Misturadores de alto cisalhamento para a produção de pasta de dentes

O fabrico de pastas de dentes é um processo exigente que requer equipamento de mistura capaz de lidar com pastas viscosas, concentrações elevadas de sólidos e partículas abrasivas. Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento fornecem forças de cisalhamento de alta intensidade que proporcionam uma humidificação completa dos pós, uma homogeneização uniforme das pastas coloidais e uma distribuição uniforme do tamanho das partículas. Disponíveis à escala industrial e capazes de processar fluxos de grande volume, os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento são o seu cavalo de batalha fiável no fabrico de pasta de dentes!

Fabrico de pasta de dentes

As pastas de dentes, os dentífricos e os géis são constituídos por quatro componentes principais: água, abrasivos, fluoretos e detergentes. Embora o teor de água varie maioritariamente entre 20 e 45%, os abrasivos são os principais componentes que contribuem com pelo menos 50% para a formulação da pasta de dentes. Os abrasivos mais utilizados incluem partículas de hidróxido de alumínio (Al(OH)₃), carbonato de cálcio (CaCO₃), carbonato de sódio, vários hidrogenofosfatos de cálcio, sílicas hidratadas, zeólitos, mica e hidroxiapatite (Ca₅(PO₄)3OH).
As formulações comuns de pastas de dentes e dentífricos são fabricadas geralmente seguindo os passos abaixo:
Em primeiro lugar, a água, o humectante (por exemplo, sorbitol, glicerina, propilenoglicol) e outros ingredientes líquidos são misturados de modo a obter uma base líquida.
Para obter uma determinada reologia e textura da pasta de dentes final, são adicionados modificadores reológicos e aglutinantes à base líquida. Os modificadores reológicos e os aglutinantes conferem à pasta de dentes a sua espessura e textura. Os aglutinantes habitualmente utilizados incluem goma karaya, bentonite, alginato de sódio, metilcelulose, carragenina e silicato de alumínio e magnésio. Alguns modificadores reológicos requerem uma pré-mistura com um ingrediente líquido não aquoso, como a glicerina ou óleos essenciais aromatizantes. Em alternativa, o modificador reológico pode ser misturado com outros ingredientes em pó para facilitar a dispersão coloidal.
Na etapa seguinte, os ingredientes activos (por exemplo, fluoreto de cálcio, cloreto de zinco, hidroxiapatite), os aditivos edulcorantes e os conservantes são misturados na mistura.
Em seguida, uma pasta contendo partículas abrasivas e/ou cargas é incorporada na mistura de pasta de dentes. Uma vez que os abrasivos são o ingrediente principal, que são adicionados a uma carga sólida elevada, é necessária uma mistura potente e fiável de alto cisalhamento para cumprir esta tarefa exigente.
Em seguida, são adicionados aditivos aromatizantes e corantes.
Na etapa final da mistura, um detergente ou espumante (agente espumante) que actua como estabilizador e melhora a distribuição uniforme da pasta de dentes durante a escovagem dos dentes, é adicionado à formulação. O detergente e o espumante são misturados na mistura de pasta dentífrica a uma intensidade suave para minimizar a formação de espuma. Os espumantes comuns são o lauril sulfato de sódio, o lauril sulfoacetato de sódio, o dioctil sulfosuccinato de sódio, o sulfolaurato, o lauril sarcosinato de sódio, o estearil fumarato de sódio e o estearil lactato de sódio.

Uma formulação típica de pasta de dentes básica consiste em:

• Água
• partículas abrasivas
• Humectantes (por exemplo, sorbitol, glicerina)
• Tensioactivos estabilizadores
• Modificadores de reologia (espessantes)
• Agentes corantes
• Agentes aromatizantes
• Conservantes (por exemplo, p-hidrozibenzoato)
• Detergente

Dependendo do tipo de pasta de dentes, são adicionados outros ingredientes activos, tais como bactericidas, branqueadores, flúor, etc.

Pastas de dentes naturais e com rótulo limpo

Os fabricantes de pastas de dentes naturais e biológicas formulam produtos que utilizam apenas ingredientes naturais e/ou certificados como biológicos. As marcas de pastas de dentes naturais satisfazem a procura dos consumidores preocupados com a saúde, que querem evitar os ingredientes artificiais normalmente encontrados nas pastas de dentes normais. Devido à procura crescente dos consumidores por produtos de rótulo limpo, cada vez mais pequenas e grandes marcas bem conhecidas oferecem pastas de dentes de rótulo limpo. Os misturadores ultra-sónicos também são ideais para pequenas e médias escalas de produção. Sendo um método de mistura não térmico e puramente mecânico, a ultra-sons não altera as formulações naturais e orgânicas. A mistura ultra-sónica é compatível com ingredientes naturais, tais como bicarbonato de sódio, aloé vera, óleo de eucalipto, mirra, extrato de plantas (por exemplo, sálvia, hortelã, extrato de morango) e óleos essenciais (por exemplo, hortelã, hortelã, canela).
Leia mais sobre os misturadores de corte ultra-sónicos para a produção de produtos de beleza com rótulo limpo!

