Produktentwicklung durch Mahlen - Delft Solids Solutions

Bei vielen Anwendungen der Pulververarbeitung ist das Mahlen oder Zerkleinern von festen Materialien für verschiedene Zwecke erforderlich. Das Hauptziel der Zerkleinerung besteht darin, kleinere Partikel zu erzeugen, entweder wegen ihrer größeren Oberfläche oder wegen ihrer Form, Größe und Anzahl. Das Endprodukt besteht in der Regel aus einem Gemisch von Partikeln, die eine große Vielfalt an Größen und Formen aufweisen können. Daher kann ein Mahlprozess in Kombination mit einem Sieb auch die Partikelgrößenverteilung eingrenzen.

Für die Zerkleinerung von Feststoffen setzen wir in unserem Feldversuchsbereich Geräte mit unterschiedlichen Mischprinzipien ein: Unsere Ultrazentrifugalmühle zerkleinert weiche bis mittelharte und faserige Feststoffe durch Prall- und Schereffekte mittels einer Hochgeschwindigkeitsrotormühle mit Ringsieben, die sich in der eigentlichen Mahlkammer befinden, effektiv auf eine genau definierte Größenverteilung. Diese Siebe können ausgetauscht werden, um die Größenverteilung nach unten oder oben zu verschieben. Dieses 2-stufige Mahlverfahren gewährleistet eine besonders schonende, aber schnelle Zerkleinerung. Das Aufgabematerial verbleibt nur für eine sehr kurze Zeit in der Mahlkammer, so dass die charakteristischen Merkmale der zu bestimmenden Probe nicht verändert werden. Der untere Partikelgrößenbereich, der erreicht werden kann, liegt in der Größenordnung von 40-50 Mikrometern. Die Zentrifugalmühle hat ein sehr breites Anwendungsspektrum: Knochen, Getreide, chemische Produkte, Kohle, Kaffeebohnen, Kollagen, Mais, getrocknetes Obst und Gemüse, getrocknete Larven, Medikamente, Futterpellets, Düngemittel, Lebensmittel, Mineralien, Papier, pharmazeutische Materialien, pflanzliche Materialien, Polymere, Pulverlacke, Gummi, Gewürze, Süßigkeiten, Textilien, Abfälle, Holz.

Um noch kleinere Partikelgrößen zu erreichen, wird das andere Prinzip der Kugelmühle verwendet. Dabei handelt es sich um eine Art von Zerkleinerungsgerät, das nach dem Prinzip des Aufpralls und der Reibung arbeitet. Die Zerkleinerung erfolgt durch Aufprall, da die Kugeln fallen und auf die Oberfläche der Partikel treffen. Die Kugelmühle kann bis zu einer Größe von ca. 10 Mikrometern heruntergehen, wobei zu beachten ist, dass diese Methode der Kugelmühle bei relativ kleinen Probengrößen am effektivsten ist.

Die Kugelmühle wird für die Zerkleinerung von Materialien wie Kohle, Pigmenten und Ton verwendet. Der Mahlprozess kann entweder nass oder trocken durchgeführt werden, wobei der nasse Prozess bei niedriger Geschwindigkeit erfolgt. Bei Systemen mit mehreren Komponenten hat sich das Kugelmahlen als effektiv erwiesen, um die chemische Reaktivität im festen Zustand zu erhöhen. Das Kugelmahlen hat sich auch bei der Herstellung von amorphen Materialien bewährt.

Für die Zerkleinerung spezieller Materialien wie hitzeempfindlicher und schwer zu zerkleinernder Materialien kann das kryogene Mahlen eingesetzt werden. Beim kryogenen Mahlen, auch bekannt als Gefriermahlen, Gefrierschleifen, kryogenes Mahlen und Kryomahlen, wird ein Material abgekühlt und anschließend auf eine kleinere Partikelgröße reduziert. Kakaonibs zum Beispiel lassen sich bei Raumtemperatur nur schwer zu Pulver zermahlen, da sie zu einer klumpigen Masse schmelzen und klebrig werden. Wenn sie mit Trockeneis oder flüssigem Stickstoff gekühlt werden, lassen sich die Kakaonibs gut zu Pulver zermahlen, das für andere Pulverprozesse geeignet ist.

Bei der Auswahl einer geeigneten Laborausrüstung für die kryogene Zerkleinerung müssen verschiedene Aspekte berücksichtigt werden, wie z.B.: Probenvolumen, Zerkleinerungsgröße und gewünschte Partikelgröße. Unser System verwendet flüssigen Stickstoff (-196 °C), um das Aufgabegut vor und während des Mahlens abzukühlen und so Schmelzen, Zersetzung oder Versprödung zu verhindern. Kryogenes Mahlen ist in der Lebensmittel-, Getränke- und Pharmaindustrie weit verbreitet.

Während der verschiedenen Zerkleinerungsverfahren kann die Partikelgrößenanalyse verwendet werden, um die Effektivität des Zerkleinerungsverfahrens durch Messung der Partikelgrößenverteilung zu bestätigen und zu überprüfen, ob die gewünschte Größe erreicht wurde.