Любая достаточно ушедшая вперед технология неотличима от чуда. (...)

Артур Кларк 

Чем сложнее новая идея или новая технология, тем примитивнее оппозиция против них. (...)

Чарлз Джулиш

 

Основным и определяющим является оборудование, которое обеспечивает производство наносистем, индустрия которых относится к высокотехнологичным направлениям.

Тематика номера оборудование, а значит и публикации, об оборудовании. Вопрос только в том, о каком оборудовании нужно написать? Компания КоролёвФарм занимается контрактным производством косметики и БАД, и имеет различный парк оборудования: смесители для кремовой массы и смесители для сухих смесей; фасовочное для туб, флаконов, банок, капсул и блистеров; этикетировочное для флаконов, банок, туб и пеналов; упаковочное для туб, флаконов, капсул и блистеров.

Какое оборудование в производственно – технологическом процессе наиболее важное, какое является определяющим? Какому оборудованию отдать предпочтение, какое должно быть, так сказать, в приоритете? То, что оборудование должно быть новым, современным, высокотехнологичным, инновационным, процессинговым, эффективным и т. п. – не обсуждается. Эти слова уже звучат как банальность. Это давно должно быть нормой. Через несколько лет на этом оборудовании – оборудовании XXI века – будет работать поколение не учившееся, а родившееся в XXI веке. Это поколение уже сейчас предъявляет определенные требования к работе, а значит и к рабочим местам – максимальная автоматизация и компьютеризация. Понятно, что оборудование, обеспечивающее требуемые качественные характеристики продукции в обязательном порядке должно соответствовать уже достаточно давно определённым мировым стандартам – ISO, OHSAS, HACCP, GMP, – это аксиома. Так что не будем обсуждать очевидное.

Будет правильно сказать, что все требования к оборудованию вытекают из поставленных задач перед этим оборудованием и, в первую очередь, конечным потребителем. Он сделает выбор и определит качество продукта, а, значит, определит и развитие технопарка компании.

Смесительный узел

А это означает, что оборудование должно производить продукцию с потребительскими качествами, которые опережают желания покупателей. И это возможно, например, получая мелкодисперсную систему, т. е наносистему. Только наносистемы обеспечивают заданные сенсорные свойства продукции. Наносистема в косметической эмульсии – это эмульсия в виде упорядоченных или самоупорядоченных, связанных между собой элементов и объектов с нанометрическими характеристическими размерами, кооперация которых обеспечит возникновение у продукции новых свойств, проявляющихся в виде квантово-размерных, синергетически-кооперативных, «гигантских» эффектов и других явлений и процессов, связанных с проявлением наномасштабных факторов. Наносистема обеспечивает совокупность специализированных свойств и характеристик продукции: структурных, морфолого-топологических, механических, оптических, биологических, которые обеспечивают восприимчивость среды и классификацию продукции как новой и инновационной.

Вывод: основным и определяющим является оборудование, которое обеспечивает производство наносистем, индустрия которых относится к высокотехнологичным направлениям. Нужно понимать и то, что индустрия наносистем – это интегрированный комплекс, включающий материалы, оборудование, систему знаний, программные средства, технологическую, метрологическую, информационную, организационно-экономическую культуру и кадровый потенциал, которые и обеспечивают производство наукоемкой продукции, основанной на использовании нетрадиционных свойств материалов и систем при переходе к наномасштабам.

Нужно сказать, что в настоящее время к потребительским качествам предъявляются достаточно высокие требования, не только к внутреннему содержанию, но и к внешнему оформлению, как самими потребителями, так и контролирующими органами.

Есть ещё один аргумент, говорящий за первоочередность варочного и смесительного оборудования. Кремовую эмульсию, гель для тела или шампунь для волос можно расфасовать на полуавтомате или в ручную; произвести этикетирование, проще говоря, наклеить этикетки, возможно так же ручным способом, упаковать в первичную гофротару возможно всё на том же «ручнике». А вот произвести в ручную варку продукта, получить мелкодисперсную эмульсию, да ещё и в промышленном масштабе, вряд ли получится. Значит, фасовка, упаковка, этикетировка, укладка и т.д. это процессы очень важные, но являются обслуживающими по отношению к варке и смешению.