Como funciona a mistura de alto cisalhamento por sonicação?

Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento utilizam o mesmo princípio mecânico que outros sistemas de mistura industriais de uso corrente, por exemplo, misturadores de lâminas de alto cisalhamento, misturadores de múltiplos eixos, moinhos coloidais, homogeneizadores de alta pressão e agitadores de lâminas. Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento são frequentemente utilizados para dispersar e moer partículas, para emulsionar fases de óleo e água, para molhar e solubilizar matéria sólida, bem como para produzir misturas homogéneas de qualquer tipo de líquidos e lamas. Os misturadores ultra-sónicos transmitem as forças de alto cisalhamento através de uma sonda ultra-sónica para um recipiente de mistura, tal como para um tanque de lotes ou para uma célula de fluxo. A sonda do misturador ultrassónico vibra no líquido a uma frequência e amplitudes muito elevadas, criando assim bolhas de cavitação ultra-sónicas intensas no meio. O colapso das bolhas de cavitação resulta em poderosas forças de cisalhamento, que rompem e quebram gotículas, aglomerados, agregados e até partículas primárias. Como a cavitação ultra-sónica gera fluxos cavitacionais de alta velocidade com até 1000km/h, os jactos de líquido cavitacional aceleram as partículas. Quando as partículas aceleradas colidem umas com as outras, actuam como meios de moagem. Como consequência, as partículas que colidem estilhaçam-se e são reduzidas a microns ou nano-tamanho. No campo da cavitação ultra-sónica, as pressões alternam rápida e repetidamente entre o vácuo e até 1000 bar. Um misturador rotativo com 4 pás misturadoras teria de funcionar a umas impressionantes 300.000 RPM para atingir a mesma frequência de ciclos de pressão alternados. Os misturadores rotativos convencionais e os misturadores rotor-estator não criam uma quantidade significativa de cavitação devido à sua limitação de velocidade.

Antes e depois da sonicação: A curva verde mostra o tamanho das partículas antes da sonicação, a curva vermelha é a distribuição do tamanho das partículas da sílica dispersa por ultra-sons.

Mistura ultra-sónica de pasta de dentes

Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento podem ser utilizados como processadores em linha contínuos e em lote. Para materiais altamente viscosos e processamento de alto volume, o uso de um reator de célula de fluxo pressurizável é preferido, pois isso permite que você execute sob condições de ultrassom intensificadas (ou seja, a pressão intensifica a cavitação). Além disso, usando uma configuração de fluxo sofisticado, como uma passagem ou configuração de processo discreto, a mistura completa de pasta de dentes é forçada a passar através da zona cavitacional ultra-sônica na célula de fluxo. Isto assegura que cada partícula recebe o mesmo tratamento, de modo a obter uma dispersão e mistura altamente uniformes.

Processamento de passagens por ultra-sons

Para cada etapa do processo, que é quando uma nova mistura de ingredientes é adicionada à base líquida, a mistura de pasta passa de um tanque através do reator ultrassónico para um segundo tanque. Este processo de passagem assegura um resultado de mistura altamente fiável e uniforme. Enquanto que durante um processo convencional de mistura por lotes de alto cisalhamento deve ser aplicado um excesso de mistura para garantir que todas as partículas se dispersem, a configuração da célula de fluxo ultra-sónica poupa tempo e energia, uma vez que o tempo de processamento é reduzido ao tratamento mínimo por partícula.
Na mistura convencional por lotes de alto cisalhamento, algumas partículas são excessivamente processadas, enquanto outras nunca chegam a entrar na zona de mistura ativa. A utilização de um reator de célula de fluxo ultrassónico assegura que cada partícula recebe o mesmo tratamento de alto cisalhamento. Devido ao processo de passagem, cada partícula é tratada com a mesma frequência e intensidade.

Sugestão de processamento: Mistura ultra-sónica sob pressão

A aplicação de pressão no reator ultrassónico ou na célula de fluxo intensifica a cavitação acústica. A Hielscher Ultrasonics fornece vários tipos de células de fluxo e reactores, que podem ser facilmente pressurizados até 5 barg. Reatores ultra-sônicos personalizados podem lidar com pressões ainda maiores de até 300 barg.

