Faktoren für eine funktionierende Pulverbefeuchtung im Mischprozess

Wie Flüssigstoff-affin ist die Pulveroberfläche? Wie ist die Kapillarität des Pulvers beschaffen?

Typische Erscheinungsformen verschiedener Flüssigkeiten sind zunächst einmal:

a. Geringe Oberflächenspannung
b. Hohe Oberflächenspannung
c. Rückfließende Flüssigkeit
d. Vorrückende Flüssigkeit
e. Flüssigstoff wird in den Turbolenzbereich des Wirblers injiziert (Einstoffdüse)
f. Flüssigstoff wird mikrofein versprüht und das Pulver wird fluidisiert (Zweistoffdüse)

Kapillarität des Pulvers und Oberflächenspannung der Flüssigkeit

Ist die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit niedrig (a), dann möchte die Flüssigkeit die Feststoffoberfläche spontan benetzen. Auch die Kapillaren (5) eines Partikels werden dann penetriert. Je höher (b) die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit ist, desto weniger möchte die Flüssigkeit in die Kapillaren der Partikel eindringen. Das gleiche gilt auch für die Hohlräume eines Pulvergemisches. Bei hoher Oberflächenspannung ist die Flüssigstoffverteilung im Pulver nur möglich, wenn Flüssigkeit und Partikel intensiv gemischt und miteinander verrieben werden.

Die homogene Benetzung eines Pulvers ist nicht trivial.

Im trockenen Zustand (1) liegt das Pulver als eine Feststoff-Luft-Dispersion vor. Die Hohlräume zwischen den Partikeln sind ungleichmäßig und verändern sich beim Mischen ständig. Wird eine Flüssigkeit ins bewegte Mischgut hineingegossen, dann muss die Luft aus den Hohlräumen verdrängt werden. Die Flüssigkeit verteilt sich als dünne Flüssigkeitsschicht um jede Einzelpartikel. Sie wird Adsorptionsschicht (1) genannt. Die adsorbierte Flüssigkeit haftet fest und kann nur thermisch entfernt werden. Nimmt der Flüssiganteil während des Mischens zu, sammelt sich die Flüssigkeit an den Berührungsstellen der Partikel in so genannten Brücken und (2) Zwickeln. Die „Zwickelflüssigkeit“ kann die Partikel aneinander binden. So kann eine Agglomeration (Aufbaugranulation) beginnen. Mit zunehmendem Flüssiganteil werden größere Freiräume (3) zwischen den Feststoffpartikeln mit Flüssigkeit angefüllt. Sind alle von dem Partikelsystem gebildeten Kapillaren mit Flüssigkeit ausgefüllt, erfolgt die (4) Sättigung. Das Schüttgut wird zu einer Suspension.

Ist die Oberflächenspannung der Flüssigkeit niedrig und die Affinität zwischen Flüssigkeit und Feststoff besonders groß, dann kann eine sogenannte Flash-Absorption stattfinden. Der verfügbare Flüssigstoff wird unmittelbar vom Feststoff absorbiert. Das führt oft zu ungewollten Agglomeraten. Aber ein verlängerter Mischvorgang kann die Flüssigstoffverteilung nur schwerlich verbessern. In Fällen hoher Affinität zwischen Pulver und Flüssigkeit sollte die Flüssigstoffzugabe (wie in Abbildung f gezeigt) gleichbleibend langsam, dosierend und versprühend während des Mischens erfolgen. Die Versprühung unterhalb des Schüttgutlevels verbessert meistens die Selbstreinigung des Mischers.