Produktentwicklung durch Pulvermischung

Das Mischen von Pulvern gilt als Kunst: Im Gegensatz zu Flüssigkeiten verhalten sich Pulver oft nicht wie ein Kontinuum. Außerdem können Pulver frei fließend sein, aber auch kohäsiv, d.h. es muss mehr Energie aufgewendet werden, um die Partikel in Bewegung zu setzen. Wenn wir dann noch hinzufügen, dass auch die Partikelgröße, die Dichte und die Form der verschiedenen Komponenten unterschiedlich sein können, ist das Mischen von Pulvern alles andere als einfach. Folglich erfordert das Mischen fester Materialien ein tieferes Verständnis der Materialien, der Materialeigenschaften und der Funktionsprinzipien der verwendeten Mischausrüstung. Das Mischen von Pulvern kann in der Regel als spontan angesehen werden. Im Gegensatz zum einfachen Mischen von Flüssigkeiten vermischen sich Partikelsysteme nur durch Schütteln, Taumeln, Vibration oder andere mechanische Methoden.

Beim Mischen von Feststoffen werden drei Mechanismen verwendet: Konvektion, Diffusion und Scherung. Bei der Konvektionsmischung werden Massen oder Gruppen von Teilchen von einem Ort zum anderen bewegt. Bei der Diffusionsmischung werden einzelne Partikel über eine in der Mischung entstandene Oberfläche verteilt, während bei der Schermischung Gruppen von Partikeln durch die Bildung von Gleitebenen in der Masse der Mischung vermischt werden.

Die Bewegung von Partikeln während eines Mischvorgangs kann auch zu einem entgegengesetzten Mechanismus führen, der den Mischvorgang möglicherweise umkehrt und als Entmischung von Pulvermischungen bekannt ist. Wenn Partikel mit sehr unterschiedlicher Dichte gemischt werden, kann man beobachten, dass sich die dichteren Partikel eher am Boden der Mischung absetzen. Wenn die groben und feinen Partikel in Bewegung gesetzt werden, trennen sich die feinen Partikel von den größeren. Daher ist eine Qualitätskontrolle des Mischprozesses wichtig, um zu sehen und zu verstehen, ob es zu einer unerwünschten Entmischung kommt.

Ein typischer Mischprozess für Feststoffe kann als eine chemische Reaktion betrachtet werden, die versucht, einen Gleichgewichtszustand zu erreichen. Sobald die Misch- und Entmischungsmechanismen einen Gleichgewichtszustand erreichen, kann das Endprodukt als homogene Mischung betrachtet werden. Um den Grad der Homogenität zu messen, ist die Entnahme repräsentativer Teilmengen des Gemischs entscheidend. Die Genauigkeit der Analyse des Gemischs wird von mehreren Faktoren stark beeinflusst, darunter die Methode der Probenahme, die Anzahl der Proben, die Größe der Proben und die Lage jeder Probe im Schüttgut, aus dem die Probe entnommen wurde. Daraus lässt sich schließen, dass das Mischen im Bereich der Pulver und Feststoffe eindeutig kein einfacher Prozess ist.

In unserem Feldversuchsbereich verfügen wir über verschiedene Arten von Mischgeräten zum Mischen von Pulvern, von Diffusionsmischern wie Würfelmischern mit einem Mischvolumen von 2-12 Litern über Konvektionsmischer im Bereich von 5-20 Litern Mischvolumen bis hin zu Mischern mit hoher Scherkraft im Bereich von 1-6 Litern Mischvolumen. Das Vorhandensein einer Vielzahl von Mischgeräten ermöglicht das Mischen von frei fließenden pulverförmigen Materialien bis hin zu sehr kohäsiven Materialien in einer großen Bandbreite von Mischvolumen. Durch den Einsatz eines Mischers mit hoher Scherkraft kann auf jede Charge eine hohe Energie angewandt werden, was zu sehr kurzen Mischzeiten und einem hohen Maß an Prozessflexibilität führt. Das Mischen mit hoher Scherkraft kann in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden, von der Lebensmittel-, Getränke- und Milchindustrie bis hin zur Körperpflege, Biotechnologie und Pharmazie. Durch das Mischen unter hoher Scherung kann eine homogene Mischung erzielt werden, insbesondere bei stückigen und agglomerierten Materialien, die sich z.B. in einem Würfelmischer auf Diffusionsbasis nicht effektiv mischen lassen.

Die von uns verwendeten Würfelmischer sind aus Edelstahl, aber auch in einer transparenten Ausführung. Letztere ermöglicht einen visuellen Eindruck des Mischvorgangs und könnte auch visuell über eine mögliche Entmischung des pulverförmigen Produkts informieren, die sich negativ auf die Mischqualität auswirken kann.

In Verbindung mit unseren Möglichkeiten zur Produktcharakterisierung, z. B. Partikelgrößenanalyse und Entmischungsanalyse, können wir eine vollständige Bewertung Ihres Mischprozesses anbieten.