Смесители с высокими сдвиговыми усилиями для производства зубной пасты

Производство зубной пасты – сложный процесс, требующий смесительного оборудования, способного работать с вязкими пастами, высокими концентрациями твёрдых веществ и абразивными частицами. Ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями создают интенсивные сдвиговые усилия, обеспечивающие тщательное смачивание порошков, равномерную гомогенизацию коллоидных суспензий и равномерное распределение частиц по размерам. Ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями, доступные в промышленном масштабе и способные обрабатывать потоки большого объёма, станут вашей надёжной рабочей лошадкой при производстве зубной пасты!

Производство зубной пасты

Зубные пасты, средства для чистки зубов и гели состоят из четырёх основных компонентов: воды, абразивов, фторидов и моющих веществ. Содержание воды обычно составляет от 20 до 45%, а абразивы являются основными компонентами, составляющими не менее 50% рецептуры зубной пасты. К широко используемым абразивам относятся частицы гидроксида алюминия (Al(OH)₃), карбоната кальция (CaCO₃), карбоната натрия, различных гидрофосфатов кальция, гидратированных диоксидов кремния, цеолитов, слюды и гидроксиапатита (Ca₅(PO₄)3OH).
Обычные зубные пасты и средства для чистки зубов, как правило, производят в соответствии со следующими этапами:
Сначала воду, увлажнитель (например, сорбитол, глицерин, пропиленгликоль) и другие жидкие ингредиенты смешивают, получая жидкую основу.
Для придания готовой зубной пасте определённых реологических свойств и текстуры в жидкую основу добавляют модификаторы реологии и связующие вещества. Модификаторы реологии и связующие вещества придают зубной пасте густоту и текстуру. К широко используемым связующим веществам относятся камедь карайи, бентонит, альгинат натрия, метилцеллюлоза, каррагинан и алюмосиликат магния. Некоторые модификаторы реологии необходимо предварительно смешивать с неводным жидким ингредиентом, таким как глицерин или ароматизирующие эфирные масла. В качестве альтернативы модификатор реологии можно смешивать с другими порошкообразными ингредиентами, чтобы облегчить коллоидное диспергирование.
На следующем этапе в смесь вводят активные ингредиенты (например, фторид кальция, хлорид цинка, гидроксиапатит), подслащивающие вкусовые добавки и консерванты.
Затем в смесь зубной пасты вводят суспензию, содержащую абразивные частицы и / или наполнители. Поскольку абразивы являются основным ингредиентом и вводятся в высокой концентрации твёрдой фазы, для выполнения этой сложной задачи требуется мощное, надёжное смешивание с высокими сдвиговыми усилиями.
После этого добавляют ароматизирующие и красящие добавки.
На заключительном этапе смешивания в рецептуру добавляют моющее вещество или пенообразователь, который действует как стабилизатор и улучшает равномерное распределение зубной пасты при чистке зубов. Моющее вещество и пенообразователь вводят в смесь зубной пасты при низкой интенсивности смешивания, чтобы свести к минимуму пенообразование. К распространённым пенообразователям относятся лаурилсульфат натрия, лаурилсульфоацетат натрия, диоктилсульфосукцинат натрия, сульфолаурат, лаурилсаркозинат натрия, стеарилфумарат натрия и стеариллактат натрия.

Типичная базовая рецептура зубной пасты включает:

• Воду
• Абразивные частицы
• Увлажнители (например, сорбитол, глицерин)
• Стабилизирующие поверхностно-активные вещества
• Модификаторы реологии (загустители)
• Красители
• Ароматизаторы
• Консерванты (например, p-hydrozybenzoate)
• Моющее вещество

В зависимости от типа зубной пасты добавляют другие активные ингредиенты, такие как бактерицидные вещества, отбеливающие вещества, фторид и т. д.

Натуральные зубные пасты с чистым составом

Производители органических, натуральных зубных паст разрабатывают продукты, используя только ингредиенты, сертифицированные как органические, и / или натуральные ингредиенты. Бренды натуральных зубных паст удовлетворяют спрос потребителей, заботящихся о здоровье и желающих избегать искусственных ингредиентов, обычно содержащихся в стандартных зубных пастах. В связи с растущим потребительским спросом на продукты с чистым составом всё больше небольших и крупных известных брендов предлагают зубные пасты с чистым составом. Ультразвуковые смесители также идеально подходят для производства малого и среднего масштаба. Будучи нетепловым, исключительно механическим методом смешивания, обработка ультразвуком не изменяет натуральные, органические составы. Ультразвуковое смешивание совместимо с натуральными ингредиентами, такими как пищевая сода, алоэ вера, эвкалиптовое масло, мирра, растительные экстракты (например, экстракты шалфея, мяты, клубники) и эфирные масла (например, мяты, мяты колосистой, корицы).
Узнайте больше об ультразвуковых смесителях, создающих сдвиговые усилия, для производства косметических продуктов с чистым составом!