Efeitos de desarejamento por ultra-sons

Agitadores de lâmina e misturadores convencionais de alto cisalhamento introduzem grandes volumes de bolhas de gás na mistura, o que é uma grande desvantagem. A desaeração da mistura final da pasta de dentes requer um passo adicional de processamento, que consome tempo e energia. Durante a mistura ultra-sónica, o aprisionamento de bolhas de ar é geralmente muito baixo quando comparado com agitadores de tanques convencionais e misturadores de alto cisalhamento. A utilização de um reator de célula de fluxo ultrassónico evita a incorporação desnecessária de bolhas de gás indesejadas, uma vez que a mistura é alimentada a partir do tanque de retenção num fluxo constante num sistema fechado. Numa configuração de célula de fluxo ultra-sónica, a mistura de pasta é alimentada a uma pressão contínua na zona de cavitação ultra-sónica. A configuração de fluxo ultrassónico evita o aprisionamento indesejado de gás durante o processo de mistura. Além disso, a sonicação é uma técnica bem estabelecida de desaeração e desgaseificação e promove a coalescência de bolhas de ar para que elas possam subir ao topo e volatilizar.
Leia mais sobre a desaeração e desgaseificação por ultra-sons!

As vantagens dos misturadores ultra-sónicos de alto desempenho

Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento criam forças de cisalhamento intensas, que têm o impacto necessário em partículas como sólidos, gotículas, cristais e fibras, de modo a decompô-las até um tamanho pretendido, que pode ser da ordem dos microns ou nano. Manuseando facilmente viscosidades elevadas e cargas sólidas elevadas, os misturadores ultrassónicos de alto cisalhamento em linha são ideais para processar produtos em pasta, como pastas de dentes, dentífricos e géis. As forças de cisalhamento acústicas conseguem uma humidificação completa dos ingredientes em pó e misturam-nos uniformemente numa pasta homogénea.
Dependendo da dureza e fragilidade das partículas, os parâmetros do processo ultrassónico podem ser ajustados com exatidão para obter o resultado de mistura pretendido. Quando comparados com métodos de mistura alternativos, tais como agitadores de lâminas de alto cisalhamento, homogeneizadores de alta pressão, moinhos de colóides/esferas, misturadores de veios, etc., os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento oferecem grandes vantagens, tais como o manuseamento sem problemas de abrasivos e cargas sólidas elevadas, a operação fácil e segura, a baixa manutenção e a robustez.

Em lote e em linha

Os misturadores de alto desempenho da Hielscher Ultrasonics podem ser usados para processamento em lote ou em linha. Dependendo do volume do seu processo e do rendimento horário, poderá ser recomendado o processamento em linha. Enquanto o processamento por lotes é mais intensivo em termos de tempo e mão de obra, um processo de mistura contínuo em linha é mais eficiente, mais rápido e requer muito menos mão de obra.

Misturadores de ultra-sons para cada capacidade de produto

A gama de produtos da Hielscher Ultrasonics abrange todo o espetro de processadores ultra-sónicos, desde ultra-sons compactos de laboratório, passando por sistemas de bancada e sistemas-piloto, até processadores ultra-sónicos totalmente industriais com capacidade para processar cargas de camiões por hora. A gama completa de produtos permite-nos oferecer-lhe o misturador de corte ultrassónico mais adequado para a sua capacidade e objectivos de processo.
O aumento de escala de um misturador de ultra-sons mais pequeno para capacidades de processamento mais elevadas é muito simples, uma vez que o processo de mistura de ultra-sons pode ser completamente linear a partir dos parâmetros de processo estabelecidos. O aumento de escala pode ser feito através da instalação de uma unidade misturadora de ultra-sons mais potente ou do agrupamento de vários ultra-sons em paralelo.

Amplitudes elevadas para uma elevada eficiência de mistura

Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais podem fornecer amplitudes muito elevadas. Amplitudes de até 200µm podem ser facilmente executadas de forma contínua em operação 24/7. Para amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sonotrodos ultra-sónicos personalizados. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.

Testes fáceis e sem riscos

Os processos ultra-sónicos podem ser escalonados de forma completamente linear. Isto significa que todos os resultados obtidos com a utilização de um ultrassonicador de laboratório ou de bancada podem ser escalados exatamente para o mesmo resultado, utilizando exatamente os mesmos parâmetros de processo. Isto torna a ultrassonografia ideal para o desenvolvimento de produtos e subsequente implementação no fabrico comercial.

Qualidade mais elevada – Concebido e fabricado na Alemanha

Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma caraterística natural dos misturadores de alto desempenho da Hielscher.

Pode comprar misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento Hielscher em qualquer tamanho diferente e configurados exatamente de acordo com os requisitos do seu processo. Desde o tratamento de fluidos num pequeno copo de laboratório até à mistura contínua de polpas e pastas a nível industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um misturador de alto cisalhamento adequado para si! Por favor contacte-nos – temos o prazer de lhe recomendar a configuração ideal da misturadora ultra-sónica!

O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: