Mixers med hög skjuvning för tandkrämstillverkning

Tandkrämstillverkning är en krävande process som kräver blandningsutrustning som kan hantera trögflytande pastor, höga fasta koncentrationer och slipande partiklar. Ultraljudsblandare med hög skjuvning ger högintensiva skjuvkrafter som ger noggrann vätning av pulver, enhetlig homogenisering av kolloidala uppslamningar och jämn partikelstorleksfördelning. Ultraljudsblandare med hög skjuvning finns i industriell skala och kan bearbeta stora volymströmmar och är din pålitliga arbetshäst inom tandkrämstillverkning!

Tillverkning av tandkräm

Tandkrämer, tandkrämer och geler består av de fyra huvudkomponenterna vatten, slipmedel, fluorider och rengöringsmedel. Medan vattenhalten mestadels varierar mellan 20 och 45 %, är slipmedel de viktigaste komponenterna som bidrar med minst 50 % till tandkrämsformuleringen. Allmänt använda slipmedel inkluderar partiklar av aluminiumhydroxid (Al(OH)₃), kalciumkarbonat (CaCO₃), natriumkarbonat, olika kalciumvätefosfater, hydratiserad kiseldioxid, zeoliter, glimmer och hydroxiapatit (Ca₅(PO₄)3OH).
Vanliga tandkräms- och tandkrämsformuleringar tillverkas i allmänhet enligt stegen nedan:
Först blandas vatten, fuktighetsbevarande medel (t.ex. sorbitol, glycerin, propylenglykol) och andra flytande ingredienser så att en flytande bas erhålls.
För att få en viss reologi och konsistens av den slutliga tandkrämen tillsätts reologimodifierare och bindemedel till den flytande basen. Reologimodifierare och bindemedel ger tandkrämen dess tjocklek och struktur. Vanligt använda bindemedel inkluderar karayagummi, bentonit, natriumalginat, metylcellulosa, karragenan och magnesiumaluminiumsilikat. Vissa reologimodifierare kräver att de blandas med icke-vattenhaltiga flytande ingredienser som glycerin eller smaksättande eteriska oljor. Alternativt kan reologimodifieraren blandas med andra pulveriserade ingredienser för att underlätta den kolloidala dispersionen.
I nästa steg blandas aktiva ingredienser (t.ex. kalciumfluorid, zinkklorid, hydroxiapatit), sötningsmedel, smaktillsatser och konserveringsmedel i blandningen.
Därefter införlivas en uppslamning som innehåller slipande partiklar och/eller fyllmedel i tandkrämsblandningen. Eftersom slipmedel är huvudingrediensen, som tillsätts till en hög belastning av fasta ämnen, krävs en kraftfull och tillförlitlig blandning med hög skjuvning för att uppfylla denna krävande uppgift.
Därefter tillsätts smak- och färgtillsatser.
I det sista blandningssteget tillsätts ett rengöringsmedel eller skummedel (skummedel) som fungerar som stabilisator och förbättrar den enhetliga fördelningen av tandkräm under tandborstningen. Tvättmedlet och skummet blandas i tandkrämsblandningen med en mild intensitet för att minimera skumbildning. Vanliga lödder är natriumlaurylsulfat, natriumlaurylsulfoacetat, dioktylnatriumsulfosuccinat, sulfolaurat, natriumlaurylsarkosinat, natriumstearylfumarat och natriumstearyllaktat.

En typisk grundläggande tandkrämsformulering består av:

• Vatten
• Slipande partiklar
• Fuktighetsbevarande medel (t.ex. sorbitol, glycerin)
• Stabiliserande ytaktiva ämnen
• Reologimodifierare (förtjockningsmedel)
• Färgämnen
• Smakämnen
• Konserveringsmedel (t.ex. p-hydrozybensoat)
• Tvättmedel

Beroende på typ av tandkrämsprodukt tillsätts andra aktiva ingredienser som bakteriedödande medel, blekningsmedel, fluor etc.

Naturliga tandkrämer med ren etikett

Tillverkare av ekologiska, naturliga tandkrämer formulerar produkter med endast ekologiskt certifierade och/eller naturliga ingredienser. Naturliga tandkrämsmärken tillgodoser efterfrågan från hälsomedvetna konsumenter, som vill undvika de konstgjorda ingredienser som vanligtvis finns i vanliga tandkrämer. På grund av konsumenternas ökande efterfrågan på clean label-produkter erbjuder fler och fler mindre och större välkända varumärken clean label-tandkrämer. Ultraljudsblandare är också idealiska för små och medelstora tillverkningsskalor. Som en icke-termisk, rent mekanisk blandningsmetod, ändrar ultraljud inte naturliga, organiska formuleringar. Ultraljudsblandning är kompatibel med naturliga ingredienser som bakpulver, aloe vera, eukalyptusolja, myrra, växtextrakt (t.ex. salvia, mynta, jordgubbsextrakt) och eteriska oljor (t.ex. mynta, grönmynta, kanel).
Läs mer om ultraljudsmixers för tillverkning av rena skönhetsprodukter!

Hur fungerar högskjuvning blandning av ultraljudsbehandling?

Ultraljudsblandare med hög skjuvning använder samma mekaniska princip som andra vanliga industriella blandningssystem, t.ex. blandare med hög skjuvblad, blandare med flera axlar, kolloidkvarnar, högtryckshomogenisatorer och bladomrörare. Ultraljudsblandare med hög skjuvning används ofta för att dispergera och fräsa partiklar, för att emulgera olje- och vattenfaser, för att våta och solubilisera fast material samt för att producera homogena blandningar av alla typer av vätskor och uppslamningar. Ultraljudsblandare överför de höga skjuvkrafterna via en ultraljudssond till ett blandningskärtor, t.ex. till en batchtank eller till en flödescell. Sonden på ultraljudsmixern vibrerar i vätskan med en mycket hög frekvens och amplituder, vilket skapar intensiva ultraljudskavitationsbubblor i mediet. Kollapsen av kavitationsbubblorna resulterar i kraftfulla skjuvkrafter som stör och bryter droppar, agglomerat, aggregat och till och med primära partiklar. Eftersom ultraljudskavitation genererar kavitationsströmning med hög hastighet med upp till 1000 km/h, accelererar de kavitationella vätskestrålarna partiklar. När de accelererade partiklarna kolliderar med varandra fungerar de som malningsmedier. Som en följd av detta splittras de kolliderande partiklarna och reduceras till mikron- eller nanostorlek. I ultraljudskavitationsfältet växlar trycken snabbt och upprepade gånger mellan vakuum och upp till 1000 bar. En roterande mixer med 4 mixerblad skulle behöva arbeta med svindlande 300 000 rpm för att uppnå samma frekvens av alternerande tryckcykler. Konventionella roterande omrörare och rotor-statorblandare skapar ingen betydande mängd kavitation på grund av deras hastighetsbegränsning.

Före och efter ultraljudsbehandling: Den gröna kurvan visar partikelstorleken före ultraljudsbehandling, den röda kurvan är partikelstorleksfördelningen av ultraljudsdispergerad kiseldioxid.

Ultraljud tandkräm blandning

Ultraljudsmixers med hög skjuvning kan användas som batch- och kontinuerliga inline-processorer. För mycket viskösa material och högvolymbearbetning är användningen av en trycksättningsbar flödescellreaktor att föredra eftersom detta gör att du kan köra under intensifierade ultraljudsförhållanden (dvs. trycket intensifierar kavitationen). Dessutom, genom att använda en sofistikerad flödesuppställning såsom en passage eller diskret processuppställning, tvingas den kompletta tandkrämsblandningen att passera genom ultraljudskavitationszonen i flödescellen. Detta säkerställer att varje partikel får samma behandling så att en mycket jämn dispergering och blandning erhålls.

Ultraljud passage bearbetning

För varje processteg, vilket är när en ny ingrediensblandning tillsätts till den flytande basen, passerar pastablandningen från en tank genom ultraljudsreaktorn till en andra tank. Denna passageprocess säkerställer ett mycket tillförlitligt och enhetligt blandningsresultat. Medan under en konventionell blandningsprocess med hög skjuvning måste överdriven blandning tillämpas för att säkerställa att alla partiklar dispergeras, är ultraljudsflödescellinställningen tids- och energibesparande, eftersom bearbetningstiden reduceras till minsta behandling per partikel.
Vid konventionell batchblandning med hög skjuvning blir vissa partiklar överbearbetade, medan vissa partiklar aldrig kommer in i den aktiva blandningszonen. Att använda en ultraljudsflödescellreaktor säkerställer att varje partikel ser samma högskjuvbehandling. På grund av passageprocessen behandlas varje partikel med samma frekvens och intensitet.

Bearbetningstips: Ultraljudsblandning under tryck

Genom att applicera tryck på ultraljudsreaktorn eller flödescellen intensifieras den akustiska kavitationen. Hielscher Ultrasonics levererar olika typer av flödesceller och reaktorer, som enkelt kan trycksättas upp till 5 barg. Skräddarsydda ultraljudsreaktorer kan hantera ännu högre tryck på upp till 300 barg.

Ultraljud avluftning effekter

Bladomrörare och konventionella blandare med hög skjuvning introducerar stora volymer av gasbubblor i blandningen, vilket är en stor nackdel. Avluftningen av den slutliga tandkrämsblandningen kräver ytterligare ett bearbetningsteg som är tids- och energikrävande. Under ultraljudsblandning är infångningen av luftbubblor i allmänhet mycket låg jämfört med konventionella tankomrörare och blandare med hög skjuvning. Genom att använda en ultraljudsflödescellsreaktor förhindras onödig inkorporering av oönskade gasbubblor eftersom blandningen matas från uppsamlingstanken i ett jämnt flöde i ett slutet system. I en ultraljudsflödescellsuppställning matas pastablandningen med kontinuerligt tryck in i ultraljudskavitationszonen. Den ultraljudsgenomströmningsinställningen förhindrar oönskad instängning av gas under blandningsprocessen. Dessutom är ultraljudsbehandling en väletablerad teknik för avluftning och avgasning och främjar sammansmältningen av luftbubblor så att de kan stiga till toppen och förångas.
Läs mer om ultraljudsavluftning och avgasning!

Fördelarna med högpresterande ultraljudsblandare

Ultraljudsblandare med hög skjuvning skapar intensiva skjuvkrafter, som har den nödvändiga effekten på partiklar som fasta ämnen, droppar, kristaller och fibrer för att bryta ner dem till en riktad storlek, som kan vara i mikron- eller nanoområdet. Ultraljudsblandare med hög skjuvning är lätta att hantera höga viskositeter och höga fasta belastningar och är idealiska för att bearbeta pastaprodukter som tandkräm, tandkrämer och geler. De akustiska skjuvkrafterna åstadkommer en grundlig vätning av pulveringredienserna och blandar dem jämnt till en homogen pasta.
Beroende på partiklarnas hårdhet och sprödhet kan ultraljudsprocessparametrarna justeras exakt för att uppnå det eftersträvade blandningsresultatet. Jämfört med alternativa blandningsmetoder som omrörare med hög skjuvblad, högtryckshomogenisatorer, kolloid-/strängkvarnar, axelblandare etc. erbjuder ultraljudsblandare med hög skjuvning stora fördelar som problemfri hantering av slipmedel och höga fasta belastningar, enkel och säker drift, lågt underhåll och robusthet.

batch och infogade

Hielscher Ultrasonics högpresterande mixers kan användas för batch- och inline-bearbetning. Beroende på din processvolym och dataflöde per timme kan infogad bearbetning rekommenderas. Medan batchning är mer tids- och arbetskrävande, är en kontinuerlig inline-blandningsprocess effektivare, snabbare och kräver betydligt mindre arbete.

Ultraljudsmixers för alla produktkapaciteter

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer från kompakta labb ultraljudsapparater över bänk-top och pilotsystem till fullt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den mest lämpliga ultraljudsmixern för din processkapacitet och dina mål.
Uppskalningen från en mindre ultraljudsmixer till högre bearbetningskapacitet är mycket enkel eftersom ultraljudsblandningsprocessen kan skalas helt linjärt från dina etablerade processparametrar. Uppskalning kan göras genom att antingen installera en kraftfullare ultraljudsmixerenhet eller klustra flera ultraljudsapparater parallellt.

Höga amplituder för hög blandningseffektivitet

Hielscher Ultrasonics’ Industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200 μm kan enkelt köras kontinuerligt i 24/7 drift. För ännu högre amplituder finns anpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör 24/7 drift vid tung belastning och i krävande miljöer.

Enkel, riskfri testning

Ultraljudsprocesser kan vara helt linjärt skalade. Detta innebär att varje resultat som du har uppnått med hjälp av ett laboratorium eller bänkskiva ultraljud, kan skalas till exakt samma utdata med exakt samma processparametrar. Detta gör ultraljud idealiskt för produktutveckling och efterföljande implementering i kommersiell tillverkning.

Högsta kvalitet – Designad och tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjeägt företag prioriterar Hielscher högsta kvalitetsstandarder för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater är utformade, tillverkade och grundligt testade i vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin, Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. 24/7 drift under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande blandare.

Du kan köpa Hielscher ultraljudsblandare med hög skjuvning i vilken annan storlek som helst och exakt konfigurerade efter dina processkrav. Från behandling av vätskor i en liten labbbägare till kontinuerlig genomströmningsblandning av slam och pastor på industriell nivå, erbjuder Hielscher Ultrasonics en lämplig mixer med hög skjuvning för dig! Kontakta oss gärna – Vi är glada att kunna rekommendera dig den perfekta ultraljudsmixern!

Tabellen nedan ger dig en indikation på den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: