Mixere cu forfecare ridicată pentru fabricarea pastei de dinți

Fabricarea pastei de dinți este un proces solicitant, care necesită echipamente de amestecare capabile să gestioneze paste vâscoase, concentrații ridicate de solide și particule abrazive. Mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată furnizează forțe de forfecare de mare intensitate, care asigură umectarea temeinică a pulberilor, omogenizarea uniformă a suspensiilor coloidale și o distribuție uniformă a dimensiunii particulelor. Disponibile la scară industrială și capabile să proceseze fluxuri de volum mare, mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată sunt calul de povară fiabil al dumneavoastră în fabricarea pastei de dinți!

Fabricarea pastei de dinți

Pastele de dinți, dentifricele și gelurile constau din patru componente principale: apă, abrazivi, fluoruri și detergenți. În timp ce conținutul de apă variază în cea mai mare parte între 20 și 45%, abrazivii sunt componentele principale, contribuind cu cel puțin 50% la formularea pastei de dinți. Abrazivii utilizați pe scară largă includ particule de hidroxid de aluminiu (Al(OH)₃), carbonat de calciu (CaCO₃), carbonat de sodiu, diverși hidrogenofosfați de calciu, silice hidratate, zeoliți, mică și hidroxiapatită (Ca₅(PO₄)3OH).
Formulările obișnuite de pastă de dinți și dentifrice sunt fabricate, în general, urmând pașii de mai jos:
Mai întâi, apa, umectantul (de ex., sorbitol, glicerină, propilenglicol) și alte ingrediente lichide sunt amestecate împreună, astfel încât să se obțină o bază lichidă.
Pentru a obține o anumită reologie și textură a pastei de dinți finale, în baza lichidă se adaugă modificatori de reologie și lianți. Modificatorii de reologie și lianții conferă pastei de dinți consistența și textura. Lianții utilizați frecvent includ guma karaya, bentonita, alginatul de sodiu, metilceluloza, caragenanul și silicatul de magneziu și aluminiu. Unii modificatori de reologie trebuie preamestecați cu un ingredient lichid neapos, cum ar fi glicerina sau uleiurile esențiale aromatizante. Alternativ, modificatorul de reologie poate fi amestecat în alte ingrediente sub formă de pulbere, pentru a facilita dispersia coloidală.
În etapa următoare, ingredientele active (de ex. fluorură de calciu, clorură de zinc, hidroxiapatită), aditivii de aromă îndulcitori și conservanții sunt încorporați în amestec.
Apoi, o suspensie care conține particule abrazive și / sau materiale de umplutură este încorporată în amestecul pastei de dinți. Deoarece abrazivii sunt ingredientul principal, care se adaugă la o încărcare ridicată cu solide, este necesară o amestecare puternică și fiabilă cu forfecare ridicată pentru a îndeplini această sarcină solicitantă.
Ulterior, se adaugă aditivii de aromă și de colorare.
În etapa finală de amestecare, în formulare se adaugă un detergent sau un spumant (agent de spumare), care acționează ca stabilizator și îmbunătățește distribuția uniformă a pastei de dinți în timpul periajului dentar. Detergentul și spumantul sunt încorporați în amestecul pastei de dinți la o intensitate redusă, pentru a minimiza formarea spumei. Spumanții obișnuiți sunt laurilsulfatul de sodiu, laurilsulfoacetatul de sodiu, dioctilsulfosuccinatul de sodiu, sulfolauratul, laurilsarcozinatul de sodiu, stearilfumaratul de sodiu și stearillactatul de sodiu.

O formulare tipică de bază a pastei de dinți constă din:

• Apă
• Particule abrazive
• Umectanți (de ex. sorbitol, glicerină)
• Surfactanți stabilizatori
• Modificatori de reologie (agenți de îngroșare)
• Agenți de colorare
• Agenți aromatizanți
• Conservanți (de ex. p-hydrozybenzoate)
• Detergent

În funcție de tipul de pastă de dinți, se adaugă și alte ingrediente active, cum ar fi bactericide, agenți de albire, fluor etc.

