液体の粘度が高く、粉体の粒子が非常に小さい場合、湿潤処理は特に難しい。
粉体混合における液体のレオロジー
このブログ記事では、粉末の湿潤に関する重要な側面、すなわち、さまざまな液体のレオロジー特性が混合結果に及ぼす影響について考察します。レオロジーは、液体の流動性、せん断応力下での挙動、粉末粒子への濡れ性を決定する重要な要素です。これらの関係は、濡れた粉末の外観、すなわち流動性、混合物の均質性、凝集傾向、および元の粒子形状と粒子サイズの維持に直接影響します。
粉末を均質に湿潤させるには、すべての粒子に、その比表面積に相当する同等の液体層を形成する必要があります。したがって、混合プロセスの目的は、少量の液体も大量の液体も、粉末の膨大な総接触面積全体に均等に分散させることです。混合プロセス後、過度の湿潤や乾燥部分が残ってはいけません。達成可能な製品品質は、定義された液滴サイズ、正確な投与戦略、および調整された混合エネルギーの相互作用によって大きく左右されます。この点に関しては、湿潤液の化学的および物理的特性について多くの知識があることが有利です。
熱にさらされると粘度が変化する
動粘度 η は、液体のせん断や変形に対する抵抗を表し、混合挙動の重要な指標です。多くの低粘度から中粘度の液体では、粘度の温度依存性はアレニウス式で近似的に表されます。
η(T) = η0 * exp ( Eη / (R * T) )
ここで
η … 動的粘度
η0 … 材料定数（基準温度での粘度）
Eη … 流動プロセスの活性化エネルギー
R … 普遍ガス定数
T … ケルビン単位の絶対温度
温度が上昇すると、ほとんどの有機液体の粘度は大幅に低下するため、レシチン、糖蜜、蜂蜜、オレオレジン、特定の植物油などの高粘度成分は、適度に加熱することで、ポンプによる移送、微量投与、混合室での分散が容易になります。多くの場合、粘度の変化は可逆的ですが、複雑な構造を持つ液体（例えば、エマルジョン、濃縮糖溶液、構造粘性システムなど）では、熱的または機械的に誘発された構造変化がヒステリシス効果を引き起こす可能性があり、加熱時と冷却時の流動特性が同一ではなくなります。
様々な種類の液体。ほとんどの場合、粘度の変化は可逆的である。しかし、しばしばかなりのヒステリシスを伴う。
ニュートン流体
ニュートン流体の場合、粘度はせん断速度とは無関係です。
τ = η * γ˙, η = 定数
代表的な例としては、水、多くの食用油、および高度に希釈された溶液があります。その流動特性は直線的であり、計算しやすいです。表面張力は確実に特徴づけられます。粘弾性効果は発生しません。粘度は温度によってのみ変化します。
このため、ニュートン流体は混合プロセスで特に制御しやすいです。投与量と液体添加の種類が正しく設計されている場合、再現性のある均一な湿潤が可能になります。
amixon® ダブルシャフトミキサー（16 m³ バッチ）。
2 つのカッティングローターと液体ランスを備えた amixon® ダブルシャフトミキサー。
amixon®コーンミキサーは、洗剤の連続的な混合および湿潤に適しています。
3 m³のバッチ用amixon®コーンミキサーは、香辛料調合物の混合および湿潤に適しています。
せん断希釈性または擬塑性液体
せん断希釈性または擬塑性液体は、せん断速度の増加に伴い見かけの粘度が低下する性質があります。その挙動は、多くの場合、オストワルト・デ・ワールモデルまたはパワーローモデルによって説明できます。これらの液体は、通常、非常に良好に噴霧することができます。それらは、単一物質または多物質ノズル（噴霧ノズル）で噴霧することができます。
τ = K * γ˙n ; n < 1
ここで
γ˙ … せん断速度
K … 粘度指数
n … 流動指数（せん断減粘度）。
その例としては、トマトペースト、多くのゲル化剤、多糖類溶液、および数多くのエマルジョンが挙げられます。混合室内の高い局所せん断条件下では、これらの液体はより流動性が高くなり、粉末表面への分散が容易になります。同時に、静止状態では、沈降や分離を減少させるのに十分な粘性を維持します。
左図の amixon® コーンミキサーは、連続的に混合を行います。このミキサーは、ロードセル上に設置されています。複数の粉末と 1 つの液体成分が、重量測定によって計量され、コーンミキサーに流れ込みます。排出バルブは下部にあり、混合された材料を連続的に排出するため、充填度は常に一定に保たれます。これにより、粉末は慎重に混合され、均一に湿潤されます。連続ミキサー AMK 600 は、12～15 m³/h の処理能力があります。
せん断増粘性（ダイラタンシー）液体
せん断増粘性（ダイラタンシー）液体では、せん断速度の増加に伴い見かけの粘度が上昇します。そのため、これらの液体は、急速な動きや局所的な高いせん断力に対して敏感に反応します。このような媒体は、可能な限りゆっくりと、せん断応力を最小限に抑えて扱う必要があります。
τ = K * γ˙n ; n > 1
せん断増粘性は、澱粉懸濁液や高濃度分散液に典型的に見られます。これらの材料を高速で搬送すると、粘度が急激に上昇する可能性があります。実際には、せん断増粘性流体を、リラックスした低粘度の状態で、粉末が激しく攪拌されるゾーンに導入すると、良好な混合結果が得られる場合がほとんどです。粉末ミキサーでは、膨張性粘度が上昇する前に、この方法で粉末が細かく分散されます。
せん断増粘性液体を連続的に分散させるには、リング層ミキサーも使用できます。混合室は水平に配置されたパイプで構成されています。その中に高速回転する混合ツールが回転します。高い回転周波数により、圧縮された粉末粒子から安定したリング層が形成されます。このゾーンでは、強い乱流と強力なせん断力が作用します。リング層ミキサーは、粉末を均質に湿潤させるだけでなく、 液体材料の投与量が正しく設定されていれば、製品を均一に凝集させることもできます。
amixon® ダブルシャフトミキサー、集中処理用（4 m³バッチ）。
特に集中的な解砕のためのカッティングローターおよびローター・ステーター。
液体噴射： e) スワーラーの作用領域への噴射 f) ガス噴射による噴霧
技術センター：「噴霧可能な液体物質の脈動のない重量測定による投与」
amixon®技術センターにおける実践的なプロセス開発
amixon®チームは、技術センターで粉末製品のテストを行うことを心から歓迎いたします。ここでは、ほぼ毎日、さまざまな粉末が加湿によって変化し、価値が高められています。
その際、液体の添加は、粉末と液体の性質に最適に調整する必要があります。さらに、温度、濃度、配合も調整する必要があります。また、材料の添加順序を明確に定義することも同様に重要です。製品を損傷することなく、混合強度も適切でなければなりません。場合によっては、粉末に液体を段階的に分散させることをお勧めします。マルチステップ混合プロセスは、より細かい粉末成分が、わずかに過湿の粒子を覆い包むため、特に効果的です。これにより、粉塵状の微細な粒子が結合されます。これにより、流動性が向上し、粉塵の発生が低減され、後続の包装技術が安定します。
amixon® は、正確、迅速、かつ実践的に、最適なプロセス管理を見つけるお手伝いをいたします。
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