Trocknen von Dispersionen -3- Eigenschaften von Instantpulvern Flashcards
(26 cards)
Was sind wichtige Pulvereigenschaften?
- Nicht staubend
- Rieselfähig, frei fließend
- Gewünschte Schüttdichte, nicht verdichtend
- Gute Instanteigenschaften
Ab welcher Partikelgröße werden Partikel als “staubend” klassifiziert?
Partikel < 100 μm
Ab welcher Partikelgröße sind Partikel frei schwebend?
Partikel < 50 μm
In welcher Größenordnung liegen tyische Sprühpulver und was hat das für konsequenzen?
Typische Sprühpulver liegen im Größenbereich 20 – 200 μm, sind also staubend, z.T. sogar freischwebend. Abhilfe kann nur eine anschließende Agglomeration schaffen.
Wann fließen Pulver?
Wenn die Haltekräfte zwischen den Partikeln überwunden werden
Was sind Van der Waals Kräfte?
Wechselwirkungen zwischen (fluktuierenden) Dipolmomenten von Atomen und Molekülen. -> WW sind proportional zur Partikelgröße und nehmen mit dem Abstand stark ab.
Wie kann wasser in das Pulver gelangen und so Flüssigkeitsbrücken entstehen?
- Zugabe von Flüssigkeit (einsprühen)> gewollt, z.B. beim Agglomerieren
- Überschreiten der Sättigungszustände der Umgebungsluft, v.a. bei T-Änderungen >ungewollt
- Kristallisation amorpher Partikel> ungewollt
Wann bilden sich Glaszustände (amorphe) in Partikeln?
Glaszustände findet man immer dann, wenn der Übergang von der flüssigen zur festen Phase sehr schnell passiert, so z.B. bei der Sprühtrocknung. Die Trocknungszeit reicht nicht zur Ausbildung der thermodynamisch günstigen Kristallstruktur, die Atome/Moleküle werden „eingefroren“.
Was ist das Problem bei in Wasser löslichne Sroffen und Flüssigkeitsbrücken?
Bestehen die Pulverpartikel aus löslichen Kristallen (z.B. Zucker), wird Substanz in die Flüssigkeitsbrücke gelöst. Das freigesetzte Wasser verdunstet während der weiteren Lagerung. Sobald die Sättigungskonzentration des gelösten Stoffs überschritten wird, kristallisiert dieser aus. Es bilden sich Festkörperbrücken, die die Pulverpartikel fest ‚verbacken‘.
Wie wirkt sich die Temperaturdifferenz zwischen Lagertemperatur und Glasübergangstemperatur auf die Lagerung aus?
Je größer der Abstand der Lagertemperatur zur Glasübergangstemperatur ist (T-Tg) ↑, desto kürzer ist die Lagerdauer, bis die Kristallisation des Produkts mit Wasserfreisetzung und ungewollter Agglome- ration durch Ausbildung von Flüssigkeits- bzw. Festkörperbrücken startet
Wie hängen Tg (Glasübergangstemperatur) und aw zusammen und was ist der Einfluss auf die Lagerdauer?
Da Tg (Glasübergangstemperatur) von aw und damit dem Wassergehalt des Pulvers abhängt (Tg sinkt mit steigendem aw), bestimmt die Wasseraktivität des Pulvers die maximal mögliche Lagerdauer bei gegebener Temperatur. je höher aw umso kürzer die Lagerdauer
Wie kann es zum Sintern “anschmelzen” beim lagern kommen?
Lagerung bei warmen Temperaturen (T > 2/3 Tm Schmelztemperatur) unter Druck kann zum Sintern führen. Einzelne Atome bzw. Moleküle wandern dabei in den Zwickelbereich zwischen 2 Partikeln und bilden dort Feststoffbrücken aus. Bsp.: Silolagerung im Sommer
Wie kann man die Verfestigung von Pulvern durch Flüssigkeits- bzw. Feststoffbrücken oder Sinterung messen?
Durch einen einfachen Verbackungstest:
- Pulver in einem Gefäß unter Druck (Normalspannung σ1) setzen
- Wände entfernen
- Einachsiger Druckversuch bis zum BruchSpannung σc als Maß für Festigkeit
Was passiert beim überschereiten des Glasübergangsbereichts (höhere Temperatur)?
und was sind die Folgen für Glasübergangsbereichtssenkende additive?
