歯磨剤製造用高せん断ミキサー

歯磨剤の製造は、粘性の高いペースト、高濃度の固形分、研磨粒子を扱える混合装置を必要とする、要求の厳しいプロセスです。超音波高せん断ミキサーは、高強度のせん断力により、粉体の十分な湿潤、コロイドスラリーの均一な均質化、均一な粒度分布を実現します。産業規模に対応し、大流量の処理が可能な超音波高せん断ミキサーは、歯磨剤製造で頼れる主力装置です！

歯磨剤の製造

歯磨きペースト、歯磨剤、ジェルは、水、研磨剤、フッ化物、洗浄剤の四つの主要成分から構成されます。水分含有量は主に20–45%の範囲で変動する一方、研磨剤は歯磨剤の配合の少なくとも50%を占める主要成分です。広く使用される研磨剤には、水酸化アルミニウム（Al(OH)₃）、炭酸カルシウム（CaCO₃）、炭酸ナトリウム、各種リン酸水素カルシウム、水和シリカ、ゼオライト、雲母、ヒドロキシアパタイト（Ca₅(PO₄)3OH）の粒子が含まれます。
一般的な歯磨きペーストや歯磨剤は、通常、以下の手順で製造されます。
まず、水、保湿剤（例：ソルビトール、グリセリン、プロピレングリコール）、その他の液体成分を混合し、液体ベースを得ます。
最終的な歯磨剤に所定のレオロジー特性と質感を与えるため、液体ベースにレオロジー調整剤と結合剤を添加します。レオロジー調整剤と結合剤は、歯磨剤に粘稠性と質感を与えます。一般的に使用される結合剤には、カラヤガム、ベントナイト、アルギン酸ナトリウム、メチルセルロース、カラギーナン、ケイ酸アルミニウムマグネシウムがあります。一部のレオロジー調整剤は、グリセリンや香味付け用の精油などの非水性液体成分とあらかじめ混合する必要があります。あるいは、コロイド分散を容易にするため、レオロジー調整剤を他の粉体成分に混ぜることもできます。
次の工程では、有効成分（例：フッ化カルシウム、塩化亜鉛、ヒドロキシアパタイト）、甘味を付与する香味添加剤、防腐剤を混合物に混ぜ込みます。
続いて、研磨粒子や充填剤を含むスラリーを歯磨剤の混合物に混ぜ込みます。研磨剤は主要成分であり、固形分が高濃度になるように添加されるため、この要求の厳しい作業には、強力で信頼性の高い高せん断混合が必要です。
その後、香味添加剤と着色添加剤を加えます。
最後の混合工程では、安定剤として作用し、歯磨き中の歯磨剤の均一な分布を改善する洗浄剤または起泡剤（発泡剤）を配合に加えます。発泡を最小限に抑えるため、洗浄剤と起泡剤は穏やかな強度で歯磨剤の混合物に混ぜ込みます。一般的な起泡剤には、ラウリル硫酸ナトリウム、ラウリルスルホ酢酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム、スルホラウリン酸塩、ラウリルサルコシン酸ナトリウム、フマル酸ステアリルナトリウム、乳酸ステアリルナトリウムがあります。

典型的な基本歯磨剤配合は、以下の成分から構成されます：

• 水
• 研磨粒子
• 保湿剤（例：ソルビトール、グリセリン）
• 安定化用界面活性剤
• レオロジー調整剤（増粘剤）
• 着色剤
• 香味剤
• 防腐剤（例：p-hydrozybenzoate）
• 洗浄剤

歯磨剤製品の種類に応じて、殺菌剤、美白剤、フッ化物などの他の有効成分を添加します。

天然成分のクリーンラベル歯磨剤

オーガニック・天然成分の歯磨剤メーカーは、オーガニック認証を受けた成分や天然成分のみを使用して製品を配合します。天然成分の歯磨剤ブランドは、一般的な歯磨剤によく含まれる人工成分を避けたいと考える、健康意識の高い消費者の需要に応えています。消費者のクリーンラベル製品に対する需要が増加しているため、小規模ブランドから大手の有名ブランドまで、クリーンラベル歯磨剤を提供するブランドがますます増えています。超音波ミキサーは、小規模および中規模の製造にも最適です。超音波処理は、非加熱で純粋に機械的な混合方法であるため、天然成分やオーガニック成分の配合を変質させません。超音波混合は、重曹、アロエベラ、ユーカリ油、ミルラ、植物抽出物（例：セージ、ミント、イチゴの抽出物）、精油（例：ミント、スペアミント、シナモン）などの天然成分に適しています。
クリーンラベル美容製品の製造用超音波せん断ミキサーについて詳しくご覧ください！

超音波処理による高せん断混合の仕組み

超音波高せん断ミキサーは、高せん断ブレードミキサー、多軸ミキサー、コロイドミル、高圧ホモジナイザー、ブレード攪拌機など、一般的に使用される他の産業用混合システムと同じ機械的原理を利用します。超音波高せん断ミキサーは、粒子の分散と粉砕、油相と水相の乳化、固体物質の湿潤と可溶化、さらにあらゆる種類の液体やスラリーの均一な混合物の製造に頻繁に使用されます。超音波ミキサーは、超音波プローブを介して、バッチタンクやフローセルなどの混合容器内に高せん断力を伝達します。超音波ミキサーのプローブは、液体中で非常に高い周波数と大きな振幅で振動し、それによって媒体中に強烈な超音波キャビテーション気泡を発生させます。キャビテーション気泡の崩壊により強力なせん断力が生じ、液滴、凝集塊、集合体、さらには一次粒子までも破壊し、細かくします。超音波キャビテーションは最大1000km/hの高速キャビテーション流を発生させるため、キャビテーションによる液体ジェットが粒子を加速させます。加速された粒子が互いに衝突すると、それらは粉砕媒体として作用します。その結果、衝突した粒子は砕け、マイクロメートルまたはナノメートルサイズまで微細化されます。超音波キャビテーション場では、圧力が真空と最大1000barの間で迅速かつ繰り返し交互に変化します。4枚の混合ブレードを備えた回転ミキサーが、同じ頻度で圧力の交互変化サイクルを実現するには、驚異的な300,000 RPMで運転する必要があります。従来の回転ミキサーやローター・ステーターミキサーは、回転速度に限界があるため、有意な量のキャビテーションを発生させません。

超音波処理前後：緑色の曲線は超音波処理前の粒径を示し、赤色の曲線は超音波分散したシリカの粒度分布を示しています。

超音波による歯磨剤混合

超音波高せん断ミキサーは、バッチ処理装置および連続インライン処理装置として使用できます。高粘度材料や大量処理には、加圧可能なフローセルリアクターの使用が推奨されます。これにより、超音波処理を強化した条件下で運転できるためです（すなわち、圧力がキャビテーションを強化します）。さらに、通過式や個別処理方式などの高度な流動構成を使用すると、歯磨剤の混合物全体をフローセル内の超音波キャビテーション領域に必ず通過させることができます。これにより、各粒子が同じ処理を受け、非常に均一な分散と混合が得られます。

超音波通過処理

新たな成分の混合物を液体ベースに添加する各工程で、ペースト混合物は一つのタンクから超音波リアクターを通って二つ目のタンクに移送されます。この通過プロセスは、非常に信頼性が高く均一な混合結果を保証します。従来の高せん断バッチ混合プロセスでは、すべての粒子を確実に分散させるために過剰な混合が必要となる一方、超音波フローセル構成では、処理時間を粒子ごとに必要な最小限の処理にまで短縮できるため、時間とエネルギーを節約できます。
従来の高せん断バッチ混合では、一部の粒子は過剰に処理される一方、活発な混合領域にまったく入らない粒子もあります。超音波フローセルリアクターを使用すると、各粒子が同じ高せん断処理を確実に受けます。通過プロセスにより、すべての粒子が同じ周波数と強度で処理されます。

処理のヒント：加圧下での超音波混合

超音波リアクターまたはフローセルを加圧すると、音響キャビテーションが強化されます。Hielscher Ultrasonicsは、最大5 bargまで容易に加圧できる各種のフローセルとリアクターを提供しています。カスタマイズされた超音波リアクターは、最大300bargというさらに高い圧力にも対応できます。

超音波による脱気効果

ブレード攪拌機や従来の高せん断ミキサーは、混合物に大量の気泡を混入させるため、これが大きな欠点となります。最終的な歯磨剤混合物の脱気には、時間とエネルギーを消費する追加の処理工程が必要です。超音波混合中の気泡の巻き込みは、一般に、従来のタンク攪拌機や高せん断ミキサーと比較して非常に少なくなります。超音波フローセルリアクターを使用すると、混合物が密閉システム内で貯留タンクから一定の流れで供給されるため、不要な気泡の余計な混入を防げます。超音波フローセル構成では、ペースト混合物を継続的な圧力で超音波キャビテーション領域に供給します。超音波フロースルー構成は、混合プロセス中の不要なガスの巻き込みを防止します。さらに、超音波処理は、空気除去および脱ガスの確立された技術であり、気泡の合一を促進することで、気泡が表面まで上昇して気体として放出されるようにします。
超音波による空気除去と脱ガスについて詳しくご覧ください！

高性能超音波ミキサーの利点

超音波高せん断ミキサーは、固体、液滴、結晶、繊維などの粒子に必要な作用を及ぼす強烈なせん断力を発生させ、マイクロメートルまたはナノメートルの範囲にもなり得る目標サイズまで粒子を微細化します。高粘度や高い固形分負荷を容易に扱える超音波高せん断インラインミキサーは、歯磨きペースト、歯磨剤、ジェルなどのペースト製品の処理に最適です。音響せん断力により粉体成分を十分に湿潤させ、それらを均一に混合して均質なペーストにします。
粒子の硬さと脆さに応じて、超音波プロセスのパラメーターを正確に調整し、目的の混合結果を得ることができます。高せん断ブレード攪拌機、高圧ホモジナイザー、コロイドミル／ビーズミル、軸式ミキサーなどの他の混合方法と比較して、超音波高せん断ミキサーは、研磨剤や高い固形分負荷を問題なく扱えること、容易で安全な操作、少ない保守作業、堅牢性などの大きな利点を提供します。

バッチ処理とインライン処理

Hielscher Ultrasonicsの高性能ミキサーは、バッチ処理とインライン処理に使用できます。処理量と時間当たりの処理能力に応じて、インライン処理が推奨される場合があります。バッチ処理にはより多くの時間と労力が必要となる一方、連続インライン混合プロセスは、より効率的で迅速であり、必要な労力も大幅に少なくなります。

あらゆる生産能力に対応する超音波ミキサー

Hielscher Ultrasonicsの製品ラインアップは、コンパクトな研究室用超音波処理装置から、卓上型およびパイロットシステム、さらに毎時トラック積載量に相当する量を処理できる本格的な産業用超音波処理装置まで、全範囲を網羅しています。この充実した製品ラインアップにより、お客様の処理能力と目標に最も適した超音波せん断ミキサーを提供できます。
超音波混合プロセスは、確立済みのプロセスパラメーターから完全に線形にスケールアップできるため、小型の超音波ミキサーからより高い処理能力への拡張は非常に簡単です。スケールアップは、より高出力の超音波ミキサーユニットを設置するか、複数の超音波処理装置を並列にクラスター化することで実施できます。

高い混合効率を実現する大きな振幅

Hielscher Ultrasonicsの産業用超音波処理装置は、非常に大きな振幅を実現できます。最大200µmの振幅で、24/7の連続運転を容易に行えます。さらに大きな振幅には、カスタマイズされた超音波ソノトロードを用意しています。Hielscherの超音波装置の堅牢性により、高負荷や厳しい環境下でも24/7の運転が可能です。

容易でリスクのない試験

超音波プロセスは完全に線形にスケールアップできます。つまり、研究室用または卓上型の超音波処理装置で得られたすべての結果を、まったく同じプロセスパラメーターを使用して、まったく同じ結果が得られるようにスケールアップできます。このため、超音波処理は、製品開発とその後の商業生産への導入に最適です。

最高品質 – ドイツで設計・製造

家族所有・家族経営の企業として、Hielscherは超音波処理装置の最高品質基準を最優先しています。すべての超音波処理装置は、ドイツのベルリン近郊のテルトウにある本社で設計、製造され、徹底的に試験されています。Hielscherの超音波装置は、その堅牢性と信頼性により、お客様の生産現場で主力装置として活躍します。全負荷および厳しい環境下での24/7運転は、Hielscherの高性能ミキサーが当然備えている特性です。

Hielscherの超音波高せん断ミキサーは、さまざまなサイズで、お客様のプロセス要件に正確に合わせた構成でご購入いただけます。小さな研究室用ビーカー内の流体処理から、産業規模でのスラリーやペーストの連続フロースルー混合まで、Hielscher Ultrasonicsはお客様に適した高せん断ミキサーを提供します！ぜひお問い合わせください – 最適な超音波ミキサー構成をご提案いたします！

以下の表は、当社の超音波処理装置のおおよその処理能力の目安を示しています：