Pulvererzeugung mit überkritischem CO₂
Übersicht
Sprühverfahren auf der Basis von überkritischem CO2 ermöglichen die Erzeugung von Pulvern und Verbundstoffen mit Eigenschaften, die mit klassischen Methoden kaum zu erreichen sind. So bieten beispielsweise die Verfahren Particles from Gas Saturated Solutions (PGSS) und Concentrated Powder Form (CPF) maßgeschneiderte Produkte und zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere für Branchen wie Lebensmittel, Pharmazeutika, Kosmetika, Farben und Lacke.
Grundsätze
Beim PGSS-Verfahren wird eine Substanz geschmolzen und in einem statischen Hochdruckmischer mit CO2 gemischt, wobei sich das Gas teilweise in der Schmelze auflöst und die Viskosität verringert. Die Mischung wird dann über eine Düse in einen Sprühturm expandiert. Bei der Expansion wird die Löslichkeit sofort reduziert, wodurch die Flüssigkeit in winzige Tröpfchen zerfällt. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts kühlt das Gas schnell ab und die Tröpfchen verfestigen sich fast sofort. Die meisten Partikel können am Boden des Sprühturms aufgefangen werden, während feinere Partikel mit Hilfe eines Zyklonabscheiders aus dem Gas entfernt werden.
Das CPF-Verfahren erzeugt Pulver aus Flüssigkeiten, die beim Sprühen selbst nicht verfestigt werden. Flüssigkeit und Gas werden unter Druck gesetzt, miteinander vermischt und in einem Sprühturm expandiert. Ein pulverförmiger Träger wird ebenfalls in den erzeugten feinen Tröpfchensprühnebel dosiert und bildet ein Pulver mit einem Flüssigkeitsgehalt von bis zu 90 Gew.-%.
Morphologien der Partikel
Die Morphologie der Partikel hängt von den Verarbeitungsparametern wie Druck, Temperatur, Massenstrom und Gas-zu-Produkt-Verhältnis ab. Es können verschiedene Formen erzeugt werden, darunter:
Komposit-Produktion
Neben Pulvern aus reinen Substanzen können auch Verbundstoffe hergestellt werden. In diesem Fall werden zwei Behälter für die Rohmaterialien verwendet. Der erste Behälter enthält das Trägermaterial (z.B. ein Polymer, Fett oder Wachs), das geschmolzen wird. Das zweite Gefäß enthält die flüssige Substanz. Beide Materialien werden unter Druck gesetzt und mit überkritischem CO₂ in einem statischen Mischer gemischt, wodurch sich Mikrotröpfchen der flüssigen Substanz in dem geschmolzenen Trägermaterial bilden. Die Emulsion wird durch eine Düse in einen Sprühturm expandiert und bildet feine Tröpfchen. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts kühlt das Gas schnell ab und entzieht den versprühten Substanzen Wärme, wodurch sich das Trägermaterial verfestigt. Je nach den Verarbeitungsparametern bilden sich zusammen mit der Flüssigkeit offene oder geschlossene Verbundstoffe.
Andere Prozesse
PGSS und CPF sind nicht die einzigen Verfahren, die zur Verfügung stehen. Es gibt auch andere Verfahren zur Pulverherstellung, die auf überkritischem CO2 basieren, wie z.B.:
RESS, bei dem das Produkt in CO2 gelöst wird, bevor es in ein Gefäß entspannt wird
GAS/SAS (SEDS), bei dem das Produkt in einem Lösungsmittel gelöst wird, bevor es ausfällt, indem CO2 als Antilösungsmittel verwendet wird.
Es gibt noch weitere Verfahren, die CO2 für die Herstellung von Pulvern nutzen, die an die jeweilige Aufgabe angepasst werden können.
Prozess-Vorteile
Die PGSS- und CPF-Verfahren bieten mehrere Vorteile:
Anwendungen
Zur Herstellung wird Pulver mit überkritischem CO₂ erzeugt:
Beispiele für die Herstellung von Pulvern
Beispiele für Pulver, die mit der PGSS- und CPF-Technologie hergestellt werden, sind:
Durch die Verwendung geeigneter Kern- und Mantelmaterialien können kontrollierte Freisetzungseigenschaften erreicht werden.
