دستگاه مخلوط‌کن هموژنایزر خلاء: کاربرد در امولسیفیکاسیون آرایشی

درک میکسر هموژنایزر خلأ: اجزا و یکپارچه‌سازی سیستم

میکسر هموژنایزر خلأ چیست و چگونه کار می‌کند

میکسرهای هموژنایزر خلأ با ترکیب همزدن برشی بالا و فناوری خلأ، امولسیون‌های پایداری را برای تولید محصولات آرایشی ایجاد می‌کنند. هنگامی که دستگاه روشن می‌شود، ابتدا تمام هوای محفظه اختلاط را خارج می‌کند. این کار به جلوگیری از اکسیداسیون کمک می‌کند و حباب‌های ناخواسته‌ای که در حین تشکیل امولسیون ایجاد می‌شوند را از بین می‌برد. در داخل محفظه، تیغه‌های روتور-استاتور خاصی با سرعت حدود ۳۰۰۰ دور در دقیقه می‌چرخند. این قطعات دوار نیروهای بسیار قوی ایجاد می‌کنند که قطرات را به ذرات ریزی به اندازه ۱ تا ۵ میکرون تجزیه می‌کنند. نتیجه چیست؟ بافتی بسیار نرم و یکنواخت در سراسر محصول. تولیدکنندگان از این ویژگی استقبال می‌کنند، زیرا این روش اطمینان حاکم است که مواد به طور یکنواخت مخلوط شوند؛ روغن، آب و تمامی مواد مؤثر گران‌قیمت به درستی توزیع شده و در حین فرآیند تولید، اثربخشی خود را از دست نمی‌دهند.

ویژگی‌ها و اجزای کلیدی دستگاه‌های میکسر هموژنایزر خلأ

میکسرهای مدرن هموژنایزر خلأ شامل چهار جزء ضروری می‌باشند:

1. A محفظه خلأ از جنس فولاد ضدزنگ طراحی‌شده برای مقاومت در برابر خوردگی و انطباق با استانداردهای بهداشتی.
2. A هموژنایزر روتور-استاتور با برش بالا با قابلیت کاهش ذرات در سطح میکرون
3. A پمپ خلاء که فشار را در حد ≤ 0.08 مگاپاسکال حفظ می‌کند تا پردازش بدون حباب تضمین شود.
4. جفت‌های گرمایش/سرمایش با قابلیت کنترل دما ±1 درجه سانتی‌گراد برای مدیریت دقیق فاز

این ویژگی‌ها امکان پردازش در سیستم بسته را فراهم می‌کنند و ضمن انطباق با الزامات تنظیمی سخت‌گیرانه، خطر آلودگی را نسبت به سیستم‌های باز (در هوای آزاد) تا 85٪ کاهش می‌دهند (پارکر، 2023).

انواع مخلوط‌کن‌های امولسیون‌کننده خلاء: هموژنایزرهای بالا vs پایین

هموژنایزرهای خلاء بر اساس محل قرارگیری هموژنایزر طبقه‌بندی می‌شوند:

سیستم‌های نصب‌شده از بالا برای محصولات کم‌ویسکوزیته ایده‌آل هستند و اختلاط کارآمد در سطح را فراهم می‌کنند. مدل‌های نصب‌شده از پایین از لایه‌بندی مواد در فرمولاسیون‌های غلیظ جلوگیری کرده و همگن‌سازی کامل در تمام دسته‌های پروریسکوزیته را تضمین می‌کنند.

ادغام گرمایش، خنک‌سازی، خلاء و همگن‌سازی در یک سیستم

دستگاه‌های پیشرفته مخلوط‌کننده خلاءدار با همگن‌سازی، کنترل دما، حذف هوا با خلاء و اختلاط برشی بالا را از طریق کنترل‌کننده‌های منطقی برنامه‌ریزی‌شده (PLC) یکپارچه می‌کنند. در طول تولید امولسیون، سیستم می‌تواند:

• اجزاء را تا 70°C گرم کند تا واکس‌ها ذوب شوند
• خلأ اعمال کند تا 99.7% هوای به دام افتاده را حذف کند
• همگن‌سازی با سرعت نوک 15 متر بر ثانیه به مدت 8 دقیقه
• سرد کردن تا 25 درجه سانتی‌گراد با نرخ کنترل‌شده 2 درجه سانتی‌گراد در دقیقه

این رویکرد یکپارچه زمان فرآوری را نسبت به روش‌های سنتی چندمرحله‌ای 40٪ کاهش می‌دهد و سازگاری بین نوبت‌های تولید را بهبود می‌بخشد (مجله علمی آرایشی 2023).

نقش دستگاه‌های همزن همگن‌کننده خلاء در فرآیندهای امولسیفیکاسیون آرایشی

فرآیند امولسیفیکاسیون در تولید محصولات آرایشی: مروری گام‌به‌گام

ایمولسیفیکاسیون نقش حیاتی در تولید امروزی محصولات آرایشی و بهداشتی دارد، به‌ویژه هنگامی که بخواهیم ترکیبات سرسخت روغنی و آبی را به محصولات پایداری مانند کرم‌ها و لوسیون‌ها تبدیل کنیم. تولیدکنندگان معمولاً با گرم کردن هر دو مواد به دمای حدود ۶۵ تا ۷۵ درجه سانتی‌گراد شروع می‌کنند و سپس از تکنیک‌های اختلاط خلاء برای حذف حباب‌های هوا استفاده می‌کنند. تیغه‌های خاص با سرعت بالا که با سرعتی بین ۳۰۰۰ تا ۶۰۰۰ دور در دقیقه می‌چرخند، قطرات روغن را به اندازه‌ای کمتر از ۱۰ میکرون تجزیه می‌کنند. در عین حال، نگه‌داشتن سیستم در فشار خلاء زیر ۰٫۰۸ مگاپاسکال از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند که می‌تواند مواد حساسی مانند ترکیبات رتینول را تخریب کند. طبق تحقیقات بازار منتشر شده در سال گذشته، این مراحل تفاوت عمده‌ای در پایداری و اثربخشی محصول ایجاد می‌کنند.

اختلاط برشی بالا در صنعت آرایشی: دستیابی به پراکندگی ریز قطرات

میکسرهای هموژنایزر خلاء با استفاده از مکانیسم‌های روتور-استاتور کار می‌کنند و قطراتی به اندازه بین ۱ تا ۵ میکرون تولید می‌کنند که حدود ۷۵ درصد کوچک‌تر از آنچه میکسرهای معمولی تولید می‌کنند است. این میکروامولسیون‌ها به‌طور قابل توجهی جذب مواد از طریق پوست در محصولات آرایشی را افزایش می‌دهند. تحقیقات منتشر شده در مجله علمی آرایشی در سال ۲۰۲۳ نشان داد که فرمول‌های پردازش‌شده در خلاء تقریباً پس از شش ماه قرار گرفتن روی قفسه‌ها، همچنان پایداری حدود ۹۸ درصدی دارند. این مقدار بسیار بهتر از سیستم‌های معمولی جوی است که در همان بازه زمانی تنها به حدود ۸۲ درصد پایداری دست می‌یابند. برای تولیدکنندگانی که به دنبال بهبود دوام و اثربخشی محصولات خود هستند، این تفاوت اهمیت زیادی دارد.

چگونه میکسرهای امولسیون‌کننده خلاء، پایداری امولسیون را افزایش می‌دهند

وقتی هوا در حین فرآیند اختلاع خارج می‌شود، این سیستم‌ها به‌طور قابل توجهی مشکلات جدایی فاز را کاهش می‌دهند—در واقع حدود ۴۰ درصد کمتر، بسته به شرایط. این موضوع بیشتر برای محصولات غلیظ‌تری مانند سرم‌ها و کرم‌های مرطوب‌کننده غنی که همه ما دوست داریم، اهمیت دارد. نکته مثبت دیگر این است که فرآیند در محیط دربسته، میکروب‌ها را دور نگه می‌دارد و این روش را برای محصولاتی که نمی‌خواهند مواد نگهدارنده اضافه شود، بسیار مناسب می‌کند. صنعت هم چیز جالبی متوجه شده است: لوسیون‌های تولیدشده با فرآیند خلاء عمری حدود ۳۰ درصد طولانی‌تر دارند قبل از اینکه فاسد شوند، احتمالاً به این دلیل که اکسیداسیون چربی‌های موجود در فرمولاسیون در طول زمان کمتر اتفاق می‌افتد.

اصول کار هموژنیزاسیون خلاء با برش بالا در صنعت آرایشی و بهداشتی

توضیح اصول کار میکسر امولسیون‌کننده خلاء

هوموژنایزرهای خلأ با ترکیبی از نیروی مکانیکی و فشار خلأ، کار خود را انجام می‌دهند و به همین دلیل امولسیون‌های بسیار پایدار آرایشی مورد علاقه ما به دست می‌آیند. این فرآیند با خارج کردن هوا از محفظه اختلاط شروع می‌شود که از اکسیداسیون مواد تشکیل‌دهنده جلوگیری کرده و در طول تولید از ایجاد کف نامطلوب جلوگیری می‌کند. بعد از آن چه اتفاقی می‌افتد؟ یک روتور در حال چرخش به سمت یک استاتور ثابت برخورد می‌کند و نیروهای برشی ایجاد می‌کند که می‌توانند به سرعتی بالاتر از ۱۵ متر بر ثانیه برسند. این عملکرد در عمل ذرات بزرگ را تا جایی خرد می‌کند که به قطرات ریزی با اندازه ۲ تا ۵ میکرون تبدیل شوند. وقتی تولیدکنندگان این دو مرحله — حذف خلأ و اختلاط شدید — را ترکیب می‌کنند، به نتایج شگفت‌انگیزی دست می‌یابند. بیشتر آزمایشگاه‌ها طبق آزمایش‌های منتشر شده در سال گذشته در مجلات مهندسی آرایشی، حدود ۹۸٪ پایداری در محصولات نهایی خود گزارش کرده‌اند. این سطح از یکنواختی و ثبات، در فرمول‌بندی محصولات مراقبت از پوست درجه‌یک، تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند.

همزنی پرسرعت برای تولید امولسیون‌های پایدار در فرمولاسیون‌های آرایشی

هموژنایزرهای برش بالا با اعمال تنش کنترل‌شده (معمولاً ۱۰٬۰۰۰ تا ۳۰٬۰۰۰ دور در دقیقه) به کاهش کشش بین‌وجهی بین فازهای روغن و آب می‌پردازند و پراکنش‌های یکنواختی تولید می‌کنند که در برابر جدایش تا ۱۸ تا ۲۴ ماه مقاوم هستند. داده‌ها نشان می‌دهند که این سیستم‌ها قابلیت زیستی مواد مؤثره را نسبت به اختلاط معمولی ۴۰٪ افزایش می‌دهند، که به‌ویژه در فرمول‌بندی‌های حاوی ویتامین C یا رتینول مفید است.

هموژناسیون در محصولات با ویسکوزیته بالا: چالش‌ها و راه‌حل‌ها

فرآوری مواد ویسکوز (>۵۰٬۰۰۰ سنتیپوآسه) چالش‌هایی از جمله ایجاد حرارت (∆T تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد) و پراکنش نامنظم را به همراه دارد. دستگاه‌های هموژنایزر خلا پیشرفته این مشکلات را از طریق موارد زیر برطرف می‌کنند:

• سرعت‌های قابل تنظیم روتور (۵ تا ۲۵ متر/ثانیه) برای انتقال بهینه برش
• دو لایه خنک‌کننده که دما را در محدوده ۲۵±۲ درجه سانتی‌گراد نگه می‌دارند
• مدارهای بازیابی که همگونی ۹۹٪ را در ترکیبات غلیظ مانند ماسک مو فراهم می‌کنند
  با این بهبودها، زمان فرآوری تک‌مرحله‌ای برای مرهم‌ها و محصولات آرایشی مبتنی بر واکس می‌تواند در کمتر از ۴۵ دقیقه کامل شود.

