HANDOUT. Vorlesung: Pulvertechnologie. Grundlagen und Verfahren der Aufbereitung keramischer Pulver

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1 Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes HANDOUT Vorlesung: Pulvertechnologie Grundlagen und Verfahren der Aufbereitung keramischer Pulver Leitsatz: und Die Kenntnis der theoretischen Grundlagen der Kolloid- und Grenzflächenchemie, wie etwa der DLVO-Theorie im Falle der Stabilität von Dispersionen, vermag uns vor falschen, von der Theorie aus verbotenen, Lösungswegen zu bewahren. Ob der Formulierungschemiker nun gewohnt ist, seine Probleme auf rein empirischem Wege anzugehen, oder ob er mit Hilfe statistischer Rechenmethoden Korrelationen zwischen den Formulierungskomponenten und den applikatorischen Eigenschaften sucht, in jedem Fall wird ihm die Kenntnis der physikalisch-chemischen und technischen Grundlagen, die für die Formulierungstechnik relevant sind, nützlich sein und weiter helfen. Quelle: PT-5a, S. VI

2 Pulvertechnologie Grundlagen und Verfahren der Aufbereitung keramischer Pulver Ziele Verfahren zur Herstellung keramischer Suspensionen/ Dispersionen sowie plastischer Massen unter Berücksichtigung physikalischer und physikalisch-chemischer Grundlagen kolloidaler Systeme mechanistisch herleiten und anwenden können ð Verfahren zur Herstellung keramischer Suspensionen/Dispersionen fallspezifisch darstellen und begründen können ð Physikalische und physikalisch-chemische Einflussparameter auf den Stabilitätsgrad herleiten und anwenden können ð Verfahren der Granulation/Agglomeration mechanistisch begründen können ð Mechanismen der Aufbereitung plastischer Massen darstellen könne Inhalte Herstellung von kolloidalen Suspensionen und Dispersionen Verfahren Zerkleinerung und Dispergierung, Additivsysteme Eigenschaften von kolloidalen Suspensionen und Dispersionen DLVO-Theorie, Stabilisierung, Zeta-Potenzial Granulation und Agglomeration Haftmechanismen, Methoden der Sekundärpartikelbildung Aufbereitung plastischer Massen Hybride Wechselwirkungen an Festkörperoberflächen

3 Lerntafel 1 Herstellung von kolloidalen Suspensionen und Dispersionen Stufen des Dispergierprozesses [PT-5a-135] Adsorption ionenaktiver Tenside [PT-5a-136] Zerkleinerungsvorgang schematisch [PT-5a-136]

4 Übersicht Dispergierverfahren [PT-5a-139] Ausführungsformen von Dissolvern [PT-5a-140] Ausführungsformen von Kolloidmühlen [PT-5a-140]

5 Prinzipskizzen von Kolloidmühlen [PT-5a-141] Ausführungsformen von Vibrationsmühlen [PT-5a-141] Konstruktion der Sand-Mill [PT-5a-142]

6 Prinzip der modernen Rührwerkkugelmühle [PT-5a-142] Moderne Dispergiermühlen [PT-5a-143] Spezielle Dispergierapparaturen [PT-5a-145]

7 Ultraschall-Dispergierapparaturen [PT-5a-145] Dispergatoren (wässrige Dispersionen): Natürliche Polymere [PT-5a-148] Dispergatoren (wässrige Dispersionen): Halbsynthetische Polymere [PT-5a- 149]

8 Dispergatoren (wässrige Dispersionen): Synth. Polymere [PT-5a-148] Dispergatoren (wässrige Dispersionen): Natürliche Polymere [PT-5a-149] Mechanismen der Tensidadsorption [PT-5a-150]

9 Lerntafel 2 Eigenschaften von kolloidalen Suspensionen und Dispersionen Ladungsverteilung auf Partikeloberflächen [GL-7_1, S. 158] PZC-Werte wässriger keramischer Suspensionen [GL-7_1, S. 159] Ladungsverteilung auf Partikeloberflächen: Zusammenhang zwischen Oberflächenladung und ph- Wert am Beispiel von α-al 2 O 3, IEP: isoelektrischer Punkt

