凝集を壊すのではなく狙って促進するために、どのプロセスパラメータが決定的ですか。
凝集は、複数のパラメータの制御された相互作用によって生まれます。決め手となるのは、投入エネルギー、液体、温度、粒子特性です。目標は凝集体の安定した形成です。成長率は破壊率より高くなければなりません。同時に系は安定を保たなければなりません。
機械的な投入エネルギーがこの平衡を制御します。せん断力が粒子接触を生み出します。これは架橋形成に必要です。ただしせん断は強すぎてはいけません。さもないと凝集体が壊れます。せん断が弱すぎると不安定な構造になります。せん断が強すぎると摩耗と崩壊を招きます。
液体・固形分比が中心的です。液体が結合架橋を形成します。液体が少なすぎると結合が弱くなります。凝集体は容易に崩れます。液体が多すぎると過湿潤になります。制御されない塊が生じます。層が不安定になることがあります。
バインダー特性も重要です。添加量は正確に計量しなければなりません。添加速度が分布に影響します。高い粘度は結合力を高めます。表面張力が毛細管力を制御します。湿潤挙動が架橋形成を決めます。気孔飽和度が構造に影響します。ペンデュラー状態は緩い構造を生みます。キャピラリー状態は緻密な凝集体をもたらします。
噴霧プロセスでは液滴サイズが決定的です。小さな液滴は作用する前に蒸発することがあります。大きな液滴は局所的な過湿潤を招きます。噴霧速度が局所的な水分に影響します。噴霧圧が分布を制御します。空気・液体比が液滴のスペクトルを決めます。目標は均一な湿潤です。
温度は複数の効果を同時に制御します。バインダーの粘度に影響します。蒸発速度を決めます。バインダーは十分な時間液体のままでなければなりません。そうして初めて安定な架橋が生まれます。乾燥が速すぎると脆い構造を生みます。乾燥が遅すぎると粘着と固着を招きます。
粒子の特性がプロセスウィンドウを定めます。広い粒度分布は充填状態を改善します。これが安定性を高めます。狭い分布はより弱い構造をもたらします。粗い表面は付着を高めます。滑らかな表面にはより強いバインダーが必要です。表面エネルギーが湿潤に影響します。
装置内の流れと運動も同様に重要です。充填率が衝突頻度に影響します。充填率が高すぎるとデッドゾーンが生じます。ガス速度が流動化を制御します。速度が低すぎると混合が悪化します。速度が高すぎると破損が増えます。滞留時間が製品の均一性を決めます。
運転は安定したプロセスウィンドウの中で行わなければなりません。投入エネルギー、液体、温度は調和させなければなりません。機械的負荷は凝集体を壊してはなりません。
現代のプロセスは PAT システムを利用します。これらは水分、温度、粒度をリアルタイムで測定します。こうしてプロセスを狙いどおりに制御できます。凝集は安定して形成されます。破壊は早期に検知され回避されます。
どのプロセスパラメータが狙いを定めた凝集を促進しますか
狙いを定めた凝集は、粒子接触、液体添加、バインダー作用、投入エネルギーが調和して初めて生まれます。目標は、過湿潤、望ましくない塊形成、過度の粒子破損を招くことなく、安定した凝集体を作り上げることです。
まず決定的なのは、液体と固形分の比です。液体は粒子間に結合架橋を形成し、その量、粘度、表面張力、湿潤性が凝集体の強度、気孔率、溶解性に影響します。液体量が少なすぎると弱い構造が生じ、局所的な過湿潤は粗い塊や固着を招くことがあります。したがって液体は、動いている粉体層に、ゆっくりと計量しながら、できるだけ細かく分布させて投入すべきです。amixon® はそのために、下部の混合室にまで届く液体添加ランスを用い、液流は吸着能力と製品の動きに合わせて調整します。
投入エネルギーも狙いを定めて選ばなければなりません。十分な粒子接触と均一な湿潤を可能にする一方で、繊細な凝集体、コーティング、粗い成分に不必要な負荷をかけてはいけません。必要に応じて、切削ロータ、渦発生器、脱凝集器を用いて既存の塊を解き、液体をより良く分布させることができます。ただしこれらの工具は、製品にとって必要な限りの時間と強さでのみ運転すべきです。
凝集は、amixon® のマルチステップ混合法によって、とりわけ経済的でプロセス上安全に行えます。まず頑健な粉体成分を小さな部分バッチで集中的に混合し、液体で湿潤させます。続いて、さらなる粉体成分を段階的に加え、必要に応じて再び液体を噴霧します。その際、充填率は制御されながら最終バッチまで増えていきます。より細かい粉体が、わずかに過湿潤した粒子を包み込み、より均一で粘着性の少ない凝集体構造に寄与することができます。
この方法にはとりわけ amixon® のコーン型単軸ミキサー AM が適しています。低い位置に配置された切削ロータは、低い充填率でもすでに効果的に作動できます。これにより、高濃度のプレミックス、湿潤、脱凝集、そしてその後の最終混合を同じ装置内で行えます。個別のプレミキサー、追加の製品移し替え、それに伴う洗浄の手間を省くことができます。
マルチステップ法のもう一つの利点は、繊細な、あるいは粗い成分を最後に加えることです。集中的な湿潤・凝集段階の後、これらは混合強度を下げた状態で穏やかに混ぜ込まれます。これにより、粉じん結合性、流動性、インスタント特性、粒子の完全性を併せて考慮できます。