Partikelgrößenverteilung

Die Partikelgrößenverteilung beschreibt die Größe und Anzahl der Partikel. Dabei kann ein disperses Feststoffsystem, eine Suspension oder eine Emulsion betrachtet werden. Manchmal wird auch von einer Korngrößenverteilung gesprochen. Gemeint ist das Gleiche, nämlich die Partikelgrößenverteilung. Unter einer engen Partikelgrößenverteilung versteht man, dass die meisten Partikel eine ähnliche Größe aufweisen. Dieser meist staubarme Stoffzustand ermöglicht in der Regel gute Fließ- und Fördereigenschaften. Gutes Fließverhalten ist erforderlich, wenn Schüttgüter mit hoher Geschwindigkeit abgefüllt werden (Teebeutelabfüllung, Sachetabfüllung, Kapselabfüllung, adaptive Fertigung, ...) Auch Instantprodukte liegen in der Regel agglomeriert und in einer engen Korngrößenverteilung vor. Dies ist notwendig, um bei der Zubereitung ein schnelles Sink-, Dispergier- und Lösungsverhalten in der Flüssigkeit zu erreichen.

Unter einer breiten Partikelgrößenverteilung versteht man, dass sich die Korngrößen stark voneinander unterscheiden. Dieser Stoffzustand ist von Interesse, wenn ein Schüttgut verdichtet oder agglomeriert werden soll. Er ist auch in der Pulvermetallurgie und in der Hochleistungskeramik von Interesse, wenn Pulvervolumina hohe Massendichten aufweisen sollen.

Häufig verwendete Darstellungsformen sind das Säulendiagramm oder die Summenfunktion. Die Summenverteilungsfunktion eignet sich beispielsweise gut zur Ermittlung von Perzentilen. Neben der absoluten Häufigkeit kann auch die relative Häufigkeit dargestellt werden. Es besteht dann ein Bezug zu kumulativen Eigenschaften des Partikelsystems wie Anzahl, Volumen, Masse oder Extinktion.

Viele Eigenschaften von Schüttgütern lassen sich mit Hilfe der Partikelgrößenverteilung besser erklären. Beispielsweise das Fließ- und Förderverhalten eines Schüttgutes, die spezifische Oberfläche und Reaktivität, die Abrasivität, das Lösungsverhalten, die Sedimentation, das Trocknungsverhalten im Vakuum-Mischtrockner, die Geschmacksintensität, die Kompressibilität und die Agglomerationseignung.

Eine häufig verwendete Messmethode ist die klassische Siebrückstandsanalyse. Weitere Offline-Verfahren sind die Bildanalyse, die Laserbeugung, die dynamische Lichtstreuung oder die Sedimentationsanalyse. Moderne Sensorik ermöglicht zunehmend die so genannte In-situ-Partikelgrößenanalyse. Dabei werden Messsonden in den Prozessraum eingebaut, die die Partikelgrößen im bewegten Schüttgutbett messen und sofort die erforderliche statistische Auswertung berechnen. Dazu zählen sogar Partikelgrößenverteilungen. Dies ist für kontinuierliche oder chargenweise Mahlprozesse, aber auch für Agglomerationsprozesse interessant. Die Art des Mahlprozesses und die Art der Agglomeration haben einen großen Einfluss auf die Partikelform, die Partikelfestigkeit und die Partikelgrößenverteilung. Im Gegensatz zur chargenweisen Aufbereitung lassen sich kontinuierliche Verfahren in der Regel besser auf die gewünschten Zielgrößen einstellen.

Bei der Herstellung von Babynahrung ist neben der Partikelgrößenverteilung auch die Porosität und Festigkeit der Partikel von Bedeutung. Im Nährstoffagglomerat einer Babynahrung sind neben hydrophilen Stoffen auch hydrophobe Stoffe wie z.B. Fette enthalten. Das Lösungs-/Dispergiermittel ist jedoch heißes Wasser.

Das Sprühtrocknungsverfahren begünstigt die Anlagerung geeigneter Emulgatoren an die Partikel. Bei der Handhabung ist zu beachten, dass Staub unerwünscht ist. Staub stört nicht nur den Zubereitungsprozess beim Endverbraucher. Staub ist auch ein Problem für den Verschluss von Verpackungen. Hochleistungsverschlusssiegel sind nur dann dauerhaft dicht, wenn sie staubfrei appliziert werden. Für hochwertige Schüttgüter sind Partikelgrößenverteilungen in der Regel spezifiziert und insofern wichtige Qualitätsparameter.