Paste de dinți naturale, clean-label

Producătorii de paste de dinți organice, naturale formulează produse folosind exclusiv ingrediente certificate organic și / sau naturale. Mărcile de paste de dinți naturale răspund cererii consumatorilor preocupați de sănătate, care doresc să evite ingredientele artificiale întâlnite frecvent în pastele de dinți obișnuite. Datorită cererii în creștere a consumatorilor pentru produse clean-label, tot mai multe mărci, atât mai mici, cât și mai mari și bine cunoscute, oferă paste de dinți clean-label. Mixerele ultrasonice sunt ideale și pentru producția la scară mică și medie. Fiind o metodă de amestecare non-termică, pur mecanică, ultrasonarea nu modifică formulările naturale, organice. Amestecarea ultrasonică este compatibilă cu ingrediente naturale precum bicarbonatul de sodiu, aloe vera, uleiul de eucalipt, smirna, extractele de plante (de ex. extract de salvie, mentă, căpșuni) și uleiurile esențiale (de ex. mentă, mentă creață, scorțișoară).
Citiți mai multe despre mixerele ultrasonice cu forfecare pentru producția de produse cosmetice clean-label!

Cum funcționează amestecarea cu forfecare ridicată prin sonicare?

Mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată folosesc același principiu mecanic ca și alte sisteme industriale de amestecare utilizate frecvent, de ex. mixerele cu palete cu forfecare ridicată, mixerele cu mai mulți arbori, morile coloidale, omogenizatoarele de înaltă presiune și agitatoarele cu palete. Mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată sunt utilizate frecvent pentru dispersarea și măcinarea particulelor, pentru emulsionarea fazelor de ulei și apă, pentru umectarea și solubilizarea materiei solide, precum și pentru producerea de amestecuri omogene din orice tip de lichide și suspensii. Mixerele ultrasonice transmit forțele de forfecare ridicată printr-o sondă ultrasonică într-un vas de amestecare, cum ar fi un rezervor de șarjă sau o celulă de flux. Sonda mixerului ultrasonic vibrează în lichid la o frecvență și amplitudini foarte ridicate, creând astfel bule intense de cavitație ultrasonică în mediu. Implozia bulelor de cavitație generează forțe de forfecare puternice, care dezintegrează și sparg picăturile, aglomeratele, agregatele și chiar particulele primare. Deoarece cavitația ultrasonică generează curenți cavitaționali de mare viteză, de până la 1000km/h, jeturile de lichid cavitaționale accelerează particulele. Atunci când particulele accelerate se ciocnesc între ele, acestea acționează ca medii de măcinare. În consecință, particulele care se ciocnesc se sfărâmă și sunt reduse la dimensiuni micronice sau nanometrice. În câmpul de cavitație ultrasonică, presiunile alternează rapid și repetat între vid și până la 1000bar. Un mixer rotativ cu 4 palete ar trebui să funcționeze la uimitoarea viteză de 300.000 RPM pentru a atinge aceeași frecvență a ciclurilor de presiune alternantă. Mixerele rotative convenționale și mixerele rotor-stator nu generează o cantitate semnificativă de cavitație din cauza limitării lor de viteză.

Înainte și după sonicare: curba verde arată dimensiunea particulelor înainte de sonicare, curba roșie reprezintă distribuția dimensiunii particulelor de silice dispersată cu ultrasunete.

Amestecarea ultrasonică a pastei de dinți

Mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată pot fi utilizate ca procesoare în șarjă și în flux continuu inline. Pentru materialele foarte vâscoase și procesarea volumelor mari, se preferă utilizarea unui reactor cu celulă de flux presurizabilă, deoarece aceasta vă permite să lucrați în condiții de sonicare intensificată (adică presiunea intensifică cavitația). În plus, prin utilizarea unor configurații de flux sofisticate, cum ar fi o configurație de proces cu trecere sau una discretă, întregul amestec de pastă de dinți este forțat să treacă prin zona de cavitație ultrasonică din celula de flux. Acest lucru asigură că fiecare particulă primește același tratament, astfel încât se obține o dispersare și o amestecare extrem de uniforme.

Procesarea ultrasonică prin trecere

Pentru fiecare etapă a procesului, adică atunci când un nou amestec de ingrediente este adăugat în baza lichidă, amestecul de pastă trece dintr-un rezervor, prin reactorul ultrasonic, într-un al doilea rezervor. Acest proces prin trecere asigură un rezultat al amestecării extrem de fiabil și uniform. În timp ce, în cadrul unui proces convențional de amestecare în șarjă cu forfecare ridicată, trebuie aplicată o amestecare excesivă pentru a garanta dispersarea tuturor particulelor, configurația ultrasonică cu celulă de flux economisește timp și energie, deoarece durata de procesare este redusă la tratamentul minim per particulă.
În amestecarea convențională în șarjă cu forfecare ridicată, unele particule sunt supraprocesate, în timp ce altele nu ajung niciodată în zona activă de amestecare. Utilizarea unui reactor ultrasonic cu celulă de flux asigură că fiecare particulă este supusă aceluiași tratament cu forfecare ridicată. Datorită procesului prin trecere, fiecare particulă este tratată la aceeași frecvență și intensitate.

Sfat de procesare: amestecarea ultrasonică sub presiune

Aplicarea presiunii în reactorul ultrasonic sau în celula de flux intensifică cavitația acustică. Hielscher Ultrasonics furnizează diverse tipuri de celule de flux și reactoare, care pot fi presurizate cu ușurință până la 5 barg. Reactoarele ultrasonice personalizate pot suporta presiuni chiar mai mari, de până la 300barg.

Efectele ultrasonice de dezaerare

Agitatoarele cu palete și mixerele convenționale cu forfecare ridicată introduc volume mari de bule de gaz în amestec, ceea ce reprezintă un dezavantaj major. Dezaerarea amestecului final de pastă de dinți necesită o etapă suplimentară de procesare, care consumă timp și energie. În timpul amestecării ultrasonice, înglobarea bulelor de aer este, în general, foarte redusă în comparație cu agitatoarele convenționale de rezervor și mixerele cu forfecare ridicată. Utilizarea unui reactor ultrasonic cu celulă de flux previne încorporarea inutilă a bulelor de gaz nedorite, deoarece amestecul este alimentat din rezervorul de stocare într-un flux constant, într-un sistem închis. Într-o configurație ultrasonică cu celulă de flux, amestecul de pastă este alimentat la presiune continuă în zona de cavitație ultrasonică. Configurația ultrasonică cu curgere continuă previne înglobarea nedorită a gazului în timpul procesului de amestecare. În plus, sonicarea este o tehnică bine consacrată de dezaerare și degazare și favorizează coalescența bulelor de aer, astfel încât acestea să se poată ridica la suprafață și să se volatilizeze.
Citiți mai multe despre dezaerarea și degazarea cu ultrasunete!

Avantajele mixerelor ultrasonice de înaltă performanță

Mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată generează forțe de forfecare intense, care au impactul necesar asupra particulelor, cum ar fi solidele, picăturile, cristalele și fibrele, pentru a le reduce la o dimensiune țintă, care poate fi în domeniul micronic sau nanometric. Gestionând cu ușurință vâscozități ridicate și încărcări mari cu solide, mixerele ultrasonice inline cu forfecare ridicată sunt ideale pentru procesarea produselor sub formă de pastă, cum ar fi pastele de dinți, dentifricele și gelurile. Forțele de forfecare acustice realizează o umectare temeinică a ingredientelor sub formă de pulbere și le amestecă uniform într-o pastă omogenă.
În funcție de duritatea și fragilitatea particulelor, parametrii procesului ultrasonic pot fi ajustați exact pentru a obține rezultatul de amestecare dorit. În comparație cu metodele alternative de amestecare, cum ar fi agitatoarele cu palete cu forfecare ridicată, omogenizatoarele de înaltă presiune, morile coloidale / morile cu bile, mixerele cu arbore etc., mixerele ultrasonice cu forfecare ridicată oferă avantaje majore, precum gestionarea fără probleme a abrazivilor și a încărcărilor mari cu solide, operarea ușoară și sigură, întreținerea redusă și robustețea.

În șarjă și inline

Mixerele de înaltă performanță Hielscher Ultrasonics pot fi utilizate pentru procesarea în șarjă și inline. În funcție de volumul procesului și de debitul orar de producție, poate fi recomandată procesarea inline. În timp ce procesarea în șarjă necesită mai mult timp și mai multă manoperă, un proces continuu de amestecare inline este mai eficient, mai rapid și necesită semnificativ mai puțină manoperă.

Mixere ultrasonice pentru orice capacitate de producție

Gama de produse Hielscher Ultrasonics acoperă întregul spectru de procesoare ultrasonice, de la sonicatoare compacte de laborator, trecând prin sisteme de banc și pilot, până la procesoare ultrasonice complet industriale, cu capacitatea de a procesa încărcături de camion pe oră. Gama completă de produse ne permite să vă oferim cel mai potrivit mixer ultrasonic cu forfecare pentru capacitatea și obiectivele procesului dumneavoastră.
Scalarea de la un mixer ultrasonic mai mic la capacități de procesare mai mari este foarte simplă, deoarece procesul de amestecare ultrasonică poate fi scalat complet liniar pornind de la parametrii de proces stabiliți. Scalarea poate fi realizată fie prin instalarea unei unități de mixer ultrasonic mai puternice, fie prin gruparea mai multor sonicatoare în paralel.

Amplitudini ridicate pentru o eficiență ridicată a amestecării

Procesoarele ultrasonice industriale Hielscher Ultrasonics pot furniza amplitudini foarte ridicate. Amplitudini de până la 200µm pot fi menținute cu ușurință în funcționare continuă 24/7. Pentru amplitudini și mai mari, sunt disponibile sonotrode ultrasonice personalizate. Robustețea echipamentelor ultrasonice Hielscher permite funcționarea 24/7 în regim greu și în medii solicitante.

Testare ușoară, fără riscuri

Procesele ultrasonice pot fi scalate complet liniar. Aceasta înseamnă că fiecare rezultat pe care l-ați obținut folosind un sonicator de laborator sau de banc poate fi scalat la exact același rezultat folosind exact aceiași parametri de proces. Acest lucru face ca ultrasonarea să fie ideală pentru dezvoltarea de produse și implementarea ulterioară în producția comercială.

Cea mai înaltă calitate – proiectat și fabricat în Germania

Ca afacere deținută și condusă de o familie, Hielscher acordă prioritate celor mai înalte standarde de calitate pentru procesoarele sale ultrasonice. Toate sonicatoarele sunt proiectate, fabricate și testate temeinic la sediul nostru central din Teltow, lângă Berlin, Germania. Robustețea și fiabilitatea echipamentelor ultrasonice Hielscher le transformă într-un cal de povară în producția dumneavoastră. Funcționarea 24/7 la sarcină maximă și în medii solicitante este o caracteristică firească a mixerelor de înaltă performanță Hielscher.

Puteți achiziționa mixere ultrasonice Hielscher cu forfecare ridicată de orice dimensiune și configurate exact conform cerințelor procesului dumneavoastră. De la tratarea fluidelor într-un pahar mic de laborator până la amestecarea în flux continuu a suspensiilor și pastelor la nivel industrial, Hielscher Ultrasonics vă oferă un mixer cu forfecare ridicată potrivit! Vă rugăm să ne contactați – vă recomandăm cu plăcere configurația ideală de mixer ultrasonic!

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre: