Miscelatori ad alto taglio per la produzione di dentifrici

La produzione del dentifricio è un processo impegnativo che richiede attrezzature di miscelazione in grado di gestire paste viscose, alte concentrazioni di solidi e particelle abrasive. I miscelatori ad ultrasuoni ad alta velocità forniscono forze di taglio ad alta intensità che forniscono una bagnatura completa delle polveri, un'omogeneizzazione uniforme dei fanghi colloidali e una distribuzione granulometrica uniforme delle particelle. Disponibili su scala industriale e in grado di processare flussi di grandi volumi, i miscelatori ad ultrasuoni ad alto taglio sono il vostro cavallo di battaglia affidabile nella produzione di dentifrici!

Produzione di dentifricio

Dentifrici, dentifrici e gel sono costituiti dai quattro componenti principali di acqua, abrasivi, fluoruri e detergenti. Mentre il contenuto di acqua varia per lo più tra il 20 e il 45%, gli abrasivi sono i componenti principali che contribuiscono con almeno il 50% alla formulazione del dentifricio. Gli abrasivi ampiamente utilizzati includono particelle di idrossido di alluminio (Al(OH)₃), carbonato di calcio (CaCO₃), carbonato di sodio, vari fosfati di idrogeno di calcio, silice idratati, zeoliti, mica e idrossiapatite (Ca₅(PO₄)3OH).
Le comuni formulazioni di dentifricio e dentifricio sono prodotte generalmente seguendo i passaggi riportati di seguito:
All'inizio, acqua, umettante (ad es. sorbitolo, glicerina, glicole propilenico) e altri ingredienti liquidi vengono miscelati insieme in modo da ottenere una base liquida.
Per ottenere una certa reologia e consistenza del dentifricio finale, alla base liquida vengono aggiunti modificatori reologici e leganti. I modificatori e i leganti reologici conferiscono al dentifricio il suo spessore e la sua consistenza. I leganti comunemente usati includono gomma di karaya, bentonite, alginato di sodio, metilcellulosa, carragenina e silicato di magnesio e alluminio. Alcuni modificatori reologici richiedono di essere pre-miscelati con ingredienti liquidi non acquosi come glicerina o oli essenziali aromatizzanti. In alternativa, il modificatore reologico può essere miscelato in altri ingredienti in polvere per facilitare la dispersione colloidale.
Nella fase successiva, i principi attivi (ad es. fluoruro di calcio, cloruro di zinco, idrossiapatite), gli additivi per l'edulcorazione e i conservanti vengono mescolati nella miscela.
Successivamente, nella miscela di dentifricio viene incorporato un impasto contenente particelle abrasive e/o riempitivi. Poiché gli abrasivi sono l'ingrediente principale, che vengono aggiunti ad un alto carico solido, è necessaria una miscelazione potente e affidabile ad alta velocità per soddisfare questo compito impegnativo.
Successivamente vengono aggiunti additivi aromatizzanti e coloranti.
Nella fase finale di miscelazione, alla formulazione viene aggiunto un detergente o uno schiumogeno (agente schiumogeno) che funge da stabilizzatore e migliora la distribuzione uniforme del dentifricio durante il lavaggio dei denti. Il detergente e lo schiumogeno vengono miscelati nella miscela di dentifricio con una delicata intensità per ridurre al minimo la formazione di schiuma. I comuni schiumogeni sono il sodio lauril solfato, il sodio lauril sulfoacetato, il diottile sulfosuccinato di sodio, il sulfolaurato, il sodio lauril sarcosinato, lo stearil fumarato di sodio e lo stearil lattato di sodio.

Una tipica formulazione di base del dentifricio consiste in:

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

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

Dentifrici naturali, a marchio pulito

I produttori di dentifrici biologici e naturali formulano prodotti utilizzando solo ingredienti biologici certificati e/o naturali. I marchi di dentifrici naturali soddisfano la domanda dei consumatori attenti alla salute, che vogliono evitare gli ingredienti artificiali che si trovano comunemente nei dentifrici normali. A causa della crescente domanda dei consumatori di prodotti con etichette pulite, un numero sempre maggiore di marchi noti, sia più piccoli che più grandi, offrono dentifrici con etichette pulite. I miscelatori ad ultrasuoni sono ideali anche per la produzione su piccola e media scala. Essendo un metodo di miscelazione non termico e puramente meccanico, l'ultrasuoni non altera le formulazioni naturali e organiche. La miscelazione ad ultrasuoni è compatibile con ingredienti naturali come bicarbonato di sodio, aloe vera, olio di eucalipto, mirra, estratto vegetale (ad esempio salvia, menta, estratto di fragola), e oli essenziali (ad esempio menta, menta, cannella).
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Come funziona High-Shear Mixing di Sonication?

I miscelatori ad ultrasuoni ad alto taglio utilizzano lo stesso principio meccanico di altri sistemi di miscelazione industriale comunemente usati, ad esempio miscelatori a lame ad alto taglio, miscelatori multialbero, mulini colloidali, omogeneizzatori ad alta pressione e agitatori a lame. I miscelatori ad ultrasuoni ad alto taglio sono frequentemente utilizzati per disperdere e macinare le particelle, per emulsionare le fasi dell'olio e dell'acqua, per bagnare e solubilizzare la materia solida e per produrre miscele omogenee di qualsiasi tipo di liquidi e fanghi. I miscelatori ad ultrasuoni trasmettono le forze di taglio elevate attraverso una sonda ad ultrasuoni in un recipiente di miscelazione, ad esempio in un serbatoio batch o in una cella di flusso. La sonda del miscelatore ad ultrasuoni vibra nel liquido ad altissima frequenza e ampiezza creando così intense bolle di cavitazione ultrasoniche nel mezzo. Il collasso delle bolle di cavitazione si traduce in potenti forze di taglio, che disturbano e rompono goccioline, agglomerati, aggregati e persino particelle primarie. Poiché la cavitazione ultrasonica genera un flusso cavitazionale ad alta velocità fino a 1000 km/h, i getti di liquido cavitazionale accelerano le particelle. Quando le particelle accelerate si scontrano tra loro, agiscono come mezzi di macinazione. Di conseguenza, le particelle in collisione si frantumano e vengono ridotte a dimensioni di micron o nano-size. Nel campo della cavitazione ultrasonica, le pressioni si alternano rapidamente e ripetutamente tra il vuoto e fino a 1000 bar. Un miscelatore rotante con 4 pale di miscelazione dovrebbe funzionare ad una sbalorditiva 300.000 RPM per ottenere la stessa frequenza di cicli di pressione alternati. I miscelatori rotativi convenzionali e i miscelatori a rotore-statore non creano una quantità significativa di cavitazione a causa della loro limitazione di velocità.

Prima e dopo la sonicazione: La curva verde mostra la dimensione delle particelle prima della sonicazione, la curva rossa è la distribuzione granulometrica della silice ultrasonicamente dispersa.

Miscelazione ad ultrasuoni del dentifricio

I miscelatori ad ultrasuoni ad alta velocità possono essere utilizzati come processori batch e continui in linea. Per materiali altamente viscosi e lavorazioni ad alto volume, si preferisce l'uso di un reattore a cella a flusso pressurizzabile, in quanto questo permette di operare in condizioni di ultrasonicazione intensificata (cioè la pressione intensifica la cavitazione). Inoltre, utilizzando un sofisticato setup a flusso, come un passaggio o un setup di processo discreto, l'intera miscela di dentifricio è costretta a passare attraverso la zona cavitazionale ad ultrasuoni nella cella a flusso. Questo assicura che ogni particella riceva lo stesso trattamento in modo da ottenere una dispersione e una miscelazione altamente uniforme.

Elaborazione del passaggio a ultrasuoni

Per ogni fase del processo, cioè quando una nuova miscela di ingredienti viene aggiunta alla base liquida, la miscela di pasta passa da un serbatoio attraverso il reattore ad ultrasuoni in un secondo serbatoio. Questo processo di passaggio assicura un risultato di miscelazione altamente affidabile e uniforme. Mentre durante un processo convenzionale di miscelazione a lotti ad alta velocità è necessario applicare una miscelazione in eccesso per garantire che tutte le particelle si disperdano, la configurazione della cella di flusso a ultrasuoni consente di risparmiare tempo ed energia, poiché il tempo di lavorazione si riduce al minimo trattamento per particella.
Nella miscelazione convenzionale ad alto taglio a lotti, alcune particelle vengono lavorate in eccesso, mentre alcune particelle non entrano mai nella zona di miscelazione attiva. L'utilizzo di un reattore a cella a flusso di ultrasuoni assicura che ogni particella veda lo stesso trattamento ad alto taglio. A causa del processo di passaggio, ogni particella viene trattata alla stessa frequenza e intensità.

Suggerimento per l'elaborazione: Miscelazione ad ultrasuoni sotto pressione

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

Effetti di disaerazione a ultrasuoni

Gli agitatori a lama e i miscelatori convenzionali ad alta velocità introducono elevati volumi di bolle di gas nella miscela, il che rappresenta un grave svantaggio. La disaerazione della miscela finale di dentifricio richiede un'ulteriore fase di lavorazione, che richiede tempo ed energia. Durante la miscelazione ad ultrasuoni, l'intrappolamento di bolle d'aria è generalmente molto basso se paragonato ai tradizionali agitatori a serbatoio e miscelatori ad alta velocità. L'utilizzo di un reattore a cella a flusso di ultrasuoni impedisce l'inutile incorporazione di bolle di gas indesiderate, poiché la miscela viene alimentata dal serbatoio di mantenimento in un flusso costante in un sistema chiuso. In un reattore a cella a flusso di ultrasuoni, la miscela di pasta viene alimentata a pressione continua nella zona di cavitazione a ultrasuoni. La configurazione a flusso ultrasonico impedisce l'intrappolamento indesiderato di gas durante il processo di miscelazione. Inoltre, la sonicazione è una tecnica consolidata di disaerazione e degasaggio e favorisce la coalescenza delle bolle d'aria in modo che possano salire verso l'alto e volatilizzarsi.
Per saperne di più sulla disaerazione e la degassazione a ultrasuoni!

I vantaggi dei miscelatori ad ultrasuoni ad alte prestazioni

I miscelatori ad alto taglio ad ultrasuoni creano forze di taglio intense, che hanno l'impatto richiesto sulle particelle come solidi, goccioline, cristalli e fibre, al fine di scomporle in una dimensione mirata, che può essere nel range dei micron o nano. Manipolando facilmente elevate viscosità ed elevati carichi solidi, i miscelatori in linea ad ultrasuoni ad alto taglio sono ideali per lavorare prodotti in pasta come dentifrici, dentifrici e gel. Le forze di taglio acustiche consentono di ottenere una bagnatura completa degli ingredienti in polvere e di miscelarli uniformemente in una pasta omogenea.
A seconda della durezza e della fragilità delle particelle, i parametri di processo ad ultrasuoni possono essere esattamente regolati per ottenere l'aspirato risultato di miscelazione. Rispetto a metodi di miscelazione alternativi come agitatori a lama ad alta velocità, omogeneizzatori ad alta pressione, mulini a colloido/perline, miscelatori ad albero ecc. i miscelatori ad ultrasuoni ad alta velocità offrono grandi vantaggi come la manipolazione senza problemi di abrasivi ed elevati carichi solidi, il funzionamento facile e sicuro, la bassa manutenzione e la robustezza.

Lotto e in linea

I miscelatori ad alte prestazioni Hielscher Ultrasonics possono essere utilizzati per l'elaborazione in linea e in batch. A seconda del volume del processo e della produzione oraria, si consiglia l'elaborazione in linea. Mentre il dosaggio è più dispendioso in termini di tempo e di manodopera, un processo di miscelazione in linea continuo è più efficiente, più veloce e richiede molta meno manodopera.

Miscelatori ad ultrasuoni per ogni capacità di prodotto

La gamma di prodotti Hielscher Ultrasonics copre l'intero spettro dei processori ad ultrasuoni, dai compatti ultrasuoni da laboratorio ai sistemi da banco e pilota fino ai processori ad ultrasuoni completamente industriali con la capacità di processare carichi di camion all'ora. L'intera gamma di prodotti ci permette di offrirvi il miscelatore a taglio a ultrasuoni più adatto alle vostre capacità di processo e ai vostri obiettivi.
Lo scale-up da un miscelatore ad ultrasuoni più piccolo a capacità di elaborazione più elevate è molto semplice, poiché il processo di miscelazione ad ultrasuoni può essere scalato in modo completamente lineare a partire dai parametri di processo stabiliti. L'up-scaling può essere effettuato sia installando un'unità di miscelazione ad ultrasuoni più potente sia raggruppando diversi ultrasuoni in parallelo.

Ampiezze elevate per un'elevata efficienza di miscelazione

Ultrasuoni Hielscher’ i processori ad ultrasuoni industriali possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200µm possono essere facilmente gestite ininterrottamente in funzionamento 24/7. Per ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. La robustezza delle apparecchiature ad ultrasuoni Hielscher consente un funzionamento 24/7 in ambienti gravosi e impegnativi.

Test facili e senza rischi

I processi ad ultrasuoni possono essere scalati in modo completamente lineare. Ciò significa che ogni risultato ottenuto usando un laboratorio o un ultrasuonatore da banco, può essere scalato esattamente alla stessa uscita usando esattamente gli stessi parametri di processo. Ciò rende gli ultrasuoni ideali per lo sviluppo del prodotto e la successiva implementazione nella produzione commerciale.

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

Come azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher dà priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori ad ultrasuoni. Tutti gli ultrasonicatori sono progettati, fabbricati e accuratamente testati nella nostra sede centrale a Teltow vicino a Berlino, in Germania. Robustezza e affidabilità delle attrezzature ad ultrasuoni di Hielscher lo rendono un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e in ambienti esigenti è una caratteristica naturale dei miscelatori ad alte prestazioni di Hielscher.

Potete acquistare i miscelatori ad ultrasuoni ad alta velocità Hielscher in qualsiasi dimensione e configurati esattamente in base alle vostre esigenze di processo. Dal trattamento di fluidi in un piccolo beaker da laboratorio alla miscelazione continua di fanghi e paste a livello industriale, Hielscher Ultrasonics offre un miscelatore ad alto taglio adatto a voi! Contattateci – siamo lieti di consigliarvi la configurazione mixer ultrasonico ideale!

La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: