Pulvererzeugung mit überkritischem CO₂
Übersicht
Sprühverfahren auf Basis von überkritischem CO₂ ermöglichen die Herstellung von Pulvern und Verbundwerkstoffen mit Eigenschaften, die mit klassischen Methoden kaum zu erzielen 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 die Lebensmittel-, Pharma-, Kosmetik- sowie die Farben- und Lackindustrie.
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 Rohstoffe verwendet. Der erste Behälter enthält das Hüllenmaterial (z. B. ein Polymer, Fett oder Wachs), das geschmolzen wird. Der zweite Behälter enthält die flüssige Substanz. Beide Materialien werden unter Druck gesetzt und in einem statischen Mischer mit überkritischem CO₂ vermischt, wodurch sich Mikrotröpfchen der flüssigen Substanz im geschmolzenen Hüllmaterial bilden. Die Emulsion wird durch eine Düse in einen Sprühturm geleitet, wo feine Tröpfchen entstehen. Aufgrund des Joule-Thomson-Effekts kühlt das Gas rasch ab und entzieht den versprühten Substanzen Wärme, wodurch das Hüllenmaterial erstarrt. Je nach Verarbeitungsparametern entstehen zusammen mit der Flüssigkeit offene oder geschlossene Verbundstoffe.
Andere Prozesse
PGSS und CPF sind nicht die einzigen verfügbaren Verfahren , sondern es gibt auch andere Verfahren zur Pulvererzeugung, die auf überkritischem CO2 basieren, wie zum Beispiel:
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 durch Verwendung von CO2 als Antilösungsmittel ausgefällt wird.
Es gibt sogar noch weitere Verfahren, die CO2 zur Erzeugung von Pulvern nutzen, welche 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.
