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Trattamento intensivo

I materiali sfusi nanodispersi non scorrono liberamente, ma tendono ad aderire tra loro e a formare agglomerati. Questo fenomeno è particolarmente critico nel caso di particelle molto piccole, ad esempio nell'intervallo nanometrico o submicrometrico. In queste condizioni, le forze di adesione interparticellari dominano il comportamento del materiale.

Quanto più piccolo è il raggio delle particelle r, tanto maggiore è l'importanza delle forze di adesione Fadh. Per la forza gravitazionale F o Fgrav, nel caso di particelle perfettamente sferiche, vale la seguente relazione:

Fgrav = g · m = ρ · 4/3 · π · r³ · g

  • m: massa della particella
  • g: accelerazione gravitazionale
  • ρ: densità del materiale solido
  • r: raggio idealizzato della particella

Le forze di adesione comprendono le forze di van der Waals, le attrazioni elettrostatiche e le forze capillari. Spesso superano di migliaia di volte la forza gravitazionale Fgrav delle particelle. Il rapporto tra queste forze può essere espresso mediante il numero di Bond "Bo":

Bo = Fadh / Fgrav ∝ 1/r²

Dove Fadh rappresenta la forza di adesione tra le particelle e Fgrav la loro forza gravitazionale. Per le nanoparticelle perfettamente sferiche valgono le seguenti relazioni:

Fadh ∝ r Fgrav ∝ r³

La conseguenza è una fluidità fortemente limitata. Le particelle aderiscono tra loro, formano microagglomerati e risultano difficili da lavorare. Per separare questi agglomerati sono necessarie elevate forze di taglio. Ciò può essere ottenuto, ad esempio, mediante mulini a getto d'aria, dispersori ad alto taglio o miscelatori ad alte prestazioni.

amixon® offre due soluzioni:

  • High-Shear Blades (lame ad alto taglio)
  • Sistemi rotore-statore

Entrambi i sistemi generano localmente gradienti di taglio molto elevati attraverso effetti di impatto e attrito. In questo modo gli agglomerati vengono disgregati e le particelle primarie vengono separate.

Un aspetto critico è impedire che le particelle si riagglomerino immediatamente. Per questo motivo devono essere rapidamente rivestite da altre particelle della miscela di dimensioni simili. Talvolta è consigliabile aggiungere liquidi appropriati per evitare la riagglomerazione. Anche questi devono essere incorporati efficacemente nella polvere.

I miscelatori di precisione amixon® sono particolarmente adatti a questi processi, poiché soddisfano due requisiti fondamentali:

  • Elevata qualità di miscelazione dell'intero lotto, indipendentemente dal grado di riempimento del miscelatore, sia con piccoli volumi (100 litri) sia con grandi volumi (diversi metri cubi).
  • Microdispersione efficiente: grazie all'elevata densità energetica, il miscelatore è in grado di disgregare in modo affidabile anche gli agglomerati più fini.

Spiegazione dell'intensità delle forze di adesione tra particelle di piccole dimensioni

Fadh ≈ A · r / (6 · D²)

  • A: costante di Hamaker (proprietà del materiale)
  • D: distanza tra le particelle
  • r: raggio della particella

La forza di adesione tra due particelle aumenta linearmente con il raggio r ed è inversamente proporzionale al quadrato della distanza D tra le superfici delle particelle:

Fadh ∝ r / D²

Ciò significa che quanto più le particelle sono vicine tra loro, tanto maggiore è la loro adesione reciproca.

In un letto di polvere compattato, le distanze D tra le particelle diventano molto piccole. Di conseguenza, le forze di adesione aumentano notevolmente.

Questo fenomeno contribuisce anche a spiegare l'elevata resistenza meccanica dei componenti realizzati in metallo sinterizzato e ceramica tecnica sinterizzata.