Agglomerieren
Was bedeutet Agglomeration?
In der Pulververarbeitung wird Agglomeration als ein Prozess der Anhäufung von feinem Material zu kohäsiven Einheiten wie Pellets oder Granulat definiert. Vereinfacht ausgedrückt: Mit der Pulveragglomeration werden feine, pulverförmige Partikel zu einem gröberen Größenbereich verschoben, der die Handhabung und Lagerung erleichtert.
Grundsätzlich ist die Agglomeration ein natürlicher Begleitvorgang, der beim Handling oder beim Mischen und Trocknen von Pulvern unterschiedlich wirksam stattfindet.
Während die Pulveragglomeration das optische Erscheinungsbild der Schüttgüter verändert, verbleibt das Produkt – chemisch gesehen – genauso wie vor der Agglomeration. Der einzige Unterschied: Agglomerierte Partikel werden durch Bindungsmechanismen zusammengehalten, Ihre Schüttdichte und Fließfähigkeit kann sich dadurch verändernd. Je nach Art des Agglomerationsverfahrens kann die Porosität im Agglomerat zunehmen oder abnehmen. Agglomerate, die ähnlich groß sind und im Inneren eine gleichmäßige Porosität aufweisen, haben in der Regel ein gutes Lösungs- und Dispergierverhalten, wenn sie mit Flüssigkeiten in Kontakt geraten. Der Prozess kann wahlweise diskontinuierlich oder kontinuierlich stattfinden.
Wie wird Pulver agglomeriert?
Die Auswahl eines geeigneten Agglomerationsverfahrens kann eine schwierige Aufgabe sein. Die verschiedenen Verfahren sind unterschiedlich teuer. Es gibt Schüttgüter, die sehr bereitwillig agglomerieren, andere gelten als schwer agglomerierbar, ihnen wird oft ein flüssiges Bindemittel beigemischt. Manche Güter sollen möglichst dicht zu Schülpen kompaktiert werden, andere sollen porös, gut löslich und dispergierbar sein. Letztere entstammen dann oft aus dem Wirbelschichtagglomerator.
Andere Agglomerationsverfahren sind: Pelletier-Drehteller, Pelletierrohre, Pulvermischer, Ringschicht-Misch-Granulatoren, Brikettiererpressen und Walzenkompaktierer oder Tablettenpressen.
Mit dem Doppelwellenmischer Typ: HM aus dem Hause amixon® können heterogene Pulver mit Flüssigkomponenten benetzt und agglomeriert werden, so dass daraus ein nahezu staubfreies, gut fließendes Instantprodukt entsteht. Mit dem Ringschicht-Mischagglomerator Typ RMG lassen sich aus staubförmigen Pulvern gleichmäßig runde Kügelchen (Pellets) erzeugen.
Agglomeration kann sich spontan während des Mischens ereignen. Beispielweise wenn Flüssigstoffe während des Pulvermischens hinzugegeben werden. Oft ist das Phänomen „Agglomeration“ aber auch unerwünscht. Sie lässt Pulver verblocken und verklumpen. Sie verursacht, dass Pulver schlecht fließen. Sie sind dann schwer förderbar und dosierbar. Manchmal kann dann die Verwendung von Fließhilfsmitteln helfen.
Techniken der Pulveragglomeration
Es existieren drei wesentliche industrielle Verfahren zur Partikelagglomeration: Die Druckagglomeration, die Sinterung und die Aufbaugranulierung.
Pressagglomeration
Bei der Druckagglomeration werden Pulver oder andere trockene Partikel mechanisch in die gewünschte feste Form gepresst. Die entstehende Kraft kann in ihrer Intensität variieren: von der Niederdruckextrusion über Hochdruckwalzen bis hin zur Stanzverdichtung. Die Druckagglomeration ist in der Regel ein trockener Prozess. Feuchtigkeit oder Bindemittel sind nicht oder kaum erforderlich. Zu den üblichen Haushaltsprodukten, die durch Druckagglomeration hergestellt werden, gehören Brause- oder Medizintabletten, Holzkohlebriketts und Katzenstreu.
Sinterung
Das Sintern, auch Frittage genannt, ist ein thermischer Agglomerationsprozess, bei dem die Atome innerhalb der Materialien diffundieren. Pulvermassen werden zunächst so geformt, dass ein minimaler Zusammenhalt der Pulverpartikel gegeben ist. Beim Sintern werden Produkte erhitzt, ohne sie zu schmelzen. Es ist daher besonders für Materialien mit einem sehr hohen Schmelzpunkt geeignet. Sintern wird deshalb häufig in der Pulvermetallurgie und Feinkeramik eingesetzt.
Aufbaugranulierung
Aufbaugranulierung, auch Pelletieren genannt, ist die vielseitigste Methode der Agglomeration und wird typischerweise bei der Herstellung von Konsumgütern eingesetzt. Bei dieser Methode wird besonders hochtourig rotiert, damit pulverförmige Partikel sich zu größeren, dichteren Partikeln verbinden.
Da die Drehbewegung der Mischkammer die Pulver an die Ränder drückt, bewegen sich die Partikel auf derselben Bahn. Langfristig entsteht so ein Schneeballeffekt, bei dem sich die Partikel schrittweise verbinden und zu einem gröberen Größenbereich diffundieren. Die Aufbaugranulierung ist in der Regel ein Nassprozess, bei dem Feuchtigkeit oder Bindemittel hinzugefügt werden.
Granulierung, Pelletierung, Mikro-Pelletierung und Konditionierung sind Beispiele für gängige Techniken der Aufbaugranulierung. Jedes Verfahren unterscheidet sich in Größe, Form, Partikelgrößenverteilung und Gleichmäßigkeit der erzeugten Granulen. Durchflussmischer oder Ringschicht-Mischgranulatoren können als Feuchtgranulator oder Pelletierer eingesetzt. Wenn besonders große Agglomerate gewünscht sind, kann mehrstufig agglomeriert werden. Dann kommt im Anschluss ein Granulierteller zum Einsatz.
Sprüh- und Wirbelschichtagglomeration für Instantprodukte
Hier werden die Pulver in einer Flüssigkeit so dispergiert und gelöst, dass sie durch eine Düse versprüht werden können. Der Sprühprozess findet oberhalb eines erhitzten Trocknungs- oder Sprühturmes statt. Die gesprühten Tröpfchen sinken in der heißen, wirbelnden Luft abwärts. Unten angekommen sind die Tröpfchen ausgetrocknet. Die erwärmten Pulverpartikel können wahlweise in einer pneumatischen Wirbelschicht mit anderen Pulvern agglomerieren. Agglomerate, die so entstehen, sind in der Regel gut löslich, wenn sie mit Flüssigkeit gemischt werden. Das Wirbelschichtverfahren wird in vielen Feldern der Lebensmittelindustrie und der pharmazeutischen Industrie angewendet. „Instantisierte“ Pulver sind staubarm, gut fließend und in der Flüssigphase gut sinkbarkeit, sowie gut dispergierbar und löslich.