Powlekać

Czym jest coating w kontekście mieszalników materiałów sypkich?

Powlekanie (ang. coating) cząstek stosuje się, gdy zachodzi potrzeba modyfikacji właściwości powierzchniowych surowców.

Często pojawia się pytanie o różnicę między painting a coating. Podczas gdy painting służy przede wszystkim celom dekoracyjnym, coating zapewnia aktywną ochronę przed zewnętrznymi czynnikami mogącymi uszkodzić materiał.

Również cząstki materiałów sypkich można powlekać w celu zmiany właściwości powierzchniowych proszków. Odpowiedni proces mieszania proszków z wykorzystaniem mieszalników amixon® może stanowić ekonomicznie korzystną metodę.

• Na przykład małe cząstki metalu można pokryć cienką warstwą lakieru, aby przerwać ich przewodnictwo elektryczne w obrębie układu cząstek. Może to na przykład wpływać na ich właściwości magnetyczne.
• Zmielony cukier lub sól można powlekać tłuszczem. Dzięki temu ich rozpuszczanie w wilgotnym środowisku może rozpocząć się dopiero pod wpływem ciepła, które powoduje stopienie tłuszczu.
• Substancje nanocząsteczkowe mogą całkowicie powlekać cząstki materiału sypkiego w celu wytworzenia nowego materiału podczas późniejszego procesu kalcynacji.
• Nanocząstki mogą pełnić funkcję środków poprawiających płynność, zajmując i uszczelniając dostępną porowatość materiału sypkiego. Ewentualnie występująca wilgoć jest wówczas absorbowana lub otaczana powłoką.
• Perełkowato zaglomerowane czarne pigmenty można zaokrąglać i lakierować. W ten sposób proszki mieszaniny są chronione przed wilgocią lub tlenem zawartym w otaczającym powietrzu.
• Produkty instant mogą być przygotowywane w mieszalniku (w procesie wieloetapowym), poprzez warstwowe powlekanie cząstek cieczą i proszkiem. Pyły są wiązane poprzez tworzenie większych cząstek. Taki proces budowania warstw można w razie potrzeby powtarzać wielokrotnie. W ten sposób poprzez tworzenie kolejnych warstw można również sterować właściwościami sensorycznymi składników odżywczych, produktów farmaceutycznych i wyrobów cukierniczych.

Krótko mówiąc: procesy powlekania optymalizują właściwości materiałów sypkich pod względem trwałości, wyglądu, rozpuszczalności, wiązania pyłu, właściwości przepływowych, reaktywności chemicznej i wielu innych parametrów.

Jak działa proces powlekania?

Proces powlekania stosowany w przetwarzaniu proszków opiera się na zasadzie aglomeracji cząstek jako operacji towarzyszącej mieszaniu proszków lub procesowi w złożu fluidalnym. Siły adhezji międzycząsteczkowej małych cząstek mogą być szczególnie duże. Wynikają one z sił van der Waalsa oraz sił elektromagnetycznych. Jeśli cząstki mają rozmiary zaledwie kilku nanometrów, mogą szczególnie skutecznie otaczać cząstki substancji czynnej.

Podczas powlekania dąży się do powiększania cząstek mieszaniny poprzez tworzenie wokół nich kolejnych warstw. W idealnym przypadku cząstki przyjmują przy tym kształt kulisty. Okrągłe cząstki są bardziej stabilne i umożliwiają tworzenie struktur wielowarstwowych. Proces ten przebiega tym skuteczniej, im szerszy jest rozkład wielkości cząstek materiału powlekającego. W wyniku ruchów mieszających, tocznych i ścinających zespoły cząstek są przyłączane, obtaczane i zagęszczane (aglomerowane). Wielokrotne powtarzanie procesu powoduje warstwowy wzrost cząstek.

W praktyce proces powlekania jest wspomagany poprzez dodanie niewielkich ilości ciekłego środka wiążącego. Proces mieszania służy najpierw do równomiernego zwilżenia wszystkich cząstek substancji czynnej. Następnie dodawany jest materiał powlekający.

Proces mieszania musi obejmować całą objętość komory mieszania i przebiegać efektywnie. Doprowadzana energia musi być wystarczająca do rozdzielenia niepożądanych aglomeratów na cząstki pierwotne. Jednocześnie powstałe powłoki nie powinny ulegać zniszczeniu. Proces ten przebiega równolegle z właściwym procesem mieszania. Opiera się na idealnym rozkładzie losowym uzyskiwanym podczas precyzyjnego mieszania proszków.

Obszary zastosowania: coating w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym

Od drażetek farmaceutycznych po przekąski – wiele produktów uzyskuje swoją charakterystyczną formę i właściwości dopiero dzięki powlekaniu cząstek. Wraz ze wzrostem różnorodności produktów spożywczych rosną również wymagania dotyczące procesów powlekania.

Typowym przykładem jest tworzenie powłoki na tabletkach. Produkty przekąskowe mogą być krótkotrwale poddawane działaniu ładunku elektrycznego, co ułatwia skuteczne nanoszenie sproszkowanych mieszanek przyprawowych. Żelki w kształcie misiów są powlekane mieszaniną cukru i kwasu, aby zachować dobrą sypkość. Cząstki cukru lub soli mogą być powlekane drobno zdyspergowanym proszkiem aromatycznym, gorący karmel może otaczać głęboko schłodzone kawałki czekolady, a kultury bakterii mogą być powlekane szybko krzepnącym środkiem słodzącym.

Funkcjonalne produkty spożywcze mogą być powlekane zawiesiną skrobiową itd. Liczbę takich przykładów można niemal dowolnie rozszerzać. Tabletki mogą otrzymywać trudno rozpuszczalną powłokę, aby spowolnić uwalnianie substancji czynnej (efekt retardacji). Substancje lecznicze są również często powlekane, aby ułatwić ich połykanie. Podobnie jak żywność, produkty farmaceutyczne muszą być chronione przed działaniem tlenu i wilgoci.

Powłoki mogą być nanoszone w postaci zawiesin, emulsji, stopionych substancji lub drobno zdyspergowanych proszków. Oprócz mieszalników proszków odpowiednimi urządzeniami mogą być również bębny drażetkarskie, aparaty ze złożem fluidalnym, urządzenia typu high-coater, mieszalniki swobodnego spadku oraz przenośniki o pracy ciągłej.