Во многом показатели качества продукта определяются с помощью осязания. К органолептическим свойствам косметической продукции относятся: цвет, запах, консистенция, плотность, эластичность, упругость, липкость, пластичность, текстура, впитываемость и т.д. Это те свойства, которые на интуитивном уровне понятны всем и в первую очередь конечному потребителю. И, что самое важное, конечный потребитель при выборе продукции ориентируется именно на эти свойства и ещё, конечно же, на цену. Конечно, есть и другие ухищрения: упаковка, расположение на полке и т.п., так называемый визуализированный маркетинг, но мы его сейчас обсуждать не будем, так как тема номера - оборудование. Итак, оборудование может и должно обеспечивать перечисленные основные показатели выбора. И то, как производитель сможет обеспечить удовлетворённость покупателя по этим свойствам, так и будет продаваться ваш продукт.

Надеюсь, что наши аргументы понятны, и все мы пришли к согласию о важности нашего процесса – варки и смешения. Ещё раз оговоримся: статья об оборудовании, поэтому мы исключаем вешалку, с которой начинается театр: процессы и мероприятия по работе с поставщиками, контролю, логистике и т.п. – не обсуждаем. Они очень важны, но сейчас мы не об этом.

Естественно возникает вопрос: как, при помощи варочного и смесительного оборудования, обеспечить все перечисленные выше показатели? Попробуем изложить всё по порядку настолько, насколько это возможно, не касаясь большого количества различных факторов, не имеющих отношения к самому оборудованию, но которые присутствуют в процессе, например, сырьё. Попытаемся начать обсуждение.

Цвет. Первый в списке, хотя последовательность характеристик выбрана нами произвольно. Можно сказать – по привычке, ведь так оно есть в спецификациях многих компаний. Возможно потому, что это – первый параметр, с которым сталкивается покупатель. Цвет покупатель увидит издалека, а все остальные характеристики оцениваются в непосредственной близости или при контакте с продуктом. Так что начнём с цвета.

Если продукция цветная и это указано в НТД – задача облегчается. Всё можно выровнять процентом ввода пигмента. Но мы знаем, во всяком случае, так утверждают физики, что красота переливов крыльев бабочки – это не нанесение пигмента, а соответствующее расположение чешуек и падение света под определённым углом. Глубина цвета, его равномерное распределение во многом зависит от возможностей смесительного узла. Есть еще одна проблема. Если ваш крем должен быть белоснежного цвета, но в рецептуру необходимо ввести активные компоненты, – без них никуда, – а они цветные, то что же делать? Этого эффекта можно достичь, но только в одном случае – когда у производителя есть возможность получить наносистему, т. е. наноэмульсию. Причем добавление какого-нибудь компонента, представляющего собой наносистему, в небольшой дозировке, хоть и позволит вам обеспечить документальное подтверждение отнесения продукта к разряду нанокосметики в соответствии с ТР ТС , но фактически ведь не решит поднятый вопрос. Так что необходимо получение наноэмульсии в полном объёме загрузки реактора.

Запах. Введение отдушек и эфирных масел – процесс очень ответственный. Пояснять, что продукт должен сохранять запах в течение всего срока годности, не нужно, ведь это понятно всем. Как обеспечить комфортный ввод парфюмерных композиций в продукт, который должен быть нагрет до температуры плавления воска – около 900–950С?Смесительный узелПонятное дело, что при высоких температурах отдушки никто вводить не будет. Они попросту испарятся, а ведь есть ещё активные, которые испытывают термический шок, и под воздействием таких температур попросту распадаются. Поэтому всю эмульсионную массу, которая находится в реакторе, охлаждают до определённой температуры, и только тогда вводят композиции отдушек и эфирных масел с последующей гомогенизацией. Процесс охлаждения – это потери машинного времени, а так же затраты на получение хладогена, а раз так, то это дополнительные финансовые затраты и расточительное использование ресурсов. Понятное дело, что при таком способе работы неизбежна постоянно повторяющаяся цикличность определённых операций, которой все стремятся избежать, но при таком положении дел сделать это невозможно. Смесительный узел гидрокавитационной коллоидной мельницы (Рис. 1 и 2), позволяет объединить несколько процессов в один, в том числе и ввод отдушек. Дело в том, что формирование эмульсии, т. е. процесс эмульгирования, с использованием такого оборудования, происходит при очень щадящем температурном режиме, до 420-450С. Да, температура смеси жировой фазы, которая требует плавления, составляет около 900-950С. Температура подаваемой смеси жировой и водной фазы, не требующей плавления, – растительные масла, масляные и водные растворы БАВ, может составлять 100-250С. Соотношение подаваемых смесей: 1/3 часть – жировая фаза, 2/3 части – водная фаза, уравновешивают температурный баланс до 400-450С. Образцы косметического кремаРеализованная технология подачи этих фаз в ГККМ обеспечивает высокоэффективное эмульгирование за очень короткий промежуток времени, а это означает, что происходит процесс холодного эмульгирования, без какой-либо температурной деструкции БАВ, что позволяет сохранить их активность. Поскольку не требуется нагрев воды и части жировой фазы, составляющей 70 – 80% от общей массы, а нагреваемый объём массы составляет всего 20 – 30% от общего объёма, это существенно снижает энергетические затраты, в отличие от традиционных методов, когда происходит эмульгирование всей массы при 85о–950С. Как мы видим, при производстве наноэмульсии энергия затрачивается только при нагреве восковой фракции, что составляет 150 – 200 кг (л) на 1000 кг (л). Параметры смесительного узла таковы, что обеспечивают выход эмульсии с размером частиц от 40 до 100 нм (рис. 3). При производстве эмульсии на гомогенизаторе размер частиц как минимум на порядок больше (рис. 4).

