파우더 습윤
“파우더 습윤”이라는 용어는 종종 “파우더 가습”과 동의어로 사용됩니다. 이는 파우더 처리 공정에서 가장 중요한 공정 기술 중 하나입니다. 분말 습윤은 서로 다른 물리적 상태를 가진 두 성분을 결합하는 것을 의미합니다. 고체 입자가 액체상과 접촉하게 됩니다. 아주 적은 양의 액체만으로도 분말의 유동 및 변형 거동을 근본적으로 변화시킬 수 있습니다.
분말은 건조한 상태에서 분산된 고체-기체 시스템으로 존재합니다. 습윤을 통해 고체, 액체, 기체로 구성된 다상 시스템이 형성됩니다. 액체 함량이 증가함에 따라 입자 간의 상호작용이 크게 변화한다.
먼저 인접한 입자 사이에 액체 다리가 형성된다. 이는 모세관력을 발생시키고 시스템의 응집력을 높인다. 분말의 유동성은 감소하고 소성 거동을 보인다. 액체가 더 투입되면 시스템은 반죽 상태나 슬러리 상태로 전환된다. 액체 다리의 모세관력은 다음과 같이 간단히 설명할 수 있다:
Fk ≈ 2 ·π ·r· γ · cos θ
- r은 유효 입자 반지름이다
- γ는 액체의 표면장력이다
- θ는 적신각이다
윤활각이 작을수록 윤활이 강해지고 모세관 결합력도 높아집니다. 액체가 분말을 잘 적시는지는 입자의 표면 에너지와 액체의 표면 장력에 달려 있습니다. 윤활 상태는 접촉각을 통해 설명됩니다:
cos θ = (γSV−γSL) / γLV
- γSV는 고체-기체 계면 장력이다
- γSL는 고체-액체 계면 장력이다
- γLV는 액체-기체 계면 장력이다
접촉각이 작을수록 습윤성이 좋음을 의미한다. 습윤이 증가함에 따라 시스템의 유변학적 특성이 변화한다. 분말은 비뉴턴성 거동을 보인다. 종종 유동 한계가 나타난다. 이 재료는 낮은 하중에서는 고체와 같은 거동을 보이다가, 임계 전단 응력 이상에서야 비로소 유동하기 시작합니다. 이러한 거동은 빙엄(Bingham) 모델로 이상화하여 설명할 수 있습니다:
τ = τ0 + ηp · γ˙
- τ는 전단 응력
- τ0는 유동 한계
- ηp는 소성 점도
- γ˙는 전단 속도
따라서 분말 습윤은 혼합 메커니즘, 에너지 투입 및 공정 제어에 결정적인 영향을 미칩니다. 기술적으로 분말 습윤은 분진을 결합하고, 응집을 유도하며, 첨가제를 균일하게 도포하거나 화학 반응을 가능하게 하는 데 사용됩니다. 이는 과립화, 코팅, 함침 및 기능성 분말 제조 과정에서 핵심적인 단계입니다.
이와 반대되는 공정은 탈수 또는 건조입니다. 이 과정에서 액체가 다시 제거됩니다. 이때 물질의 농도는 동일한 상태 영역을 역순으로 거치게 됩니다. 따라서 습윤 메커니즘에 대한 이해는 진공 혼합 건조 공정에서도 매우 중요합니다.
분말 습윤은 분말 기술, 계면 물리학 및 유변학의 복잡한 상호작용입니다. amixon® 혼합기는 최신 습윤 방식을 갖추고 있습니다. 이를 통해 분말을 특히 부드럽고 균일하게 습윤시킬 수 있습니다. 따라서 분말의 특성을 목표에 맞게 개선할 수 있습니다.