Zwilżanie

Zwilżanie to proces fizyczny, w którym ciecz styka się z powierzchnią stałą i rozprzestrzenia się na niej. Na granicy między cieczą a ciałem stałym powstaje powierzchnia graniczna, której właściwości energetyczne determinują zachowanie zwilżające. W tym kontekście zwilżanie proszku opisuje penetrację i rozprzestrzenianie się cieczy w porowatej masie cząstek proszkowych.

Na właściwości zwilżania wpływają napięcia międzyfazowe między ciałem stałym, cieczą i fazą gazową. Kluczową miarą jest kąt zwilżania, który opisuje równanie Younga:

γ_SG = γ_SL + γ_LG ⋅cos(θ)

γ_SG to napięcie międzyfazowe między ciałem stałym a gazem, γ_SL między ciałem stałym a cieczą, a γ_LG między cieczą a gazem. θ to kąt zwilżania. Małe kąty zwilżania oznaczają dobre zwilżanie, duże kąty zwilżania wskazują na powierzchnie hydrofobowe. W porowatej masie proszkowej dodatkową rolę odgrywa ciśnienie kapilarne, które można opisać równaniem Laplace'a:

Δp = r ⋅ 2 γ_LG ⋅ cos(θ)

r oznacza efektywny promień porów lub kapilar. Drobne proszki o małych porach i hydrofilowej powierzchni szybko wchłaniają ciecze dzięki silnym siłom kapilarnym. Systemy hydrofobowe lub o grubych porach wymagają wyższego ciśnienia lub intensywniejszego mieszania, aby równomiernie rozprowadzić ciecz.

Rozprowadzanie cieczy w proszku odbywa się zazwyczaj w dwóch etapach. Najpierw na zewnętrznych powierzchniach cząstek tworzy się warstwa cieczy, a następnie ciecz wnika do wnętrza agregatu. Szybkość i równomierność zwilżania zależą w dużym stopniu od wielkości kropli, energii impulsu kropli, lepkości i napięcia powierzchniowego cieczy, a także od morfologii cząstek. Różne właściwości zwilżania składników mogą sprzyjać lub hamować aglomerację, a tym samym znacząco wpływać na strukturę produktu.

Mieszalniki amixon^® umożliwiają różne procesy ukierunkowanego zwilżania proszku. Ciecze mogą być wprowadzane za pomocą dysz jedno- lub dwuskładnikowych. Wielkość kropli i prędkość uderzenia można regulować w taki sposób, aby uzyskać albo drobne rozproszenie, albo ukierunkowaną inicjalizację aglomeracji. Alternatywnie, ciecz może być podawana jako zwarty strumień z góry na złoże mieszające, co jest szczególnie korzystne w przypadku cieczy lepkich lub wrażliwych na pienienie. Inną możliwością jest wprowadzenie pary, w której skraplająca się para tworzy równomierną warstwę cieczy na cząstkach.

W niektórych przypadkach przed dodaniem cieczy warto opróżnić mieszankę. Usunięcie fazy gazowej powoduje odpowietrzenie porów skupiska cząstek. Następnie dodaje się płyn, który dzięki powstałej różnicy ciśnień może szybciej i głębiej wniknąć w masę cząstek. Proces ten optymalnie wykorzystuje naturalną porowatość proszku i poprawia wchłanianie płynów, szczególnie w przypadku drobnych, hydrofilowych proszków lub receptur, które mają wchłaniać duże ilości płynów w sposób jednorodny.