Carbopol®’ün Dispersiyonu ve Hidrasyonu
Carbopol®* suda çözünen, emülgatör, stabilizatör veya kıvam arttıcı olarak görev gören ve birçok endüstride kullanılan bir polimerdir. El temizleyici jellere kıvam veren madde bu polimerdir. Carbopol®’ün farklı kalite sınıfları bulunmaktadır. Bunlar jel, krem, losyon, deterjan ve oda spreyleri gibi çeşitli kişisel bakım ve temizlik ürünlerinin üretiminde kullanılmaktadır. Jel oluşma prosesi iki aşamada gerçekleşir. İlk aşamada Carbopol® disperse edilir ve hidrasyona tabi tutulur, arkasıdan pH artırıcı kimyasalların katılmasıyla nötralize edilir. Nötralize eden kimyasalların arasında trietanolamin (TEA), sodyum hidroksit ve potasyum hidroksit bulunmaktadır.
*Carbopol®, Lubrizol Şirketinin tescilli ticari markasıdır.
Proses
Prosesler ürüne göre değişmekle birlikte, aşağıdaki şekilde özetlenebilir:
Problem
- Carbopol genellikle çok hafif, düşük yoğunluğa sahip bir toz olarak tedarik edilir. Suya eklendiğinde yüzeyde kalır ve emilimi ancak kuvvetli karıştırma işlemiyle mümkündür. Tozuma problemi olabilir.
- Carbopol suya eklendiğinde çoğunlukla, kolayca dağıtılamayan topaklar oluşturma eğilimindedir.
- Kimi tozlar kolayca akmadığından sıvıyla kontrollü hızda ilaveleri mümkün değildir.
- Bazı kalite sınıfları nötralize işleminden önce viskozitede önemli bir artış yaratmazken, bazıları eklenir eklenmez jelleşme etkisi yaratır ve toz ilavesi giderek zorlaşır.
- Tozun tam dispersiyonunu ve hidrasyonunu sağlamak için çok uzun süre karıştırmak gerekmektedir.
- Hava alma köpük oluşmasına neden olabilmektedir ve bu köpüğün dağıtılması ancak kimyasallar yardımı ile mümkündür.
- Ürüne dahil olan hava kabarcıklarının giderilmesi oldukça zordur ve özellikle hacim ölçüsü ile paketlenen şeffaf jellerde dolum sırasında problem yaratmaktadır.
- Geleneksel karıştırma yöntemleri carbopolün tam dağılımını sağlayamamaktadır. Bunu telafi etmek için, birçok formülasyon gereğinden fazla carbopol içermektedir.
- Polimerin high sheare uzun süre maruz bırakılması polimer yapısına zarar verebilir, viskozitenin azalmasına sebep olabilir.
Çözüm
Carbopulün dispersiyonunda yukarıda belirtilen sorunlar, bir Silverson mikser kullanılarak aşılabilir.
Dispersiyon
Polimerin dispersiyonu geleneksel yöntemlere kıyasla oldukça hızlı gerçekleşir, ürünün fazla sheare maruz bırakılma riski ortadan kalkar. Bu işlemin nasıl gerçekleştiği aşağıda açıklanmaktadır.
Nötralizasyon
Bazı ürünlerde, kullanılan carbopol yüzdesi ve kalite sınıfına bağlı olarak, Silverson mikserler nötralizasyon aşamasında da kullanılabilmektedir. Viskozitesi yüksek ürünler için çapa tipi bir basit karıştırıcıların kullanılması önerilmektedir.
1. Aşama
Sıvı girdiler tanka doldurulur. Mikser çalıştırılır ve carbopol tanka ilave edilir. Ultramixin yekpare çalışma başlığının yüksek hızla dönmesi güçlü bir vorteks oluşturur, toz ve sıvıyı karıştırıcı başlığına doğru çeker, hızlı bir şekilde karışmasını sağlar.
2. Aşama
Karışım karıştırıcı başlığındaki boşluklara çekilir ve karışıma geri püskürtülür. Bu esnada oluşan topaklar çentiklerden geçerken parçalanır.
3. Aşama
Ultramixin tank içinde oluşturduğu kuvvetli hareket sayesinde, malzemenin tümü kısa bir karıştırma döngüsü içerisinde karıştırma başlığından defalarca geçer. Bu süreçte partikül boyutu giderek küçültülür ve sıvıyla temaz eden tozun yüzey alanı giderek artar. Bu sayede tozun hidrasyonu hızlı bir şekilde tamamlanır.
-
Aşama 1
1. Aşama
Sıvı girdiler tanka doldurulur. Mikser çalıştırılır ve carbopol tanka ilave edilir. Ultramixin yekpare çalışma başlığının yüksek hızla dönmesi güçlü bir vorteks oluşturur, toz ve sıvıyı karıştırıcı başlığına doğru çeker, hızlı bir şekilde karışmasını sağlar.
-
Aşama 2
2. Aşama
Karışım karıştırıcı başlığındaki boşluklara çekilir ve karışıma geri püskürtülür. Bu esnada oluşan topaklar çentiklerden geçerken parçalanır.
-
Aşama 3
3. Aşama
Ultramixin tank içinde oluşturduğu kuvvetli hareket sayesinde, malzemenin tümü kısa bir karıştırma döngüsü içerisinde karıştırma başlığından defalarca geçer. Bu süreçte partikül boyutu giderek küçültülür ve sıvıyla temaz eden tozun yüzey alanı giderek artar. Bu sayede tozun hidrasyonu hızlı bir şekilde tamamlanır.
Avantajlar
- Topaksız karışım.
- Carbopolün etkili dispersiyonu ile ham madde verimi maksimize edilmiştir.
- Minimum hava alma.
- Stabil emülsiyon.
- Ürün kalitesinde tutarlılık ve tekrarlanabilirlik.
- Tozun hızlı bir şekilde dispersiyonu karıştırma sürelerini minimuma indirir ve polimerin fazla sheare maruz bırakılmasını engeller.
Karıştırma işlemi için uygun Silverson mikser seçimi batch hacmi, Carbopolün kalite sınıfı, toz yüzdesi ve ürünün viskozitesine (nötralizasyon öncesi pH değerine bağlıdır) dayanarak yapılmaktadır.
Silverson Ultramix
- Mükemmel tank içi hareket
- Çok miktarda tozu hızlı bir şekilde karışıma dahil edebilir
- Yüksek viskoziteli karışımlar için ideal
- Ultra Hijyenik CIP tasarım
- Bakım gereksinimi düşüktür
High Shear In-Line Mikserler
- Büyük hacimler için ideal
- Tozun tank içi dispersiyonunu sağlamak için basit karıştırıcı ile birlikte kullanılmalıdır
- Hava alma problemi oluşmaz
- Mevcut prosese kolayca adapte edilir
- Ürün viskozitesine bağlı olarak kendi debisini oluşturma
- Yüksek viskoziteye uygun modeller mevcuttur
- Multistage opsiyonu mevcuttur
- Ultra Hijyenik modeller mevcuttur
Silverson Flashmix
- Büyük hacimler için ideal
- Çok miktarda tozu hızlı bir şekilde karışıma dahil edebilir
- Minimum hava alma
- Minimum temizlik gereksinimleri
- Çalışan müdahalesi gereksinimini minimumdur
- Daha yüksek viskoziteli karışımlar için uygundur
- Yüksek sıcaklıklarda da çalışmaya uygun
- Otomasyonu kolayca sağlanabilir
- Tozun sisteme akışını sağlayan yardımcı aksamlar mevcuttur
Yüksek Shear Bottom Entry (Alttan Girişli) karıştırıcılar
- Çapa tipi karıştırıcılarla birlikte kullanıldıklarında viskozitesi yüksek kremler için uygundur.