جلوگیری از اکسیداسیون و حباب‌های هوا با فناوری دگازدهی خلاء

حذف گاز در محصولات خمیری و لوسیون با استفاده از خلاء: رفع هوای به دام افتاده

دستگاه‌های اختلاط هموژنایزر خلاء می‌توانند تقریباً تمام هوای محلول در پایه‌های غلیظ را هنگام تهیه امولسیون‌ها حذف کنند. این دستگاه‌ها با حفظ فشار زیر 0.08 مگاپاسکال کار می‌کنند که به بیرون کشیدن حباب‌های ریز گاز قبل از جامد شدن مواد کمک می‌کند. حذف این هواهای به دام افتاده باعث ایجاد حفره‌های ناخواسته در محصول نهایی نمی‌شود و همچنین طبق تحقیقات منتشر شده در مجله علوم آرایشی و بهداشتی در سال 2022، احتمال اکسیداسیون به میزان قابل توجهی کمتر از روش‌های معمول اختلاط است. امروزه تولیدکنندگان معمولاً از سه روش اصلی استفاده می‌کنند: محفظه‌های خلاء نصب‌شده در خط تولید برای فرآیندهای پیوسته، سیستم‌های ناپایا که اپراتورها می‌توانند مدت زمان حضور مواد در داخل آن را کنترل کنند، و تجهیزات تخصصی چندمرحله‌ای که به طور خاص برای کار با سیلیکون‌ها طراحی شده‌اند.

حذف حباب هوا از کرم‌ها و لوسیون‌ها با استفاده از دگازدهی خلاء

آخرین دستگاه‌های اختلاط امولسیون خلأ، فناوری تکانش سه‌بعدی را همراه با تنظیمات قابل تنظیم فشار در بر می‌گیرند تا کرم‌هایی بدون حباب تولید کنند. هنگامی که محصولات خنک می‌شوند، بیشتر اپراتورها خلاء را حدود 0.095- تا تقریباً 0.098- مگاپاسکال تنظیم می‌کنند، زیرا در این حالت هواهای به دام افتاده تمایل دارند به طور طبیعی به سطح بالایی بروند. آنچه این روش را بسیار مؤثر می‌کند، حذف تقریباً ۹۲ درصد از این حباب‌های مزاحم درون مخلوط است. علاوه بر این، این روش مواد حساس را در طول فرآیند دست‌نخورده نگه می‌دارد. این موضوع برای محصولاتی مانند درمان‌های ضد پیری و فرمولاسیون‌های ضد آفتاب بسیار مهم است، جایی که حفظ قدرت مواد اولیه برای عملکرد مناسب آن‌ها در محصول نهایی از اهمیت حیاتی برخوردار است.

سیستم خلأ برای جلوگیری از تشکیل حباب و فرآیند غیرمزه

مدل‌های پیشرفته دارای پمپ‌های خلاء مجهز به فیلتر HEPA هستند که در حین کار، کیفیت هوای اتاق تمیز به رده ISO Class 5 را حفظ می‌کنند. این سد آسهپتیک از ورود میکروارگانیسم‌ها جلوگیری می‌کند و در عین حال اکسیژن را خارج می‌سازد و به ایجاد محیط تولید استریل کمک می‌کند. ادغام همزمان هموژنیزاسیون و حذف هوا فرآیند تولید را ساده‌سازی می‌کند و زمان کلی تولید را نسبت به روش‌های پردازش متوالی ۴۰٪ کاهش می‌دهد.