Bei Überschreiten des Glasübergangs wird ein Pulver klebrig. Man spricht von der s.g. „sticky region“.
->Einflussfaktoren, die die Glasübergangstemperatur senken, erhöhen damit automatisch die Neigung von Pulvern zur Klebrigkeit bei Lagerung:
Wie kann der klebrigkeitspunkt gemessen werden?
- Sticky point test apparatus (Abb. 3.10): Das Pulver wird temperiert bei geg. Luftbedingungen in einem Reagenzglas o.ä. gelagert und dabei gerührt. Sobald das Pulver klebrig wird, steigt das zur Rotation des Rührers benötigte Drehmoment an.
- Messung wie oben, nur im Rheometer Messgeometrie und Drehmomentenmessung besser definiert.
Wie stehen alle am Patikel wirkenden Kräfte zusammen und wie stehen sie im Verhältnis zum Partikeldurchmesser?
Da gleichzeitig immer die Gewichtskraft FG wirkt, müssen Haftkräfte FH hierzu ins Verhältnis gesetzt
werden. Die Gewichtskraft ist proportional zum Partikeldurchmesser x3 (über die Masse), die Haft-
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kräfte (vdW oder Flüssigkeitsbrücken) dagegen proportional zu x . Je kleiner die Partikel sind, desto
mehr überwiegen Haftkräfte, s. Abb. 3.12.
Flüssigkeitsbrücken und vdW-Kräfte sind daher v.a. bei kleinen Partikeln (Pulvern) kritisch und können diese am freien Fließen hindern.
Was für ein Fließverhalten ist beim leeren eines Silos erwünscht?
Was sind geometrische Faktoren am silo?
Gewünscht ist ein Massefluss (‚first in first out‘). Pulverbrücken über dem Auslass bringen den Prozess zum Stoppen. Kernfluss führt zu Rückständen im Silo mit z.B. schädlichen Oxidationsreaktionen bei zu langer Lagerung.
-> Kritisch sind v.a. der Winkel des Silobodens Θ und der Öffnungsdurchmesser D
Was wird zur Bestimmung des Fließverhaltens von Pulvern und der kritischen Siloabmessungen gemacht?
ein Jenike- oder Ring-Scherversuch
Wie funktioniert ein Jenike- oder Ring-Scherversuch?
Hierbei wird das Pulver unter eine definierte Normallast (Spannung σ = Kraft N pro Fläche A) gesetzt und dann durch Bewegung des oberen Behälterteils bzw. des Deckels geschert. Dabei wird die minimale Scherkraft S bzw. Schubspannung τ bestimmt, die benötigt wird, um Pulverpartikel gegen Pulverpartikel oder gegen die Wand bewegen zu können.
Begonnen wird mit hoher Normalspannung σI (max. Verdichtung). Danach wird in vielen Schritten die Normalspannung reduziert. -> fließkurve
Wie wirken Fließhilfsmittel?
Durch Rauigkeiten auf der Oberfläche von Partikeln wird der Abstand zwischen den Partikeln vergrößert.
Warum funktionieren Fließhilfsmittel?
Die sehr kleinen Partikel haften aufgrund der vdW-Kräfte (Modell Kugel-Platte: doppelte vdW-Kraft im Vergleich zu Kugel-Kugel) sehr gut an den großen Partikeln des Produkts und bilden eine künstliche Oberflächenrauigkeit. Durch geschickte Wahl der Größe dieser Fließhilfsmittel können Haftkräfte um mehrere Zehnerpotenzen reduziert werden. Hierzu muss die Höhe der Oberflächenrauigkeit im Bereich ‰ - % der Pulverpartikelgröße liegen. Man spricht auch von „abpudern“
Wie beeinflussen Haftkräfte die Porosität?
Haftkräfte beeinflussen die Porosität eines Schüttgutes. Je größer die Haftkräfte im Verhältnis zu den Gewichtskräften ist, desto eher bilden sich beim Abfüllen große, ungefüllte offene Poren. Die Porosität steigt.
Geringste Porosität ε0 von Kugeln ist?
Kugeln: ε0 = 0,38 (dichteste Kugelpackung)
Die Porosität eines Haufwerks von Partikeln (Pulverschüttung) beeinflusst wichtige Eigenschaften welche?
u.a. die Schüttgutdichte und die Verpackungsgröße, aber auch das Eindringen von Wasser oder Milch beim Redispergieren des Pulvers (Rehydratationskinetik).