Консистенция – Плотность – Эластичность – Упругость – Липкость – Пластичность – Текстура – Впитываемость. Все эти качественные параметры и показатели эмульсии обеспечиваются за счёт мелко - или тонкодисперсной структуры эмульсии, т. е. за счёт производства наноэмульсии. ГККМ (Рис. 5) позволяет получить эмульсии в нанодиапазоне (Рис. 3) с заранее запланированными или заданными сенсорными свойствами. Ощущения наноразмерности продукции отмечаются покупателем как положительная оценка всех перечисленных свойств. Необходимо так же сказать и о других синергетических эффектах, которые возникают в процессе производства наносистем.

Нами проводились работы по микробиологической стабилизации готовой продукции. ГККМ "Давиал"

В соответствии с НД в косметических продуктах ОМЧ не может превышать более 103. Стабилизацию продукта обеспечивают консервантные системы – это наиболее распространённый метод. В некоторых случаях используются и другие способы деконтаминации: термические, радиологические, и т.п., что существенно осложняет, а значит и удорожает производственный цикл. О консервантах и зелёной косметике мы уже говорили. В своих исследованиях мы использовали метод циркуляционной деконтаминации наноэмульсии. При двукратной циркуляции через роторно-кавитационную турбину экспериментальных пелоидов, имеющих ОМЧ продукта 1012,этот показатель снижается до 103, что практически является нормой. При дальнейшей циркуляции ОМЧ снижается до 100 в 1 см3. Это говорит о том, что при производстве наносистем возможна физическая деконтаминация продукции, что позволяет снизить процент ввода консервантов. Это особенно важно при производстве экопродукции, имеющей определённые требования к дозировке ввода консервантов.

Цена, конечно же, очень важный параметр в позиционировании и продвижении продукции на полках. И здесь снижение общих энергетических затрат на 30 – 40% является существенным слагаемым в расчёте себестоимости продукции. Но это ещё не все. За счёт способности наноэмульсии «упаковываться» более компактно, чем обычные эмульсии, можно снизить на несколько процентов ввод эмульгаторов. Синергизм экономических эффектов проявляется на всех этапах в общей производственной цепи.

Выводы.

  1. Частицы дисперсной фазы эмульсий, полученных на гидрокавитационной коллоидной мельнице, на порядок меньше частиц в эмульсиях, полученных классическим методом, и имеют несравненно более равномерное распределение по размерам.
  2. Эмульсии, полученные на гомогенизаторе, имеют средний размер частиц около 1 мкм (рис. 4), а эмульсии, полученные на ГККМ, имеют средний размер частиц 40 -100 нм. (рис. 3).

Для компании, занятой в сфере производства эмульсий, в различных отраслях промышленности: косметической, фармацевтической, пищевой и других отраслях, появляются следующие преимущества.

  1. Применение нанотехнологии. Создание косметических наносистем или наноэмульсий с подтверждённым размером наносфер 40 – 100 нм.
  2. Холодный метод получения и производства эмульсий. Процессы смешения и производства эмульсии происходят при кратковременном температурном воздействии до 420 С.
  3. Обеспечение гипоаллергенности, биодоступности и биосовместимости за счёт снижения ПАВ, эмульгаторов и консервантов.
  4. Снижение себестоимости продукта за счёт:
  • снижение потребления энергии, т. е. энергозатрат;
  • снижение процента ввода ПАВ и эмульгаторов в рецептуре;
  • сокращение временных затрат на приготовление продукта на 80%;
  • сокращение потребления подготовленной воды для вспомогательных операций;
  • автоматизация и компьютеризация линии варки.

Список преимуществ можно продолжить, но мы взяли за правило – говорить только о подтверждённых эффектах, а то, что находится в разработке, хотя и даёт впечатляющие результаты, пока разработка.