Miscelatori ad alto taglio per la produzione di dentifricio

La produzione di dentifricio è un processo impegnativo che richiede apparecchiature di miscelazione in grado di gestire paste viscose, elevate concentrazioni di solidi e particelle abrasive. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio generano forze di taglio ad alta intensità che garantiscono la bagnatura completa delle polveri, l’omogeneizzazione uniforme delle sospensioni colloidali e una distribuzione granulometrica uniforme. Disponibili su scala industriale e in grado di trattare flussi di grandi volumi, i miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio sono strumenti di lavoro affidabili per la produzione di dentifricio!

Produzione di dentifricio

I dentifrici in pasta e in gel sono costituiti da quattro componenti principali: acqua, abrasivi, fluoruri e detergenti. Mentre il contenuto di acqua varia generalmente tra il 20 e il 45%, gli abrasivi sono i componenti principali e costituiscono almeno il 50% della formulazione del dentifricio. Tra gli abrasivi ampiamente utilizzati figurano particelle di idrossido di alluminio (Al(OH)₃), carbonato di calcio (CaCO₃), carbonato di sodio, vari idrogenofosfati di calcio, silici idrate, zeoliti, mica e idrossiapatite (Ca₅(PO₄)3OH).
Le comuni formulazioni di dentifricio vengono generalmente prodotte seguendo le fasi descritte di seguito:
Inizialmente, acqua, umettante (ad es. sorbitolo, glicerina, glicole propilenico) e altri ingredienti liquidi vengono miscelati per ottenere una base liquida.
Per ottenere una determinata reologia e consistenza del dentifricio finale, alla base liquida vengono aggiunti modificatori reologici e leganti. I modificatori reologici e i leganti conferiscono al dentifricio densità e consistenza. Tra i leganti comunemente utilizzati figurano gomma karaya, bentonite, alginato di sodio, metilcellulosa, carragenina e silicato di magnesio e alluminio. Alcuni modificatori reologici richiedono una premiscelazione con un ingrediente liquido non acquoso, come la glicerina o gli oli essenziali aromatizzanti. In alternativa, il modificatore reologico può essere miscelato con altri ingredienti in polvere per facilitare la dispersione colloidale.
Nella fase successiva, nella miscela vengono incorporati principi attivi (ad es. fluoruro di calcio, cloruro di zinco, idrossiapatite), additivi aromatizzanti dolcificanti e conservanti.
Successivamente, nella miscela del dentifricio viene incorporata una sospensione contenente particelle abrasive e / o cariche. Poiché gli abrasivi sono l’ingrediente principale e vengono aggiunti in quantità tali da determinare un elevato carico di solidi, per svolgere questo compito impegnativo è necessaria una miscelazione ad alto taglio potente e affidabile.
In seguito vengono aggiunti additivi aromatizzanti e coloranti.
Nella fase finale di miscelazione, alla formulazione viene aggiunto un detergente o un agente schiumogeno che agisce da stabilizzante e migliora la distribuzione uniforme del dentifricio durante lo spazzolamento dei denti. Il detergente e l’agente schiumogeno vengono incorporati nella miscela del dentifricio con un’intensità moderata per ridurre al minimo la formazione di schiuma. Gli agenti schiumogeni comuni sono laurilsolfato di sodio, laurilsolfoacetato di sodio, diottilsolfosuccinato di sodio, solfolaurato, laurilsarcosinato di sodio, stearilfumarato di sodio e stearillattato di sodio.

Una tipica formulazione di base del dentifricio comprende:

• Acqua
• Particelle abrasive
• Umettanti (ad es. sorbitolo, glicerina)
• Tensioattivi stabilizzanti
• Modificatori reologici (addensanti)
• Coloranti
• Aromatizzanti
• Conservanti (ad es. p-idrossibenzoato)
• Detergente

A seconda del tipo di dentifricio, vengono aggiunti altri principi attivi, come battericidi, sbiancanti, fluoruro, ecc.

Dentifrici naturali con etichetta pulita

I produttori di dentifrici biologici e naturali formulano prodotti utilizzando esclusivamente ingredienti certificati biologici e / o naturali. I marchi di dentifrici naturali rispondono alla domanda dei consumatori attenti alla salute, che desiderano evitare gli ingredienti artificiali comunemente presenti nei dentifrici convenzionali. A causa della crescente domanda dei consumatori di prodotti con etichetta pulita, un numero sempre maggiore di marchi, sia piccoli sia grandi e affermati, offre dentifrici con etichetta pulita. I miscelatori a ultrasuoni sono ideali anche per la produzione su piccola e media scala. Essendo un metodo di miscelazione non termico e puramente meccanico, la sonicazione non altera le formulazioni naturali e biologiche. La miscelazione a ultrasuoni è compatibile con ingredienti naturali come bicarbonato di sodio, aloe vera, olio di eucalipto, mirra, estratti vegetali (ad es. estratti di salvia, menta e fragola) e oli essenziali (ad es. menta, menta verde, cannella).
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Come funziona la miscelazione ad alto taglio mediante sonicazione?

