Pulverzugabe. Die Pulverzugabe ist mit einer Vielzahl von Problemen behaftet, die davon abhängen, ob das Pulver löslich, unlöslich oder hydratisierend ist.
Probleme bei der Zugabe von löslichem Pulver korrigieren sich oft selbst, wenn sich das Pulver auflöst, obwohl längere Mischzeiten erforderlich sein können. Jede Auflösung erfordert zusätzliche Zeit; sich langsam auflösende Partikel können Mischzeiten von Minuten bis im Extremfall Stunden erfordern. Die zum Auflösen von Pulvern erforderliche Zeit hängt hauptsächlich von der Löslichkeit und der Partikelgröße ab und weniger von der Mischintensität, solange die Partikel suspendiert sind. Unlösliche Pulver und hydratisierende Pulver können Agglomerate oder Klumpen bilden, die zum Aufbrechen und Dispergieren eine intensive Verarbeitung erfordern.
Eine Schwierigkeit bei der Pulverzugabe besteht darin, das Pulver gründlich zu benetzen. Die Benetzung betrifft sowohl die Oberflächeneigenschaften der Partikel als auch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit. Die oberflächenelektrischen Eigenschaften einiger Pulver machen sie hydrophob, sodass sie sich nicht gut mit Wasser benetzen. Dies kann ggf. einen Materialwechsel oder eine Vorbehandlung des Materials zur Veränderung seiner Benetzungseigenschaften erforderlich machen. Eine Veränderung der Oberflächenspannung der Flüssigkeit, vielleicht durch Zugabe eines Tensids, kann die Benetzungseigenschaften der Flüssigkeit verbessern und die Pulverzugabe erleichtern. Die Partikelgröße beeinflusst auch die Benetzung.
Größere Partikel dringen eher in die Oberfläche ein als feine Partikel. Feine Partikel und Partikel geringer Dichte neigen dazu, auf der Flüssigkeitsoberfläche zu schwimmen, was die Pulverzugabe extrem erschwert.
Die Zugabegeschwindigkeit und Oberflächenbewegung können die Pulverzugabe entweder verschlechtern oder verbessern. Viele Pulver müssen langsam genug zugegeben werden, damit sie Zeit haben, benetzt und in die Flüssigkeit eingearbeitet zu werden. Einige hydratisierende Verdickungsmittel, wie z. B. Cellulosepolymere, müssen schnell zugegeben werden, während die Flüssigkeit noch dünnflüssig und turbulent ist, um die Zugabe und Dispergierung des Pulvers zu unterstützen. Daher muss ein Gleichgewicht zwischen schneller und langsamer Zugabe gefunden werden, um das beste und vollständigste Mischen zu erzielen. Die Steuerung der Zugabegeschwindigkeit kann mehr erfordern als nur eine Anweisung, die „langsam hinzufügen“ besagt. Nur weil eine Vorgabe für die Zugabegeschwindigkeit existiert, heißt das nicht, dass das Verfahren immer entsprechend durchgeführt wird. Um die Zugabegeschwindigkeit zu kontrollieren, kann ein Teil des Pulvers zugegeben werden, gefolgt von einem Mischen für eine längere Zeit, bevor mehr Pulver zugegeben wird.
Die Oberflächenbewegung muss ausreichend sein, um die Partikel entweder einzeln an der Oberfläche zu benetzen oder sie schnell von der Oberfläche in den Bereich intensiver Vermischung nahe dem Laufrad zu bringen. Ein bescheidener Wirbel auf der Oberfläche kann helfen, Flüssigkeit über die Oberfläche zu bewegen. Ein tiefer Wirbel zieht Luft in die Flüssigkeit. Ein starker Wirbel ist wahrscheinlich ein Zeichen für eine schlechte Durchmischung (wie später besprochen).
Die Räume zwischen den Pulverpartikeln sind mit Luft gefüllt. Das Hinzufügen von Pulver zu einer Flüssigkeit kann Luftblasen verursachen. Sobald sich Luftblasen in einer Flüssigkeit befinden, insbesondere einer viskosen Flüssigkeit, können sie schwer zu entfernen sein.
Der beste Weg, um ein Problem mit Blasen in einer Flüssigkeit zu lösen, besteht darin, ihre Bildung zu begrenzen oder von vornherein zu vermeiden, dass sie in die Flüssigkeit gelangen. Um Lufteinschlüsse und Blasenbildung zu reduzieren, vermeiden Sie Oberflächenspritzer durch ein teilweise eingetauchtes Laufrad und stellen Sie sicher, dass kein tiefer Wirbel ein Laufrad erreicht. Einige Pulverzusätze erfordern spezielle Inline-Mischgeräte, um Pulver schnell zu kombinieren und in einem Flüssigkeitsstrom zu dispergieren. Das Hinzufügen von Pulvern unter Vakuum ist schwierig, kann aber die einzige Möglichkeit sein, Blasen in einem viskosen Produkt zu reduzieren.
Emulgierung. Die Emulgierung ist fast schon eine Kunst, da sie sowohl die Mischintensität als auch den Einsatz von Stabilisierungsmitteln beinhaltet.
Die meisten Emulsionen sind eine Kombination aus einer Ölphase und einer wässrigen Phase, die in der anderen dispergiert sind. Einige Emulsionen beinhalten jedoch mehr als zwei flüssige Phasen oder das Vorhandensein von dispergierten Pulvern. Wenn die Tröpfchen der dispergierten Phase klein genug sind, trennt sich die Dispersion nicht, insbesondere wenn ein Tensid als Stabilisator vorhanden ist. Übliche Produkte wie Mayonnaise, Latexfarbe und Hautlotion sind Emulsionen.
Im Allgemeinen kann ein intensiveres Mischen die benötigte Menge an Stabilisator verringern, oder mehr Stabilisator kann die zur Bildung einer Emulsion erforderliche Mischintensität verringern. Die Emulsionsbildung erfordert fast immer eine Mischung mit hoher Scherung, die oft durch spezielle Laufradschaufeln bereitgestellt wird. In einigen Fällen reicht ein mit hoher Geschwindigkeit arbeitendes Sägezahnblatt aus, um eine Emulsion zu bilden. In anderen Fällen ist ein Rotor-Stator-Mischer erforderlich.
Um eine stabile Emulsion zu bilden, muss die dispergierte Phase am Koaleszieren gehindert werden, was die Schaffung einer ausreichenden Oberfläche und Oberflächenspannung zwischen den nicht mischbaren Tröpfchen und der kontinuierlichen flüssigen Phase erfordert. Unterschiede zwischen den Viskositäten der beiden Phasen können den Prozess verändern und die Bildung einer Emulsion weiter komplizieren. Da die Viskosität eine Funktion der Temperatur ist und die gesamte von einem Mischer zugeführte Leistung schließlich zu Wärme wird, können sich die Temperatur und Viskosität während des Emulgierungsprozesses ändern.
Eine sorgfältige Beobachtung und das Verständnis der Faktoren, die eine Emulsion beeinflussen, sind notwendig, um einen Emulgierungsprozess zu verbessern. Die fertige Emulsion hat oft eine höhere Viskosität als eine der beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten. Die Emulsionseigenschaften und -stabilität können das gewünschte Verfahrensergebnis sein.