Как работает смешивание с высокими сдвиговыми усилиями при обработке ультразвуком?

Ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями используют тот же механический принцип, что и другие широко применяемые промышленные системы смешивания, например лопастные смесители с высокими сдвиговыми усилиями, многовальные смесители, коллоидные мельницы, гомогенизаторы высокого давления и лопастные мешалки. Ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями часто используют для диспергирования и измельчения частиц, эмульгирования масляной и водной фаз, смачивания и солюбилизации твёрдых веществ, а также для получения однородных смесей любых жидкостей и суспензий. Ультразвуковые смесители передают высокие сдвиговые усилия через ультразвуковой зонд в смесительную ёмкость, например в резервуар для периодической обработки или в проточную ячейку. Зонд ультразвукового смесителя колеблется в жидкости с очень высокой частотой и высокими амплитудами, создавая в среде интенсивные ультразвуковые кавитационные пузырьки. Схлопывание кавитационных пузырьков вызывает мощные сдвиговые усилия, которые разрушают и дробят капли, агломераты, агрегаты и даже первичные частицы. Поскольку ультразвуковая кавитация создаёт высокоскоростные кавитационные потоки со скоростью до 1000km/h, кавитационные струи жидкости ускоряют частицы. Когда ускоренные частицы сталкиваются друг с другом, они действуют как мелющие тела. В результате сталкивающиеся частицы разрушаются, и их размеры уменьшаются до микро- или наноразмеров. В поле ультразвуковой кавитации давление быстро и многократно изменяется от вакуума до 1000bar. Роторному смесителю с 4 лопастями пришлось бы работать с поразительной скоростью 300 000 RPM, чтобы достичь той же частоты чередующихся циклов давления. Обычные роторные смесители и роторно-статорные смесители не создают значительной кавитации из-за ограничений скорости.

До и после обработки ультразвуком: зелёная кривая показывает размер частиц до обработки ультразвуком, а красная кривая – распределение по размерам частиц диоксида кремния, диспергированного ультразвуком.

Ультразвуковое смешивание зубной пасты

Ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями можно использовать для периодической и непрерывной обработки в потоке. Для материалов с высокой вязкостью и обработки больших объёмов предпочтительно использовать реактор с проточной ячейкой, допускающий работу под давлением, поскольку это позволяет проводить более интенсивную обработку ультразвуком (то есть давление усиливает кавитацию). Кроме того, использование продуманных схем поточной обработки, например проходной или дискретной схемы процесса, обеспечивает принудительное прохождение всей смеси зубной пасты через зону ультразвуковой кавитации в проточной ячейке. Это гарантирует одинаковую обработку каждой частицы, благодаря чему достигается высокая равномерность диспергирования и смешивания.

Проходная ультразвуковая обработка

На каждом этапе процесса, то есть при добавлении новой смеси ингредиентов в жидкую основу, пастообразная смесь проходит из одного резервуара через ультразвуковой реактор во второй резервуар. Такой проходной процесс обеспечивает высокую надёжность и равномерность результата смешивания. В то время как при обычном периодическом смешивании с высокими сдвиговыми усилиями необходимо избыточное смешивание, чтобы обеспечить диспергирование всех частиц, установка с ультразвуковой проточной ячейкой экономит время и энергию, поскольку время обработки сокращается до минимального времени обработки каждой частицы.
При обычном периодическом смешивании с высокими сдвиговыми усилиями некоторые частицы подвергаются избыточной обработке, тогда как другие вообще не попадают в активную зону смешивания. Использование ультразвукового реактора с проточной ячейкой гарантирует, что каждая частица подвергается одинаковой обработке с высокими сдвиговыми усилиями. Благодаря проходному процессу каждая частица обрабатывается с одинаковой частотой и интенсивностью.

Рекомендация по обработке: ультразвуковое смешивание под давлением

Повышение давления в ультразвуковом реакторе или проточной ячейке усиливает акустическую кавитацию. Hielscher Ultrasonics поставляет различные типы проточных ячеек и реакторов, в которых можно легко создавать давление до 5 barg. Ультразвуковые реакторы, изготовленные по индивидуальному заказу, выдерживают ещё более высокое давление – до 300barg.

