Zwilżanie proszku
Termin „zwilżanie proszku” jest często używany jako synonim „nawilżania proszku”. Jest to jeden z najważniejszych procesów technologicznych w przetwórstwie proszków. Zwilżanie proszku oznacza połączenie dwóch składników o różnym stanie skupienia. Cząstki stałe są doprowadzane do kontaktu z fazą ciekłą. Już niewielkie ilości cieczy mogą zasadniczo zmienić właściwości płynięcia i odkształcania proszku.
Proszki występują w stanie suchym jako rozproszone układy ciało stałe-gaz. W wyniku zwilżania powstaje układ wielofazowy składający się z ciała stałego, cieczy i gazu. Wraz ze wzrostem zawartości cieczy znacznie zmieniają się oddziaływania między cząstkami.
Najpierw między sąsiednimi cząstkami tworzą się mostki cieczy. Wytwarzają one siły kapilarne i zwiększają kohezję układu. Proszek staje się mniej sypki i wykazuje właściwości plastyczne. Przy dalszym dodawaniu cieczy układ przechodzi w stan pastowaty lub szlamowaty. Siłę kapilarną mostka cieczowego można w uproszczeniu opisać wzorem:
Fk ≈ 2 ·π ·r· γ · cos θ
- r to efektywny promień cząstki
- γ to napięcie powierzchniowe cieczy
- θ to kąt zwilżania
Im mniejszy kąt zwilżania, tym silniejsze jest zwilżanie i tym większe są siły wiązania kapilarnego. To, czy ciecz dobrze zwilża proszek, zależy od energii powierzchniowej cząstek i napięcia powierzchniowego cieczy. Stan zwilżania opisuje się za pomocą kąta zwilżania:
cos θ = (γSV−γSL) / γLV
- γSV to napięcie międzyfazowe ciało stałe–gaz
- γSL to napięcie międzyfazowe ciało stałe–ciecz
- γLV to napięcie międzyfazowe ciecz–gaz
Mały kąt zwilżania oznacza dobrą zwilżalność. Wraz ze wzrostem zwilżania zmieniają się właściwości reologiczne układu. Proszek wykazuje zachowanie nienewtonowskie. Często występuje granica płynięcia. Pod niewielkim obciążeniem materiał zachowuje się jak ciało stałe i zaczyna płynąć dopiero powyżej krytycznego naprężenia ścinającego. Zachowanie to można w idealnym ujęciu opisać za pomocą modelu Binghama:
τ = τ0 + ηp · γ˙
- τ to naprężenie ścinające
- τ0 to granica płynności
- ηp to lepkość plastyczna
- γ˙ to szybkość ścinania
Zwilżanie proszku ma zatem decydujący wpływ na mechanizm mieszania, dostarczanie energii i sterowanie procesem. Technicznie rzecz biorąc, zwilżanie proszku stosuje się w celu wiązania pyłu, zainicjowania aglomeracji, równomiernego nakładania dodatków lub umożliwienia reakcji chemicznych. Jest to kluczowy etap podczas granulacji, powlekania, impregnacji oraz produkcji proszków funkcjonalnych.
Procesem odwrotnym jest odwilżanie lub suszenie. Polega ono na ponownym usunięciu cieczy. Konsystencja materiału przechodzi przy tym przez te same stany w odwrotnej kolejności. Zrozumienie mechanizmów zwilżania ma zatem kluczowe znaczenie również dla procesów mieszania próżniowego z suszeniem.
Zwilżanie proszków to złożona interakcja między technologią proszków, fizyką powierzchni granicznych i reologią. Mieszalniki amixon® wykorzystują nowoczesne metody zwilżania. Dzięki temu proszki można zwilżać w sposób szczególnie delikatny i równomierny. Pozwala to na celową poprawę właściwości proszków.