Herstellung von Shampoos
Shampoos sind eine Mischung aus Tensiden, Konditionierungsmitteln und vielen anderen Inhaltsstoffen auf wässriger Basis. Neben einfachen Shampoos, die das Haar nur reinigen, gibt es Produkte, die für bestimmte Haartypen entwickelt wurden. 2-in-1-Shampoos und Conditioner; Produkte, die Eigenschaften, wie die Behandlung von Schuppen bieten; UV-Schutz; ein gewisser Grad an Färbung (obwohl die meisten Haarfärbemittel eher auf Conditionern als auf Shampoos basieren) und “medizinische” Produkte.
Das folgende Video zeigt, wie hochaktive Tenside, ein Schlüsselbestandteil von Shampoos, verdünnt werden:
Der Prozess
Ein typischer Herstellungsprozess wäre wie folgt:
- Wasser wird in den Prozessbehälter dosiert. Dies wird oft auf etwa 55-60°C (130-140°F) erhitzt, um die Verdünnung/Hydratation anderer Inhaltsstoffe zu unterstützen.
- Der erste zugesetzte Bestandteil ist normalerweise das Tensid, da andere Additive, insbesondere solche, die die Viskosität beeinflussen, die Verdünnung des Tensids erschweren können.
- Conditioner und andere Zutaten werden hinzugefügt.
- Der pH-Wert wird auf das erforderliche Niveau eingestellt.
- Natriumchlorid oder andere Viskositätsmodifikatoren werden zuletzt zusammen mit Farbe und Duft hinzugefügt.
Die Formulierungen variieren stark, der Bereich der verwendeten Inhaltsstoffe kann jedoch in der folgenden Tabelle zusammengefasst werden:
Zutatenart |
Typische Anteile in % |
Funktion |
|---|---|---|
| Wasser | 50 - 60 | Deionisiertes Wasser wird verwendet, um den Abbau von Bakterien zu minimieren. |
| Tenside | Abhängig von der Konzentration |
Die Hauptreinigungsmittel, Tenside, produzieren auch den Schaum, wirken als Emulgatoren und Benetzungsmittel und können zur Viskosität beitragen. Einige haben konditionierende Eigenschaften. Viele Tenside sind in verschiedenen Formen erhältlich: in einer Konzentration von etwa 25 bis 30% oder in „hochaktiver" Form (etwa 70% Konzentration). Eine Mischung von Produkten wird normalerweise verwendet, um das gewünschte Gleichgewicht der Eigenschaften zu erhalten. |
| Conditioner | 5 - 12 | Traditionell sind fette Öle, Alkohole und Wachse, z.B. Lanolin-Derivate wurden Shampoos zugesetzt. Zunehmend werden Proteine oder Silikone eingesetzt. Diese tragen zu einer Vielzahl von Effekten bei, zum Beispiel können Proteine trockenes Har mit Feuchtigkeit versorgen und die Festigkeit und das Volumen des Haares erhöhen; Silikone können die Reizung von Tensiden verringern, die Dichte und Stabilität des Schaums erhöhen und die „Kämmbarkeit" verbessern. |
| Viskositätsmodifikatoren | 1 - 3 | Das traditionelle Verdickungsmittel Natriumchlorid (Kochsalz) ist immer noch weit verbreitet, obwohl es bei einigen Additiven und Tensidsystemen weniger wirksam ist. Dies hat zu einer zunehmenden Verwendung verschiedener Carbomere, Cellulosepolymere, Verbindungen von Gummis (2. B. Guar) und Verdickungsmitteln auf Basis von Polyethylenglykol (PEG) geführt. |
| pH-Einstellung Konservierungsmittel Färbung Duft |
1 -3 <1 <1 <1 |
Der pH-Wert wird durch Zugabe von Zitronensäure auf 5 - 6 eingestellt. Manchmal werden Additive verwendet, um dem Produkt einen Perleffekt zu verleihen. Dies wird oft verwendet, um das Erscheinungsbild von Produkten zu verbessern, die aufgrund einiger Inhaltsstoffe nicht transparent sind. Die Färbung, der Duft und das Konservierungsmittel werden hinzugefügt, um die Formulierung zu vervollständigen. |
Das Problem
Bei Verwendung herkömmlicher Rührwerke können eine Reihe von Problemen auftreten:
- Belüftung muss vermieden werden, da dies zu einer Trübung klarer Shampoos und zu Problemen führen kann, bei denen die Verpackung eher nach Volumen als nach Gewicht gefüllt ist.
- „Hochaktive“ Produkte erfordern eine spezielle Handhabung, siehe Anwendungsbericht „Verdünnung von hochaktiven Tensiden“.
- Silikone sind mit Wasser nicht mischbar und können mit einigen Tensiden chemisch nicht verträglich sein, was es sehr schwierig macht, sie zu emulgieren oder zu suspendieren.
- Rührwerke erzeugen keine ausreichende Scherung, um Silikone auf die bestmögliche Tröpfchengröße zu reduzieren und eine stabile Emulsion/Suspension zu erhalten. Sie neigen zum Verwirbeln und erhöhen die Belüftung.
- Viele Inhaltsstoffe haben eine viel höhere Viskosität als Wasser. Wenn diese mit einem Rührer gemischt werden, kann das Material mit höherer Viskosität Kügelchen bilden, die nicht verdünnt/dispergiert werden.
- Bei Verdickungsmitteln wie Carbomeren und Produkten auf Cellulose- oder Gummibasis muss möglicherweise eine Mischung mit hoher Scherung aktiviert werden.
- Die Zugabe von Natriumchlorid wird mit steigender Viskosität immer schwieriger.
- Um diese Probleme zu lösen, ist starkes Rühren erforderlich. Bei herkömmlichen Rührwerken kann dies jedoch zu Lufteintrag führen.
Die Lösung
Diese Probleme können durch die Verwendung eines Silverson High Shear-Mischers überwunden werden, typischerweise eines Inline-Mischers, der dem bestehenden Prozess hinzugefügt wird. Chargenmischer und das Silverson Flashmix Pulver/Flüssigkeits-Mischsystem können ebenfalls verwendet werden. Der Betrieb ist wie folgt:
Phase 1
Das Gefäß ist mit Wasser gefüllt. Der In-Tank-Rührer und der In-Line-Mischer werden gestartet, und das Tensid und andere Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge zugegeben. Die vom Inline-Mischer erzeugte starke Saugkraft zieht die Materialien durch die Rohrleitung in den Rotor/ Stator-Arbeitskopf.
Phase 2
Die Zentrifugalkraft treibt das Material zum Umfang des Arbeitskopfes, wo es im Spalt zwischen Rotor und Stator einer starken Scherung ausgesetzt ist.
Phase 3
Das Produkt wird durch den Stator herausgedrückt und in den Prozessbehälter zurückgeführt, während frisches Material in den Arbeitskopf gezogen wird.
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Phase 1
Phase 1
Das Gefäß ist mit Wasser gefüllt. Der In-Tank-Rührer und der In-Line-Mischer werden gestartet, und das Tensid und andere Bestandteile werden in der angegebenen Reihenfolge zugegeben. Die vom Inline-Mischer erzeugte starke Saugkraft zieht die Materialien durch die Rohrleitung in den Rotor/ Stator-Arbeitskopf.
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Phase 2
Phase 2
Die Zentrifugalkraft treibt das Material zum Umfang des Arbeitskopfes, wo es im Spalt zwischen Rotor und Stator einer starken Scherung ausgesetzt ist.
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Phase 3
Phase 3
Das Produkt wird durch den Stator herausgedrückt und in den Prozessbehälter zurückgeführt, während frisches Material in den Arbeitskopf gezogen wird.
Die Vorteile
- Durch die Mischwirkung eines Silverson mit hoher Scherung können Flüssigkeiten mit sehr unterschiedlichen Viskositäten schnell gemischt werden.
- Inline-Mischer, Rohrleitungen und Behälter bilden ein geschlossenes System, wodurch kein Lufteintrag auftritt.
- Dramatische Verkürzung der Mischzeiten.
- Deutlich bessere Ausbeute an Verdickungsmitteln als mit herkömmlichen Methoden.
- Gleichbleibende Produktqualität und Reproduzierbarkeit.
Für diese Anwendung werden die folgenden Silverson-Maschinen verwendet, deren Eignung von Faktoren wie Chargengröße, Formulierung und Viskosität des Endprodukts bestimmt wird:
High Shear In-Line-Mischer
- Kann zur Umwälzung oder zum kontinuierlichen Mischen verwendet werden
- Ideal für größere Chargen
- Einfache Nachrüstung bestehender Anlagen
- Luftfrei
- Selbstpumpend
- Für automatisierte Prozesse können Zutaten über einen Verteiler hinzugefügt werden
- Kann zum Entleeren des Behälters verwendet werden
- Mehrstufige Einheiten verfügbar
- Ultrahygienische Modelle erhältlich
High Shear Batch-Mischer
- Geeignet für Chargen bis 1000 Liter
- Kann auf mobilen Bodenständern verwendet werden
- Abgedichtete Einheiten für Druck-/Vakuumbetrieb erhältlich
- Kleine Einheiten für F & E und Pilotproduktion verfügbar
Silverson Flashmix
- Ideal für größere Chargen
- Viskose Flüssigkeiten und Gele können über den Trichter in das System eingespeist werden
- Sie können auch über einen Verteiler direkt in den Flüssigkeitsstrom gepumpt werden
- Minimaler Lufteintrag
- Minimaler Reinigungsaufwand
- Geringer Bedienungsaufwand
- Geeignet für höherviskose Mischungen
- Geeignet für den Betrieb bei höheren Temperaturen