Смачивание

Смачивание — это физический процесс, при котором жидкость вступает в контакт с твердой поверхностью и распространяется по ней. На границе между жидкостью и твердым телом образуется межфазная поверхность, энергетические свойства которой определяют смачиваемость. В этом контексте увлажнение порошка описывает проникновение и распределение жидкости в порошкообразной пористой куче частиц.

Характеристики смачивания зависят от межфазного натяжения между твердым телом, жидкостью и газовой фазой. Одним из основных показателей является угол смачивания, который описывается уравнением Юнга:

γ_SG = γ_SL + γ_LG ⋅cos(θ)

γ_SG — межфазное натяжение между твердым телом и газом, γ_SL — между твердым телом и жидкостью, а γ_LG — между жидкостью и газом. θ — угол смачивания. Малые углы смачивания означают хорошее смачивание, а большие углы смачивания указывают на гидрофобные поверхности. В пористой порошкообразной куче дополнительно играет роль капиллярное давление, которое можно описать уравнением Лапласа:

Δp = r ⋅ 2 γ_LG ⋅ cos(θ)

r представляет собой эффективный радиус пор или капилляров. Мелкие порошки с мелкими порами и гидрофильной поверхностью быстро впитывают жидкости за счет сильных капиллярных сил всасывания. Гидрофобные или крупнопористые системы требуют более высокого давления или более интенсивного перемешивания для равномерного распределения жидкости.

Распределение жидкости в порошке обычно происходит в два этапа. Сначала на внешних поверхностях частиц образуется пленка жидкости, затем жидкость проникает внутрь кучки. Скорость и равномерность увлажнения в значительной степени зависят от размера капель, энергии импульса капель, вязкости и поверхностного натяжения жидкости, а также от морфологии частиц. Различные смачивающие свойства компонентов могут способствовать или препятствовать агломерации и, таким образом, существенно влиять на структуру продукта.

Миксеры amixon^® позволяют использовать различные методы для целенаправленного увлажнения порошка. Жидкости могут подаваться через однокомпонентные или двухкомпонентные форсунки. При этом размер капель и скорость падения можно регулировать таким образом, чтобы добиться либо тонкого распределения, либо целенаправленной инициализации агломерации. В качестве альтернативы жидкость может подаваться в виде компактной струи сверху на смесительную подушку, что особенно выгодно в случае вязких или чувствительных к пенообразованию жидкостей. Еще одна возможность — подача пара, при которой конденсирующийся пар образует равномерную пленку жидкости на частицах.

В некоторых случаях целесообразно удалить воздух из смеси перед добавлением жидкости. Удаление газовой фазы приводит к дегазации пористого пространства кучки частиц. Если затем добавить жидкость, она может быстрее и глубже проникнуть в кучу благодаря возникающему перепаду давления. Этот процесс оптимально использует естественную пористость порошка и улучшает поглощение жидкости, особенно в случае мелких гидрофильных порошков или рецептур, которые должны однородно поглощать большое количество жидкости.