Bagnatura

La bagnabilità è il processo fisico mediante il quale un liquido entra in contatto con una superficie solida e vi si espande. Al confine tra liquido e solido si forma un'interfaccia le cui proprietà energetiche determinano il comportamento di bagnabilità. In questo contesto, l'umidificazione delle polveri descrive la penetrazione e la distribuzione di un liquido in un ammasso di particelle porose in polvere.

Il comportamento di bagnatura è influenzato dalle tensioni interfacciali tra solido, liquido e fase gassosa. Una misura fondamentale è l'angolo di contatto, descritto dall'equazione di Young:

γ_SG = γ_SL + γ_LG ⋅cos(θ)

γ_SG è la tensione interfacciale tra solido e gas, γ_SL tra solido e liquido e γ_LG tra liquido e gas. θ è l'angolo di contatto. Angoli di contatto piccoli indicano una buona bagnabilità, mentre angoli di contatto grandi indicano superfici idrofobe. Nel cumulo di polvere porosa gioca un ruolo importante anche la pressione capillare, che può essere descritta dall'equazione di Laplace:

Δp = r ⋅ 2 γ_LG ⋅ cos(θ)

r rappresenta il raggio effettivo dei pori o dei capillari. Le polveri fini con pori piccoli e superficie idrofila assorbono rapidamente i liquidi grazie alle forti forze di capillarità. I sistemi idrofobi o a pori grossolani richiedono pressioni più elevate o una miscelazione più intensa per distribuire il liquido in modo uniforme.

La distribuzione del liquido nella polvere avviene tipicamente in due fasi. Inizialmente si forma un film di liquido sulle superfici esterne delle particelle, quindi il liquido penetra all'interno dell'ammasso. La velocità e l'uniformità dell'umidificazione dipendono fortemente dalla dimensione delle gocce, dall'energia d'impatto delle gocce, dalla viscosità e dalla tensione superficiale del liquido, nonché dalla morfologia delle particelle. Le diverse proprietà di bagnabilità dei componenti possono favorire o inibire l'agglomerazione e quindi influenzare in modo significativo la struttura del prodotto.

I miscelatori amixon^® consentono diversi processi per l'umidificazione mirata delle polveri. I liquidi possono essere immessi tramite ugelli monomateriale o bimateriale. La dimensione delle gocce e la velocità di impatto possono essere regolate in modo da ottenere una distribuzione fine o un'inizializzazione mirata degli agglomerati. In alternativa, il liquido può essere applicato al letto di miscelazione dall'alto sotto forma di getto compatto, il che è particolarmente vantaggioso nel caso di liquidi viscosi o sensibili alla formazione di schiuma. Un'altra possibilità è l'immissione di vapore, in cui il vapore che condensa crea film liquidi uniformi sulle particelle.

In alcuni casi è opportuno evacuare il materiale miscelato prima dell'aggiunta del liquido. Rimuovendo la fase gassosa, gli spazi porosi dell'ammasso di particelle vengono sfiatati. Se successivamente viene aggiunto il liquido, questo può penetrare più rapidamente e più in profondità nell'ammasso grazie al gradiente di pressione che si crea. Questo processo sfrutta in modo ottimale la porosità naturale della polvere e migliora l'assorbimento del liquido, in particolare nel caso di polveri fini e idrofile o di formulazioni che devono assorbire in modo omogeneo un elevato contenuto di liquido.