I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio utilizzano lo stesso principio meccanico di altri sistemi di miscelazione industriale comunemente impiegati, ad es. miscelatori a pale ad alto taglio, miscelatori multialbero, mulini colloidali, omogeneizzatori ad alta pressione e agitatori a pale. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio vengono frequentemente utilizzati per disperdere e macinare particelle, emulsionare fasi oleose e acquose, bagnare e solubilizzare materiali solidi e produrre miscele omogenee di qualsiasi tipo di liquido e sospensione. I miscelatori a ultrasuoni trasmettono le forze di taglio elevate tramite una sonda a ultrasuoni all’interno di un recipiente di miscelazione, come un serbatoio per il trattamento in lotti o una cella di flusso. La sonda del miscelatore a ultrasuoni vibra nel liquido a frequenza e ampiezze molto elevate, generando così intense bolle di cavitazione ultrasonica nel mezzo. Il collasso delle bolle di cavitazione produce potenti forze di taglio che disgregano e frantumano goccioline, agglomerati, aggregati e persino particelle primarie. Poiché la cavitazione ultrasonica genera correnti di cavitazione ad alta velocità, fino a 1000km/h, i getti liquidi prodotti dalla cavitazione accelerano le particelle. Quando le particelle accelerate collidono tra loro, agiscono come mezzi di macinazione. Di conseguenza, le particelle che collidono si frantumano e vengono ridotte a dimensioni micrometriche o nanometriche. Nel campo di cavitazione ultrasonica, le pressioni si alternano rapidamente e ripetutamente tra il vuoto e valori fino a 1000bar. Un miscelatore rotativo con 4 pale di miscelazione dovrebbe operare all’impressionante velocità di 300.000 giri/min per ottenere la stessa frequenza di cicli di pressione alternata. I miscelatori rotativi convenzionali e i miscelatori rotore-statore non generano una quantità significativa di cavitazione a causa dei loro limiti di velocità.

Prima e dopo la sonicazione: la curva verde mostra la dimensione delle particelle prima della sonicazione, mentre la curva rossa rappresenta la distribuzione granulometrica della silice dispersa mediante ultrasuoni.

Miscelazione del dentifricio a ultrasuoni

I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio possono essere utilizzati come processori per il trattamento in lotti e per il trattamento continuo in linea. Per i materiali altamente viscosi e il trattamento di grandi volumi, è preferibile utilizzare un reattore con cella di flusso pressurizzabile, poiché consente di operare in condizioni di sonicazione intensificata (ossia, la pressione intensifica la cavitazione). Inoltre, utilizzando configurazioni di flusso avanzate, come una configurazione di processo a passaggio o discreto, l’intera miscela del dentifricio viene forzata ad attraversare la zona di cavitazione ultrasonica nella cella di flusso. Questo garantisce che ogni particella riceva lo stesso trattamento, ottenendo così una dispersione e una miscelazione altamente uniformi.

Trattamento a ultrasuoni a passaggio

Per ogni fase del processo, ossia quando alla base liquida viene aggiunta una nuova miscela di ingredienti, la miscela in pasta passa da un serbatoio a un secondo serbatoio attraverso il reattore a ultrasuoni. Questo processo a passaggio garantisce un risultato di miscelazione altamente affidabile e uniforme. Mentre durante un processo convenzionale di miscelazione in lotti ad alto taglio è necessario prolungare la miscelazione per garantire la dispersione di tutte le particelle, la configurazione con cella di flusso a ultrasuoni consente di risparmiare tempo ed energia, poiché il tempo di processo viene ridotto al trattamento minimo per particella.
Nella miscelazione convenzionale in lotti ad alto taglio, alcune particelle vengono trattate eccessivamente, mentre altre non raggiungono mai la zona di miscelazione attiva. L’utilizzo di un reattore con cella di flusso a ultrasuoni garantisce che ogni particella sia sottoposta allo stesso trattamento ad alto taglio. Grazie al processo a passaggio, ogni particella viene trattata con la stessa frequenza e intensità.

Consiglio di processo: miscelazione a ultrasuoni sotto pressione

L’applicazione di pressione al reattore a ultrasuoni o alla cella di flusso intensifica la cavitazione acustica. Hielscher Ultrasonics fornisce diversi tipi di celle di flusso e reattori, che possono essere facilmente pressurizzati fino a 5 barg. I reattori a ultrasuoni personalizzati possono gestire pressioni ancora più elevate, fino a 300barg.

Effetti di deaerazione degli ultrasuoni

Gli agitatori a pale e i miscelatori convenzionali ad alto taglio introducono grandi volumi di bolle di gas nella miscela, il che costituisce un notevole svantaggio. La deaerazione della miscela finale del dentifricio richiede una fase di processo aggiuntiva, che comporta un consumo di tempo ed energia. Durante la miscelazione a ultrasuoni, l’intrappolamento di bolle d’aria è generalmente molto ridotto rispetto agli agitatori convenzionali per serbatoi e ai miscelatori ad alto taglio. L’utilizzo di un reattore con cella di flusso a ultrasuoni impedisce l’incorporazione superflua di bolle di gas indesiderate, poiché la miscela viene alimentata dal serbatoio di stoccaggio con un flusso costante in un sistema chiuso. In una configurazione con cella di flusso a ultrasuoni, la miscela in pasta viene alimentata a pressione continua nella zona di cavitazione ultrasonica. La configurazione a ultrasuoni a flusso passante impedisce l’intrappolamento indesiderato di gas durante il processo di miscelazione. Inoltre, la sonicazione è una tecnica consolidata di deaerazione e degasaggio e favorisce la coalescenza delle bolle d’aria, consentendo loro di risalire in superficie e disperdersi nell’atmosfera.
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I vantaggi dei miscelatori a ultrasuoni ad alte prestazioni

I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio generano intense forze di taglio che esercitano l’azione necessaria su particelle come solidi, goccioline, cristalli e fibre per ridurle a una dimensione prestabilita, che può essere nell’intervallo micrometrico o nanometrico. Gestendo facilmente viscosità elevate e carichi elevati di solidi, i miscelatori in linea a ultrasuoni ad alto taglio sono ideali per trattare prodotti in pasta, come dentifrici e gel. Le forze di taglio acustiche assicurano la bagnatura completa degli ingredienti in polvere e li miscelano uniformemente per ottenere una pasta omogenea.
A seconda della durezza e della fragilità delle particelle, i parametri del processo a ultrasuoni possono essere regolati con precisione per ottenere il risultato di miscelazione desiderato. Rispetto a metodi di miscelazione alternativi, come agitatori a pale ad alto taglio, omogeneizzatori ad alta pressione, mulini colloidali / a sfere, miscelatori ad albero, ecc., i miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio offrono notevoli vantaggi, come la gestione senza problemi di abrasivi e carichi elevati di solidi, il funzionamento semplice e sicuro, la manutenzione ridotta e la robustezza.

In lotti e in linea

I miscelatori ad alte prestazioni di Hielscher Ultrasonics possono essere utilizzati per il trattamento in lotti e in linea. A seconda del volume del processo e della capacità di trattamento oraria, può essere consigliato il trattamento in linea. Mentre il trattamento in lotti richiede più tempo e manodopera, un processo di miscelazione continuo in linea è più efficiente, più rapido e richiede una quantità di manodopera significativamente inferiore.

Miscelatori a ultrasuoni per ogni capacità produttiva

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l’intero spettro dei processori a ultrasuoni, dai sonicatori compatti da laboratorio ai sistemi da banco e pilota, fino ai processori a ultrasuoni completamente industriali con una capacità di trattamento pari a interi carichi di camion ogni ora. La gamma completa di prodotti ci consente di offrirvi il miscelatore a ultrasuoni a taglio più adatto alla capacità e agli obiettivi del vostro processo.
Il passaggio da un miscelatore a ultrasuoni più piccolo a capacità di trattamento superiori è molto semplice, poiché il processo di miscelazione a ultrasuoni può essere scalato in modo completamente lineare a partire dai parametri di processo già stabiliti. L’aumento di scala può essere realizzato installando un’unità di miscelazione a ultrasuoni più potente oppure raggruppando più sonicatori in parallelo.

Ampiezze elevate per un’elevata efficienza di miscelazione

I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente mantenute in continuo durante il funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.

Prove semplici e prive di rischi

I processi a ultrasuoni possono essere scalati in modo completamente lineare. Ciò significa che ogni risultato ottenuto utilizzando un sonicatore da laboratorio o da banco può essere scalato per ottenere esattamente lo stesso risultato utilizzando gli stessi identici parametri di processo. Questo rende la sonicazione ideale per lo sviluppo del prodotto e la successiva implementazione nella produzione commerciale.

Massima qualità – Progettati e prodotti in Germania

In quanto azienda a proprietà e gestione familiare, Hielscher dà priorità ai più elevati standard di qualità per i propri processori a ultrasuoni. Tutti i sonicatori vengono progettati, prodotti e accuratamente collaudati presso la nostra sede centrale a Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza e l’affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher ne fanno strumenti di lavoro instancabili per la vostra produzione. Il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti impegnativi è una caratteristica intrinseca dei miscelatori ad alte prestazioni di Hielscher.

Potete acquistare miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio Hielscher di qualsiasi dimensione, configurati esattamente in base alle esigenze del vostro processo. Dal trattamento di fluidi in un piccolo becher da laboratorio alla miscelazione continua a flusso passante di sospensioni e paste su scala industriale, Hielscher Ultrasonics offre il miscelatore ad alto taglio adatto a voi! Contattateci – saremo lieti di consigliarvi la configurazione di miscelazione a ultrasuoni ideale!

La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: