Как избавиться от пузырьков воздуха в эмульсии

Как избежать завоздушивания при перемешивании косметических средств

Завоздушивание - одна из распространённых проблем при перемешивании косметических средств. Пузырьки воздуха могут ухудшать внешний вид продукта, затруднять фасовку и в некоторых случаях влиять на стабильность готовой эмульсии.

Чаще всего причиной становится не сама мешалка, а неправильно подобранный режим работы: слишком высокая скорость вращения, неудачное положение рабочего органа, образование глубокой воронки или использование неподходящей насадки.

Разберёмся, почему при перемешивании образуется воронка, как снизить захват воздуха и какое значение имеет правильный подбор оборудования.

Почему при перемешивании образуется воронка

При вращении мешалки жидкость начинает двигаться по окружности. Если вращательное движение становится слишком выраженным, на поверхности продукта формируется углубление - воронка.

Чем глубже воронка, тем выше вероятность того, что рабочая насадка начнёт захватывать воздух с поверхности продукта.

Затем воздух распределяется по всему объёму жидкости в виде пузырьков. При интенсивном перемешивании они могут становиться очень мелкими и долго не выходить на поверхность.

Особенно заметно это при работе с жидкими и средневязкими составами на высоких оборотах.

Чем опасно избыточное завоздушивание

Попадание воздуха не всегда является критической проблемой - всё зависит от состава и технологии производства. Однако для многих косметических продуктов количество вовлечённого воздуха желательно минимизировать.

Избыточное завоздушивание может привести к:

• ухудшению внешнего вида продукта;
• появлению пузырьков в прозрачных гелях, сыворотках и других визуально однородных составах;
• сложностям при фасовке;
• изменению воспринимаемой плотности и текстуры некоторых продуктов;
• увеличению контакта продукта с кислородом.

При этом само наличие пузырьков не означает, что эмульсия обязательно расслоится. Стабильность продукта определяется совокупностью факторов: рецептурой, эмульгатором, размером частиц, температурой, режимом гомогенизации и условиями хранения.

Как уменьшить образование воронки

1. Не увеличивайте обороты без необходимости

Одна из распространённых ошибок - выбирать максимальную скорость вращения по принципу «чем быстрее, тем лучше».

На практике интенсивность перемешивания определяется не только числом оборотов. Имеют значение диаметр рабочего органа, его конструкция, вязкость продукта, объём партии и геометрия ёмкости.

Поэтому при работе с лабораторными верхнепогружными мешалками скорость лучше увеличивать постепенно, оценивая не только движение поверхности, но и качество перемешивания.

Хороший рабочий режим - не максимальные обороты, а минимальная скорость, при которой обеспечивается необходимая однородность продукта.

2. Следите за глубиной погружения насадки

Если рабочий орган расположен слишком близко к поверхности продукта, вероятность захвата воздуха возрастает.

В некоторых случаях увеличение глубины погружения позволяет уменьшить выраженность воронки и снизить количество вовлекаемого воздуха.

Универсального значения глубины погружения нет. Оно зависит от:

• конструкции насадки;
• её диаметра;
• высоты и диаметра ёмкости;
• уровня заполнения;
• вязкости продукта;
• требуемой интенсивности перемешивания.

Поэтому положение рабочего органа лучше подбирать непосредственно при настройке технологического процесса.

3. Попробуйте сместить мешалку относительно центра

При установке мешалки точно по центру ёмкости вращательный поток может быть выражен особенно сильно.

Смещение рабочего органа относительно центральной оси иногда позволяет изменить характер движения продукта: поток начинает активнее взаимодействовать со стенкой ёмкости, а выраженность воронки уменьшается.

Это простой способ проверить, можно ли снизить захват воздуха без существенного уменьшения скорости.

Однако считать смещение от центра универсальным правилом не стоит. Эффект зависит от конструкции рабочего органа, формы ёмкости и свойств продукта.

4. Используйте перегородки для разрушения вращательного потока

Если воронка сохраняется даже после корректировки положения и скорости мешалки, можно использовать перегородки.

Они препятствуют чрезмерному закручиванию продукта вокруг оси мешалки и изменяют характер движения жидкости.

В зависимости от оборудования и технологической задачи для этого могут использоваться специальные элементы конструкции рабочей ёмкости или подходящие инертные перегородки.

При выборе такого решения необходимо учитывать химическую совместимость материала и требования к санитарной обработке оборудования.

Большое значение имеет правильный выбор насадки

Одна и та же мешалка может совершенно по-разному работать с жидкостью, кремом, гелем или вязкой пастой.

Рабочий орган определяет направление движения продукта и характер создаваемого потока. Поэтому при подборе оборудования важно учитывать не только мощность привода и диапазон оборотов, но и конструкцию насадки.

В каталоге ОиС представлены насадки для верхнеприводных мешалок различных типов: зубастые, якорные, лопастные, винтовые, Visco Jet, турбинные и другие.

Например, для вязких составов может потребоваться насадка, способная эффективно перемещать продукт по всему объёму, тогда как для диспергирования задача будет другой.

