Máy trộn lực cắt cao dùng trong sản xuất kem đánh răng

Sản xuất kem đánh răng là một quy trình đòi hỏi khắt khe, cần thiết bị trộn có khả năng xử lý các hỗn hợp dạng sệt có độ nhớt cao, nồng độ chất rắn cao và các hạt mài mòn. Máy trộn siêu âm lực cắt cao tạo ra lực cắt cường độ cao giúp làm ướt kỹ bột, đồng nhất hóa đều các huyền phù keo và tạo phân bố kích thước hạt đồng đều. Có sẵn ở quy mô công nghiệp và có khả năng xử lý các dòng vật liệu có lưu lượng lớn, máy trộn siêu âm lực cắt cao là thiết bị chủ lực đáng tin cậy trong sản xuất kem đánh răng!

Sản xuất kem đánh răng

Kem đánh răng, các chế phẩm làm sạch răng và gel gồm bốn thành phần chính là nước, chất mài mòn, florua và chất tẩy rửa. Trong khi hàm lượng nước thường dao động từ 20 đến 45%, chất mài mòn là thành phần chính, chiếm ít nhất 50% công thức kem đánh răng. Các chất mài mòn được sử dụng rộng rãi bao gồm các hạt nhôm hydroxit (Al(OH)₃), canxi cacbonat (CaCO₃), natri cacbonat, các loại canxi hydro photphat, silica ngậm nước, zeolit, mica và hydroxyapatit (Ca₅(PO₄)3OH).
Các công thức kem đánh răng và chế phẩm làm sạch răng thông dụng thường được sản xuất theo các bước dưới đây:
Trước tiên, nước, chất giữ ẩm (ví dụ: sorbitol, glycerin, propylene glycol) và các thành phần lỏng khác được trộn với nhau để tạo thành nền lỏng.
Để kem đánh răng thành phẩm có đặc tính lưu biến và kết cấu nhất định, các chất điều chỉnh lưu biến và chất kết dính được thêm vào nền lỏng. Chất điều chỉnh lưu biến và chất kết dính tạo độ đặc và kết cấu cho kem đánh răng. Các chất kết dính thường được sử dụng bao gồm gôm karaya, bentonit, natri alginat, methylcellulose, carrageenan và magie nhôm silicat. Một số chất điều chỉnh lưu biến cần được trộn trước với thành phần lỏng không chứa nước như glycerin hoặc tinh dầu tạo hương. Ngoài ra, chất điều chỉnh lưu biến có thể được trộn vào các thành phần dạng bột khác để tạo thuận lợi cho quá trình phân tán keo.
Ở bước tiếp theo, các hoạt chất (ví dụ: canxi florua, kẽm clorua, hydroxyapatit), phụ gia tạo vị ngọt và chất bảo quản được trộn vào hỗn hợp.
Sau đó, một huyền phù chứa các hạt mài mòn và / hoặc chất độn được đưa vào hỗn hợp kem đánh răng. Vì chất mài mòn là thành phần chính, được thêm vào với hàm lượng chất rắn cao, nên cần quá trình trộn lực cắt cao mạnh mẽ, đáng tin cậy để hoàn thành công đoạn đòi hỏi khắt khe này.
Tiếp đó, các phụ gia tạo hương vị và tạo màu được thêm vào.
Ở bước trộn cuối cùng, một chất tẩy rửa hoặc chất tạo bọt có vai trò ổn định và cải thiện sự phân bố đồng đều của kem đánh răng trong quá trình chải răng được thêm vào công thức. Chất tẩy rửa và chất tạo bọt được trộn vào hỗn hợp kem đánh răng ở cường độ nhẹ để giảm thiểu sự tạo bọt. Các chất tạo bọt thông dụng là natri lauryl sulfat, natri lauryl sulfoaxetat, dioctyl natri sulfosuccinat, sulfolaurat, natri lauryl sarcosinat, natri stearyl fumarat và natri stearyl lactat.

Một công thức kem đánh răng cơ bản điển hình gồm:

• Nước
• Các hạt mài mòn
• Chất giữ ẩm (ví dụ: sorbitol, glycerin)
• Chất hoạt động bề mặt có tác dụng ổn định
• Chất điều chỉnh lưu biến (chất làm đặc)
• Chất tạo màu
• Chất tạo hương vị
• Chất bảo quản (ví dụ: p-hydrozybenzoate)
• Chất tẩy rửa

Tùy thuộc vào loại sản phẩm kem đánh răng, các hoạt chất khác như chất diệt khuẩn, chất làm trắng, florua, v.v. được thêm vào.