اطمینان از توزیع یکنواخت مواد اولیه و ثبات محصول

توزیع یکنواخت مواد اولیه در محصولات آرایشی از طریق اختلاط برشی بالا

میکسرهای هموژنایزر خلأ به خوبی در توزیع یکنواخت مواد اولیه در سراسر محصولات عمل می‌کنند. این کار را با استفاده از نیروهای برشی بالا، که می‌تواند به حدود ۳۰۰۰ دور بر دقیقه برسد، همراه با فناوری حذف هوا به وسیله خلأ انجام می‌دهند. آنچه این دستگاه‌ها را خاص می‌کند، شکستن ذرات به اندازه میکرون‌های بسیار کوچک و در عین حال حذف کردن حباب‌های هوا است که باعث مشکلات بافتی در محصول نهایی می‌شوند. وقتی مواد فعال مانند اسید هیالورونیک یا انواع امولسیون‌کننده‌ها به درستی مخلوط شوند، دیگر خطر ایجاد نقاط داغ ناخوشایندی که در آن غلظت در مناطق خاصی بیش از حد زیاد می‌شود، وجود ندارد. و نکته جالب اینجاست: سنسورهای ویسکوزیته خطی و لحظه‌ای به طور مداوم کیفیت فرآیند اختلاط را بررسی می‌کنند. این بدین معناست که تولیدکنندگان می‌توانند اطمینان داشته باشند دسته‌های تولیدی آن‌ها در محدوده باریکی با تنوع تنها ±۲٪ در ثبات از یک دسته به دسته دیگر باقی خواهند ماند.

مطالعه موردی: بهبود یکنواختی محصول در خط مراقبت پوست تجاری

یک تولیدکننده پیشرو در صنعت مراقبت از پوست، پس از اجرای دستگاه اختلاط هموژنایزر خلأ، میزان تغییرات در سری‌های تولید را به میزان ۲۷٪ کاهش داد (مجله فناوری مراقبت از پوست ۲۰۲۳). قبل از این اقدام، اختلاط دستی منجر به ناپایداری نامنظم در امولسیون شده و ۱۵٪ از سری‌های سرم ویتامین ث با شکست در آزمون جدایش فاز مواجه شدند. پس از ادغام:

• زمان هموژنیزاسیون از ۴۵ دقیقه به ۱۲ دقیقه کاهش یافت
• عمر انبارداری به دلیل پایداری بهتر قطرات، ۳۴٪ افزایش یافت
• ضایعات سالانه ناشی از سری‌های معیوب به کمتر از ۱٪ رسید

سیستم بسته خلأ همچنین از تخریب اکسیداتیو جلوگیری کرد و قدرت مواد مؤثره را در طول فرآیند تولید حفظ نمود.

‫سوالات متداول‬

هموژنایزر خلأ چیست؟

هموژنایزر خلأ، اختلاط برشی بالا را با فناوری خلأ ترکیب می‌کند تا امولسیون‌های پایداری ایجاد کند و معمولاً در تولید محصولات آرایشی-بهداشتی برای توزیع یکنواخت مواد و کاهش اکسیداسیون استفاده می‌شود.

هموژنایزر خلأ چگونه کار می‌کند؟

دستگاه با خارج کردن هوا از محفظه اختلاط، از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند و سپس با استفاده از تیغه‌های روتور-استاتور، قطرات را به ذرات میکروسکوپی تجزیه می‌کند و یک امولسیون صاف ایجاد می‌کند.

اجزای اصلی دستگاه اختلاط‌کننده هموژنایزر خلأ چیست؟

اجزای کلیدی شامل یک محفظه خلأ از جنس فولاد ضدزنگ، یک هموژنایزر پرسرعت روتور-استاتور، یک پمپ خلأ و جلیقه‌های گرمایش/سرمایش است.

چه نوع محصولاتی برای دستگاه‌های اختلاط هموژنایزر خلأ مناسب هستند؟

این دستگاه‌ها برای محصولات کم‌ویسکوز مانند لوسمین‌ها و سرم‌ها و همچنین محصولات پروریسکوز مانند کرم‌ها و فرمولاسیون‌های مبتنی بر واکس مناسب هستند.

دستگاه‌های امولسیون‌کننده خلأ چگونه پایداری محصولات آرایشی را بهبود می‌بخشند؟

با حذف هوا و اعمال نیروهای برشی بالا، این دستگاه‌ها از جدا شدن فازها جلوگیری کرده، زیست‌دسترسی مواد تشکیل‌دهنده را بهبود می‌بخشند و ماندگاری محصول را افزایش می‌دهند.