Mouillage des poudres
Le terme « mouillage des poudres » est souvent utilisé comme synonyme de « humidification des poudres ». Il s'agit de l'un des processus techniques les plus importants dans le traitement des poudres. L'humidification des poudres consiste à réunir deux composants présentant des états physiques différents. Des particules solides sont mises en contact avec une phase liquide. Même de faibles quantités de liquide peuvent modifier fondamentalement le comportement d'écoulement et de déformation de la poudre.
À l'état sec, les poudres se présentent sous forme de systèmes solides-gaz dispersés. L'humidification donne naissance à un système multiphase composé de solides, de liquide et de gaz. À mesure que la proportion de liquide augmente, les interactions entre les particules changent considérablement.
Dans un premier temps, des ponts liquides se forment entre les particules voisines. Ceux-ci génèrent des forces capillaires et augmentent la cohésion du système. La poudre devient moins fluide et présente un comportement plastique. Si l'apport de liquide se poursuit, le système passe à un état pâteux ou boueux. La force capillaire d'un pont liquide peut être décrite de manière simplifiée par :
Fk ≈ 2 ·π ·r· γ · cos θ
- r est le rayon effectif des particules
- γ est la tension superficielle du liquide
- θ est l'angle de mouillage
Plus l'angle de mouillage est petit, plus le mouillage est important et plus les forces de liaison capillaires sont élevées. La capacité d'un liquide à bien mouiller une poudre dépend de l'énergie de surface des particules et de la tension superficielle du liquide. L'état de mouillage est décrit par l'angle de contact :
cos θ = (γSV−γSL) / γLV
- γSV est la tension interfaciale solide-gaz
- γSL est la tension interfaciale solide-liquide
- γLV est la tension interfaciale liquide-gaz
Un petit angle de contact indique une bonne mouillabilité. À mesure que le mouillage augmente, les propriétés rhéologiques du système changent. La poudre présente un comportement non newtonien. On observe souvent une limite d'écoulement. Sous une faible contrainte, le matériau se comporte comme un solide et ne commence à s'écouler qu'au-delà d'une contrainte de cisaillement critique. Ce comportement peut être décrit de manière idéalisée par le modèle de Bingham :
τ = τ0 + ηp · γ˙
- τ est la contrainte de cisaillement
- τ0 est la limite d'écoulement
- ηp est la viscosité plastique
- γ˙ est le taux de cisaillement
Le mouillage des poudres influence donc de manière décisive le mécanisme de mélange, l'apport d'énergie et la conduite du processus. Sur le plan technique, le mouillage des poudres est utilisé pour lier la poussière, initier l'agglomération, appliquer uniformément des additifs ou permettre des réactions chimiques. Il s'agit d'une étape centrale dans la granulation, l'enrobage, l'imprégnation et la fabrication de poudres fonctionnelles.
Le processus inverse est la déshumidification ou le séchage. Lors de cette opération, le liquide est à nouveau éliminé. La consistance de la matière passe alors par les mêmes états, mais dans l'ordre inverse. La compréhension des mécanismes de mouillage revêt donc également une importance capitale pour les processus de mélange-séchage sous vide.
Le mouillage des poudres est une interaction complexe entre la technologie des poudres, la physique des interfaces et la rhéologie. Les mélangeurs amixon® disposent de méthodes de mouillage modernes. Celles-ci permettent de mouiller les poudres de manière particulièrement douce et homogène. Les propriétés des poudres peuvent ainsi être améliorées de manière ciblée.