Именно поэтому выбор насадки желательно делать одновременно с выбором мешалки, а не рассматривать её как второстепенный аксессуар.

Как подобрать скорость перемешивания

Значение оборотов в минуту само по себе не позволяет оценить интенсивность процесса.

Например, одинаковые 800 об/мин на рабочем органе диаметром 40 и 70 мм создают разную скорость движения рабочего органа и оказывают разное воздействие на продукт.

При разработке технологического процесса желательно фиксировать:

• тип и диаметр насадки;
• объём продукта;
• геометрию рабочей ёмкости;
• глубину погружения;
• положение мешалки относительно центра;
• продолжительность перемешивания;
• температуру и вязкость продукта;
• скорость вращения.

Это позволит воспроизводить удачный режим от партии к партии.

Как понять, что скорость слишком высокая

Один из наиболее заметных признаков - появление глубокой воронки на поверхности продукта.

Другой сигнал - активный захват воздуха рабочей насадкой.

Если продукт начинает насыщаться пузырьками, стоит последовательно проверить:

1. Можно ли немного снизить обороты.
2. Достаточна ли глубина погружения насадки.
3. Не расположена ли мешалка слишком близко к центру ёмкости.
4. Подходит ли выбранная насадка для данного продукта.
5. Не требуется ли изменить геометрию рабочего объёма или использовать перегородку.

При этом оценивать необходимо не только поверхность продукта. Важно убедиться, что при снижении оборотов сохраняется необходимая однородность и качество перемешивания.

Перемешивание и гомогенизация - разные задачи

При производстве косметики важно разделять обычное перемешивание и высокосдвиговую гомогенизацию.

Верхнепогружная мешалка предназначена прежде всего для перемешивания, растворения компонентов и поддержания однородности продукта.

Гомогенизатор работает по другому принципу и используется для более интенсивного диспергирования и получения тонкодисперсных эмульсий.

Поэтому попытка решить любую технологическую задачу простым увеличением оборотов мешалки не всегда оправдана.

Для эмульгирования кремов, лосьонов и других составов могут потребоваться специализированные лабораторные гомогенизаторы. В ассортименте ОиС есть также отдельный раздел гомогенизаторов для эмульсий.

Таким образом, в технологической схеме мешалка и гомогенизатор могут дополнять друг друга, выполняя разные задачи.

Что делать, если продукт уже завоздушен

Если пузырьки уже появились, не всегда необходимо продолжать перемешивание на высокой скорости.

В зависимости от состава и технологического процесса можно:

• снизить скорость перемешивания;
• дать продукту отстояться;
• изменить положение рабочего органа;
• использовать дегазацию;
• скорректировать режим перемешивания на следующей партии.

Главная задача - не только удалить уже попавший воздух, но и подобрать такой режим, при котором его избыточное количество изначально не вовлекается в продукт.

Для больших объёмов требования к оборудованию меняются

При переходе от лабораторных объёмов к производственным меняется и характер задачи.

Увеличение объёма ёмкости требует учитывать мощность привода, диаметр и конструкцию рабочего органа, глубину погружения и особенности циркуляции продукта.

Для таких задач ОиС предлагает не только лабораторные мешалки, но и пневматические миксеры, в том числе решения для работы с объёмами до 200 и 500 литров.

При этом переносить режим, полученный на лабораторной мешалке, напрямую на производственную установку нельзя: при масштабировании необходимо заново оценивать характер потока и интенсивность перемешивания.

Главное - подобрать режим под конкретный продукт

Универсальных «правильных» оборотов для косметических средств не существует.

Оптимальный режим определяется сочетанием нескольких факторов: рецептуры, вязкости, объёма партии, конструкции ёмкости, типа насадки и характеристик привода.

Поэтому при разработке технологии лучше начинать с умеренной скорости и постепенно увеличивать её, наблюдая за движением продукта и качеством перемешивания.

Если появляется глубокая воронка или продукт начинает активно захватывать воздух, это повод скорректировать режим, а не просто продолжать увеличивать обороты.

Коротко

Чтобы снизить завоздушивание при перемешивании косметики:

• не используйте избыточно высокую скорость;
• контролируйте глубину погружения насадки;
• при необходимости смещайте мешалку относительно центра ёмкости;
• используйте перегородки для уменьшения закручивания потока;
• подбирайте насадку с учётом вязкости и свойств продукта;
• фиксируйте параметры удачного режима в технологической карте;
• для интенсивного эмульгирования используйте подходящий гомогенизатор;
• при переходе к большим объёмам заново подбирайте режим перемешивания.

Правильно подобранные лабораторные мешалки и насадки позволяют подобрать режим перемешивания под конкретный продукт и снизить вероятность нежелательного захвата воздуха.

Если вы не уверены, какая мешалка, насадка или гомогенизатор подойдёт под вашу рецептуру, оборудование лучше выбирать с учётом конкретного продукта, вязкости, объёма партии и технологии.