Kem đánh răng tự nhiên, nhãn sạch

Các nhà sản xuất kem đánh răng hữu cơ, tự nhiên bào chế sản phẩm chỉ sử dụng các thành phần được chứng nhận hữu cơ và / hoặc có nguồn gốc tự nhiên. Các thương hiệu kem đánh răng tự nhiên đáp ứng nhu cầu của những người tiêu dùng quan tâm đến sức khỏe, mong muốn tránh các thành phần nhân tạo thường có trong kem đánh răng thông thường. Do nhu cầu ngày càng tăng của người tiêu dùng đối với các sản phẩm nhãn sạch, ngày càng nhiều thương hiệu nhỏ cũng như các thương hiệu lớn nổi tiếng cung cấp kem đánh răng nhãn sạch. Máy trộn siêu âm cũng lý tưởng cho quy mô sản xuất nhỏ và vừa. Là phương pháp trộn phi nhiệt, thuần cơ học, xử lý siêu âm không làm thay đổi các công thức tự nhiên, hữu cơ. Trộn siêu âm tương thích với các thành phần tự nhiên như muối nở, nha đam, dầu khuynh diệp, nhựa một dược, chiết xuất thực vật (ví dụ: chiết xuất xô thơm, bạc hà, dâu tây) và tinh dầu (ví dụ: bạc hà, bạc hà lục, quế).
Đọc thêm về máy trộn cắt siêu âm để sản xuất các sản phẩm làm đẹp nhãn sạch!

Trộn cắt cao bằng siêu âm hoạt động như thế nào?

Máy trộn cắt cao siêu âm sử dụng cùng nguyên lý cơ học với các hệ thống trộn công nghiệp thường dùng khác, ví dụ: máy trộn cánh cắt cao, máy trộn đa trục, máy nghiền keo, máy đồng hóa áp suất cao và máy khuấy cánh. Máy trộn cắt cao siêu âm thường được sử dụng để phân tán và nghiền hạt, nhũ hóa pha dầu và pha nước, làm ướt và hòa tan chất rắn cũng như tạo ra hỗn hợp đồng nhất từ mọi loại chất lỏng và huyền phù. Máy trộn siêu âm truyền lực cắt cao qua đầu dò siêu âm vào bình trộn, chẳng hạn như bồn xử lý theo mẻ hoặc buồng dòng chảy. Đầu dò của máy trộn siêu âm dao động trong chất lỏng ở tần số và biên độ rất cao, qua đó tạo ra các bọt xâm thực siêu âm mạnh trong môi trường. Sự sụp đổ của các bọt xâm thực tạo ra lực cắt mạnh, làm phá vỡ và chia nhỏ các giọt, khối kết tụ, khối kết tập và thậm chí cả các hạt sơ cấp. Do xâm thực siêu âm tạo ra dòng chảy xâm thực tốc độ cao lên đến 1000km/h, các tia chất lỏng do xâm thực tạo ra làm tăng tốc các hạt. Khi các hạt được tăng tốc va chạm với nhau, chúng đóng vai trò là vật liệu nghiền. Do đó, các hạt va chạm vỡ ra và giảm xuống kích thước micromet hoặc nanomet. Trong trường xâm thực siêu âm, áp suất luân phiên nhanh chóng và liên tục giữa chân không và mức lên đến 1000bar. Một máy trộn quay có 4 cánh trộn sẽ cần hoạt động ở tốc độ đáng kinh ngạc là 300.000 RPM để đạt được cùng tần số của các chu kỳ áp suất luân phiên. Máy trộn quay thông thường và máy trộn rôto–stato không tạo ra lượng xâm thực đáng kể do giới hạn về tốc độ.

Trước và sau khi xử lý siêu âm: Đường cong màu xanh lá thể hiện kích thước hạt trước khi xử lý siêu âm, đường cong màu đỏ là phân bố kích thước hạt của silica được phân tán bằng siêu âm.

Trộn kem đánh răng bằng siêu âm

Máy trộn cắt cao siêu âm có thể được sử dụng làm thiết bị xử lý theo mẻ và xử lý liên tục trên đường ống. Đối với vật liệu có độ nhớt cao và xử lý thể tích lớn, nên ưu tiên sử dụng thiết bị phản ứng dạng buồng dòng chảy có thể tăng áp vì thiết bị này cho phép vận hành trong điều kiện xử lý siêu âm được tăng cường (tức là áp suất tăng cường xâm thực). Hơn nữa, bằng cách sử dụng các cấu hình dòng chảy được thiết kế tinh vi như cấu hình xử lý theo lượt đi qua hoặc xử lý rời rạc, toàn bộ hỗn hợp kem đánh răng buộc phải đi qua vùng xâm thực siêu âm trong buồng dòng chảy. Điều này bảo đảm mỗi hạt đều được xử lý như nhau, nhờ đó đạt được sự phân tán và phối trộn có độ đồng đều cao.

Xử lý siêu âm theo lượt đi qua

Ở mỗi bước xử lý, khi một hỗn hợp thành phần mới được thêm vào nền lỏng, hỗn hợp dạng nhão đi từ một bồn qua thiết bị phản ứng siêu âm sang bồn thứ hai. Quy trình cho hỗn hợp đi qua này bảo đảm kết quả trộn có độ tin cậy cao và đồng đều. Trong khi quy trình trộn theo mẻ với lực cắt cao thông thường phải trộn dư mức để bảo đảm tất cả các hạt đều được phân tán, hệ thống buồng dòng chảy siêu âm giúp tiết kiệm thời gian và năng lượng vì thời gian xử lý được giảm xuống mức tối thiểu cần thiết cho mỗi hạt.
Trong quy trình trộn theo mẻ với lực cắt cao thông thường, một số hạt bị xử lý quá mức, trong khi một số hạt không bao giờ đi vào vùng trộn hoạt động. Việc sử dụng thiết bị phản ứng siêu âm dạng buồng dòng chảy bảo đảm mỗi hạt đều được xử lý với lực cắt cao như nhau. Nhờ quy trình cho hỗn hợp đi qua này, mọi hạt đều được xử lý ở cùng tần số và cường độ.

Mẹo xử lý: Trộn bằng siêu âm dưới áp suất

Việc tạo áp suất trong thiết bị phản ứng siêu âm hoặc buồng dòng chảy làm tăng cường hiện tượng xâm thực âm. Hielscher Ultrasonics cung cấp nhiều loại buồng dòng chảy và thiết bị phản ứng có thể dễ dàng được tăng áp lên đến 5 barg. Các thiết bị phản ứng siêu âm được tùy chỉnh có thể chịu được áp suất cao hơn nữa, lên đến 300barg.

Hiệu ứng loại bỏ không khí bằng siêu âm

Máy khuấy cánh và máy trộn lực cắt cao thông thường đưa một lượng lớn bọt khí vào hỗn hợp, đây là một nhược điểm lớn. Việc loại bỏ không khí khỏi hỗn hợp kem đánh răng cuối cùng đòi hỏi thêm một bước xử lý, gây tốn thời gian và năng lượng. Trong quá trình trộn bằng siêu âm, mức độ cuốn bọt không khí vào hỗn hợp nhìn chung rất thấp so với máy khuấy bồn và máy trộn lực cắt cao thông thường. Việc sử dụng thiết bị phản ứng siêu âm dạng buồng dòng chảy ngăn các bọt khí không mong muốn bị đưa vào hỗn hợp một cách không cần thiết, vì hỗn hợp được cấp từ bồn chứa với dòng chảy ổn định trong một hệ thống kín. Trong hệ thống buồng dòng chảy siêu âm, hỗn hợp dạng nhão được cấp vào vùng xâm thực siêu âm dưới áp suất liên tục. Hệ thống siêu âm dòng chảy ngăn khí bị cuốn vào ngoài ý muốn trong quá trình trộn. Hơn nữa, xử lý bằng siêu âm là một kỹ thuật đã được ứng dụng rộng rãi để loại bỏ không khí và khử khí, đồng thời thúc đẩy các bọt không khí hợp lại để chúng có thể nổi lên bề mặt và bay hơi.
Đọc thêm về loại bỏ không khí và khử khí bằng siêu âm!

Ưu điểm của máy trộn siêu âm hiệu suất cao

Máy trộn siêu âm lực cắt cao tạo ra lực cắt mạnh, tác động lên các hạt như hạt rắn, giọt lỏng, tinh thể và sợi ở mức cần thiết để phá vỡ chúng xuống kích thước mục tiêu, có thể nằm trong phạm vi micromet hoặc nanomet. Dễ dàng xử lý vật liệu có độ nhớt cao và hàm lượng chất rắn cao, máy trộn siêu âm lực cắt cao trên dòng chảy là lựa chọn lý tưởng để xử lý các sản phẩm dạng nhão như kem đánh răng, chất làm sạch răng và gel. Lực cắt âm làm ướt kỹ các thành phần dạng bột và trộn đều chúng thành một hỗn hợp nhão đồng nhất.
Tùy thuộc vào độ cứng và độ giòn của hạt, các thông số của quá trình siêu âm có thể được điều chỉnh chính xác để đạt kết quả trộn mong muốn. Khi so sánh với các phương pháp trộn khác như máy khuấy cánh lực cắt cao, máy đồng nhất áp suất cao, máy nghiền keo / nghiền bi, máy trộn trục, v.v., máy trộn siêu âm lực cắt cao mang lại những ưu điểm lớn như xử lý chất mài mòn và hỗn hợp có hàm lượng chất rắn cao mà không gặp trở ngại, vận hành dễ dàng và an toàn, ít cần bảo trì và có độ bền cao.

Theo mẻ và trên dòng chảy

Các máy trộn hiệu suất cao của Hielscher Ultrasonics có thể được sử dụng để xử lý theo mẻ và xử lý liên tục trên đường ống. Tùy thuộc vào thể tích xử lý và năng suất xử lý mỗi giờ của bạn, phương pháp xử lý liên tục trên đường ống có thể được khuyến nghị. Trong khi xử lý theo mẻ tốn nhiều thời gian và nhân công hơn, quy trình trộn liên tục trên đường ống hiệu quả hơn, nhanh hơn và cần ít nhân công hơn đáng kể.

Máy trộn siêu âm cho mọi năng suất sản xuất

Danh mục sản phẩm của Hielscher Ultrasonics bao quát đầy đủ các thiết bị xử lý siêu âm, từ thiết bị siêu âm nhỏ gọn dùng trong phòng thí nghiệm, các hệ thống để bàn và thí điểm, đến thiết bị xử lý siêu âm hoàn toàn ở quy mô công nghiệp với khả năng xử lý hàng xe tải vật liệu mỗi giờ. Danh mục sản phẩm đầy đủ cho phép chúng tôi cung cấp cho bạn máy trộn siêu âm tạo lực cắt phù hợp nhất với năng suất và mục tiêu xử lý của bạn.
Việc mở rộng quy mô từ một máy trộn siêu âm nhỏ hơn lên năng suất xử lý cao hơn rất đơn giản vì quy trình trộn siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính từ các thông số quy trình đã được thiết lập của bạn. Có thể mở rộng quy mô bằng cách lắp đặt một máy trộn siêu âm công suất lớn hơn hoặc kết hợp nhiều thiết bị siêu âm vận hành song song.

Biên độ cao cho hiệu quả trộn cao

Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể cung cấp biên độ rất cao. Có thể dễ dàng duy trì liên tục biên độ lên đến 200µm khi vận hành 24/7. Đối với biên độ cao hơn nữa, có sẵn các đầu khuếch đại siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ tải nặng và trong môi trường khắc nghiệt.

Thử nghiệm dễ dàng, không rủi ro

Các quy trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính. Điều này có nghĩa là mọi kết quả bạn đạt được khi sử dụng thiết bị siêu âm trong phòng thí nghiệm hoặc loại để bàn đều có thể được tái tạo ở quy mô lớn hơn với kết quả đầu ra giống hệt, sử dụng chính xác các thông số quy trình tương tự. Điều này khiến xử lý siêu âm trở thành phương pháp lý tưởng để phát triển sản phẩm và sau đó triển khai vào sản xuất thương mại.

Chất lượng cao nhất – Được thiết kế và sản xuất tại Đức

Là doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho thiết bị xử lý siêu âm của mình. Tất cả thiết bị siêu âm đều được thiết kế, sản xuất và kiểm tra kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm Hielscher khiến chúng trở thành thiết bị chủ lực bền bỉ trong hoạt động sản xuất của bạn. Khả năng vận hành 24/7 ở mức toàn tải và trong môi trường khắc nghiệt là đặc tính vốn có của các máy trộn hiệu suất cao của Hielscher.

Bạn có thể mua máy trộn siêu âm tạo lực cắt cao của Hielscher với nhiều kích cỡ khác nhau và được cấu hình chính xác theo yêu cầu quy trình của bạn. Từ xử lý chất lỏng trong cốc nhỏ ở phòng thí nghiệm đến trộn huyền phù và hỗn hợp sệt theo dòng chảy liên tục ở quy mô công nghiệp, Hielscher Ultrasonics đều có máy trộn tạo lực cắt cao phù hợp cho bạn! Hãy liên hệ với chúng tôi – chúng tôi rất sẵn lòng tư vấn cấu hình máy trộn siêu âm lý tưởng cho bạn!

Bảng dưới đây cho biết năng suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: