Високозсувні змішувачі для виробництва зубної пасти

Виробництво зубної пасти – це складний процес, який вимагає обладнання для змішування, здатного обробляти в’язкі пасти, висококонцентровані суспензії твердих речовин та абразивні частинки. Ультразвукові високозсувні змішувачі забезпечують високі зсувні сили, які гарантують ретельне змочування порошків, однорідну гомогенізацію колоїдних суспензій та рівномірний розподіл частинок за розміром. Доступні в промисловому масштабі та здатні обробляти великі потоки рідини, ультразвукові високозсувні змішувачі є вашим надійним помічником у виробництві зубної пасти!

Виробництво зубної пасти

Зубні пасти, дентифріки та гелі складаються з чотирьох основних компонентів: води, абразивів, фторидів та детергентів. Хоча вміст води переважно коливається від 20 до 45%, абразиви є основними компонентами, що становлять щонайменше 50% рецептури зубної пасти. Широко використовувані абразиви включають частинки гідроксиду алюмінію (Al(OH)₃), карбонату кальцію (CaCO₃), карбонату натрію, різноманітні гідрофосфати кальцію, гідратовані силікати, цеоліти, слюду та гідроксиапатит (Ca₅(PO₄)3OH).
Типові рецептури зубних паст та дентифріків зазвичай виготовляються за наведеними нижче етапами:
Спочатку вода, зволожувач (наприклад, сорбіт, гліцерин, пропіленгліколь) та інші рідкі інгредієнти змішуються разом, щоб отримати рідку основу.
Для досягнення певної реології та текстури кінцевої зубної пасти до рідкої основи додаються модифікатори реології та зв’язувальні речовини. Модифікатори реології та зв’язувальні речовини надають зубній пасті густоту та текстуру. До поширених зв’язувальних речовин належать камедь карая, бентоніт, альгінат натрію, метилцелюлоза, каррагенан та силікат магнію-алюмінію. Деякі модифікатори реології потребують попереднього змішування з неводними рідкими інгредієнтами, такими як гліцерин або ефірні олії для ароматизації. Альтернативно, модифікатор реології можна змішати з іншими порошкоподібними інгредієнтами, щоб полегшити колоїдне диспергування.
На наступному етапі активні інгредієнти (наприклад, фторид кальцію, хлорид цинку, гідроксиапатит), підсолоджувальні ароматизатори та консерванти змішуються з сумішшю.
Потім суспензія, що містить абразивні частинки та/або наповнювачі, вводиться в суміш зубної пасти. Оскільки абразиви є основним інгредієнтом, який додається у високій концентрації твердих речовин, для виконання цього складного завдання потрібне потужне, надійне високозсувне змішування.
Після цього додаються ароматизатори та барвники.
На фінальному етапі змішування до рецептури додається детергент або піноутворювач (засіб для піни), який діє як стабілізатор і покращує рівномірний розподіл зубної пасти під час чищення зубів. Детергент та піноутворювач змішуються з сумішшю зубної пасти при помірній інтенсивності, щоб мінімізувати піноутворення. До поширених піноутворювачів належать лаурилсульфат натрію, лаурилсульфоацетат натрію, діоктилсульфосукцинат натрію, суфолорат, саркозинат лаурилу натрію, фумарат стеарилу натрію та лактат стеарилу натрію.

Типова базова рецептура зубної пасти складається з:

• Вода
• Абразивні частинки
• Зволожувачі (наприклад, сорбіт, гліцерин)
• Стабілізуючі поверхнево-активні речовини
• Модифікатори реології (загусники)
• Барвники
• Ароматизатори
• Консерванти (наприклад, p-hydrozybenzoate)
• Детергент

Залежно від типу продукту зубної пасти додаються інші активні інгредієнти, такі як бактерициди, відбілювачі, фториди тощо.

Натуральні зубні пасти з чистим складом

Виробники органічних, натуральних зубних паст виготовляють продукти, використовуючи лише органічно сертифіковані та/або натуральні інгредієнти. Натуральні бренди зубних паст задовольняють попит споживачів, які дбають про здоров’я і бажають уникати штучних інгредієнтів, що зазвичай містяться у звичайних зубних пастах. Через зростаючий попит споживачів на продукти з чистим складом все більше менших, а також великих відомих брендів пропонують зубні пасти з чистим складом. Ультразвукові змішувачі також ідеально підходять для виробництва малих і середніх масштабів. Як нетермічний, суто механічний метод змішування, ультразвукова обробка не змінює натуральні, органічні формули. Ультразвукове змішування сумісне з натуральними інгредієнтами, такими як харчова сода, алое вера, олія евкаліпту, мірра, рослинні екстракти (наприклад, шавлії, м’яти, полуничний екстракт) та ефірні олії (наприклад, м’яти, перцевої м’яти, кориці).
Дізнайтеся більше про ультразвукові зсувні змішувачі для виробництва косметичних продуктів з чистим складом!

