Mieszalniki o wysokim ścinaniu do produkcji past do zębów

Produkcja past do zębów to wymagający proces, w którym potrzebne są urządzenia mieszające zdolne do przetwarzania lepkich past, mieszanin o wysokim stężeniu substancji stałych oraz cząstek ściernych. Ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu wytwarzają intensywne siły ścinające, które zapewniają dokładne zwilżanie proszków, równomierną homogenizację zawiesin koloidalnych oraz równomierny rozkład wielkości cząstek. Dostępne w skali przemysłowej i zdolne do przetwarzania strumieni o dużej objętości, ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu są niezawodnymi urządzeniami do ciężkiej pracy przy produkcji past do zębów!

Produkcja past do zębów

Pasty, inne środki do czyszczenia zębów oraz żele zawierają cztery główne składniki: wodę, substancje ścierne, fluorki i detergenty. Podczas gdy zawartość wody najczęściej wynosi od 20 do 45%, substancje ścierne są głównymi składnikami, stanowiącymi co najmniej 50% receptury pasty do zębów. Powszechnie stosowane substancje ścierne obejmują cząstki wodorotlenku glinu (Al(OH)₃), węglanu wapnia (CaCO₃), węglan sodu, różne wodorofosforany wapnia, uwodnione krzemionki, zeolity, mikę oraz hydroksyapatyt (Ca₅(PO₄)3OH).
Typowe pasty i inne środki do czyszczenia zębów wytwarza się zazwyczaj według poniższych etapów:
Najpierw miesza się wodę, substancję utrzymującą wilgoć (np. sorbitol, glicerynę, glikol propylenowy) i inne składniki płynne, aby uzyskać płynną bazę.
Aby uzyskać określone właściwości reologiczne i teksturę gotowej pasty do zębów, do płynnej bazy dodaje się modyfikatory reologii i substancje wiążące. Modyfikatory reologii i substancje wiążące nadają paście do zębów odpowiednią gęstość i teksturę. Powszechnie stosowane substancje wiążące obejmują gumę karaya, bentonit, alginian sodu, metylocelulozę, karagen i krzemian magnezowo-glinowy. Niektóre modyfikatory reologii wymagają wstępnego zmieszania z niewodnym składnikiem płynnym, takim jak gliceryna lub aromatyzujące olejki eteryczne. Alternatywnie modyfikator reologii można zmieszać z innymi składnikami w postaci proszku, aby ułatwić dyspergowanie koloidalne.
W następnym etapie do mieszaniny wprowadza się składniki aktywne (np. fluorek wapnia, chlorek cynku, hydroksyapatyt), słodzące dodatki smakowe i konserwanty.
Następnie do mieszaniny pasty do zębów wprowadza się zawiesinę zawierającą cząstki ścierne i / lub wypełniacze. Ponieważ substancje ścierne są głównym składnikiem i dodaje się je w ilości powodującej wysoką zawartość substancji stałych, realizacja tego wymagającego zadania wymaga wydajnego, niezawodnego mieszania przy wysokim ścinaniu.
Następnie dodaje się dodatki smakowe i barwiące.
W ostatnim etapie mieszania do receptury dodaje się detergent lub substancję pianotwórczą, która działa jako stabilizator i poprawia równomierne rozprowadzanie pasty podczas szczotkowania zębów. Detergent i substancję pianotwórczą miesza się z pastą przy niewielkiej intensywności, aby zminimalizować pienienie. Powszechnie stosowane substancje pianotwórcze to laurylosiarczan sodu, laurylosulfooctan sodu, dioktylosulfobursztynian sodu, sulfolaurynian, laurylosarkozynian sodu, fumaran stearylowo-sodowy i mleczan stearylowo-sodowy.

Typowa podstawowa receptura pasty do zębów obejmuje:

• Wodę
• Cząstki ścierne
• Substancje utrzymujące wilgoć (np. sorbitol, glicerynę)
• Stabilizujące substancje powierzchniowo czynne
• Modyfikatory reologii (zagęstniki)
• Substancje barwiące
• Substancje smakowe i aromatyzujące
• Konserwanty (np. p-hydrozybenzoate)
• Detergent

W zależności od rodzaju pasty do zębów dodaje się inne składniki aktywne, takie jak substancje bakteriobójcze, wybielające, fluorek itp.

Naturalne pasty do zębów z czystą etykietą

Producenci ekologicznych, naturalnych past do zębów opracowują produkty wyłącznie ze składników posiadających certyfikat ekologiczny i / lub naturalnych. Marki naturalnych past do zębów odpowiadają na potrzeby konsumentów dbających o zdrowie, którzy chcą unikać sztucznych składników powszechnie występujących w zwykłych pastach do zębów. Ze względu na rosnące zapotrzebowanie konsumentów na produkty z czystą etykietą coraz więcej mniejszych marek, a także większych, znanych marek oferuje pasty do zębów z czystą etykietą. Mieszalniki ultradźwiękowe są idealne również do produkcji na małą i średnią skalę. Jako nietermiczna, czysto mechaniczna metoda mieszania sonikacja nie zmienia naturalnych, ekologicznych receptur. Mieszanie ultradźwiękowe jest kompatybilne z naturalnymi składnikami, takimi jak soda oczyszczona, aloes, olejek eukaliptusowy, mirra, ekstrakt roślinny (np. z szałwii, mięty, truskawki) i olejki eteryczne (np. miętowy, z mięty zielonej, cynamonowy).
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowych mieszalnikach ścinających do produkcji kosmetyków z czystą etykietą!

Jak działa mieszanie przy wysokim ścinaniu za pomocą sonikacji?

Ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu wykorzystują tę samą zasadę mechaniczną co inne powszechnie stosowane przemysłowe systemy mieszania, np. mieszalniki łopatkowe o wysokim ścinaniu, mieszalniki wielowałowe, młyny koloidalne, homogenizatory wysokociśnieniowe i mieszadła łopatkowe. Ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu są często stosowane do dyspergowania i mielenia cząstek, emulgowania faz olejowych i wodnych, zwilżania i solubilizacji substancji stałych, a także do wytwarzania jednorodnych mieszanin wszelkiego rodzaju cieczy i zawiesin. Mieszalniki ultradźwiękowe przekazują silne siły ścinające za pośrednictwem sondy ultradźwiękowej do naczynia mieszającego, takiego jak zbiornik do przetwarzania porcjowego lub komora przepływowa. Sonda mieszalnika ultradźwiękowego drga w cieczy z bardzo wysoką częstotliwością i amplitudami, wytwarzając w ten sposób intensywne pęcherzyki kawitacyjne wywołane ultradźwiękami w ośrodku. Zapadanie się pęcherzyków kawitacyjnych powoduje powstawanie silnych sił ścinających, które rozrywają i rozdrabniają krople, aglomeraty, agregaty, a nawet cząstki pierwotne. Ponieważ kawitacja ultradźwiękowa wytwarza przepływy kawitacyjne o dużej prędkości, sięgającej 1000km/h, kawitacyjne strugi cieczy przyspieszają cząstki. Gdy przyspieszone cząstki zderzają się ze sobą, działają jak medium mielące. W rezultacie zderzające się cząstki rozpadają się i zostają rozdrobnione do rozmiarów mikrometrowych lub nanometrowych. W polu kawitacji ultradźwiękowej ciśnienie szybko i wielokrotnie zmienia się między próżnią a wartościami sięgającymi 1000bar. Mieszalnik obrotowy z 4 łopatkami mieszającymi musiałby pracować z zawrotną prędkością 300 000 obr./min, aby osiągnąć tę samą częstotliwość naprzemiennych cykli ciśnienia. Konwencjonalne mieszalniki obrotowe i mieszalniki rotor–stator nie wytwarzają znaczącej ilości kawitacji ze względu na ograniczoną prędkość.

Przed sonikacją i po niej: zielona krzywa pokazuje wielkość cząstek przed sonikacją, a czerwona krzywa przedstawia rozkład wielkości cząstek krzemionki zdyspergowanej ultradźwiękowo.

Ultradźwiękowe mieszanie past do zębów

Ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu mogą być stosowane jako urządzenia do przetwarzania porcjowego oraz ciągłego przetwarzania w przepływie. W przypadku materiałów o wysokiej lepkości i przetwarzania dużych objętości preferowane jest zastosowanie reaktora z komorą przepływową umożliwiającego pracę pod ciśnieniem, ponieważ pozwala to prowadzić proces w warunkach intensywniejszej sonikacji (tj. ciśnienie intensyfikuje kawitację). Ponadto zastosowanie zaawansowanych układów przepływowych, takich jak układ procesu przepuszczania lub procesu dyskretnego, wymusza przejście całej mieszaniny pasty do zębów przez strefę kawitacji ultradźwiękowej w komorze przepływowej. Zapewnia to jednakową obróbkę każdej cząstki, dzięki czemu uzyskuje się bardzo równomierne dyspergowanie i mieszanie.

Ultradźwiękowe przetwarzanie przez przepuszczanie

W każdym etapie procesu, czyli po dodaniu nowej mieszaniny składników do płynnej bazy, mieszanina pasty przepływa z jednego zbiornika przez reaktor ultradźwiękowy do drugiego zbiornika. Ten proces przepuszczania zapewnia wysoce niezawodny i równomierny wynik mieszania. Podczas gdy w konwencjonalnym procesie porcjowego mieszania przy wysokim ścinaniu trzeba stosować nadmierne mieszanie, aby zapewnić zdyspergowanie wszystkich cząstek, układ z ultradźwiękową komorą przepływową oszczędza czas i energię, ponieważ czas przetwarzania zostaje skrócony do minimalnego czasu obróbki każdej cząstki.
W konwencjonalnym porcjowym mieszaniu przy wysokim ścinaniu niektóre cząstki są poddawane nadmiernej obróbce, podczas gdy inne nigdy nie trafiają do aktywnej strefy mieszania. Zastosowanie reaktora z ultradźwiękową komorą przepływową zapewnia poddanie każdej cząstki takiej samej obróbce przy wysokim ścinaniu. Dzięki procesowi przepuszczania każda cząstka jest poddawana obróbce z tą samą częstotliwością i intensywnością.

Wskazówka dotycząca przetwarzania: mieszanie ultradźwiękowe pod ciśnieniem

Zastosowanie ciśnienia w reaktorze ultradźwiękowym lub komorze przepływowej intensyfikuje kawitację akustyczną. Hielscher Ultrasonics dostarcza różne typy komór przepływowych i reaktorów, w których można łatwo zwiększyć ciśnienie do 5 barg. Reaktory ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie mogą pracować przy jeszcze wyższych ciśnieniach, sięgających 300barg.

Odpowietrzające działanie ultradźwięków

Mieszadła łopatkowe i konwencjonalne mieszalniki o wysokim ścinaniu wprowadzają do mieszaniny duże objętości pęcherzyków gazu, co stanowi istotną wadę. Odpowietrzanie gotowej mieszaniny pasty do zębów wymaga dodatkowego etapu przetwarzania, który jest czasochłonny i energochłonny. Podczas mieszania ultradźwiękowego uwięzienie pęcherzyków powietrza jest na ogół bardzo niewielkie w porównaniu z konwencjonalnymi mieszadłami zbiornikowymi i mieszalnikami o wysokim ścinaniu. Zastosowanie reaktora z ultradźwiękową komorą przepływową zapobiega zbędnemu wprowadzaniu niepożądanych pęcherzyków gazu, ponieważ mieszanina jest podawana ze zbiornika magazynowego stałym strumieniem w układzie zamkniętym. W układzie z ultradźwiękową komorą przepływową mieszanina pasty jest podawana pod stałym ciśnieniem do strefy kawitacji ultradźwiękowej. Ultradźwiękowy układ przepływowy zapobiega niepożądanemu uwięzieniu gazu podczas procesu mieszania. Ponadto sonikacja jest dobrze ugruntowaną techniką odpowietrzania i odgazowywania oraz sprzyja koalescencji pęcherzyków powietrza, dzięki czemu mogą one unosić się ku powierzchni i ulatniać.
Dowiedz się więcej o ultradźwiękowym odpowietrzaniu i odgazowywaniu!

