Högskjuvningsblandare för tillverkning av tandkräm

Tillverkning av tandkräm är en krävande process som kräver blandningsutrustning som kan hantera viskösa pastor, höga koncentrationer av fasta ämnen och slipande partiklar. Ultraljudsbaserade högskjuvningsblandare ger högintensiva skjuvkrafter som säkerställer grundlig vätning av pulver, jämn homogenisering av kolloidala suspensioner och jämn partikelstorleksfördelning. Ultraljudsbaserade högskjuvningsblandare finns i industriell skala och kan bearbeta stora volymflöden – din pålitliga arbetshäst vid tillverkning av tandkräm!

Tillverkning av tandkräm

Tandkrämer, tandrengöringsmedel och geler består av de fyra huvudkomponenterna vatten, slipmedel, fluorider och rengöringsmedel. Vattenhalten varierar oftast mellan 20 och 45%, medan slipmedel är huvudkomponenterna och utgör minst 50% av tandkrämsformuleringen. Vanliga slipmedel omfattar partiklar av aluminiumhydroxid (Al(OH)₃), kalciumkarbonat (CaCO₃), natriumkarbonat, olika kalciumvätefosfater, hydratiserad kiseldioxid, zeoliter, glimmer och hydroxylapatit (Ca₅(PO₄)3OH).
Vanliga formuleringar av tandkräm och tandrengöringsmedel 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 ge den färdiga tandkrämen en viss reologi och textur tillsätts reologimodifierare och bindemedel till den flytande basen. Reologimodifierare och bindemedel ger tandkrämen dess tjocklek och textur. Vanliga bindemedel är karayagummi, bentonit, natriumalginat, metylcellulosa, karragenan och magnesiumaluminiumsilikat. Vissa reologimodifierare måste förblandas med en icke-vattenbaserad flytande ingrediens, såsom glycerin eller smakgivande eteriska oljor. Alternativt kan reologimodifieraren blandas med andra pulverformiga ingredienser för att underlätta den kolloidala dispergeringen.
I nästa steg blandas aktiva ingredienser (t.ex. kalciumfluorid, zinkklorid, hydroxylapatit), sötande smaktillsatser och konserveringsmedel in i blandningen.
Därefter införlivas en suspension som innehåller slipande partiklar och / eller fyllmedel i tandkrämsblandningen. Eftersom slipmedlen är huvudingrediensen och tillsätts i en mängd som ger en hög halt av fasta ämnen, krävs kraftfull och tillförlitlig högskjuvningsblandning för att klara denna krävande uppgift.
Därefter tillsätts smak- och färgtillsatser.
I det sista blandningssteget tillsätts ett rengöringsmedel eller skumbildande medel som fungerar som stabilisator och förbättrar den jämna fördelningen av tandkrämen under tandborstningen. Rengöringsmedlet och det skumbildande medlet blandas försiktigt in i tandkrämsblandningen för att minimera skumbildning. Vanliga skumbildande medel är natriumlaurylsulfat, natriumlaurylsulfoacetat, dioktylnatriumsulfosuccinat, sulfolaurat, natriumlaurylsarkosinat, natriumstearylfumarat och natriumstearyllaktat.

En typisk grundformulering för tandkräm består av:

• Vatten
• Slipande partiklar
• Fuktighetsbevarande medel (t.ex. sorbitol, glycerin)
• Stabiliserande tensider
• Reologimodifierare (förtjockningsmedel)
• Färgämnen
• Smakämnen
• Konserveringsmedel (t.ex. p-hydrozybenzoat)
• Rengöringsmedel

Beroende på typen av tandkrämsprodukt tillsätts andra aktiva ingredienser såsom bakteriedödande medel, blekmedel, fluorid osv.

Naturliga tandkrämer med ren ingrediensförteckning

Tillverkare av ekologiska, naturliga tandkrämer formulerar produkter med enbart ekologiskt certifierade och / eller naturliga ingredienser. Varumärken för naturlig tandkräm tillgodoser efterfrågan från hälsomedvetna konsumenter som vill undvika de konstgjorda ingredienser som ofta finns i vanliga tandkrämer. På grund av konsumenternas ökande efterfrågan på clean label-produkter erbjuder allt fler såväl mindre som större välkända varumärken clean label-tandkrämer. Ultraljudsblandare är också idealiska för tillverkning i liten och medelstor skala. Som en icke-termisk, rent mekanisk blandningsmetod förändrar ultraljudsbehandling inte naturliga, ekologiska formuleringar. Ultraljudsblandning är kompatibel med naturliga ingredienser som bikarbonat, aloe vera, eukalyptusolja, myrra, växtextrakt (t.ex. salvia, mynta, jordgubbsextrakt) och eteriska oljor (t.ex. mynta, grönmynta, kanel).
Läs mer om skjuvblandare med ultraljud för tillverkning av skönhetsprodukter med clean label!

