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Pulver- und Suspensionsprozesse

Arbeitsgruppenleiter/in: Dr.-Ing. Sandra Breitung-Faes u. Dr.-Ing. Harald Zetzener

Der Bereich der Pulver- und Suspensionsprozesse deckt die Grundoperationen der mechanischen Verfahrenstechnik produktunabhängig ab. Dazu zählen neben den bereits traditionellen Forschungszweigen der Schüttgut- und Zerkleinerungstechnik auch das Mischen und Trennen von Partikeln. Alle Verfahren werden einzeln oder kombiniert betrachtet und auf Grundlagenbasis charakterisiert und modelliert. Darüber hinaus werden produktspezifische Prozesse und Maschinen gestaltet, die sehr stark variieren können. So reicht das derzeitige Produktportfolio von organischen Materialien wie Feinchemikalien, Naturprodukten (Cellulosen, Getreide) oder Abfallstoffen (Pressholzplatten) hin zu anorganischen Materialien die im Energiespeichersektor (Silizium, Kohlenstoffe), in der Keramikbranche (Oxide, Carbide, Nitride) oder im Aufbereitungs- und Mineraliensektor (Zemente, Erze, Quarze,…) Anwendung finden. So divers die Produkte sind, so vielfältig sind auch Anforderungen, Produktionsraten und die dazugehörige Messtechnik.
Dem entsprechend verfügt der Bereich über Maschinen und Apparate, die sowohl wenige Milligramm als auch mehrere Kilogramm pro Stunde verarbeiten können. Die Expertise umfasst dabei insbesondere die Herstellung und Formulierung von Suspensionen im Mikro- und Nanometerbereich, sowie die Handhabung und Herstellung von trockenen Pulvern über Misch-, Klassier- und Zerkleinerungsprozesse. Die Lagerung und der Transport von trockenen Pulvern bilden einen Schwerpunkt in der Grundlagenforschung. Je nach Produktanforderungen arbeiten wir auch an der Weiter- bzw. Neuentwicklung von geeigneten Maschinen, Apparaturen und Messeinrichtungen.
Generell ist eine Vielzahl an Charakterisierungsmethoden für die Untersuchung und Bewertung der Prozessschritte und der erhaltenen Produktqualitäten vorhanden. Im Suspensionsbereich ist neben den Partikelgrößen (DLS, Sedimentation, Ultraschall, Laserbeugung) vor allem Rheologie (Rheometer, Ultraschall), Stabilität (Zetapotential) und Zusammensetzung (ICP-OES, AAS) der Suspension zu erwähnen. Im trockenen Bereich spielen neben der Partikelgröße, Oberflächeneigenschaften (BET, IGC, Porosimetrie), Fließfähigkeiten (Schergeräte) und Partikel(kollektiv)form (µCT, Formanalysen)eine entscheidende Rolle.
 

    
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Abb. links: Nass betriebene Rührwerkskugelmühle (links) und REM-Aufnahmen von zerkleinerten Wirkstoffpartikeln (rechts)
Abb. rechts: Schulze-Scherzelle (links), µCT-Aufnahme einer Pulverprobe (rechts oben) und Funktionsprinzip eines Pulver 3D Druckers (rechts unten)

Die aktuellen Forschungsthemen setzen sich wie folgt zusammen:

  • Nanozerkleinerung und Formulierung von organischen und anorganischen Partikeln z.B. für Farb-, Pharma- und Batterieanwendungen.
  • Entwicklungen von Trennmethoden bei der Nanozerkleinerung für möglichst kontaminationsarme Prozesse in Rührwerkskugelmühlen
  • Grundlagenforschung im Bereich der nassen Mehrkomponentenzerkleinerung
  • Entwicklung von Prozessmodellen für die Nass- und Trockenzerkleinerung
  • Beschreibung der physikalischen Vorgängen in Mühlen mit Hilfe von Simulationsmethoden
  • Charakterisierung der Wirkungen von Additiven bei trockenen Feinstzerkleinerungs- und Klassierprozessen
  • Beschreibung des Bruch- und Einfangverhaltens bei der trockenen Zerkleinerung in Mahlkörpermühlen
  • Nutzung von Mühlen für Prozesse mit Fokus auf chemische oder thermische Umsätze
  • Beschreibung des Fließverhaltens von Schüttgütern mit speziellen Partikelformen

  • AG – Mitarbeiter

    Aktuelle Projekte

    Future Grinding Technologies http://www.ipat.tu-bs.de/de/forschung/zerkleinern/future-grinding-technologies

    Ladungsbasierte selektive Trennung submikroner Partikeln aus Zerkleinerungsprozessen mehr

    Entwicklung eines Formulierungs- und Vermahlungsverfahrens für die Erzeugung innovativer transparenter keramischer Farbpigmente sowie der zugehörigen Beschichtungs-formulierung zur Glasbeschichtung mittels adaptierten Tauchverfahren mehr

    Silicon Graphite goes Industry mehr

    Feinstzerkleinerung von Mehrstoffsystemen in Rührwerkskugelmühlen mehr

    Nanozerkleinerung organischer und anorganischer Materialien mehr

    Abgeschlossene Projekte
    Nanozerkleinerung von pharmazeutischen Wirkstoffen in Rührwerkskugelmühlen mehr

    Beanspruchungsvorgänge in Planetenkugelmühlen und deren Anwendung auf die Maßstabs- und Mühlenübertragung mehr

    Entwicklung eines Verfahrens und der Anlagentechnik zur kontaminationsminimierten Feinstzerkleinerung organischer Wirkstoffe auf der Basis des elektromechanischen Wirkprinzips mehr

    PVZ-Verbundprojekt SynFoBiA
    Verarbeitung nanopartikulärer Wirkstoffe zu neuartigen festen Formen mehr

    Steigerung der Energieeffizienz durch Steuerung der Fließeigenschaften und Minimierung der Agglomeration bei der trockenen Feinzerkleinerung mehr

    Ressourceneffiziente chemische Synthese – Prozessentwicklung in Kugelmühlen für lösungsmittelfreie Reaktionen (RESPEKT) mehr