Як працює високозсувне змішування за допомогою ультразвуку?

Ультразвукові високозсувні змішувачі використовують той самий механічний принцип, що й інші поширені промислові системи змішування, наприклад, високозсувні лопатеві змішувачі, багатовальні змішувачі, колоїдні млини, гомогенізатори високого тиску та лопатеві агітатори. Ультразвукові високозсувні змішувачі часто використовуються для диспергування та подрібнення частинок, емульгування олії та водних фаз, змочування та розчинення твердих речовин, а також для отримання однорідних сумішей будь-яких рідин та суспензій. Ультразвукові змішувачі передають високозсувні сили через ультразвуковий зонд у ємність для змішування, таку як резервуар для партійного змішування або проточна комірка. Зонд ультразвукового змішувача коливається в рідині з дуже високою частотою та амплітудою, створюючи при цьому інтенсивні ультразвукові кавітаційні бульбашки в середовищі. Колапс кавітаційних бульбашок призводить до потужних зсувних сил, які руйнують та розбивають краплі, агломерати, агрегати та навіть первинні частинки. Оскільки ультразвукова кавітація генерує кавітаційний потік із швидкістю до 1000km/h, кавітаційні рідинні струмені прискорюють частинки. Коли прискорені частинки стикаються одна з одною, вони діють як подрібнювальне середовище. Внаслідок цього стикаються частинки розколюються та зменшуються до мікро- або нанорозміру. У полі ультразвукової кавітації тиск швидко та повторно змінюється від вакууму до 1000bar. Роторному змішувачу з 4 лопатями знадобилося б працювати на вражаючих 300 000 RPM, щоб досягти такої ж частоти циклів зміни тиску. Звичайні роторні змішувачі та роторно-статорні змішувачі не створюють значної кількості кавітації через обмеження швидкості.

До та після ультразвукової обробки: зелена крива показує розмір частинок до ультразвукової обробки, червона крива – розподіл розмірів частинок ультразвуково диспергованого діоксиду кремнію.

Ультразвукове змішування зубних паст

Ультразвукові високозсувні змішувачі можна використовувати як для партійного, так і для безперервного потокового оброблення. Для висок’язких матеріалів та обробки великих об’ємів перевагу надають використанню проточної комірки-реактора, що витримує тиск, оскільки це дозволяє працювати в умовах інтенсифікованої ультразвукової обробки (тобто тиск інтенсифікує кавітацію). Крім того, використовуючи складні схеми потоку, такі як наскрізна або дискретна конфігурація процесу, повна суміш зубної пасти примусово проходить через ультразвукову кавітаційну зону в проточній комірці. Це гарантує, що кожна частинка отримує однакову обробку, щоб досягти високооднорідного диспергування та змішування.

Ультразвукове наскрізне оброблення

Для кожного етапу процесу, коли до рідкої основи додається нова суміш інгредієнтів, пастоподібна суміш проходить з одного резервуара через ультразвуковий реактор у другий резервуар. Цей процес проходження забезпечує надзвичайно надійний та однорідний результат змішування. Хоча під час conventional high-shear batch mixing (традиційного змішування партій за допомогою високого зсуву) необхідно застосовувати надмірне змішування, щоб забезпечити диспергування всіх частинок, конфігурація з ультразвуковою проточною коміркою є економною з точки зору часу та енергії, оскільки час обробки зводиться до мінімальної обробки на одну частинку.
При традиційному змішуванні партій за допомогою високого зсуву деякі частинки піддаються надмірній обробці, тоді як деякі частинки ніколи не потрапляють у активну зону змішування. Використання ультразвукового реактора з проточною коміркою гарантує, що кожна частинка зазнає однакової обробки високим зсувом. Завдяки процесу проходження кожна частинка обробляється на одній і тій самій частоті та інтенсивності.

Порада щодо обробки: ультразвукове змішування під тиском

Застосування тиску до ультразвукового реактора або проточної комірки інтенсифікує акустичну кавітацію. Hielscher Ultrasonics постачає різні типи проточних комірок та реакторів, які можна легко стиснути до 5 barg. Індивідуально налаштовані ультразвукові реактори можуть витримувати навіть вищі тиски до 300barg.

Ефекти ультразвукового деаерування

Лопатеві агітатори та традиційні змішувачі високого зсуву вносять у суміш велику кількість газових бульбашок, що є суттєвим недоліком. Деаерування кінцевої пастоподібної суміші вимагає додаткового етапу обробки, який є тривалим та енергоємним. Під час ультразвукового змішування захоплення повітряних бульбашок зазвичай дуже низьке порівняно з традиційними резервуарними агітаторами та змішувачами високого зсуву. Використання ультразвукового реактора з проточною коміркою запобігає непотрібному включенню небажаних газових бульбашок, оскільки суміш подається з буферного резервуара стабільним потоком у замкненій системі. У конфігурації з ультразвуковою проточною коміркою пастоподібна суміш подається під постійним тиском у зону ультразвукової кавітації. Проточна ультразвукова конфігурація запобігає небажаному захопленню газу під час процесу змішування. Крім того, sonication (ультразвукова обробка) є добре зарекомендованою технікою деаерування та дегазації та сприяє коалесценції повітряних бульбашок, щоб вони могли піднятися наверх і випаруватися.
Докладніше про ультразвукове деаерування та дегазацію!

Переваги високоефективних ультразвукових змішувачів

Ультразвукові змішувачі високого зсуву створюють інтенсивні зсувні сили, які чинять необхідний вплив на частинки, такі як тверді речовини, краплі, кристали та волокна, щоб розбити їх до цільового розміру, який може бути в мікронному або нанодіапазоні. Легко справляючись з високою в’язкістю та високим навантаженням твердих речовин, ультразвукові змішувачі високого зсуву в лінії є ідеальними для обробки пастоподібних продуктів, таких як зубні пасти, дентифриці та гелі. Акустичні зсувні сили досягають ретельного змочування порошкових інгредієнтів та однорідно змішують їх у гомогенну пасту.
Залежно від твердості та крихкості частинок параметри ультразвукового процесу можна точно налаштувати для досягнення бажаного результату змішування. У порівнянні з альтернативними методами змішування, такими як лопатеві агітатори високого зсуву, гомогенізатори високого тиску, колоїдні/кулькові млини, валкові змішувачі тощо, ультразвукові змішувачі високого зсуву пропонують суттєві переваги, такі як безпроблемна обробка абразивних матеріалів та високих навантажень твердих речовин, легка та безпечна експлуатація, низьке обслуговування та надійність.

Партійне та потокове (в лінії)

Високоефективні змішувачі Hielscher Ultrasonics можна використовувати для партійної та потокової обробки. Залежно від обсягу вашого процесу та годинної продуктивності, може бути рекомендована потокова обробка. Хоча партійне змішування є більш трудомістким і тривалим, безперервний потоковий процес змішування є більш ефективним, швидшим і вимагає значно менше праці.

Ультразвукові змішувачі для будь-якої потужності продукту

Асортимент продукції Hielscher Ultrasonics охоплює весь спектр ультразвукових процесорів від компактних лабораторних ультразвукових гомогенізаторів через настільні та пілотні системи до повністю промислових ультразвукових процесорів із потужністю обробки вантажівок на годину. Повний асортимент продукції дозволяє нам запропонувати вам найбільш підходящий ультразвуковий високозсувний змішувач для потужності та цілей вашого процесу.
Масштабування від меншого ультразвукового змішувача до вищих потужностей обробки є дуже простим, оскільки процес ультразвукового змішування може бути повністю лінійно масштабований від ваших встановлених параметрів процесу. Збільшення потужності можна здійснити, встановивши більш потужний блок ультразвукового змішувача або сформувавши кластер із кількох ультразвукових гомогенізаторів, що працюють паралельно.

Високі амплітуди для високої ефективності змішування

Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати в режимі безперервної роботи 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Надійність обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах та у складних середовищах.

Легке та безризикове тестування

Ультразвукові процеси можна повністю лінійно масштабувати. Це означає, що будь-який результат, якого ви досягли, використовуючи лабораторний або настільний ультразвуковий гомогенізатор, можна масштабувати до точно такого ж виходу, використовуючи точно такі ж параметри процесу. Це робить ультразвукову обробку ідеальною для розробки продукту та подальшої реалізації в комерційному виробництві.

Найвища якість – розроблено та виготовлено в Німеччині

Як сімейний бізнес, Hielscher надає пріоритетне значення найвищим стандартам якості для своїх ультразвукових процесорів. Усі ультразвукові гомогенізатори розробляються, виготовляються та ретельно тестуються в нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Надійність та стабільність роботи ультразвукового обладнання Hielscher роблять його «робочою конячкою» у вашому виробництві. Робота 24/7 під повним навантаженням та у складних середовищах є природною характеристикою високоефективних змішувачів Hielscher.

Ви можете придбати ультразвукові високозсувні змішувачі Hielscher будь-якого розміру та точно налаштовані відповідно до вимог вашого процесу. Від обробки рідин у невеликій лабораторній склянці до безперервного потокового змішування суспензій та паст на промисловому рівні – Hielscher Ultrasonics пропонує відповідний високозсувний змішувач для вас! Будь ласка, зв’яжіться з нами – ми будемо раді порекомендувати вам ідеальну конфігурацію ультразвукового змішувача!

Нижче наведена таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки наших ультразвукових гомогенізаторів: