מערבלים בעלי כוחות גזירה גבוהים לייצור משחת שיניים

ייצור משחת שיניים הוא תהליך תובעני הדורש ציוד ערבול המסוגל להתמודד עם משחות צמיגות, ריכוזי מוצקים גבוהים וחלקיקים שוחקים. מערבלים אולטרסוניים בעלי כוחות גזירה גבוהים מספקים כוחות גזירה בעוצמה גבוהה המבטיחים הרטבה יסודית של אבקות, הומוגניזציה אחידה של תרחיפים קולואידיים והתפלגות אחידה של גודל החלקיקים. מערבלים אולטרסוניים בעלי כוחות גזירה גבוהים זמינים בקנה מידה תעשייתי ומסוגלים לעבד זרמים בנפחים גדולים, והם סוס העבודה האמין שלכם בייצור משחת שיניים!

ייצור משחת שיניים

משחות שיניים, תכשירים לניקוי שיניים וג'לים מורכבים מארבעה מרכיבים עיקריים: מים, חומרים שוחקים, פלואורידים ודטרגנטים. בעוד שתכולת המים נעה לרוב בין 20 ל־45%, החומרים השוחקים הם המרכיבים העיקריים ומהווים לפחות 50% מהרכב משחת השיניים. חומרים שוחקים הנמצאים בשימוש נרחב כוללים חלקיקים של אלומיניום הידרוקסיד (Al(OH)₃), סידן פחמתי (CaCO₃), נתרן פחמתי, תרכובות שונות של סידן מימן פוספט, סיליקות ממוימות, זאוליטים, נציץ והידרוקסיאפטיט (Ca₅(PO₄)3OH).
פורמולציות נפוצות של משחות שיניים ותכשירים לניקוי שיניים מיוצרות בדרך כלל לפי השלבים הבאים:
תחילה מערבבים מים, חומר שומר לחות (למשל סורביטול, גליצרין, פרופילן גליקול) ומרכיבים נוזליים אחרים, לקבלת בסיס נוזלי.
כדי להקנות למשחת השיניים הסופית תכונות ראולוגיות ומרקם מסוימים, מוסיפים לבסיס הנוזלי משני ראולוגיה וחומרים מקשרים. משני הראולוגיה והחומרים המקשרים מקנים למשחת השיניים את הסמיכות והמרקם שלה. חומרים מקשרים נפוצים כוללים גומי קראיה, בנטוניט, נתרן אלגינט, מתילצלולוז, קרגינן ומגנזיום אלומיניום סיליקט. חלק ממשני הראולוגיה דורשים ערבוב מוקדם עם מרכיב נוזלי שאינו מימי, כגון גליצרין או שמנים אתריים להקניית טעם. לחלופין, ניתן לערבב את משנה הראולוגיה עם מרכיבים אבקתיים אחרים כדי להקל על הפיזור הקולואידי.
בשלב הבא מערבבים לתוך התערובת חומרים פעילים (למשל סידן פלואוריד, אבץ כלורי, הידרוקסיאפטיט), תוספי טעם ממתיקים וחומרים משמרים.
לאחר מכן משלבים בתערובת משחת השיניים תרחיף המכיל חלקיקים שוחקים ו / או חומרי מילוי. מכיוון שהחומרים השוחקים הם המרכיב העיקרי ומוסיפים אותם בכמות היוצרת עומס מוצקים גבוה, נדרש ערבול רב־עוצמה ואמין בכוחות גזירה גבוהים לביצוע משימה תובענית זו.
בהמשך מוסיפים תוספי טעם וצבע.
בשלב הערבול האחרון מוסיפים לפורמולציה דטרגנט או חומר מקציף, המשמש כמייצב ומשפר את הפיזור האחיד של משחת השיניים במהלך הצחצוח. את הדטרגנט והחומר המקציף מערבבים לתוך תערובת משחת השיניים בעוצמה מתונה כדי למזער הקצפה. חומרים מקציפים נפוצים הם נתרן לאוריל סולפט, נתרן לאוריל סולפואצטט, דיוקטיל נתרן סולפוסוקצינט, סולפולאורט, נתרן לאוריל סרקוזינט, נתרן סטאריל פומרט ונתרן סטאריל לקטט.

פורמולציה בסיסית טיפוסית של משחת שיניים מורכבת מ:

• מים
• חלקיקים שוחקים
• חומרים שומרי לחות (למשל סורביטול, גליצרין)
• חומרים פעילי שטח מייצבים
• משני ראולוגיה (מסמיכים)
• חומרי צבע
• חומרי טעם
• חומרים משמרים (למשל p-hydrozybenzoate)
• דטרגנט

בהתאם לסוג משחת השיניים, מוסיפים חומרים פעילים אחרים כגון חומרים קוטלי חיידקים, חומרי הלבנה, פלואוריד וכו'.

משחות שיניים טבעיות בעלות תווית נקייה

יצרני משחות שיניים אורגניות וטבעיות מפתחים פורמולציות תוך שימוש אך ורק ברכיבים בעלי הסמכה אורגנית ו / או ברכיבים טבעיים. מותגי משחות שיניים טבעיות נותנים מענה לביקוש מצד צרכנים בעלי מודעות לבריאות, המעוניינים להימנע מהרכיבים המלאכותיים הנפוצים במשחות שיניים רגילות. בשל הביקוש הגובר של הצרכנים למוצרים בעלי תווית נקייה, יותר ויותר מותגים קטנים וכן מותגים גדולים ומוכרים מציעים משחות שיניים בעלות תווית נקייה. מערבלים אולטרסוניים אידאליים גם לייצור בקנה מידה קטן ובינוני. כשיטת ערבול שאינה תרמית ופועלת באופן מכני בלבד, סוניקציה אינה משנה פורמולציות טבעיות ואורגניות. ערבול אולטרסוני מתאים לשימוש עם רכיבים טבעיים כגון סודה לשתייה, אלוורה, שמן אקליפטוס, מור, תמצית צמחית (למשל תמצית מרווה, מנטה או תות שדה) ושמנים אתריים (למשל מנטה, נענע ירוקה וקינמון).
קראו עוד על מערבלי גזירה אולטרסוניים לייצור מוצרי טיפוח בעלי תווית נקייה!

כיצד פועל ערבול בגזירה גבוהה באמצעות סוניקציה?

מערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה משתמשים באותו עיקרון מכני כמו מערכות ערבול תעשייתיות נפוצות אחרות, למשל מערבלי להבים בגזירה גבוהה, מערבלים מרובי צירים, טחנות קולואידיות, הומוגנייזרים בלחץ גבוה ובוחשי להבים. מערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה משמשים לעיתים קרובות לפיזור ולטחינה של חלקיקים, ליצירת תחליבים מפאזות שמן ומים, להרטבה ולהמסה של חומר מוצק, וכן ליצירת תערובות הומוגניות של נוזלים ותרחיפים מכל סוג. מערבלים אולטרסוניים מעבירים את כוחות הגזירה הגבוהים דרך גשוש אולטרסוני אל כלי ערבול, כגון מכל אצווה או תא זרימה. הגשוש של המערבל האולטרסוני רוטט בנוזל בתדירות גבוהה מאוד ובמשרעות גבוהות מאוד, ובכך יוצר בתווך בועות קוויטציה אולטרסונית עוצמתיות. קריסת בועות הקוויטציה יוצרת כוחות גזירה חזקים, המפרקים ושוברים טיפות, אגלומרטים, אגרגטים ואף חלקיקים ראשוניים. מאחר שקוויטציה אולטרסונית יוצרת זרמי קוויטציה במהירות גבוהה של עד 1000km/h, סילוני הנוזל הנוצרים בקוויטציה מאיצים חלקיקים. כאשר החלקיקים המואצים מתנגשים זה בזה, הם פועלים כאמצעי טחינה. כתוצאה מכך, החלקיקים המתנגשים מתנפצים וגודלם מצטמצם לגודל מיקרוני או ננומטרי. בשדה הקוויטציה האולטרסונית, הלחצים מתחלפים במהירות ובאופן חוזר בין ואקום ללחץ של עד 1000bar. מערבל סיבובי בעל 4 להבי ערבול היה צריך לפעול במהירות מדהימה של 300,000 RPM כדי להשיג את אותה תדירות של מחזורי לחץ מתחלף. מערבלים סיבוביים רגילים ומערבלי רוטור–סטטור אינם יוצרים כמות משמעותית של קוויטציה בשל מגבלת המהירות שלהם.

לפני ואחרי סוניקציה: העקומה הירוקה מציגה את גודל החלקיקים לפני סוניקציה, והעקומה האדומה מציגה את התפלגות גודל החלקיקים של סיליקה שפוזרה באמצעות אולטרסאונד.

ערבול אולטרסוני של משחות שיניים

מערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה יכולים לשמש כמעבדים באצווה וכמעבדים רציפים בקו הייצור. עבור חומרים בעלי צמיגות גבוהה ועיבוד בנפחים גדולים, עדיף להשתמש בריאקטור תא זרימה שניתן להפעילו בלחץ, שכן הוא מאפשר לפעול בתנאי סוניקציה מוגברים (כלומר, הלחץ מגביר את הקוויטציה). יתרה מכך, שימוש בתצורות זרימה מתוחכמות, כגון תצורת תהליך במעבר או תצורת תהליך בדידה, מאלץ את כל תערובת משחת השיניים לעבור דרך אזור הקוויטציה האולטרסונית בתא הזרימה. כך מובטח שכל חלקיק יקבל את אותו טיפול, לקבלת פיזור וערבול אחידים ביותר.

עיבוד אולטרסוני במעבר

בכל שלב בתהליך, שבו מוסיפים תערובת מרכיבים חדשה לבסיס הנוזלי, תערובת המשחה עוברת ממכל אחד דרך הכור האולטרסוני אל מכל שני. תהליך מעבר זה מבטיח תוצאת ערבוב אמינה ואחידה ביותר. בעוד שבתהליך קונבנציונלי של ערבוב באצוות בגזירה גבוהה נדרש ערבוב עודף כדי להבטיח פיזור של כל החלקיקים, מערך תא הזרימה האולטרסוני חוסך זמן ואנרגיה, שכן זמן העיבוד מצטמצם למשך הטיפול המזערי הנדרש לכל חלקיק.
בערבוב קונבנציונלי באצוות בגזירה גבוהה, חלק מהחלקיקים עוברים עיבוד יתר, בעוד שחלקיקים אחרים אינם מגיעים כלל לאזור הערבוב הפעיל. שימוש בכור עם תא זרימה אולטרסוני מבטיח שכל חלקיק מקבל אותו טיפול בגזירה גבוהה. בזכות תהליך המעבר, כל חלקיק מטופל באותה תדירות ובאותה עוצמה.

טיפ לעיבוד: ערבוב אולטרסוני תחת לחץ

הפעלת לחץ על הכור האולטרסוני או על תא הזרימה מגבירה את הקוויטציה האקוסטית. Hielscher Ultrasonics מספקת סוגים שונים של תאי זרימה וכורים, שניתן להעלות בהם בקלות את הלחץ עד 5 barg. כורים אולטרסוניים מותאמים אישית יכולים לעמוד בלחצים גבוהים אף יותר, עד 300barg.

השפעות של סילוק אוויר באמצעות אולטרסאונד

בוחשים בעלי להבים ומערבלים קונבנציונליים בגזירה גבוהה מחדירים לתערובת נפחים גדולים של בועות גז, וזהו חיסרון משמעותי. סילוק האוויר מתערובת משחת השיניים הסופית מחייב שלב עיבוד נוסף, הצורך זמן ואנרגיה. במהלך ערבוב אולטרסוני, לכידת בועות האוויר בדרך כלל מועטה מאוד בהשוואה לבוחשי מכלים קונבנציונליים ולמערבלים בגזירה גבוהה. שימוש בכור עם תא זרימה אולטרסוני מונע החדרה מיותרת של בועות גז לא רצויות, שכן התערובת מוזנת ממכל האגירה בזרימה יציבה במערכת סגורה. במערך תא זרימה אולטרסוני, תערובת המשחה מוזנת בלחץ רציף אל אזור הקוויטציה האולטרסונית. מערך העיבוד האולטרסוני בזרימה מונע לכידה לא רצויה של גז במהלך הערבוב. נוסף על כך, סוניקציה היא שיטה מבוססת היטב לסילוק אוויר וגזים, והיא מקדמת התאחדות של בועות אוויר, כך שהן יכולות לעלות אל פני השטח ולהתנדף.
קראו עוד על סילוק אוויר וגזים באמצעות אולטרסאונד!

היתרונות של מערבלים אולטרסוניים בעלי ביצועים גבוהים

מערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה יוצרים כוחות גזירה עזים, המשפיעים במידה הנדרשת על חלקיקים כגון מוצקים, טיפות, גבישים וסיבים כדי לפרק אותם לגודל יעד, שעשוי להיות בתחום המיקרוני או הננומטרי. מערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה בקו הייצור מתמודדים בקלות עם צמיגויות גבוהות ועם תכולות מוצקים גבוהות, ולכן הם אידאליים לעיבוד מוצרים משחתיים כגון משחות שיניים, תכשירים לניקוי שיניים וג'לים. כוחות הגזירה האקוסטיים מביאים להרטבה יסודית של המרכיבים האבקתיים ומערבבים אותם באופן אחיד ליצירת משחה הומוגנית.
בהתאם לקשיות החלקיקים ולשבירותם, ניתן לכוונן במדויק את פרמטרי העיבוד האולטרסוני כדי להשיג את תוצאת הערבוב הרצויה. בהשוואה לשיטות ערבוב חלופיות כגון בוחשים בעלי להבים בגזירה גבוהה, הומוגנייזרים בלחץ גבוה, טחנות קולואידיות / טחנות חרוזים, מערבלים בעלי ציר וכדומה, מערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה מציעים יתרונות משמעותיים, כגון טיפול ללא בעיות בחומרים שוחקים ובתכולות מוצקים גבוהות, הפעלה קלה ובטוחה, דרישות תחזוקה נמוכות ועמידות.

עיבוד באצוות ובקו הייצור

המערבלים עתירי הביצועים של Hielscher Ultrasonics ניתנים לשימוש לעיבוד במנות ולעיבוד רציף בקו. בהתאם לנפח התהליך ולתפוקה השעתית שלכם, ייתכן שיומלץ על עיבוד רציף בקו. בעוד שעיבוד במנות דורש יותר זמן ועבודה, תהליך ערבוב רציף בקו יעיל יותר, מהיר יותר ודורש פחות עבודה במידה ניכרת.

מערבלים אולטרסוניים לכל כושר ייצור

מגוון המוצרים של Hielscher Ultrasonics מכסה את מלוא הקשת של מעבדים אולטרסוניים, החל במכשירים אולטרסוניים מעבדתיים קומפקטיים, דרך מערכות שולחניות ומערכות פיילוט, ועד למעבדים אולטרסוניים תעשייתיים מלאים המסוגלים לעבד מטענים של משאיות בשעה. מגוון המוצרים המלא מאפשר לנו להציע לכם את מערבל הגזירה האולטרסוני המתאים ביותר לכושר העיבוד ולמטרות שלכם.
הגדלת קנה המידה ממערבל אולטרסוני קטן יותר לכושרי עיבוד גבוהים יותר פשוטה מאוד, שכן ניתן להגדיל את קנה המידה של תהליך הערבוב האולטרסוני באופן ליניארי לחלוטין על סמך פרמטרי התהליך שכבר קבעתם. ניתן להגדיל את קנה המידה באמצעות התקנת יחידת ערבוב אולטרסונית בעלת הספק גבוה יותר או באמצעות חיבור של כמה מכשירים אולטרסוניים במקביל.

אמפליטודות גבוהות ליעילות ערבוב גבוהה

המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher Ultrasonics יכולים לספק אמפליטודות גבוהות מאוד. ניתן להפעילם בקלות וברציפות באמפליטודות של עד 200µm בפעולה של 24/7. לאמפליטודות גבוהות אף יותר, זמינות סונוטרודות אולטרסוניות המותאמות אישית. עמידותו של הציוד האולטרסוני של Hielscher מאפשרת פעולה של 24/7 בעומס עבודה כבד ובסביבות תובעניות.

בדיקות קלות וללא סיכון

ניתן להגדיל את קנה המידה של תהליכים אולטרסוניים באופן ליניארי לחלוטין. פירוש הדבר הוא שכל תוצאה שהשגתם באמצעות מכשיר אולטרסוני מעבדתי או שולחני ניתנת להעברה לקנה מידה גדול יותר עם תוצאה זהה בדיוק, תוך שימוש באותם פרמטרי תהליך בדיוק. הדבר הופך את הטיפול האולטרסוני לאידיאלי לפיתוח מוצרים ולהטמעה לאחר מכן בייצור מסחרי.

האיכות הגבוהה ביותר – מתוכנן ומיוצר בגרמניה

כעסק בבעלות משפחתית ובניהול משפחתי, Hielscher מעניקה עדיפות לתקני האיכות הגבוהים ביותר עבור המעבדים האולטרסוניים שלה. כל המכשירים האולטרסוניים מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה שלנו בטלטו, ליד ברלין, גרמניה. העמידות והאמינות של הציוד האולטרסוני של Hielscher הופכות אותו לסוס עבודה במערך הייצור שלכם. פעולה של 24/7 בעומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של המערבלים עתירי הביצועים של Hielscher.

ניתן לרכוש את מערבלי הגזירה הגבוהה האולטרסוניים של Hielscher במגוון גדלים ובתצורה המותאמת במדויק לדרישות התהליך שלכם. החל בטיפול בנוזלים בכוס מעבדה קטנה ועד לערבוב רציף בזרימה של תרחיפים ומשחות בקנה מידה תעשייתי, Hielscher Ultrasonics מציעה לכם מערבל גזירה גבוהה מתאים! צרו איתנו קשר – נשמח להמליץ לכם על מערך הערבוב האולטרסוני האידיאלי!

הטבלה שלהלן נותנת לכם מושג על כושר העיבוד המשוער של המכשירים האולטרסוניים שלנו: