Die Unterschiede zwischen amorphen und kristallinen Strukturen

Pulver können entweder eine amorphe oder eine kristalline Struktur aufweisen – oder eine Mischung aus beiden. Die Struktur hängt nicht nur vom Pulver selbst ab, sondern auch vom angewandten Herstellungsprozess. Pulver können gezielt in diesen unterschiedlichen Formen produziert werden. Eine amorphe Struktur entsteht, wenn ein Produkt aus dem flüssigen Aggregatzustand sehr schnell abgekühlt wird. Ein bekanntes Beispiel ist Zuckerwatte: Flüssiger Zucker wird in einem dünnen Strahl ausgestoßen, kühlt durch die umgebende Luft rasch ab und bildet eine amorphe Struktur. Der Unterschied zwischen amorphen und kristallinen Pulvern liegt in ihrer molekularen Struktur. Diese Struktur beeinflusst auch die spezifischen Eigenschaften des Pulvers. Falls ein Pulver nicht die gewünschte Stabilität oder Funktionalität aufweist, kann eine Anpassung der molekularen Struktur die Pulvercharakteristika gezielt verändern.

Die verschiedenen Molekülstrukturen

Häufig vorkommende Pulver mit einer kristallinen Struktur sind Salze, Zucker und organische Säuren. Diese sind nicht hygroskopisch, was bedeutet, dass sie wenig bis gar kein Wasser absorbieren. Zudem sind Pulver mit einer kristallinen Struktur stabil und weisen gute Fließeigenschaften auf. Sie zeichnen sich durch eine geordnete molekulare Anordnung aus, da die Moleküle periodisch ausgerichtet sind. Daher können nur die Moleküle an der Oberfläche der Kristalle mit externen Substanzen wie Wasser reagieren. Aus thermodynamischer Sicht befinden sich kristalline Strukturen auf dem niedrigsten Energieniveau, also in einem stabilen Gleichgewichtszustand.

Amorphe Strukturen finden sich in Pulvern wie Kohlenhydraten und Proteinen. Auch viele Lebensmittelprodukte wie Milchpulver, Mehl und Eiweißpulver haben in der Regel eine amorphe Struktur. Im Gegensatz zu kristallinen Strukturen sind die Moleküle in amorphen Pulvern ungeordnet, offen und porös. Dadurch haben einzelne Moleküle mehr Kontaktmöglichkeiten für externe Bindungen, was ihre Fähigkeit erhöht, flüchtige organische Substanzen wie Wasser zu absorbieren.

Die Segregation von Pulvern

Während beim Mischen Stoffe zusammengeführt werden, werden sie bei der Segregation voneinander getrennt. In einigen Fällen ist Segregation während der Verarbeitung von Pulver erwünscht, doch in den meisten Fällen ist sie absolut unerwünscht. In der Regel sollte das Pulver als Endprodukt eine homogene Mischung sein.

Obwohl Segregation eigentlich das Gegenteil von Mischen ist, umfassen beide Prozesse dieselben drei Mechanismen:

• Konvektion
• Shear
• Diffusion

Segregation entsteht – gewollt oder ungewollt – durch Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften der Partikel. Eine Mischung aus verschiedenen Pulverpartikeln neigt dazu, sich zu entmischen. Da diese Partikel mit unterschiedlichen Eigenschaften auch unterschiedlich zueinander bewegen, kommt es zur Segregation. Partikel mit ähnlicher Größe neigen dazu, sich zusammenzulagern und bilden eigene Bereiche innerhalb der Mischung. Wenn die Segregation vollständig fortschreiten kann, entstehen homogene Bereiche, in denen sich nur Partikel mit identischen Eigenschaften befinden. Die Partikelgröße ist hierbei der entscheidende Faktor.

Letztendlich beeinflusst Segregation die Qualität des Endprodukts durch die Unregelmäßigkeiten, die sie in der Zusammensetzung und im Erscheinungsbild des Pulvers verursacht. Dies hat wiederum Auswirkungen auf die Verarbeitbarkeit des Pulvers und die Erreichung der optimalen Zusammensetzung für den beabsichtigten Verwendungszweck. Segregation während des Transports, der Verpackung oder der Verarbeitung ist eine große Herausforderung in vielen industriellen Prozessen. Es gibt jedoch Möglichkeiten, Segregation zu minimieren oder sogar vollständig zu vermeiden. Durch die Reduzierung von Vibrationen, das Einsetzen vertikaler Trennwände in Silos und eine kürzere Fallhöhe beim Entleeren von Trichtern kann die Entmischung erheblich reduziert oder verhindert werden.