Hur fungerar högskjuvningsblandning med ultraljudsbehandling?

Högskjuvningsblandare med ultraljud använder samma mekaniska princip som andra vanliga industriella blandningssystem, t.ex. högskjuvande bladblandare, fleraxelblandare, kolloidkvarnar, högtryckshomogenisatorer och bladomrörare. Högskjuvningsblandare med ultraljud används ofta för att dispergera och mala partiklar, emulgera olje- och vattenfaser, väta och solubilisera fasta ämnen samt framställa homogena blandningar av alla slags vätskor och suspensioner. Ultraljudsblandare överför de höga skjuvkrafterna via en ultraljudssond till ett blandningskärl, exempelvis en satstank eller en flödescell. Ultraljudsblandarens sond vibrerar i vätskan med mycket hög frekvens och höga amplituder och skapar därigenom intensiva ultraljudskavitationsbubblor i mediet. Kavitationsbubblornas kollaps ger upphov till kraftiga skjuvkrafter som bryter sönder droppar, agglomerat, aggregat och till och med primärpartiklar. Eftersom ultraljudskavitation genererar snabba kavitationsströmningar med hastigheter på upp till 1000km/h accelererar de kavitationsdrivna vätskestrålarna partiklarna. När de accelererade partiklarna kolliderar med varandra fungerar de som malningsmedier. Till följd av detta splittras de kolliderande partiklarna och reduceras till mikro- eller nanostorlek. I ultraljudets kavitationsfält växlar trycket snabbt och upprepade gånger mellan vakuum och upp till 1000bar. En roterande blandare med 4 blandarblad skulle behöva arbeta vid häpnadsväckande 300 000 RPM för att uppnå samma frekvens av växlande tryckcykler. Konventionella roterande blandare och rotor-statorblandare skapar ingen betydande mängd kavitation på grund av sin begränsade hastighet.

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

Ultraljudsblandning av tandkräm

Högskjuvningsblandare med ultraljud kan användas för satsvis och kontinuerlig inlinebearbetning. För högviskösa material och bearbetning av stora volymer föredras en flödescellsreaktor som kan trycksättas, eftersom detta möjliggör drift under intensifierade ultraljudsbehandlingsförhållanden (dvs. tryck intensifierar kavitationen). Genom att använda avancerade flödeskonfigurationer, såsom en konfiguration för passagebearbetning eller diskret bearbetning, tvingas dessutom hela tandkrämsblandningen passera genom ultraljudets kavitationszon i flödescellen. Detta säkerställer att varje partikel får samma behandling, så att en mycket jämn dispergering och blandning uppnås.

Passagebearbetning med ultraljud

I varje processteg, det vill säga när en ny ingrediensblandning tillsätts till vätskebasen, passerar pastablandningen från en tank genom ultraljudsreaktorn till en andra tank. Denna genomloppsprocess säkerställer ett mycket tillförlitligt och enhetligt blandningsresultat. Vid konventionell satsvis blandning med hög skjuvning måste blandningen pågå längre än nödvändigt för att säkerställa att alla partiklar dispergeras, medan ultraljudssystemet med flödescell sparar tid och energi eftersom bearbetningstiden reduceras till den minsta behandlingstid som krävs per partikel.
Vid konventionell satsvis blandning med hög skjuvning överbehandlas vissa partiklar, medan andra aldrig når den aktiva blandningszonen. Användningen av en ultraljudsreaktor med flödescell säkerställer att varje partikel genomgår samma behandling med hög skjuvning. Tack vare genomloppsprocessen behandlas varje partikel med samma frekvens och intensitet.

Processtips: Ultraljudsblandning under tryck

Trycksättning av ultraljudsreaktorn eller flödescellen intensifierar den akustiska kavitationen. Hielscher Ultrasonics levererar olika typer av flödesceller och reaktorer som enkelt kan trycksättas upp till 5 barg. Specialanpassade ultraljudsreaktorer klarar ännu högre tryck på upp till 300barg.

Ultraljudets avluftande effekter

Bladomrörare och konventionella högskjuvande blandare tillför stora volymer gasbubblor till blandningen, vilket är en stor nackdel. Avluftning av den färdiga tandkrämsblandningen kräver ett ytterligare processteg som är tids- och energikrävande. Vid ultraljudsblandning är inneslutningen av luftbubblor i allmänhet mycket liten jämfört med vid användning av konventionella tankomrörare och högskjuvande blandare. Användningen av en ultraljudsreaktor med flödescell förhindrar att oönskade gasbubblor blandas in i onödan, eftersom blandningen matas från uppsamlingstanken med ett jämnt flöde i ett slutet system. I ett ultraljudssystem med flödescell matas pastablandningen under kontinuerligt tryck in i ultraljudets kavitationszon. Ultraljudssystemet med genomflöde förhindrar oönskad inneslutning 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 ytan och förflyktigas.
Läs mer om avluftning och avgasning med ultraljud!

Fördelarna med högpresterande ultraljudsblandare

Högskjuvande ultraljudsblandare skapar intensiva skjuvkrafter som har den inverkan som krävs på partiklar såsom fasta ämnen, droppar, kristaller och fibrer för att bryta ned dem till en målstorlek som kan ligga inom mikro- eller nanoområdet. Högskjuvande ultraljudsblandare för inlinebearbetning hanterar enkelt höga viskositeter och höga fastämneshalter och är idealiska för bearbetning av pastaprodukter såsom tandkrämer, tandrengöringsmedel och geler. De akustiska skjuvkrafterna säkerställer en grundlig vätning av pulveringredienserna och blandar in dem jämnt till en homogen pasta.
Beroende på partiklarnas hårdhet och sprödhet kan ultraljudsprocessens parametrar justeras exakt för att uppnå det önskade blandningsresultatet. Jämfört med alternativa blandningsmetoder såsom högskjuvande bladomrörare, högtryckshomogenisatorer, kolloidkvarnar / pärlkvarnar, axelblandare med mera erbjuder högskjuvande ultraljudsblandare stora fördelar, såsom problemfri hantering av slipmedel och höga fastämneshalter, enkel och säker drift, lågt underhållsbehov och robusthet.

Satsvis och inline

Hielscher Ultrasonics högpresterande blandare kan användas för satsvis bearbetning och inlinebearbetning. Beroende på din processvolym och kapacitet per timme kan inlinebearbetning rekommenderas. Medan satsvis bearbetning kräver mer tid och arbete är en kontinuerlig inlineblandningsprocess effektivare, snabbare och kräver betydligt mindre arbete.

Ultraljudsblandare för varje produktionskapacitet

Hielscher Ultrasonics produktsortiment täcker hela spektrumet av ultraljudsprocessorer, från kompakta ultraljudsapparater för laboratorier via bänkmodeller och pilotsystem till helt industriella ultraljudsprocessorer med kapacitet att bearbeta lastbilslaster per timme. Det kompletta produktsortimentet gör att vi kan erbjuda dig den ultraljudsskjuvblandare som är bäst lämpad för din processkapacitet och dina mål.
Uppskalningen från en mindre ultraljudsblandare till högre bearbetningskapaciteter är mycket enkel, eftersom ultraljudsblandningsprocessen kan skalas upp helt linjärt utifrån dina etablerade processparametrar. Uppskalning kan göras antingen genom att installera en kraftfullare ultraljudsblandare eller genom att koppla samman flera ultraljudsapparater parallellt.

Höga amplituder för hög blandningseffektivitet

Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt upprätthållas kontinuerligt vid drift dygnet runt, sju dagar i veckan. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder tillgängliga. Robustheten hos Hielschers ultraljudsutrustning möjliggör drift dygnet runt, sju dagar i veckan, vid hög belastning och i krävande miljöer.

Enkel, riskfri provning

Ultraljudsprocesser kan skalas upp helt linjärt. Det innebär att varje resultat som du har uppnått med en ultraljudsapparat för laboratoriebruk eller en bänkmodell kan skalas upp till exakt samma resultat med exakt samma processparametrar. Detta gör ultraljudsbehandling idealisk för produktutveckling och efterföljande implementering i kommersiell tillverkning.

Högsta kvalitet – konstruerade och tillverkade i Tyskland

Som ett familjeägt och familjedrivet företag prioriterar Hielscher de högsta kvalitetsstandarderna för sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater konstrueras, tillverkas och testas grundligt vid vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin i Tyskland. Robustheten och tillförlitligheten hos Hielschers ultraljudsutrustning gör den till en arbetshäst i din produktion. Drift dygnet runt, sju dagar i veckan, under full belastning och i krävande miljöer är en naturlig egenskap hos Hielschers högpresterande blandare.

Du kan köpa Hielschers ultraljudsblandare med hög skjuvning i alla olika storlekar och exakt konfigurerade efter dina processkrav. Från behandling av vätskor i en liten laboratoriebägare till kontinuerlig genomströmningsblandning av suspensioner och pastor i industriell skala erbjuder Hielscher Ultrasonics en lämplig blandare med hög skjuvning för dig! Kontakta oss gärna – vi rekommenderar gärna den idealiska ultraljudsblandningskonfigurationen för dig!

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