Mengers met hoge afschuiving voor de productie van tandpasta

De productie van tandpasta is een veeleisend proces waarvoor mengapparatuur nodig is die viskeuze pasta’s, hoge concentraties vaste stoffen en abrasieve deeltjes kan verwerken. Ultrasone mengers met hoge afschuiving leveren afschuifkrachten van hoge intensiteit die zorgen voor een grondige bevochtiging van poeders, een uniforme homogenisatie van colloïdale suspensies en een gelijkmatige deeltjesgrootteverdeling. Ultrasone mengers met hoge afschuiving zijn beschikbaar op industriële schaal en kunnen grote volumestromen verwerken, waardoor ze uw betrouwbare werkpaard zijn bij de productie van tandpasta!

Productie van tandpasta

Tandpasta’s, tandreinigingsmiddelen en gels bestaan uit de vier hoofdbestanddelen water, schuurmiddelen, fluoriden en detergenten. Terwijl het watergehalte meestal tussen 20 en 45% varieert, zijn schuurmiddelen de hoofdbestanddelen die ten minste 50% van de tandpastaformulering uitmaken. Veelgebruikte schuurmiddelen zijn onder meer deeltjes van aluminiumhydroxide (Al(OH)₃), calciumcarbonaat (CaCO₃), natriumcarbonaat, verschillende calciumwaterstoffosfaten, gehydrateerde silica’s, zeolieten, mica en hydroxyapatiet (Ca₅(PO₄)3OH).
Gangbare formuleringen van tandpasta en tandreinigingsmiddelen worden doorgaans volgens de onderstaande stappen geproduceerd:
Eerst worden water, een bevochtigingsmiddel (bijv. sorbitol, glycerine, propyleenglycol) en andere vloeibare ingrediënten met elkaar gemengd om een vloeibare basis te verkrijgen.
Om de uiteindelijke tandpasta een bepaalde reologie en textuur te geven, worden reologiemodificatoren en bindmiddelen aan de vloeibare basis toegevoegd. Reologiemodificatoren en bindmiddelen geven tandpasta zijn dikte en textuur. Veelgebruikte bindmiddelen zijn onder meer karayagom, bentoniet, natriumalginaat, methylcellulose, carrageen en magnesiumaluminiumsilicaat. Sommige reologiemodificatoren moeten vooraf worden gemengd met een niet-waterig vloeibaar ingrediënt, zoals glycerine of etherische oliën die smaak geven. Als alternatief kan de reologiemodificator met andere poedervormige ingrediënten worden gemengd om de colloïdale dispersie te vergemakkelijken.
In de volgende stap worden actieve ingrediënten (bijv. calciumfluoride, zinkchloride, hydroxyapatiet), zoetende smaaktoevoegingen en conserveermiddelen door het mengsel gemengd.
Vervolgens wordt een suspensie met abrasieve deeltjes en / of vulstoffen in het tandpastamengsel opgenomen. Omdat schuurmiddelen het hoofdingrediënt zijn en in een hoge concentratie vaste stoffen worden toegevoegd, is krachtig en betrouwbaar mengen met hoge afschuiving nodig om deze veeleisende taak uit te voeren.
Daarna worden smaak- en kleurtoevoegingen toegevoegd.
In de laatste mengstap wordt een detergent of schuimmiddel toegevoegd aan de formulering, dat als stabilisator werkt en de gelijkmatige verdeling van tandpasta tijdens het tandenpoetsen verbetert. Het detergent en het schuimmiddel worden met een lage intensiteit door het tandpastamengsel gemengd om schuimvorming te minimaliseren. Veelgebruikte schuimmiddelen zijn natriumlaurylsulfaat, natriumlaurylsulfoacetaat, dioctylnatriumsulfosuccinaat, sulfolauraten, natriumlaurylsarcosinaat, natriumstearylfumaraat en natriumstearyllactaat.

Een typische basisformulering van tandpasta bestaat uit:

• Water
• Abrasieve deeltjes
• Bevochtigingsmiddelen (bijv. sorbitol, glycerine)
• Stabiliserende oppervlakteactieve stoffen
• Reologiemodificatoren (verdikkingsmiddelen)
• Kleurstoffen
• Smaakstoffen
• Conserveermiddelen (bijv. p-hydrozybenzoate)
• Detergent

Afhankelijk van het type tandpastaproduct worden andere actieve ingrediënten toegevoegd, zoals bactericiden, bleekmiddelen, fluoride enz.

Natuurlijke tandpasta’s met een clean label

Fabrikanten van biologische, natuurlijke tandpasta’s formuleren producten met uitsluitend biologisch gecertificeerde en / of natuurlijke ingrediënten. Natuurlijke tandpastamerken spelen in op de vraag van gezondheidsbewuste consumenten die de kunstmatige ingrediënten willen vermijden die doorgaans in reguliere tandpasta’s voorkomen. Door de toenemende vraag van consumenten naar producten met een clean label bieden steeds meer kleinere merken en grotere, bekende merken tandpasta’s met een clean label aan. Ultrasone mengers zijn ook ideaal voor productie op kleine en middelgrote schaal. Als niet-thermische, zuiver mechanische mengmethode verandert sonicatie natuurlijke, biologische formuleringen niet. Ultrasoon mengen is compatibel met natuurlijke ingrediënten zoals zuiveringszout, aloë vera, eucalyptusolie, mirre, plantenextract (bijv. salie, munt, aardbeienextract) en etherische oliën (bijv. munt, groene munt, kaneel).
Lees meer over ultrasone mengers met afschuiving voor de productie van schoonheidsproducten met een clean label!

Hoe werkt mengen met hoge afschuiving door sonicatie?

Ultrasone mengers met hoge afschuiving gebruiken hetzelfde mechanische principe als andere veelgebruikte industriële mengsystemen, zoals bladmengers met hoge afschuiving, meerassige mengers, colloïdmolens, hogedrukhomogenisatoren en bladroerders. Ultrasone mengers met hoge afschuiving worden vaak gebruikt om deeltjes te dispergeren en te vermalen, olie- en waterfasen te emulgeren, vaste stoffen te bevochtigen en oplosbaar te maken, en homogene mengsels van allerlei vloeistoffen en suspensies te produceren. Ultrasone mengers brengen de hoge afschuifkrachten via een ultrasone sonde over op een mengvat, zoals een batchtank of een doorstroomcel. De sonde van de ultrasone menger trilt in de vloeistof met een zeer hoge frequentie en hoge amplitudes, waardoor intense ultrasone cavitatiebellen in het medium ontstaan. Het imploderen van de cavitatiebellen resulteert in krachtige afschuifkrachten die druppels, agglomeraten, aggregaten en zelfs primaire deeltjes uiteenbreken. Omdat ultrasone cavitatie snelle cavitatiestromingen met snelheden tot 1000km/h genereert, versnellen de vloeistofstralen door cavitatie de deeltjes. Wanneer de versnelde deeltjes met elkaar botsen, fungeren ze als maalmedia. Daardoor versplinteren de botsende deeltjes en worden ze verkleind tot micro- of nanoformaat. In het ultrasone cavitatieveld wisselt de druk snel en herhaaldelijk tussen vacuüm en maximaal 1000bar. Een roterende menger met 4 mengbladen zou met een verbluffende 300.000 RPM moeten draaien om dezelfde frequentie van afwisselende drukcycli te bereiken. Conventionele roterende mengers en rotor-statormengers veroorzaken geen significante hoeveelheid cavitatie vanwege hun beperkte snelheid.

Voor en na sonicatie: de groene curve toont de deeltjesgrootte vóór sonicatie; de rode curve geeft de deeltjesgrootteverdeling van ultrasoon gedispergeerde silica weer.

Ultrasoon mengen van tandpasta

Ultrasone mengers met hoge afschuiving kunnen worden gebruikt als batchprocessoren en continue inline processoren. Voor zeer viskeuze materialen en de verwerking van grote volumes heeft het gebruik van een doorstroomcelreactor die onder druk kan worden gezet de voorkeur, omdat hiermee onder geïntensiveerde sonicatieomstandigheden kan worden gewerkt (d.w.z. druk intensiveert cavitatie). Bovendien wordt door het gebruik van geavanceerde stromingsopstellingen, zoals een opstelling voor een passageproces of een afzonderlijk proces, het volledige tandpastamengsel gedwongen door de ultrasone cavitatiezone in de doorstroomcel te stromen. Dit zorgt ervoor dat elk deeltje dezelfde behandeling krijgt, zodat een zeer uniforme dispersie en menging worden verkregen.

Ultrasone verwerking in een passageproces

Bij elke processtap, wanneer een nieuw ingrediëntenmengsel aan de vloeibare basis wordt toegevoegd, stroomt het pastamengsel van de ene tank via de ultrasone reactor naar een tweede tank. Dit passageproces zorgt voor een zeer betrouwbaar en uniform mengresultaat. Terwijl bij een conventioneel batchmengproces met hoge afschuiving extra moet worden gemengd om te waarborgen dat alle deeltjes worden gedispergeerd, bespaart de opstelling met een ultrasone doorstroomcel tijd en energie, omdat de verwerkingstijd wordt teruggebracht tot de minimale behandeling per deeltje.
Bij conventioneel batchmengen met hoge afschuiving worden sommige deeltjes overmatig verwerkt, terwijl andere deeltjes nooit in de actieve mengzone terechtkomen. Het gebruik van een ultrasone doorstroomcelreactor zorgt ervoor dat elk deeltje dezelfde behandeling met hoge afschuiving ondergaat. Door het passageproces wordt elk deeltje met dezelfde frequentie en intensiteit behandeld.

Verwerkingstip: ultrasoon mengen onder druk

Door de ultrasone reactor of doorstroomcel onder druk te zetten, wordt de akoestische cavitatie geïntensiveerd. Hielscher Ultrasonics levert verschillende typen doorstroomcellen en reactoren die eenvoudig onder druk kunnen worden gezet tot 5 barg. Ultrasone reactoren op maat kunnen nog hogere drukken tot 300barg aan.

Ultrasone ontluchtingseffecten

Bladroerders en conventionele mengers met hoge afschuiving brengen grote volumes gasbellen in het mengsel, wat een belangrijk nadeel is. Het ontluchten van het uiteindelijke tandpastamengsel vereist een extra verwerkingsstap die tijd en energie kost. Tijdens ultrasoon mengen is de insluiting van luchtbellen doorgaans zeer gering vergeleken met conventionele tankroerders en mengers met hoge afschuiving. Het gebruik van een ultrasone doorstroomcelreactor voorkomt het onnodig opnemen van ongewenste gasbellen, omdat het mengsel vanuit de buffertank in een gelijkmatige stroom door een gesloten systeem wordt toegevoerd. In een opstelling met een ultrasone doorstroomcel wordt het pastamengsel onder continue druk naar de ultrasone cavitatiezone gevoerd. De ultrasone doorstroomopstelling voorkomt ongewenste insluiting van gas tijdens het mengproces. Bovendien is sonicatie een beproefde techniek voor ontluchting en ontgassing, die het samenvloeien van luchtbellen bevordert, zodat ze naar het oppervlak kunnen opstijgen en vervluchtigen.
Lees meer over ultrasone ontluchting en ontgassing!

De voordelen van ultrasone mengers met hoge prestaties

Ultrasone mengers met hoge afschuiving genereren intense afschuifkrachten die de vereiste inwerking hebben op deeltjes zoals vaste stoffen, druppels, kristallen en vezels om ze te verkleinen tot een beoogde grootte, die in het micro- of nanobereik kan liggen. Ultrasone inline mengers met hoge afschuiving kunnen eenvoudig hoge viscositeiten en hoge concentraties vaste stoffen verwerken en zijn daardoor ideaal voor het verwerken van pastaproducten zoals tandpasta’s, tandreinigingsmiddelen en gels. De akoestische afschuifkrachten zorgen voor een grondige bevochtiging van de poedervormige ingrediënten en mengen ze gelijkmatig tot een homogene pasta.
Afhankelijk van de hardheid en brosheid van de deeltjes kunnen de ultrasone procesparameters nauwkeurig worden aangepast om het gewenste mengresultaat te bereiken. Vergeleken met alternatieve mengmethoden, zoals bladroerders met hoge afschuiving, hogedrukhomogenisatoren, colloïd- / parelmolens, asmengers enz., bieden ultrasone mengers met hoge afschuiving belangrijke voordelen, zoals de probleemloze verwerking van schuurmiddelen en hoge concentraties vaste stoffen, de eenvoudige en veilige bediening, de geringe onderhoudsbehoefte en de robuustheid.

Batch en inline

De mengers met hoge prestaties van Hielscher Ultrasonics kunnen worden gebruikt voor batch- en inline verwerking. Afhankelijk van uw procesvolume en verwerkingscapaciteit per uur kan inline verwerking worden aanbevolen. Terwijl batchverwerking meer tijd en arbeid vergt, is een continu inline mengproces efficiënter, sneller en aanzienlijk minder arbeidsintensief.

Ultrasone mengers voor elke productiecapaciteit

Het productassortiment van Hielscher Ultrasonics omvat het volledige spectrum van ultrasone processoren, van compacte sonicatoren voor het laboratorium via tafelmodellen en pilotsystemen tot volledig industriële ultrasone processoren die vrachtwagenladingen per uur kunnen verwerken. Dankzij het volledige productassortiment kunnen wij u de meest geschikte ultrasone menger met afschuiving voor uw procescapaciteit en doelstellingen aanbieden.
Opschalen van een kleinere ultrasone menger naar hogere verwerkingscapaciteiten is zeer eenvoudig, omdat het ultrasone mengproces volledig lineair kan worden opgeschaald op basis van uw vastgestelde procesparameters. Opschaling kan plaatsvinden door een krachtigere ultrasone mengeenheid te installeren of door meerdere sonicatoren parallel te combineren in een cluster.

Hoge amplitudes voor een hoge mengefficiëntie

De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen eenvoudig continu worden toegepast tijdens 24/7-bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn ultrasone sonotroden op maat beschikbaar. Dankzij de robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher is 24/7-bedrijf onder zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.

Eenvoudig en zonder risico testen

Ultrasone processen kunnen volledig lineair worden opgeschaald. Dit betekent dat elk resultaat dat u met een sonicator voor het laboratorium of een tafelmodel hebt bereikt, kan worden opgeschaald naar exact dezelfde output met exact dezelfde procesparameters. Dit maakt sonicatie ideaal voor productontwikkeling en daaropvolgende implementatie in commerciële productie.

Hoogste kwaliteit – ontworpen en geproduceerd in Duitsland

Als familiebedrijf dat eigendom is van en wordt geleid door de familie, geeft Hielscher prioriteit aan de hoogste kwaliteitsnormen voor zijn ultrasone processoren. Alle sonicatoren worden ontworpen, geproduceerd en grondig getest op ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid en betrouwbaarheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maken deze tot een werkpaard in uw productie. 24/7-bedrijf onder volledige belasting en in veeleisende omgevingen is een vanzelfsprekende eigenschap van de mengers met hoge prestaties van Hielscher.

U kunt ultrasone mengers met hoge afschuiving van Hielscher kopen in allerlei afmetingen en exact geconfigureerd volgens uw procesvereisten. Van de behandeling van vloeistoffen in een klein bekerglas in het laboratorium tot het continu mengen van suspensies en pasta’s in een doorstroomproces op industriële schaal: Hielscher Ultrasonics biedt u een geschikte menger met hoge afschuiving! Neem contact met ons op – wij adviseren u graag over de ideale ultrasone mengopstelling!

De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: