforme del tamaño de las partículas. Disponibles a escala industrial y capaces de procesar corrientes de gran volumen, los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento son su caballo de batalla fiable en la fabricación de pasta de dientes.

Fabricación de pasta de dientes

Las pastas dentales, los dentífricos y los geles consisten en los cuatro componentes principales del agua, los abrasivos, los fluoruros y los detergentes. Mientras que el contenido de agua varía mayormente entre el 20 y el 45%, los abrasivos son los principales componentes que contribuyen con al menos el 50% a la formulación de la pasta dental. Los abrasivos ampliamente utilizados incluyen partículas de hidróxido de aluminio (Al(OH)3), el carbonato de calcio (CaCO3), carbonato de sodio, diversos fosfatos de hidrógeno de calcio, sílices hidratadas, zeolitas, mica e hidroxiapatita (Ca5(CORREOS4)3OH).
Las formulaciones comunes de pasta dental y dentífrico se fabrican generalmente siguiendo los pasos que se indican a continuación:
Al principio, el agua, el humectante (por ejemplo, sorbitol, glicerina, propilenglicol) y otros ingredientes líquidos se mezclan para obtener una base líquida.
Para obtener una cierta reología y textura de la pasta dental final, se añaden modificadores y aglutinantes reológicos a la base líquida. Los modificadores reológicos y los aglutinantes dan a la pasta de dientes su espesor y textura. Los aglutinantes comúnmente utilizados incluyen la goma karaya, la bentonita, el alginato de sodio, la metilcelulosa, la carragenina y el silicato de aluminio y magnesio. Algunos modificadores reológicos requieren ser premezclados con ingredientes líquidos no acuosos como la glicerina o los aceites esenciales aromatizantes. Alternativamente, el modificador reológico puede mezclarse con otros ingredientes en polvo para facilitar la dispersión coloidal.
En el siguiente paso, se mezclan en la mezcla ingredientes activos (por ejemplo, fluoruro de calcio, cloruro de zinc, hidroxiapatita), aditivos de saborizantes y conservantes.
Luego, una mezcla que contiene partículas abrasivas y/o rellenos se incorpora a la mezcla de pasta de dientes. Dado que los abrasivos son el ingrediente principal, que se añaden a una alta carga sólida, se requiere una mezcla potente, fiable y de alto cizallamiento para cumplir esta exigente tarea.
Después, se añaden aditivos de sabor y colorantes.
En el último paso de la mezcla, se añade a la formulación un detergente o espumante (agente espumante) que actúa como estabilizador y mejora la distribución uniforme de la pasta de dientes durante el cepillado de los dientes. El detergente y la espuma se mezclan en la mezcla de pasta de dientes con una intensidad suave para minimizar la espuma. Las espumas comunes son lauril sulfato de sodio, lauril sulfato de sodio, dioctil sulfosuccinato de sodio, sulfolaurato, lauril sarcosinato de sodio, estearil fumarato de sodio y estearil lactato de sodio.

Formulating tooth paste using ultrasonic high-shear mixers excels in various factors such as the capability of high solid loadings, the problem-free handling of abrasives and the uniform homogeneous wetting and particle distribution.

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The UIP4000hdT is a 4000 watts powerful ultrasonic inline disperser.

UIP4000hdTun potente mezclador industrial de alto cizallamiento de 4000 vatios para la homogeneización en línea

Una típica formulación de pasta dental básica consiste en:

  • Agua
  • Partículas abrasivas
  • Humectantes (por ejemplo, sorbitol, glicerina)
  • Estabilizando los surfactantes
  • Modificadores reológicos (espesantes)
  • Agentes colorantes
  • Agentes aromatizantes
  • Conservantes (por ejemplo, p-hidrozibenzoato)
  • Detergente

Dependiendo del tipo de producto de pasta dental, se añaden otros ingredientes activos como bactericidas, blanqueadores, flúor, etc.

Pastas dentales naturales y de etiqueta limpia

Los fabricantes de pastas dentales orgánicas y naturales formulan productos usando sólo ingredientes orgánicos y/o naturales certificados. Las marcas de pastas dentales naturales satisfacen la demanda de los consumidores preocupados por la salud, que quieren evitar los ingredientes artificiales que se encuentran comúnmente en las pastas dentales comunes. Debido a la creciente demanda de los consumidores de productos con etiquetas limpias, cada vez más marcas pequeñas y conocidas ofrecen pastas dentales con etiquetas limpias. Los mezcladores ultrasónicos también son ideales para la fabricación a pequeña y mediana escala. Como método de mezcla no térmico y puramente mecánico, la ultrasonificación no altera las formulaciones naturales y orgánicas. La mezcla ultrasónica es compatible con ingredientes naturales como bicarbonato de sodio, aloe vera, aceite de eucalipto, mirra, extracto de plantas (por ejemplo, salvia, menta, extracto de fresa) y aceites esenciales (por ejemplo, menta, menta verde, canela).
Lea más sobre los mezcladores de cizalla ultrasónicos para la producción de productos de belleza de etiqueta limpia!

Ventajas de la mezcla de pasta dental ultrasónica

  • Mezcla homogénea
  • Mojado a fondo
  • Manejo de la alta concentración de sólidos
  • No hay problemas con los abrasivos
  • proceso rápido
  • proceso continuo en línea
  • Seguro, robusto y fiable

¿Cómo funciona la mezcla de alto cizallamiento por sonicación?

Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento utilizan el mismo principio mecánico que otros sistemas de mezcla industrial de uso común, por ejemplo, los mezcladores de palas de alto cizallamiento, los mezcladores multieje, los molinos coloidales, los homogeneizadores de alta presión y los agitadores de palas. Los mezcladores de alto cizallamiento por ultrasonido se utilizan con frecuencia para dispersar y moler partículas, para emulsionar las fases de aceite y agua, para humedecer y solubilizar la materia sólida, así como para producir mezclas homogéneas de cualquier tipo de líquidos y lodos. Los mezcladores ultrasónicos transmiten las altas fuerzas de cizallamiento a través de una sonda ultrasónica en un recipiente de mezcla, como en un tanque de lotes o en una celda de flujo. La sonda del mezclador ultrasónico vibra en el líquido a una frecuencia y amplitudes muy altas, creando así intensas burbujas de cavitación ultrasónica en el medio. El colapso de las burbujas de cavitación da lugar a potentes fuerzas de cizallamiento, que interrumpen y rompen las gotas, los aglomerados, los agregados e incluso las partículas primarias. Como la cavitación ultrasónica genera una corriente cavitacional de alta velocidad de hasta 1000km/h, los chorros de líquido cavitacional aceleran las partículas. Cuando las partículas aceleradas chocan entre sí, actúan como medio de molienda. Como consecuencia, las partículas que colisionan se rompen y se reducen a un tamaño micrónico o nano. En el campo de la cavitación ultrasónica, las presiones alternan rápida y repetidamente entre el vacío y hasta 1000bar. Un mezclador rotativo con 4 palas mezcladoras necesitaría funcionar a la asombrosa velocidad de 300.000 RPM para lograr la misma frecuencia de ciclos de presión alternados. Las mezcladoras rotativas convencionales y las mezcladoras de rotor-estator no crean una cantidad significativa de cavitación debido a su limitación en la velocidad.

Ultrasonic dispersión resultado en una distribución de tamaño de partícula muy estrecha.

Antes y después de la sonicación: La curva verde muestra el tamaño de partícula antes de la sonicación, la curva roja es la distribución del tamaño de partícula de sílice ultrasónicamente dispersado.

Mezcla de pasta dental ultrasónica

Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento pueden utilizarse como procesadores en línea continuos y por lotes. Para materiales de alta viscosidad y procesamiento de alto volumen, se prefiere el uso de un reactor de células de flujo presurizable, ya que esto le permite funcionar en condiciones de ultrasonido intensificado (es decir, la presión intensifica la cavitación). Además, mediante el uso de una sofisticada configuración de flujo, como un pasaje o una configuración de proceso discreta, la mezcla completa de pasta dentífrica es forzada a pasar a través de la zona cavitacional ultrasónica en la celda de flujo. Esto asegura que cada partícula reciba el mismo tratamiento, de modo que se obtiene una dispersión y mezcla muy uniforme.

Procesamiento de paso ultrasónico

En cada paso del proceso, que es cuando se añade una nueva mezcla de ingredientes a la base líquida, la mezcla de pasta pasa de un tanque a través del reactor ultrasónico a un segundo tanque. Este proceso de paso asegura un resultado de mezcla altamente fiable y uniforme. Mientras que durante un proceso convencional de mezcla de lotes de alto cizallamiento debe aplicarse un exceso de mezcla para asegurar que todas las partículas se dispersen, la configuración de la celda de flujo ultrasónico ahorra tiempo y energía, ya que el tiempo de procesamiento se reduce al mínimo tratamiento por partícula.
En la mezcla convencional de lotes de alto cizallamiento, algunas partículas se sobreprocesan, mientras que otras nunca llegan a la zona de mezcla activa. El uso de un reactor de células de flujo ultrasónico asegura que cada partícula reciba el mismo tratamiento de alto cizallamiento. Debido al proceso de paso, cada partícula es tratada con la misma frecuencia e intensidad.

Dispersión ultrasónica de sílice ahumada: El homogeneizador ultrasónico de Hielscher UP400S dispersa el polvo de sílice rápida y eficientemente en nanopartículas individuales.

Dispersión de Silicio Emplumado en el agua usando el UP400S

Consejo de procesamiento: Mezcla ultrasónica bajo presión

Aplicando presión al reactor ultrasónico o a la célula de flujo se intensifica la cavitación acústica. Hielscher Ultrasonics suministra varios tipos de células de flujo y reactores, que pueden ser fácilmente presurizados hasta 5 barg. Los reactores ultrasónicos personalizados pueden manejar presiones aún más altas de hasta 300 barg.

Efectos de la desgasificación ultrasónica

Los agitadores de cuchilla y los mezcladores convencionales de alto cizallamiento introducen grandes volúmenes de burbujas de gas en la mezcla, lo que constituye una gran desventaja. La desaireación de la mezcla final de pasta de dientes requiere un paso de procesamiento adicional, que consume tiempo y energía. Durante la mezcla por ultrasonidos, el atrapamiento de burbujas de aire suele ser muy bajo en comparación con los agitadores de tanque convencionales y los mezcladores de alto cizallamiento. El uso de un reactor de celda de flujo ultrasónico evita la incorporación innecesaria de burbujas de gas no deseadas, ya que la mezcla se alimenta del tanque de retención en un flujo constante en un sistema cerrado. En una configuración de celda de flujo ultrasónico, la mezcla de pasta se alimenta a presión continua en la zona de cavitación ultrasónica. La configuración de flujo ultrasónico previene el atrapamiento no deseado de gas durante el proceso de mezcla. Además, la sonicación es una técnica bien establecida de desaireación y desgasificación y promueve la coalescencia de las burbujas de aire para que puedan subir a la parte superior y volatilizarse.
¡Lea más sobre la desaireación ultrasónica y la desgasificación!

Célula de flujo UIP4000hdT para sonicación en línea a escala industrial

Reactor de células de flujo ultrasónico en el mezclador ultrasónico de alto cizallamiento UIP4000hdT (4kW)


Ultrasonic high-shear mixers are used as reliable and efficeint technology to mil and disperse particles such as calciumhydroxyapatite to nano-scale.

Hidroxiapatita de calcio de tamaño nano molida con el homogeneizador ultrasónico UP200ST (30% de concentración de sólidos, 150Ws/g, aumento 10X)

Las ventajas de los mezcladores ultrasónicos de alto rendimiento

Los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento crean fuerzas de cizallamiento intensas, que tienen el impacto necesario en partículas como sólidos, gotas, cristales y fibras para descomponerlas hasta un tamaño determinado, que puede ser en el rango de micrones o nano. Los mezcladores en línea de alto cizallamiento ultrasónicos de fácil manejo y con altas cargas de sólidos son ideales para procesar productos pastosos como pastas dentales, dentífricos y geles. Las fuerzas de cizallamiento acústico logran una humectación completa de los ingredientes del polvo y los mezclan uniformemente en una pasta homogénea.
Dependiendo de la dureza y fragilidad de las partículas, los parámetros del proceso ultrasónico pueden ajustarse exactamente para lograr el resultado de mezcla deseado. En comparación con otros métodos de mezcla alternativos, como los agitadores de palas de alto cizallamiento, los homogeneizadores de alta presión, los molinos coloidales / de perlas, los mezcladores de eje, etc., los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento ofrecen grandes ventajas, como el manejo sin problemas de los abrasivos y las altas cargas de sólidos, el funcionamiento fácil y seguro, el bajo mantenimiento y la robustez.

Ventajas de los mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento

  • Cavitación y cizallamiento de alta intensidad
  • Procesamiento uniforme de partículas
  • concentraciones de sólidos elevadas
  • No hay boquillas / no hay atascos
  • No se requiere un medio de molienda (es decir, cuentas)
  • efecto desaireador
  • escalabilidad lineal
  • Fácil & operación segura
  • Fácil de limpiar
  • Tiempo- & Eficiencia energética

Por lotes y en línea

Los mezcladores de alto rendimiento de Hielscher Ultrasonics pueden utilizarse para el procesamiento por lotes y en línea. Dependiendo del volumen del proceso y del rendimiento por hora, se podría recomendar el procesamiento en línea. Si bien el procesamiento por lotes requiere más tiempo y mano de obra, un proceso de mezcla en línea continuo es más eficiente, más rápido y requiere mucho menos trabajo.

Mezcladores ultrasónicos para cada capacidad de producto

La gama de productos de Hielscher Ultrasonics abarca todo el espectro de procesadores ultrasónicos, desde los ultrasonidos compactos de laboratorio, pasando por los sistemas de mesa y los sistemas piloto, hasta los procesadores ultrasónicos totalmente industriales con capacidad para procesar cargas de camiones por hora. La gama completa de productos nos permite ofrecerle el mezclador de cizallamiento ultrasónico más adecuado para la capacidad y los objetivos de su proceso.
La ampliación de un mezclador ultrasónico más pequeño a una mayor capacidad de procesamiento es muy sencilla, ya que el proceso de mezcla ultrasónica puede escalarse de forma completamente lineal a partir de sus parámetros de proceso establecidos. El aumento de escala puede hacerse instalando una unidad de mezcla ultrasónica más potente o agrupando varios ultrasonidos en paralelo.

Altas amplitudes para una alta eficiencia de mezcla

Hielscher Ultrasonics’ Los procesadores industriales de ultrasonidos pueden ofrecer amplitudes muy altas. Amplitudes de hasta 200µm pueden ser fácilmente ejecutadas de forma continua en funcionamiento 24 horas al día, 7 días a la semana. Para amplitudes aún mayores, se dispone de sonotrodos ultrasónicos personalizados. La robustez de los equipos de ultrasonidos de Hielscher permite un funcionamiento ininterrumpido en entornos de trabajo pesado y exigentes.

Pruebas fáciles y sin riesgos

Los procesos ultrasónicos pueden ser completamente lineales. Esto significa que cada resultado que se ha logrado usando un laboratorio o un ultrasonido de mesa, puede ser escalado a exactamente la misma salida usando exactamente los mismos parámetros de proceso. Esto hace que la ultrasonificación sea ideal para el desarrollo de productos y su posterior aplicación en la fabricación comercial.

La más alta calidad – Diseñado y fabricado en Alemania

Como empresa familiar y familiar, Hielscher prioriza los más altos estándares de calidad para sus procesadores ultrasónicos. Todos los ultrasonicadores están diseñados, fabricados y probados a fondo en nuestra sede en Teltow, cerca de Berlín, Alemania. La robustez y fiabilidad del equipo ultrasónico de Hielscher lo convierten en un caballo de trabajo en su producción. El funcionamiento 24/7 a plena carga y en entornos exigentes es una característica natural de los mezcladores de alto rendimiento de Hielscher.

Puede comprar mezcladores ultrasónicos de alto cizallamiento de Hielscher en cualquier tamaño diferente y configurados exactamente según sus requisitos de proceso. Desde el tratamiento de fluidos en un pequeño vaso de laboratorio hasta la mezcla de flujo continuo de lodos y pastas a nivel industrial, Hielscher Ultrasonics ofrece un mezclador de alto cizallamiento adecuado para usted! Póngase en contacto con nosotros – estamos encantados de recomendarle la configuración del mezclador ultrasónico ideal!

En la siguiente tabla encontrará algunas indicaciones sobre la capacidad de procesamiento aproximada de nuestros sonicadores:

Volumen del lote Tasa de flujo Dispositivos recomendados
1 a 500 mL 10 a 200 mL/min. UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL/min. UP200Ht, UP400St
0,1 a 20 L 0,2 a 4 L/min UIP2000hdT
10 a 100 L 2 a 10 L/min UIP4000hdT
n.a. 10 a 100 L/min UIP16000
n.a. mayor Grupo de UIP16000

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Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrasónicos de alto rendimiento para dispersión, emulsificación y extracción celular.

Homogeneizadores ultrasónicos de alta potencia de laboratorio a piloto y Uso industrial escala.

Literatura / Referencias