パウダーの湿潤
「パウダーの湿潤」という用語は、「パウダーの加湿」と同義語としてよく使われます。これは、粉末処理における最も重要なプロセス工学上の工程の一つです。粉末の湿潤とは、異なる状態にある2つの成分を結合させることを意味します。固体粒子が液体相と接触します。ごく少量の液体でも、粉末の流動特性や変形特性を根本的に変化させることがあります。
粉末は、乾燥状態では分散した固体-気体系として存在します。湿潤により、固体、液体、気体からなる多相系が形成されます。液体の割合が増加するにつれて、粒子間の相互作用は大きく変化する。
まず、隣接する粒子の間に液体の橋が形成される。これらは毛管力を生じさせ、システムの凝集力を高める。粉末の流動性は低下し、塑性的な挙動を示すようになる。さらに液体が供給されると、システムはペースト状またはスラリー状の状態へと移行する。液橋の毛細管力は、以下のように簡略化して記述できる：
Fk ≈ 2 ·π ·r· γ · cos θ
- r は有効粒子半径
- γ は液体の表面張力
- θ は濡れ角
濡れ角が小さいほど、濡れは強くなり、毛管結合力も高くなる。液体が粉末を十分に濡らすかどうかは、粒子の表面エネルギーと液体の表面張力に依存する。濡れ状態は接触角によって記述される：
cos θ = (γSV−γSL) / γLV
- γSVは固体-気体界面張力
- γSLは固体-液体界面張力
- γLVは液体-気体界面張力
接触角が小さいほど、濡れ性は良好である。濡れが進むにつれて、系のレオロジー特性は変化する。粉末は非ニュートン的な挙動を示す。しばしば流動限界が生じる。この材料は、低負荷下では固体のように振る舞い、臨界せん断応力以上になって初めて流動し始める。この挙動は、ビンガムモデルを用いて理想化して記述することができる：
τ = τ0 + ηp · γ˙
- τはせん断応力
- τ0は流動限界
- ηpは塑性粘度
- γ˙はせん断速度
したがって、粉末の湿潤は、混合メカニズム、エネルギー投入、およびプロセス制御に決定的な影響を与える。技術的には、粉末の湿潤は、粉塵を結合させ、凝集を開始させ、添加剤を均一に塗布し、または化学反応を可能にするために利用される。これは、造粒、コーティング、含浸、および機能性粉末の製造における中心的な工程である。
これと逆のプロセスが脱湿または乾燥です。このプロセスでは、液体が再び除去されます。その際、物質のコンシステンシーは、逆の順序で同じ状態領域を通過します。したがって、湿潤メカニズムの理解は、真空混合乾燥プロセスにおいても極めて重要です。
粉末の湿潤は、粉末技術、界面物理学、レオロジーが複雑に絡み合った現象です。amixon®ミキサーは、最新の湿潤技術を採用しています。これにより、粉末を特に穏やかに、かつ均一に湿潤させることができます。その結果、粉末の特性を的確に改善することが可能となります。