Zalety wysokowydajnych mieszalników ultradźwiękowych

Ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu wytwarzają intensywne siły ścinające, które oddziałują w wymagany sposób na cząstki, takie jak substancje stałe, krople, kryształy i włókna, aby rozdrobnić je do docelowego rozmiaru, który może mieścić się w zakresie mikrometrowym lub nanometrowym. Ultradźwiękowe mieszalniki przepływowe o wysokim ścinaniu łatwo przetwarzają materiały o wysokiej lepkości i wysokiej zawartości substancji stałych, dzięki czemu idealnie nadają się do przetwarzania produktów o konsystencji pasty, takich jak pasty, inne środki do czyszczenia zębów oraz żele. Akustyczne siły ścinające zapewniają dokładne zwilżanie składników proszkowych i równomierne mieszanie ich w jednorodną pastę.
W zależności od twardości i kruchości cząstek parametry procesu ultradźwiękowego można precyzyjnie dostosować, aby uzyskać pożądany wynik mieszania. W porównaniu z alternatywnymi metodami mieszania, takimi jak mieszadła łopatkowe o wysokim ścinaniu, homogenizatory wysokociśnieniowe, młyny koloidalne / kulkowe, mieszalniki wałowe itp., ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu oferują istotne zalety, takie jak bezproblemowe przetwarzanie substancji ściernych i mieszanin o wysokiej zawartości substancji stałych, łatwa i bezpieczna obsługa, niewielkie wymagania konserwacyjne i wytrzymałość.

Przetwarzanie porcjowe i w przepływie

Wysokowydajne mieszalniki Hielscher Ultrasonics mogą być stosowane do przetwarzania porcjowego i w przepływie. W zależności od objętości przetwarzanego materiału i wydajności godzinowej może być zalecane przetwarzanie w przepływie. Podczas gdy przetwarzanie porcjowe wymaga więcej czasu i pracy, ciągły proces mieszania w przepływie jest wydajniejszy, szybszy i wymaga znacznie mniej pracy.

Mieszalniki ultradźwiękowe do każdej wydajności produkcyjnej

Oferta Hielscher Ultrasonics obejmuje pełne spektrum procesorów ultradźwiękowych: od kompaktowych sonikatorów laboratoryjnych, przez systemy stołowe i pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe procesory ultradźwiękowe zdolne do przetwarzania w ciągu godziny ilości materiału odpowiadających wielu ładunkom samochodów ciężarowych. Pełna oferta produktów pozwala nam zaproponować mieszalnik ultradźwiękowy o wysokim ścinaniu najlepiej dopasowany do wydajności i celów Twojego procesu.
Zwiększenie skali z mniejszego mieszalnika ultradźwiękowego do większych wydajności przetwarzania jest bardzo proste, ponieważ proces mieszania ultradźwiękowego można skalować całkowicie liniowo na podstawie ustalonych parametrów procesu. Skalę można zwiększyć, instalując mieszalnik ultradźwiękowy o większej mocy lub łącząc kilka sonikatorów w równoległy zespół.

Wysokie amplitudy zapewniające wysoką wydajność mieszania

Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Amplitudy sięgające 200µm można z łatwością utrzymywać w ciągłej pracy 24/7. Dla jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę 24/7 przy dużych obciążeniach i w wymagających warunkach.

Łatwe testowanie bez ryzyka

Procesy ultradźwiękowe można skalować całkowicie liniowo. Oznacza to, że każdy wynik uzyskany przy użyciu sonikatora laboratoryjnego lub stołowego można przenieść na większą skalę, uzyskując dokładnie taki sam rezultat przy zastosowaniu dokładnie tych samych parametrów procesu. Dzięki temu sonikacja idealnie nadaje się do opracowywania produktów i późniejszego wdrażania do produkcji komercyjnej.

Najwyższa jakość – projektowanie i produkcja w Niemczech

Jako firma będąca własnością rodziny i przez nią zarządzana, Hielscher priorytetowo traktuje najwyższe standardy jakości swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie sonikatory są projektowane, produkowane i dokładnie testowane w naszej siedzibie w Teltow niedaleko Berlina w Niemczech. Wytrzymałość i niezawodność urządzeń ultradźwiękowych Hielscher sprawiają, że są one urządzeniami do ciężkiej pracy w Twojej produkcji. Praca 24/7 przy pełnym obciążeniu i w wymagających warunkach jest naturalną cechą wysokowydajnych mieszalników Hielscher.

Ultradźwiękowe mieszalniki o wysokim ścinaniu Hielscher można kupić w różnych rozmiarach i w konfiguracji dokładnie dopasowanej do wymagań procesu. Od przetwarzania płynów w małej zlewce laboratoryjnej po ciągłe mieszanie zawiesin i past w przepływie na skalę przemysłową – Hielscher Ultrasonics oferuje odpowiedni mieszalnik o wysokim ścinaniu dla Ciebie! Skontaktuj się z nami – chętnie polecimy Ci idealny układ mieszalnika ultradźwiękowego!

Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: