DE102014011635A1 - Process for the preparation of nanostructurable microparticles from fluid media by spray-drying - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nanostrukturierbaren Mikropartikeln aus fluiden Medien mittels Sprühtrocknung, wobei niedrigviskose Lösungen, Dispersionen oder Suspensionen von einer Hochdruckeinheit über mindestens eine Düse in eine niedrigdruckgeführte Trocknungseinheit überführt und die gebildeten Tropfenkollektive getrocknet und Partikel abgeschieden werden. Erfindungsgemäß werden hohe Versprühdrücke im Druckbereich P ≥ 3·106 Pa sowie ein hoher Mediendurchsatz bei einem geringen Masseverhältnis von fluiden Medien als Sprühmedium zum Gasstrom gewählt derart, dass sich ein Drucksprung von der Hochdruckeinheit zur niedrigdruckgeführten Trocknungseinheit nach der Düse um im Wesentlichen fünf Zehnerpotenzen einstellt, wobei durch die Wahl der Hoch- und Niedrigdruckbereiche die Partikelbildung beeinflussbar ist.The invention relates to a process for the preparation of nanostructurable microparticles from fluid media by spray drying, wherein low viscosity solutions, dispersions or suspensions of a high pressure unit via at least one nozzle transferred to a low pressure drying unit and the droplet collective formed dried and particles are deposited. According to the invention, high atomizing pressures in the pressure range P ≥ 3 × 10 6 Pa and a high media throughput with a low mass ratio of fluid media as the spraying medium to the gas stream are selected such that a pressure jump from the high-pressure unit to the low-pressure-controlled drying unit adjoins the nozzle by substantially five orders of magnitude, wherein the particle formation can be influenced by the choice of the high and low pressure ranges.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nanostrukturierbaren Mikropartikeln aus fluiden Medien mittels Sprühtrocknung, wobei niedrigviskose Lösungen, Dispersionen oder Suspensionen von einer Hochdruckeinheit über mindestens eine Düse in eine niedrigdruckgeführte Trocknungseinheit überführt und die gebildeten Tropfenkollektive getrocknet und abgeschieden werden, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a process for producing nanostructurable microparticles from fluid media by spray drying, wherein low-viscosity solutions, dispersions or suspensions are transferred from a high-pressure unit via at least one nozzle into a low-pressure drying unit and the drop collectives formed are dried and deposited, according to the preamble of
Weiterhin betrifft die Erfindung verschiedene Verwendungen verfahrensgemäß hergestellter Partikel.Furthermore, the invention relates to various uses according to the method produced particles.
Aus der
Bei dem Verfahren zur Herstellung eines Nanopartikel-Polymer-Komposits nach
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln nach
Unabhängig vom vorbekannten Stand der Technik besteht nach wie vor ein Bedarf nach hochreinen, redispergierbaren Partikeln auf Siliziumdioxidbasis, welche eine gezielte einstellbare Morphologie sowie texturelle Eigenschaften aufweisen.Regardless of the prior art, there is still a need for highly pure, redispersible silica-based particles which have a targeted, adjustable morphology and textural properties.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein weiterentwickeltes Verfahren zur Herstellung von nanostrukturierbaren Mikropartikeln aus fluiden Medien mittels Sprühtrocknung anzugeben, wobei niedrigviskose Lösungen, Dispersionen oder Suspensionen von einer Hochdruckeinheit über mindestens eine Düse in eine niedrigdruckgeführte Trocknungseinheit überführt und die gebildeten Tropfenkollektive getrocknet und abgeschieden werden. Mit dem Verfahren soll es gelingen, aus fluiden Medien nanoskalierte Pulver und Partikelgrößenverteilungen zu erhalten, wobei eine direkte Einstellung von Produkteigenschaften mit Hilfe der Prozessparameter sicherzustellen ist. Konkret soll eine gezielte Herstellung von submikrometerskalaren Hohlkörpergeometrien unter Verwendung von konzentrierten Fluiden, beispielsweise Solen, aus anorganischen oder organischen Ausgangsmaterialien mit Hilfe der Sprühtrocknung ermöglicht werden. Dabei sollen die Nachteile bestehender Verfahren, wie geringe Einsatzkonzentrationen der Ausgangsmaterialien, breite Partikelgrößenverteilungen der generierten Produkte, eine hohe Anzahl an Partikeldefekten und unselektive Partikelformgebungen vermieden werden. Ein Schwerpunkt liegt erfindungsgemäß auf einer Bildung von Hohlkugeln, um die Formung von unwirksamem Bulkmaterial zu minimieren.It is therefore an object of the invention to provide a further developed method for the production of nanostructurable microparticles from fluid media by spray drying, wherein low viscosity solutions, dispersions or suspensions of a high pressure unit via at least one nozzle transferred to a low pressure drying unit and the droplet collective formed are dried and deposited. The process should make it possible to obtain nano-scaled powders and particle size distributions from fluid media, while ensuring direct adjustment of product properties using the process parameters. Specifically, targeted production of submicron-scale hollow body geometries using concentrated fluids, for example sols, from inorganic or organic starting materials by means of spray drying is to be made possible. The disadvantages of existing processes, such as low use concentrations of the starting materials, broad particle size distributions of the generated products, a high number of particle defects and unselective particle shapes should be avoided. One focus of the invention is the formation of hollow spheres to minimize the formation of ineffective bulk material.
Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch die Lehre gemäß Anspruch 1, wobei die Unteransprüche mindestens zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen darstellen.The object of the invention is achieved by the teaching according to
Darüber hinaus ist erfindungsgemäß die Verwendung der hergestellten Partikel gemäß Definition der Ansprüche 13 und 14, wobei die dargelegten Applikationen und angeregten Verwendungen nur beispielhaft und nicht abschließend zu verstehen sind. In addition, according to the invention, the use of the particles produced according to the definition of
Es wird demnach von einem Verfahren zur Herstellung von nanostrukturierbaren Mikropartikeln aus fluiden Medien mittels Sprühtrocknung ausgegangen, wobei die Ausgangsstoffe niedrigviskose Lösungen, Dispersionen oder Suspensionen sind. Diese werden einer Hochdruckeinheit über mindestens eine Düse zugeführt und dann in eine niedrigdruckgeführte Trocknungseinheit überführt. Die gebildeten Tropfenkollektive werden getrocknet und die entstandenen Partikel abgeschieden sowie der weiteren Verwendung zugeführt.It is therefore assumed that a process for the preparation of nanostructurable microparticles from fluid media by spray drying, wherein the starting materials are low-viscosity solutions, dispersions or suspensions. These are fed to a high-pressure unit via at least one nozzle and then transferred to a low-pressure-controlled drying unit. The drop collectives formed are dried and the resulting particles are deposited and fed to further use.
Erfindungsgemäß werden hohe Versprühdrücke im Druckbereich P ≥ 3·106 sowie ein hoher Mediendurchsatz bei einem geringen Masseverhältnis von fluiden Medien als Sprühmedium zum Gasstrom gewählt, und zwar derart, dass sich ein Drucksprung von der Hochdruckeinheit zur niedrigdruckgeführten Trocknungseinheit nach der Düse um im Wesentlichen bzw. mindestens fünf Zehnerpotenzen einstellt, wobei durch die Wahl der Hoch- und Niedrigdruckbereiche die Partikelbildung aktiv beeinflussbar ist.According to the invention, high atomizing pressures in the pressure range P ≥ 3 × 10 6 and a high media throughput at a low mass ratio of fluid media as the spraying medium to the gas stream are selected such that a pressure jump from the high pressure unit to the low pressure controlled drying unit downstream of the nozzle substantially increases ., sets at least five orders of magnitude, whereby particle formation can be actively influenced by the choice of high and low pressure ranges.
Ausgestaltend kann die Größe der Partikel bzw. der Durchmesser sowie die Partikelgrößenverteilung über die druckbedingten definierten Tröpfchengrößenverteilungen am Düsenausgang eingestellt werden.Ausgestaltend the size of the particles or the diameter and the particle size distribution on the pressure-related defined droplet size distributions can be adjusted at the nozzle outlet.
Wiederum weiterbildend kann dem fluiden Medium ein unter Hochdruck stehendes inertes Gas zugegeben werden, um Druckdifferenzen in den gebildeten Sprühtropfen auszugleichen, so dass die gebildeten Partikel eine reduzierte Defektanzahl und/oder eine modifizierte Partikelgrößenverteilung aufweisen.In turn, the fluid medium, a high-pressure inert gas can be added to compensate for pressure differences in the spray droplets formed, so that the particles formed have a reduced number of defects and / or a modified particle size distribution.
Auch besteht die Möglichkeit, der Sprühlösung reaktive Gase zuzuführen, um die rheologischen Eigenschaften zu beeinflussen. Als beispielhaftes inertes Gas kann dem Ausgangsmaterial unter Druck Stickstoff zugemischt werden.It is also possible to supply reactive gases to the spray solution in order to influence the rheological properties. As an exemplary inert gas, nitrogen can be mixed with the starting material under pressure.