10 Definitionen der Elektrischen Doppelschicht: Diffuse Schicht [GL-7_1, S. 160] Elektrischen Doppelschicht: Diffuse Schicht [GL-7_1, S. 161] Elektrischen Doppelschicht: Innere Schicht [GL-7_1, S. 162]

11 Elektrischen Doppelschicht: Innere Schicht [GL-7_1, S. 162] Potentiometrische Bestimmung von s 0 verschiedener Metalloxide und AgI als Funktion des ΔpH bzw. ΔpAg für 0,1 M Elektrolyte (1:1) [GL-7_1, S. 168]

12 2-Schritt-Ausbildung von elektrischen Ladungen auf Partikeloberflächen (Dispergiermedium H 2 O)

13 Kolloidale Stabilität von Partikeldispersionen (DLVO-Theorie) Berechnete Potenziale V T der Wechselwirkung von α-al 2 O 3 Partikeln als Funktion des Partikelabstandes S 0

14 Kolloidale Stabilität von Partikeldispersionen (DLVO-Theorie) Sterische und elektrosterische Stabilisierung Elektrokinetische Effekte: Elektrophorese [HL-1d, S. 124]

15 Elektrokinetische Effekte: Elektroosmose [HL-1d, S. 125] Brownsche Bewegung [HL-1d, S. 125] Messung elektrokinetischer Effekte [PT-5a, S. 160]

16 Messung elektrokinetischer Effekte [PT-5a, S. 160] Messung elektrokinetischer Effekte [PT-5a, S. 160] Lerntafel 3 Granulation und Agglomeration Größe und Form von Granulaten [PT-5a, S. 196]

17 Industrielle Sprühkornmasse der Qualität FC (Fine China) zur Herstellung von Geschirrporzellan Pressgranulation und Aufbaugranulation [PT-5a, S. 196]

18 Granulation durch Trocknung [HL1-d, S. 75] Granulation durch Trocknung [PT-5a, S. 198] Oberflächenkräfte und Binnenkräfte einer Flüssigkeit

19 Grenzfläche Flüssigkeit-Flüssigkeit und Gas-Flüssigkeit Kapillardruck zwischen zwei Kugeln mit Flüssigkeitsbrücke [PT-5a, S. 200/201] Haftung von frei beweglicher Flüssigkeit an Pulver [PT-5a, S. 201]

20 Verbrückung von suspendierten Partikeln durch Adsorption von langen Makromolekülen (bridging flocculation) Beiträge zu Agglomeratfestigkeit als Funktion der Teilchengröße für verschiedene Bindungsarten [PT-5a, S. 206]

21 Bestimmung der Granulatfestigkeit [PT-5a, S. 207] Grundverfahren Aufbauagglomeration mit Benetzung und Trocknung [PT-5a, S. 237] Grundverfahren Aufbauagglomeration unter Trocknung [PT-5a, S. 237]

22 Grundverfahren Aufbauagglomeration unter Sprühtrocknung: Sprüheinrichtungen [PT-5a, S. 219] Scheiben- und Düsensprühtrocknung [PT-5a, S. 221] Temperaturverteilung im Scheiben- und Düsentrockner bei Gleichstrom [PT-5a, S. 221]

23 [PT-5a, S. 226/228] Luftströmung im Rotor-Wirbelschichttrockner (a) und Schema des Apparates nach Wurster-Glatt (b) [PT-5a, S. 230] Schematische Darstellung des kontinuierlichen Wirbelschichtgranulators [PT-5a, S. 231]

24 Granuliertrommel und Granulierteller [PT-5a, S. 211] Grundverfahren der Agglomeration: Gefriertrocknung [PT-5a, S. 215] Schema einer Labortrocknungsanlage [PT-5a, S. 215]

25 Lerntafel 4 Aufbereitung plastischer Massen Wechselwirkung Polyether / Keramikpartikeloberfläche

26 Wechselwirkung Fettsäure / Keramikpartikeloberfläche Wechselwirkung von Presshilfsmitteln