Эффекты ультразвуковой деаэрации

Лопастные мешалки и обычные смесители с высокими сдвиговыми усилиями вводят в смесь большие объёмы газовых пузырьков, что является существенным недостатком. Деаэрация готовой смеси зубной пасты требует дополнительного этапа обработки, который занимает время и потребляет энергию. При ультразвуковом смешивании захват воздушных пузырьков, как правило, очень мал по сравнению с обычными резервуарными мешалками и смесителями с высокими сдвиговыми усилиями. Использование ультразвукового реактора с проточной ячейкой предотвращает ненужное включение нежелательных газовых пузырьков, поскольку смесь подаётся из накопительного резервуара равномерным потоком в замкнутой системе. В установке с ультразвуковой проточной ячейкой пастообразная смесь подаётся при постоянном давлении в зону ультразвуковой кавитации. Ультразвуковая проточная установка предотвращает нежелательный захват газа в процессе смешивания. Кроме того, обработка ультразвуком является хорошо зарекомендовавшим себя методом деаэрации и дегазации и способствует слиянию воздушных пузырьков, благодаря чему они могут подниматься к поверхности и улетучиваться.
Узнайте больше об ультразвуковой деаэрации и дегазации!

Преимущества высокопроизводительных ультразвуковых смесителей

Ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями создают интенсивные сдвиговые усилия, оказывающие необходимое воздействие на частицы, такие как твёрдые частицы, капли, кристаллы и волокна, для их измельчения до заданного размера, который может находиться в микро- или нанодиапазоне. Легко справляясь с высокой вязкостью и высокими концентрациями твёрдой фазы, ультразвуковые проточные смесители с высокими сдвиговыми усилиями идеально подходят для обработки пастообразных продуктов, таких как зубные пасты, средства для чистки зубов и гели. Акустические сдвиговые усилия обеспечивают тщательное смачивание порошкообразных ингредиентов и их равномерное смешивание в однородную пасту.
В зависимости от твёрдости и хрупкости частиц параметры ультразвукового процесса можно точно настроить для достижения желаемого результата смешивания. По сравнению с альтернативными методами смешивания, такими как лопастные мешалки с высокими сдвиговыми усилиями, гомогенизаторы высокого давления, коллоидные / бисерные мельницы, вальные смесители и т. д., ультразвуковые смесители с высокими сдвиговыми усилиями обладают существенными преимуществами, такими как беспроблемная работа с абразивами и высокими концентрациями твёрдой фазы, простота и безопасность эксплуатации, небольшой объём технического обслуживания и прочность.

Периодическая обработка и обработка в потоке

Высокопроизводительные смесители Hielscher Ultrasonics можно использовать для периодической обработки и обработки в потоке. В зависимости от объёма вашего процесса и часовой производительности может быть рекомендована обработка в потоке. В то время как периодическая обработка требует больше времени и труда, непрерывное смешивание в потоке эффективнее, быстрее и требует значительно меньше труда.

Ультразвуковые смесители для любой производительности

Ассортимент продукции Hielscher Ultrasonics охватывает весь спектр ультразвуковых процессоров: от компактных лабораторных ультразвуковых аппаратов, настольных и пилотных систем до полностью промышленных ультразвуковых процессоров, способных обрабатывать объёмы, соответствующие грузовикам материала в час. Полный ассортимент позволяет нам предложить вам наиболее подходящий ультразвуковой смеситель, создающий сдвиговые усилия, для вашей производительности и целей процесса.
Переход от небольшого ультразвукового смесителя к более высокой производительности обработки очень прост, поскольку процесс ультразвукового смешивания можно масштабировать полностью линейно на основе установленных вами параметров процесса. Увеличение масштаба можно выполнить либо установкой более мощного ультразвукового смесителя, либо объединением нескольких ультразвуковых аппаратов в параллельно работающий кластер.

Высокие амплитуды для высокой эффективности смешивания

Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics могут обеспечивать очень высокие амплитуды. Амплитуды до 200µm можно легко поддерживать непрерывно при работе в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.

Простое тестирование без риска

Ультразвуковые процессы можно масштабировать полностью линейно. Это означает, что любой результат, полученный с помощью лабораторного или настольного ультразвукового аппарата, можно масштабировать, получив точно такой же результат при использовании точно таких же параметров процесса. Это делает обработку ультразвуком идеальной для разработки продуктов и последующего внедрения в коммерческое производство.

Высочайшее качество – разработано и изготовлено в Германии

Будучи семейным предприятием, находящимся в собственности и под управлением семьи, Hielscher отдаёт приоритет высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты разрабатываются, изготавливаются и тщательно испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове, недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надёжность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой вашего производства. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных смесителей Hielscher.

Вы можете приобрести ультразвуковые смесители Hielscher с высокими сдвиговыми усилиями различных размеров, точно настроенные в соответствии с требованиями вашего процесса. От обработки жидкостей в небольшом лабораторном стакане до непрерывного проточного смешивания суспензий и паст в промышленном масштабе – Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий для вас смеситель с высокими сдвиговыми усилиями! Свяжитесь с нами – мы будем рады порекомендовать вам идеальную конфигурацию ультразвукового смесителя!

В приведённой ниже таблице указана приблизительная производительность обработки наших ультразвуковых аппаратов: