Miscelatori ad alto coefficiente di taglio per la produzione di dentifricio

La produzione di dentifrici è un processo impegnativo che richiede apparecchiature di miscelazione in grado di gestire paste viscose, alte concentrazioni di solidi e particelle abrasive. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio forniscono forze di taglio ad alta intensità che garantiscono un'accurata bagnatura delle polveri, un'omogeneizzazione uniforme degli impasti colloidali e una distribuzione uniforme delle dimensioni delle particelle. Disponibili su scala industriale e in grado di trattare flussi di grandi volumi, i miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio sono il vostro cavallo di battaglia affidabile nella produzione di dentifricio!

Produzione di dentifricio

I dentifrici, i dentifrici e i gel sono costituiti dai quattro componenti principali: 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 per 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 idrogenofosfati di calcio, silice idrata, zeoliti, mica e idrossiapatite (Ca₅(PO₄)3OH).
Le comuni formulazioni di dentifricio e dentifricio sono prodotte generalmente seguendo le fasi seguenti:
In un primo momento, l'acqua, l'umettante (ad esempio, sorbitolo, glicerina, glicole propilenico) e altri ingredienti liquidi vengono miscelati 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 reologici e i leganti conferiscono al dentifricio spessore e consistenza. I leganti comunemente utilizzati sono la gomma karaya, la bentonite, l'alginato di sodio, la metilcellulosa, la carragenina e il silicato di magnesio e alluminio. Alcuni modificatori reologici devono essere premiscelati con ingredienti liquidi non acquosi, 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, alla miscela vengono mescolati ingredienti attivi (ad esempio, fluoruro di calcio, cloruro di zinco, idrossiapatite), additivi aromatici dolcificanti e conservanti.
Quindi, un impasto contenente particelle abrasive e/o riempitivi viene incorporato nella miscela di dentifricio. Poiché gli abrasivi sono l'ingrediente principale e vengono aggiunti a un elevato carico solido, per svolgere questo compito impegnativo è necessaria una miscelazione potente e affidabile ad alto coefficiente di taglio.
Successivamente, vengono aggiunti additivi aromatici e coloranti.
Nella fase finale di miscelazione, alla formulazione viene aggiunto un detergente o un sudser (agente schiumogeno) che agisce come stabilizzatore e migliora la distribuzione uniforme del dentifricio durante lo spazzolamento dei denti. Il detergente e l'agente schiumogeno vengono mescolati alla miscela di dentifricio a un'intensità delicata per ridurre al minimo la formazione di schiuma. I più comuni antischiuma sono il laurilsolfato di sodio, il laurilsolfacetato di sodio, il diottil-solfosuccinato di sodio, il solfolaurato, il laurils sarcosinato di sodio, il fumarato di sodio e il lattato di sodio e stearile.

Una tipica formulazione di base del dentifricio consiste in:

• Acqua
• particelle abrasive
• Umettanti (ad es. sorbitolo, glicerina)
• Tensioattivi stabilizzanti
• Modificatori reologici (addensanti)
• Coloranti
• Agenti aromatizzanti
• Conservanti (ad es. p-idrozybenzoato)
• Detergente

A seconda del tipo di 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 certificati biologici e/o naturali. I marchi di dentifrici naturali soddisfano la domanda dei consumatori attenti alla salute, che vogliono evitare gli ingredienti artificiali comunemente presenti nei normali dentifrici. A causa della crescente domanda di prodotti a marchio pulito da parte dei consumatori, un numero sempre maggiore di marchi piccoli e grandi offre dentifrici a marchio pulito. I miscelatori a ultrasuoni sono ideali anche per la produzione su scala piccola e media. Essendo un metodo di miscelazione non termico e puramente meccanico, gli ultrasuoni non alterano le formulazioni naturali e organiche. La miscelazione a ultrasuoni è compatibile con ingredienti naturali come il bicarbonato di sodio, l'aloe vera, l'olio di eucalipto, la mirra, gli estratti vegetali (ad esempio salvia, menta, estratto di fragola) e gli oli essenziali (ad esempio menta, mentuccia, cannella).
Per saperne di più sui miscelatori a ultrasuoni per la produzione di prodotti di bellezza a marchio pulito!

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 utilizzati, come ad esempio i miscelatori a lama ad alto taglio, i miscelatori multialbero, i mulini colloidali, gli omogeneizzatori ad alta pressione e gli agitatori a lama. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio sono spesso utilizzati per disperdere e macinare particelle, emulsionare fasi di olio e acqua, bagnare e solubilizzare sostanze solide e produrre miscele omogenee di qualsiasi tipo di liquidi e impasti. I miscelatori a ultrasuoni trasmettono le forze di alto taglio attraverso una sonda a ultrasuoni in un recipiente di miscelazione, ad esempio in un serbatoio batch o in una cella di flusso. La sonda del miscelatore a ultrasuoni vibra nel liquido a una frequenza e a un'ampiezza molto elevate, creando intense bolle di cavitazione ultrasonica nel mezzo. Il collasso delle bolle di cavitazione genera potenti forze di taglio che rompono e spezzano gocce, agglomerati, aggregati e persino particelle primarie. Poiché la cavitazione a ultrasuoni genera flussi cavitazionali ad alta velocità, fino a 1000 km/h, i getti di liquido cavitato 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 micron o nano. 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 dovrebbe funzionare a ben 300.000 giri al minuto per ottenere la stessa frequenza di cicli di pressione alternati. I miscelatori rotanti convenzionali e i miscelatori 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, mentre la curva rossa è la distribuzione delle dimensioni delle particelle di silice dispersa ad ultrasuoni.

Miscelazione a ultrasuoni del dentifricio

I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio possono essere utilizzati come processori in linea in batch o in continuo. Per i materiali altamente viscosi e per la lavorazione di volumi elevati, è preferibile l'uso di un reattore a cella di flusso pressurizzabile, che consente di lavorare in condizioni di ultrasuoni intensificate (cioè la pressione intensifica la cavitazione). Inoltre, utilizzando una configurazione di flusso sofisticata, come un passaggio o una configurazione di processo discreta, la miscela completa di dentifricio è costretta a passare attraverso la zona di cavitazione ultrasonica nella cella a flusso. Ciò garantisce che ogni particella riceva lo stesso trattamento, in modo da ottenere una dispersione e una miscelazione altamente uniformi.

Elaborazione del passaggio a ultrasuoni

Per ogni fase del processo, ovvero quando una nuova miscela di ingredienti viene aggiunta alla base liquida, la miscela di pasta passa da una vasca al reattore a ultrasuoni in una seconda vasca. Questo processo di passaggio garantisce un risultato di miscelazione altamente affidabile e uniforme. Mentre in un processo convenzionale di miscelazione in batch ad alto taglio è necessario applicare una miscelazione eccessiva per garantire la dispersione di tutte le particelle, la configurazione della cella di flusso a ultrasuoni consente di risparmiare tempo ed energia, in quanto il tempo di lavorazione è ridotto al trattamento minimo per particella.
Nella miscelazione batch convenzionale ad alto taglio, alcune particelle vengono trattate in modo eccessivo, mentre altre non entrano mai nella zona di miscelazione attiva. L'uso di un reattore a celle di flusso a ultrasuoni garantisce che ogni particella subisca lo stesso trattamento ad alto taglio. Grazie al processo di passaggio, ogni particella viene trattata con la stessa frequenza e intensità.

Suggerimento per la lavorazione: Miscelazione a ultrasuoni sotto pressione

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

Effetti disaeranti a ultrasuoni

Gli agitatori a lama e i miscelatori convenzionali ad alto numero di giri introducono volumi elevati di bolle di gas nella miscela, il che rappresenta un grosso svantaggio. La disaerazione della miscela finale di dentifricio richiede un'ulteriore fase di lavorazione, che richiede tempo ed energia. Durante la miscelazione a ultrasuoni, l'intrappolamento di bolle d'aria è generalmente molto basso rispetto agli agitatori convenzionali e ai miscelatori ad alto coefficiente di taglio. L'uso di un reattore a celle di flusso a ultrasuoni evita 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 una configurazione a celle di flusso a ultrasuoni, la miscela di pasta viene alimentata a pressione continua nella zona di cavitazione a ultrasuoni. La configurazione a flusso continuo di ultrasuoni impedisce l'intrappolamento indesiderato di gas durante il processo di miscelazione. Inoltre, la sonicazione è una tecnica consolidata di disaerazione e degassificazione e favorisce la coalescenza delle bolle d'aria in modo che possano salire in alto e volatilizzarsi.
Per saperne di più sulla deaerazione e il degassamento a ultrasuoni!

I vantaggi dei miscelatori a ultrasuoni ad alte prestazioni

I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio creano forze di taglio intense, che hanno l'impatto necessario su particelle come solidi, gocce, cristalli e fibre per ridurle a una dimensione mirata, che può essere nell'ordine dei micron o dei nano. Facilmente in grado di gestire viscosità e carichi solidi elevati, i miscelatori in linea ad ultrasuoni ad alto taglio sono ideali per la lavorazione di prodotti in pasta come dentifrici, dentifrici e gel. Le forze di taglio acustiche consentono di bagnare completamente gli ingredienti in polvere e di miscelarli uniformemente in una pasta omogenea.
A seconda della durezza e della fragilità delle particelle, i parametri del processo a ultrasuoni possono essere regolati esattamente per ottenere il risultato di miscelazione desiderato. Rispetto ai metodi di miscelazione alternativi, come gli agitatori a lama ad alto taglio, gli omogeneizzatori ad alta pressione, i mulini a colloide/perle, i miscelatori ad albero, ecc. i miscelatori ad ultrasuoni ad alto taglio offrono notevoli vantaggi, come la gestione senza problemi di abrasivi e alti carichi solidi, il funzionamento facile e sicuro, la bassa manutenzione e la robustezza.

Batch e Inline

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

Miscelatori a ultrasuoni per ogni capacità di prodotto

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

Ampiezze elevate per un'alta efficienza di miscelazione

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

Test facili e senza rischi

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

Massima qualità – Progettato e prodotto in Germania

In quanto azienda a conduzione familiare, Hielscher dà priorità ai più alti standard di qualità per i suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuonatori sono progettati, prodotti e testati a fondo nella nostra sede centrale di Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza e l'affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher ne fanno un cavallo di battaglia nella vostra produzione. Il funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, a pieno carico e in ambienti difficili è una caratteristica naturale dei miscelatori ad alte prestazioni di Hielscher.

È possibile acquistare miscelatori a ultrasuoni Hielscher ad alto potere di taglio in qualsiasi dimensione e configurati esattamente in base alle esigenze del processo. Dal trattamento di fluidi in un piccolo becher da laboratorio alla miscelazione continua di impasti e paste a livello industriale, Hielscher Ultrasonics offre il miscelatore ad alto taglio adatto a voi! Contattateci – siamo lieti di consigliarvi la configurazione ideale del miscelatore a ultrasuoni!

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