Dieser Artikel behandelt die verschiedenen Arten von Pulvereigenschaften und ihre Rolle im Verarbeitungsprozess.

Wichtig zu beachten ist, dass der Begriff „Pulver“ in diesem Artikel weit gefasst ist. Es geht also nicht nur um Pulver, sondern auch um Staub, Körner und Granulate. Behandelte Themen sind:

  • Die Bedeutung von Pulvern in zahlreichen Industrien
  • Die verschiedenen Pulvereigenschaften
  • Die Mischeigenschaften von Pulvern
  • Die Messung von Pulvereigenschaften

Die Experten von Dinnissen Process Technology stehen Ihnen für all Ihre Fragen zur Verfügung:

Nehmen Sie Kontakt auf Juul Jenneskens 077 467 3555

Pulver in verschiedenen Industrien

In vielen Industrien werden Pulver eingesetzt. Ein bedeutender Teil der Arzneimittel in der Pharmaindustrie besteht aus Pulvern oder wird aus Pulvern hergestellt. Auch in der chemischen Industrie werden zahlreiche Pulver produziert und verarbeitet. Darüber hinaus finden Pulver breite Anwendung in Futtermitteln – sowohl für Haustiere als auch in der Nutztierhaltung. Dabei geht es nicht nur um Zusatzstoffe wie Vitamine und Mineralien, sondern auch um Grundbestandteile wie Getreide und Soja, die als Basis für Futtermittel dienen.

Produkte, mit denen Menschen weltweit täglich in Berührung kommen, sind oft Pulverprodukte, die im Supermarkt erhältlich sind. Ein großer Teil dieser Produkte liegt in Pulverform vor, wie Kaffee, Tee, Suppen, Soßen, Milchpulver und Gewürzmischungen. Zudem werden viele Produkte auf Pulverbasis hergestellt, beispielsweise Mehl für Brot oder Kakao und Zucker für Schokoladenriegel. Pulver werden auch als Hilfsstoffe in anderen Produkten verwendet, etwa Mais- oder Kartoffelstärke in Suppen und Soßen. Auch Duft-, Farb- und Geschmacksstoffe, Konservierungsmittel und zugesetzte Vitamine sind Beispiele für Pulver, die in zahlreichen Produkten Anwendung finden.

Kein Tag vergeht, ohne dass Menschen direkt oder indirekt mit Pulvern in Berührung kommen. Es gibt drei Hauptgründe, warum Produkte in Pulverform verarbeitet werden:

  • Pulver bieten eine hohe Benutzerfreundlichkeit,
  • Sie sind einfach zu verarbeiten,
  • Die Qualität des Produkts bleibt in Pulverform erhalten.

Weltweit wächst die Pulverindustrie dank innovativer Pulverformulierungen sowie durch das Bevölkerungswachstum und den steigenden Wohlstand. Doch was genau ist eigentlich Pulver? Wissenschaftlich betrachtet handelt es sich um einen festen Stoff, der aus Partikeln mit Größen von Nanometern bis Millimetern besteht. Ein einziges Gramm Pulver mit einer durchschnittlichen Partikelgröße kann bis zu 100.000.000 Partikel enthalten.

In der Praxis der Pulververarbeitung gilt die 1-mm-Grenze nicht strikt – auch Körner und Granulate werden in großen Mengen verarbeitet.

Die verschiedenen Eigenschaften von Pulvern

erschiedene Pulversorten weisen unterschiedliche Eigenschaften auf. Die erste Unterscheidung bei Pulvereigenschaften betrifft die Schüttguteigenschaften im Vergleich zu den Partikeleigenschaften. In großen Mengen sind andere Merkmale relevant als bei der Betrachtung einzelner Partikel. Man kann es so betrachten: Schüttguteigenschaften sind das kombinierte Ergebnis der Partikeleigenschaften.

  • Partikeleigenschaften: Verteilung, Form, Partikeldichte, Abrasivität, Korrosivität, Zusammensetzung und innere Struktur
  • Schüttguteigenschaften: Fließeigenschaften, Schüttdichte, Mischqualität, Neigung zur Entmischung, Staubbildung

Eine zweite Klassifizierung der Pulvereigenschaften basiert auf drei Hauptkategorien:

  • Fundamentale Eigenschaften: Feuchtigkeitsgehalt, Form, Oberflächenzusammensetzung, Oberflächenstruktur, Größe und Verteilung, molekulare und mikrostrukturelle Eigenschaften, Schüttdichte und Schmelzpunkt
  • Funktionale Eigenschaften: Fließeigenschaften und Komprimierbarkeit
  • Unerwünschte Eigenschaften: Staubbildung, Klebrigkeit, Anbacken und Fleckenbildung

Fundamentale Eigenschaften hängen sowohl von den ursprünglichen Materialeigenschaften als auch von den Veränderungen während und nach der Verarbeitung ab. Diese Eigenschaften variieren stark, bleiben jedoch entscheidend für die funktionalen Eigenschaften des Pulvers.

Ein bekanntes Beispiel ist der Unterschied zwischen Kristallzucker und Puderzucker.

Kristallzucker kann zu Pulver gemahlen werden. Puderzucker hat jedoch eine deutlich andere Struktur als Kristallzucker und wird unter anderem in Schokolade, Süßwaren und Speiseeis verwendet. Da Puderzucker schneller im Mund schmilzt, wird die Süße intensiver wahrgenommen. Auch die Verarbeitungseigenschaften ändern sich: Kristallzucker unterscheidet sich von Puderzucker in Bezug auf Fließeigenschaften, Schüttdichte und Staubbildung.

Zur Herstellung feiner Partikel aus flüssigen oder festen Rohstoffen können verschiedene Verfahren eingesetzt werden, darunter Trocknung, Mahlen, Zerkleinern, Sedimentation, Abrieb, Zerstäubung oder Kristallisation. Die beiden am häufigsten verwendeten Methoden zur Herstellung von Pulver aus Flüssigkeiten sind Trocknung und Kristallisation. Nach der Gewinnung des Pulvers aus dem Ausgangsmaterial gibt es je nach Partikelgröße verschiedene Bezeichnungen wie Staub, Pulver, Körner und Granulate. Staub ist die feinste Form, so leicht, dass er während des Prozesses in der Luft schweben kann und nicht direkt verarbeitet werden kann. Pulver umfasst Produkte wie Milchpulver oder Farbpigmente. Körner und Granulate sind gröbere Formen, darunter löslicher Kaffee sowie Katzen- und Hundefutterpellets. 

powders

Pulver in verschiedenen Industrien

Das Prinzip hinter dem Tap-Density-Tester ist das Hausner-Verhältnis. Dabei wird davon ausgegangen, dass stark kohäsive Pulver auch starke gegenseitige Anziehungskräfte besitzen. Diese helfen, die Schwerkraft zu überwinden, sodass die Partikel sich selbst in leeren Räumen stützen können

Mischeigenschaften von Pulvern

Durch die Entwicklung neuer Produktformeln werden immer mehr Produkte gemischt. Das Mischen von Pulvern bedeutet das homogene Vermengen von zwei oder mehr verschiedenen Pulvern. Im Gegensatz zu Flüssigkeiten ist es bei Pulvermischungen nicht möglich, eine vollständig homogene Verteilung zu erreichen. In vielen Fällen geht es jedoch nicht nur um die Homogenität, sondern vor allem darum, gewünschte Produkteigenschaften im Endprodukt zu erzielen.

Wie gut sich die Pulverpartikel der verschiedenen Inhaltsstoffe vermengen lassen, hängt von Größe, Form und Dichte der Pulverpartikel ab. Auch Fließeigenschaften und die Neigung zur Agglomeration beeinflussen die Qualität der Pulvermischung. Darüber hinaus können empfindliche Partikel in der Mischung enthalten sein, die beschädigt werden, wenn sie zu lange gemischt werden.

Beim Mischen ist immer eine externe Kraft erforderlich, da sich Partikel nicht von selbst gleichmäßig verteilen. Im Allgemeinen besteht eine komplexe Beziehung zwischen Mischparametern und Produkteigenschaften.

Es gibt drei Mischmechanismen:

  • Konvektionsmischen: Das Mischen wird durch die Drehbewegung des Mischers, die Bewegung von Paddeln oder manchmal durch Gasströmung in Gang gesetzt.
  • Shear-Mischen: Eine Scherung entsteht durch die Interferenz von Pulverpartikeln, die sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten bewegen.
  • Diffusionsmischen: Entsteht durch die zufällige Bewegung von Pulverpartikeln.

All diese Mechanismen wirken auf unterschiedliche Weise zusammen. Die Effizienz ist jedoch am höchsten, wenn die Standardabweichungen der einzelnen Inhaltsstoffe sehr gering sind. Für eine gute Mischung mit akzeptabler Produktqualität müssen sensorische Eigenschaften, Funktionalität, Homogenität und Partikelintegration gewährleistet sein.

Hygienestandards und Qualitätskontrollen für Verunreinigungen in den Inhaltsstoffen sind essenziell, um die mikrobiologische Sicherheit von Lebensmitteln nach dem Mischen zu gewährleisten. Beim Mischen von Pulvern ist ein geschlossenes Verfahren optimal, da externe Einflüsse keinen Einfluss auf den Mischprozess haben. So wird verhindert, dass sich selbst kleinste Verunreinigungen in der Mischung ausbreiten.

Messung von Pulvereigenschaften

Was passiert, wenn die Technik plötzlich nicht mehr so funktioniert, wie sie sollte? Die Messung von Pulvereigenschaften kann zeigen, warum Probleme im Prozess auftreten und was deren Ursache ist. Zudem kann durch die Analyse der Pulvereigenschaften festgestellt werden, ob der Prozess stabil bleibt und ob die hergestellten Produkte innerhalb der vorgegebenen Grenzen bleiben. Darüber hinaus helfen diese Messungen, industrielle Prozesse von Anfang an besser zu steuern und zu gestalten.

Die Messung von Pulvereigenschaften bringt noch weitere Vorteile:

  • Sie macht sichtbar, was innerhalb des Verarbeitungsprozesses geschieht.
  • Sie zeigt auf, wie Prozessvariablen die Stoffeigenschaften beeinflussen.
  • Sie ist notwendig für eine fundierte Anlagenauslegung.
  • Pulvereigenschaften dienen als Maßstab für die Produktqualität.

Repräsentative Probenahme als Grundlage für genaue Messungen

Die Messung von Pulvereigenschaften steht und fällt mit einer repräsentativen Probenahme. Proben müssen zu verschiedenen Zeitpunkten entnommen werden. Die Entnahme nur einer einzigen Probe aus der Gesamtmasse führt zu einem verzerrten Bild. Eine repräsentative Analyse erfordert die Entnahme mehrerer kleiner Proben aus verschiedenen Bereichen der Gesamtmasse. Dabei sind zwei Aspekte zu beachten:

  • Die Proben müssen zu verschiedenen Zeitpunkten entnommen werden.
  • Die Proben müssen aus einem bewegten Materialstrom stammen.

Wenn Aussagen über eine gesamte Charge getroffen werden sollen – sei es die gesamte Tagesproduktion einer Fabrik, eine einzelne Produktionscharge oder eine gefüllte Big Bag –, gibt es zwei Möglichkeiten zur Probenahme zur Bestimmung der Pulvereigenschaften:

Bei der ersten Methode werden die Proben zusammengeführt und zu einem homogenen Pulver vermischt.        

Juul Jenneskens

Name: Juul Jenneskens
Berater

Nehmen Sie gerne Kontakt auf, wenn Sie Fragen zu diesem Thema haben. Gemeinsam mit meinen Kollegen stehe ich bereit, um Ihnen weiterzuhelfen!

Nehmen Sie Kontakt auf Juul Jenneskens 077 467 3555 [email protected]

Möchten Sie gerne direkt einen Kundenberater sprechen?

Bei der zweiten Methode wird aus jeder Probe eine kleine Menge Pulver entnommen, und die Pulvereigenschaften jeder einzelnen Probe werden gemessen. Anschließend wird ein Durchschnitt der Werte aller Proben berechnet. Diese Methode bietet einen entscheidenden Vorteil gegenüber der ersten Methode: Sie liefert wertvolle Erkenntnisse über die Verteilung der Pulvereigenschaften innerhalb einer Charge. Der Nachteil dieser Methode besteht darin, dass mehr Analysen durchgeführt werden müssen. Die Wahl zwischen der ersten oder der zweiten Probenahmemethode hängt daher vom jeweiligen Prozess ab.