Zur Bildung von hohlkugelförmigen Partikeln findet eine schnelle Entspannung und Trocknung in der niedrigdruckgeführten Trocknungseinheit statt, wobei die erhaltenen Staubgranulate über eine Filteranordnung oder dergleichen Mittel abgeschieden werden.To form hollow spherical particles, rapid relaxation and drying takes place in the low-pressure-guided drying unit, the resulting dust granules being deposited via a filter arrangement or similar means.
Zur Gewährleistung einer gezielten Sprüheingangstemperatur kann das fluide Medium thermostatiert werden.To ensure a targeted spray inlet temperature, the fluid medium can be thermostated.
Beispielhaft ist der Querschnitt der mindestens einen Sprühdüse bei ≤ 10–3 m gewählt.By way of example, the cross section of the at least one spray nozzle is selected at ≦ 10 -3 m.
Als zu versprühendes Medium kann erfindungsgemäß der Einsatz von kolloidalen Kieselsäuren bzw. Kieselsolen erfolgen, um Nanopartikelpulver zu generieren, welche morphologische Eigenschaften des Ausgangsmaterials aufweisen bzw. übernehmen im Sinne einer später als Vererbung bezeichneten Aktion.According to the invention, the use of colloidal silicic acids or silica sols can be carried out as a medium to be sprayed, in order to generate nanoparticle powders which have morphological properties of the starting material or take over in the sense of an action which is referred to hereafter as inheritance.
Die eingesetzten Lösungen, Suspensionen oder Dispersionen besitzen vorteilhaft einen Feststoffgehalt ms > 5% (m:m, d. h. massebezogen). Grundsätzlich ist ein Feststoffgehalt von 0,0001 bis 80% (m:m) wählbar.The solutions, suspensions or dispersions used advantageously have a solids content m s > 5% (m: m, ie based on mass). Basically, a solids content of 0.0001 to 80% (m: m) is selectable.
Die Partikeltrocknung kann erfindungsgemäß durch gezielte Zuführung von Strahlung unterstützt werden, um eine Trocknung der Partikel, insbesondere der hohlkugelförmigen Partikel zu unterstützen.The particle drying can be supported according to the invention by targeted supply of radiation in order to promote drying of the particles, in particular the hollow spherical particles.
Die Partikeltrocknung kann auch durch ein vorab zugeführtes, bei der Trocknung sich entlösendes Gas unterstützt werden.Particle drying can also be assisted by a pre-fed gas which dissolves during drying.
Das Verfahren dient auch der Herstellung von redispergierbaren Agglomeraten.The process also serves to produce redispersible agglomerates.
Erfindungsgemäß ist die Verwendung der verfahrensseitig hergestellten Partikel z. B. als Additiv und/oder Füllstoff für Lacke und/oder Kunststoffe.According to the invention, the use of the particles produced by the process z. B. as an additive and / or filler for paints and / or plastics.
Ebenso erfindungsgemäß ist die Verwendung der erfindungsgemäß hergestellten Partikel als Mittel zur Verkapselung von Wirkstoffen z. B. im medizinischen oder kosmetischen Bereich.Likewise according to the invention, the use of the particles according to the invention as a means for encapsulating agents z. B. in the medical or cosmetic field.
Optische Eigenschaften von Materialen sind im Wesentlichen durch deren Zusammensetzung, Ihrer Oberflächenmorphologie und der Schichtdicke gekennzeichnet. Insbesondere Hollow-Sphere-Pigmente finden in Folge gezielter Verknüpfung dieser Eigenschaften vermehrt Anwendung in dünnen Schichten bzw. aufwendigen Applikationen.Optical properties of materials are mainly characterized by their composition, surface morphology and layer thickness. In particular, find hollow sphere pigments as a result of targeted linking of these properties, increased use in thin layers or complex applications.
Der Vorteil dieser Strukturen ist eine Verknüpfung aus optischen und mechanischen Effekten in Kombination mit ökonomischen Vergünstigungen. Hohlkörper können durch eine gezielte Auswahl des Durchmessers in Kombination mit der Schichtdicke leicht in ihren optischen Eigenschaften angepasst werden, so dass spezielle, innovative Farbeffekte (bspw. Nano-Gold) herausgestellt werden können. Weiterhin spielt die Morphologie der Oberfläche, als wesentliche, farbbeschreibende Eigenschaft eine Rolle. Dies findet insbesondere in Coating-Systemen (bspw. Beschichtungslacke) Anwendung. Werden diese Strukturen im Nanometer-Maßstab verwirklicht, können zusätzliche mechanische Materialeigenschaften modifiziert werden. So wird bei derartigen Additiven nachweislich die Bindemittelmenge in Lacken lokal um das Pigment reduziert, in Folge diese „Cross-Linking-Space” genannte Modifikation eine Steigerung der Elastizität – die mechanische Belastbarkeit dieser Systeme – bewirkt. Ökonomische Vorteile gegenüber Bulk-Materialien ergeben sich durch die Verwendung von dünnschichtigen Hohlkörpern. In diesem Zusammenhang ist nur ein kleiner Teil der meist preisintensiven Materialen bei der Herstellung notwendig, was für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens spricht.The advantage of these structures is a combination of optical and mechanical effects in combination with economic benefits. Hollow bodies can be easily adapted in their optical properties by a specific selection of the diameter in combination with the layer thickness, so that special, innovative color effects (eg nano-gold) can be emphasized. Furthermore, the morphology of the surface, as an essential, color-describing property plays a role. This is used in particular in coating systems (for example coating lacquers). If these structures are realized on the nanometer scale, additional mechanical material properties can be modified. Thus, in such additives, the amount of binder in paints is demonstrably reduced locally around the pigment, as a result of which this modification called "cross-linking space" brings about an increase in the elasticity-the mechanical strength of these systems. Economical advantages over bulk materials result from the use of thin-layered hollow bodies. In this context, only a small part of the most expensive materials in the production is necessary, which speaks for the application of the method according to the invention.
Die erfindungsgemäße Druckwechseltechnologie ermöglicht den gezielten Zugang zu derartigen Formen. Mit Ihrer Hilfe ist es möglich, Hohlkörperstrukturen mit gezielten Schichtdicken in einem weiten Bereich von Durchmessern (5·10–9 m ≤ d ≤ 10–3 m) darzustellen. Durch Auswahl des Precursormateriales erlaubt diese Technologie weiterhin, Oberflächenstrukturen zweckgeführt darzustellen, um optische Effekte zu verstärken bzw. zu reduzieren. Besonderer Vorteil der Druckwechseltechnologie ist die direkte Darstellung derartiger Strukturen aus fluiden Medien, unabhängig deren phys.-chem. Aufbaus (Dispersionen, Lösungen, Suspensionen). Eine Verwendung von Templaten sowie ggf. deren nachträgliche Eliminierung ist als weiterer, oft kostenintensiver Prozessschritt nicht erforderlich. Aktive pharmazeutische Wirkstoffe (API) sind elementare Bestandteile aller Medikamente. Insbesondere bei inhalativen Produkten ist die Kenntnis von aerodynamischen Eigenschaften im Zuge der Applikation und während der Respiration (pulmonale Aufnahme) eigenschaftskennzeichnender Faktor. In diesem Zusammenhang stellt die definierte Mikronisierung der API-Partikel in Kombination mit einer gezielten chemischen Aktivierung/Chemie ein grundlegendes Anwendungskriterium dar.The pressure swing technology according to the invention allows targeted access to such forms. With your help it is possible to present hollow body structures with specific layer thicknesses in a wide range of diameters (5 · 10 -9 m ≤ d ≤ 10 -3 m). By selecting the precursor material, this technology also makes it possible to represent surface structures appropriately, in order to enhance or reduce optical effects. A particular advantage of the pressure swing technology is the direct representation of such structures from fluid media, regardless of their phys.-chem. Construction (dispersions, solutions, suspensions). The use of templates as well as their subsequent elimination is not required as a further, often cost-intensive process step. Active Pharmaceutical Ingredients (API) are elemental components of all medications. The knowledge of aerodynamic properties in the course of application and during respiration (pulmonary uptake) is a characteristic feature of particular in the case of inhaled products. In this context, the defined micronization of the API particles in combination with a targeted chemical activation / chemistry is a fundamental application criterion.
Oft charakterisieren sich APIs bzw. deren Gemische durch eine chemische Struktur (bspw. Chiralität) und Zusammensetzung, welche im Zuge phys.-chem. Einflüsse leicht modifizierbar sind. Demzufolge fällt der Auswahl der Mikronisierungsmethode, dem gezielten Einstellen eine Partikelgrößenverteilung (PSD), eine qualitätsrelevante Rolle zu. So führen mechanischen Verkleinerungsmethoden wie bspw. das Vermahlen oft zu hohen Energieeinträgen in das Produkt in dessen Folge sich der amorphe Anteil der Strukturen bzw. deren Kristallstruktur (bspw. Salbutamolsulfat) verändert kann. Des Weiteren werden hierbei größtenteils irreguläre Formen generiert, welche ungünstige aerodynamische Eigenschaften aufweisen. Nasschemische Verfahren zur kontrollierten Darstellung von PSD-Verteilungen von Wirkstoffen führen hingegen oft zu Unreinheiten (Racemat-Bildung; Co-Kristallisation; Anreicherung von Impurities), was deren Anwendbarkeit stark einschränkt. Sensitive Methoden wie Sprühtrocknungsverfahren zur Darstellung von Pulvern generieren vorzugsweise Partikel in regulärer – sphärischer – Form ohne deren chemische Eigenschaften zu modifizieren. Nachteil bekannter Verfahren sind jedoch die darstellbaren Durchmesser der Partikel. Pulmonale Partikel (d90(V) < 5·10–6 m) sind mit bekannten Verfahren nicht selektiv herstellbar. Ebenso stellen notwendige Trocknungstemperaturen zur Überführung der Wirkstoffe in die Pulverform für temperatursensible APIs oft ein unüberwindbares Hindernis dar.Often, APIs or their mixtures are characterized by a chemical structure (eg, chirality) and composition, which in the course of phys.-chem. Influences are easily modifiable. Consequently, the selection of the micronization method, the targeted adjustment of a particle size distribution (PSD), has a quality-relevant role. Thus mechanical reduction methods such as, for example, milling often lead to high energy inputs into the product as a result of which the amorphous portion of the structures or their crystal structure (eg salbutamol sulphate) can be changed. Furthermore, this mostly generates irregular shapes, which have unfavorable aerodynamic properties. In contrast, wet-chemical methods for the controlled presentation of PSD distributions of active ingredients often lead to impurities (racemate formation, co-crystallization, accumulation of impurities), which severely restricts their applicability. Sensitive methods such as spray-drying methods for the preparation of powders preferably generate particles in regular-spherical form without modifying their chemical properties. Disadvantage of known methods, however, are the representable diameters of the particles. Pulmonary particles (d 90 (V) <5 × 10 -6 m) can not be selectively produced by known methods. Likewise, necessary drying temperatures for transferring the active ingredients into the powder form for temperature-sensitive APIs are often an insurmountable obstacle.
Beispielsweise können bei aktuellen Asthmatika nur ca. 10 bis 20% des Wirkstoffs (delievered dose) in die Alveolen der Lunge überführt werden, in denen Sie Ihre volle Wirkung entfalten. Der verbliebene Anteil des APIs wird auf Grund seiner ungünstigen aerodynamischen Eigenschaften zum Einen sofort wieder ausgeatmet (d < 5·10–7 m) oder zum Zweiten setzt dieser sich bereits im Mund- und Rachenraum ab (d > 5·10–6 m). Die erfindungsgemäße Druckwechseltechnologie ermöglicht den schonenden Zugang zu Strukturen mit derartigen phys.-chem. Eigenschaften. Hierbei können durch gezielte Auswahl der Edukte und technischen Parameter aerodynamische Eigenschaften und Partikelgrößenverteilungen definiert werden. Dies würde die Sicherheit des Patienten als größtes pharmakologisches Kriterium signifikant erhöhen, da der Anteil des Wirkstoffes in fehlerhaften Regionen des menschlichen Zielmilieus deutlich reduziert werden könnte. Des Weiteren ist die Struktur als Release-Eigenschaft (Aggregat vs. Agglomerat) als Funktion der Trocknungseigenschaften variabel einstellbar. Durch die zusätzliche Beaufschlagung mit einem Gas ist ein Prozess bei niedrigeren Trocknungsbedingungen (bspw. Temperatur) realisierbar, so dass APIs denen bisher die Überführung mittels Sprühtrocknung auf Grund negativer Trocknungseinflüsse verwehrt geblieben war, zugänglich sind.For example, in current asthma only about 10 to 20% of the active ingredient (delievered dose) can be transferred to the alveoli of the lungs, in which you develop their full effect. The remaining portion of the API is due to its unfavorable aerodynamic properties on the one hand exhaled immediately (d <5 × 10 -7 m) or the second, this already sets in the mouth and throat (d> 5 · 10 -6 m) , The pressure swing technology according to the invention allows gentle access to structures with such phys.-chem. Properties. In this case, aerodynamic properties and particle size distributions can be defined by targeted selection of the educts and technical parameters. This would significantly increase the safety of the patient as the largest pharmacological criterion, since the proportion of active agent in defective regions of the human target milieu could be significantly reduced. Furthermore, the structure as a release property (aggregate vs. agglomerate) is variably adjustable as a function of the drying properties. By the additional admission with a gas a process with lower drying conditions (eg temperature) can be realized, so that APIs which had previously been refused the transfer by means of spray drying due to negative drying influences, are accessible.
Keramische Bausteine sind ein wesentlicher Bestandteil des heutigen Alltages. So finden diese in vielen Bereichen wie bspw. Katalysatorträger, Bautengrundlage und Hitzeschutzsysteme Anwendung. Ceramic building blocks are an integral part of today's everyday life. They are used in many areas, such as catalyst carriers, building bases and heat protection systems.
Im Zuge der steigenden Anforderungen an die Beschaffenheit und Eigenschaft dieser Systeme sind die Herausforderungen im Zuge der Materialauswahl deutlich gestiegen. Zur Optimierung von Keramiken im Hochleistungsbereich hat sich gezeigt, dass insbesondere Bestandteile im Nanometerbereich (10–8 ≤ d ≤ 10–6 m) innerhalb der Packung fehlen. Speziell Silica als notwendiger Silikatkeim als Grundlage vieler chemischer Reaktionen findet hierbei besondere Aufmerksamkeit.As the requirements for the nature and properties of these systems increase, the challenges associated with material selection have increased significantly. In order to optimize ceramics in the high-performance range, it has been found that especially components in the nanometer range (10 -8.ltoreq.d.ltoreq.10 -6 m) are missing within the packing. Especially silica as a necessary silicate germ as the basis of many chemical reactions finds special attention here.
Die erfindungsgemäße Druckwechseltechnologie bietet die Möglichkeit kleinstteilige Silica-Partikel zu generieren. Insbesondere die Kombination aus großteiligen Agglomeraten und deren Zerfall in Partikel im Nanometerbereich unter mechanischen Bedingungen bietet die Möglichkeit eines Zuganges zu hochreaktiven Silikatkeimen. Die aktive Steuerung der Reaktivität kann selektiv über die Wahl des Ausgangsmateriales definiert werden.The pressure swing technology according to the invention offers the possibility of generating extremely small particles of silica. In particular, the combination of large-scale agglomerates and their decomposition into particles in the nanometer range under mechanical conditions offers the possibility of access to highly reactive silicate nuclei. The active control of reactivity can be selectively defined by the choice of starting material.
Die Erfindung soll anhand des nachstehenden Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Abkürzungsverzeichnis Allgemein verwendete Abkürzungen
1 Einleitung und Zielstellung1 Introduction and objective
Die Menschheit erkannte bereits früh in ihrer Evolution die Bedeutung von leicht zugänglichen Metalloxidverbindungen wie Quarzsand und Feldspat. So konnten durch Kombination von Werkzeugbau und architektonischem Fachwissen schon weit vor unserer Zeitrechnung wahre Meisterwerke erschaffen werden. Im Zuge der industriellen und digitalen Revolution stiegen die Anforderungen an diese Werkstoffe signifikant. Triebkraft dieser Entwicklungen war die notwendige Zugänglichkeit immer innovativerer, maßgeschneiderterer Eigenschaften, in deren Folge die Entwicklung zunehmend in den Bereich der Nanotechnologie (griech. nanos – Zwerg) vordrang. Nanoskalare Stoffe und Verbindungen kennzeichnen sich durch eine einzigartige Kombination aus Ober- und Grenzflächeneffekten. Hierdurch konnten den etablierten Bereichen Baustofftechnik und Keramik eine Vielzahl von Anwendungsgebieten ergänzt werden. Während nanoskalares Titandioxid Anwendung für die UV-Absorption in Sonnenschutzcremes findet, kolloidales Siliziumdioxid zum chemisch-mechanischen Planarisieren (CMP) verwendet wird, schützen Silbernanopartikel in Verpackungsmaterialien vor mikrobiologischer Kontamination. Das Verhältnis von Oberflächen- zu Bulkatomen unterscheidet nanoskalare Materialien signifikant von Substanzen im mikroskalaren Kosmos. Die Generierung derartiger Partikel kann mittels „bottom-up-„ oder „top-down”-Methode erfolgen. Bekannte Beispiele für den „bottom-up”-Modellierungsprozess, den Aufbau von Strukturen aus subnanometer-Verbindungen, ist die Synthese von kolloidalen Kieselsäuren aus Wassergläsern oder die Selbstanordnung (Selfassemblierung) von Dendrimeren. Verkleinerungsmechanismen unter Aufwendung mechanischer Kräfte verfolgt der „top-down”-Ansatz. Hierzu gehören Vermahlungs-, Stoß- und Reibungstechniken. Als Rohstoffe kommen hierfür meist Stoffe und Verbindungen auf mikroskalarer Ebene zum Einsatz. Gezieltes Produktengineering ist gleichfalls ein zentraler Schwerpunkt in der Medizintechnik. Hier erhalten die Themen Über-, Fehl- und Punktdosierung einen immer bedeutsameren Einfluss. Aus dieser Betrachtung heraus finden Untersuchungen statt, die Konzentration an Arzneistoffen zu minimieren und wesentliche Transport- und Freisetzungsaufgaben auf Trägersubstanzen auszulagern. Als ein biokompatibles Trägermaterial hat sich amorphes Siliziumdioxid, auch Silica genannt, etabliert. Vorteile einer erhöhten pH-Wert- und Temperaturstabilität werden gezielt mit einer einstellbaren Oberflächenmorphologie kombiniert. Schwerpunkte bisheriger Arbeiten liegen insbesondere auf dem gezielten Einschließen bzw. Einlagern von Wirkstoffen in labile Hohlkörpergeometrien. Physischen Grenzen, wie oraler Aufnahmefähigkeit (< 10–5 m; peroral) und Lungengängigkeit (< 10–6 m; pulmonal) stehen physikalische Limitierungen bei der Freisetzung des Wirkstoffes entgegen. Die erforderliche Kombination aus Partikeldurchmesser, Zerfallsrate und Fließfähigkeit körperlich verwertbarer Partikel (dG ~2 bis 4·10–6 m) ist aktuell Schwerpunkt vieler wissenschaftlicher Untersuchungen. Eine Herstellung von bioakkumulierbaren Metalloxid-Partikeln (Titandioxid (TiO2); Siliziumdioxid (SiO2); Aluminiumoxid (Al2O3)) im Submikrometerbereich (< 10–6 m) unterliegt meist Restriktionen physikalisch-chemischer Natur. Das Verfahren der Sprühtrocknung mit seinen vielfältigen Einflussmöglichkeiten findet in diesem Zusammenhang ein nachhaltiges, wissenschaftliches Interesse bei der Synthese von derartigen Partikeldurchmessern. Sprühgetrocknete amorphe Siliziumdioxid-Partikel im Nanometerbereich konnten bisher nur bei sehr geringen Edukt-Konzentrationen sowie hohen Masseverhältnissen Luftstrom zu Sprühmedium hergestellt werden. Bei auf diesem Wege gebildeten (sub-)mikrometergroßen Teilchen handelt es sich meist um Aggregate deren Durchmesser, nicht aber deren Oberflächenmorphologie steuerbar ist. Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Frage, inwiefern eine gezielte Auswahl der zu versprühenden, fluiden Medien neuartige Pulver generiert, deren grundlegenden makros- und mikroskopischen Eigenschaften vom Ausgangsmaterial ererbt werden. Zur Vereinfachung der Beschreibung von Strukturen und Eigenschaften wird das Wiederfinden von Strukturelementen sowie physikalisch-chemischen Charakteristika im weiteren Verlauf dieser Arbeit als Vererbung bezeichnet. Als Grundlage für die Herstellung dieser Pulver kommen Dispersionen von kolloidaler Kieselsäure in Wasser, die sogenannten Kieselsole, zum Einsatz. Der Durchmesser dieser dispergierten Feststoffteilchen liegt im Bereich von 5 bis 50·10–9 m. Da bei nanoskalaren Partikeln grundlegende Charakteristika von der Oberfläche abhängig sind, liegt der Fokus des wissenschaftlichen Interesses auf der Bildung von Hohlkugeln (dP < 10–5 m), um die Formung von unwirksamem Bulkmaterial zu reduzieren. Auswahlkriterien der gewählten Dispersionen sind hierbei der Partikeldurchmesser, die Stabilisierungsform sowie Additivierungen. Anschließend sollen die erhaltenen amorphen Pulver untereinander verglichen werden. Darüber hinaus soll untersucht werden, ob der Prozess der Trocknung steuerbar ist, so dass gezielt Agglomerate anstelle literaturbekannter Aggregate gebildet werden. Hierbei soll die nanoskalare, kolloidale Monomereinheit als Grundbaustein erkennbar und idealerweise bei Dispergierung wieder generierbar sein. Texturelle Untersuchungen stellen einen weiteren Bereich der Charakterisierung der gebildeten Partikel dar. Für diese Untersuchungen soll eine neue Art der Sprühtrocknung, die Druckwechseltechnologie, angewendet werden. Diese Technik ist gekennzeichnet durch markant hohe Versprühdrücke und Durchsätze sowie ein geringes Masseverhältnis Luftstrom zu Sprühmedium. Um diese Technik zu verwirklichen wird im Rahmen dieser Arbeit eine entsprechende Apparatur geplant und gebaut. Hierauf aufbauend sollen in dieser Arbeit technische Prozessparameter ebenso betrachtet werden wie die Untersuchung, ob der Vorgang der Partikelbildung bei dieser Prozesstechnologie unter Anwendung von außergewöhnlich hohen Feststoffgehalten (≥ 10% (m:m)) steuerbar ist. Anschließend sollen anhand der erhaltenen Pulver Rückschlüsse auf Prozessparametereinflüsse erfolgen. Die wässrige Chemie von kolloidalem Siliziumdioxid stellt immense Herausforderungen an einen Sprühprozess. Im zweiten Teil dieser Arbeit soll der Grundstoff Kieselsol mit einem Gas beaufschlagt werden. Nach Erreichen der Zielparameter wird das, idealerweise mit Gas gesättigte, Kieselsol sehr schnell in einer beheizten Kammer entspannt. Die hierbei zu erwartenden hohen Péclet-Zahlen (Pe) im Trocknungsprozess sollten die Bildung von Hohlkugeln fördern. Wissenschaftlicher Hintergrund einer Beladung des Kieselsoles mit Gas unter Hochdruck und anschließende Überführung zu niedrigen Drücken ist die theoretische Herleitung der folgenden, möglichen Effekte:
- i. Sekundärer Tropfenzerfall: Die hydrodynamische Instabilität der gebildeten Lamelle an der Düse sowie die folgende Oszillation der Tropfen wird durch entlösendes Gas verstärkt. Als Folge steigt die Wahrscheinlichkeit kritischer Randbedingungen, endend in einem weiteren, sekundären Tropfenzerfall.
- ii. Reduzierung von Partikeldefekten: Als Folge einer herabgesetzten Schallgeschwindigkeit bei Gemischen von Gasen in Flüssigkeiten können Druckausgleichsprozesse signifikant schneller ablaufen als in den reinen Medien. Dies kann grundlegenden Mechanismen der Bildung von Partikeldefekten entgegenwirken.
- iii. Optimierung der Trocknung: Im gebildeten Tropfen wird durch zusätzlich gebildete Phasengrenzflächen des sich entlösenden Gases der Übergang von Flüssigkeitsmolekülen in die Gasphase optimiert.
- i. Secondary droplet decay: The hydrodynamic instability of the formed lamella at the nozzle as well as the following oscillation of the droplets is amplified by dissolving gas. As a result, the likelihood of critical boundary conditions increases, ending in a further, secondary drop in decay.
- ii. Reduction of Particle Defects: As a consequence of a reduced speed of sound in mixtures of gases in liquids, pressure equalization processes can proceed significantly faster than in pure media. This can counteract basic mechanisms of particle defect formation.
- iii. Optimization of drying: The transition of liquid molecules into the gas phase is optimized in the formed droplets by additionally formed phase interfaces of the releasing gas.
Aufbauend auf den erhaltenen Ergebnissen der Sprühexperimente ist ein Modell der Partikelbildung vorzuschlagen und zu diskutieren. Notwendige Kenngrößen der kolloidalen Ausgangsmaterialien wie die Löslichkeit des verwendeten Gases sowie konzentrationsabhängige Diffusionskoeffizienten sollen ebenfalls erfasst werden. Hierfür wird eine Apparatur für die volumetrische Messungen aufgebaut.Based on the obtained results of the spray experiments a model of particle formation has to be proposed and discussed. Necessary parameters of the colloidal starting materials such as the solubility of the gas used as well as concentration-dependent diffusion coefficients should also be recorded. For this purpose, an apparatus for volumetric measurements is set up.
Literaturübersicht Literature Review
Gezieltes Produktengineering [1] nanoskalarer Technologien und Materialien [2–7] ist aktuell eine wesentliche Grundlage für die Erschließung von neuen Anwendungsbereichen in der Medizin [8–38], Baustofftechnik [39–41] oder Keramiksynthese/-formgebung [42, 43]. Aktuell dominieren drei wesentliche Methoden (Tabelle 2.1) die Herstellung der in diesen Gebieten angewendeten Metalloxid-Pulver im unteren Mikrometerbereich (< 5·10–5 m).Targeted product engineering [1] nanoscale technologies and materials [2-7] is currently an essential basis for the development of new application areas in medicine [8-38], building materials engineering [39-41] or ceramic synthesis / molding [42, 43] , Currently, three main methods (Table 2.1) are dominated by the production of metal oxide powders in the lower micrometer range (<5 · 10 -5 m) used in these fields.
Die Verfahren Spraypyrolyse [45] und Sprühtrocknung [46, 47] verfolgen den „bottom-up”-Ansatz, während verschiedene Verkleinerungstechniken (Mahlen, Stollen, Reiben) den „top-down”-Prozess implementieren. Vorteile der Spraypyrolyse sind sehr enge Partikelgrößenverteilungen sowie eine, in Grenzen steuerbare Partikelbildung. Durch gezielte Auswahl von Precursoren und Prozessparametern können Vollkörper (Volumenniederschlag) oder Hohlformen (Oberflächenniederschlag) erzeugt werden [45]. Negativ sind als Folge der anspruchsvollen (laminaren) Strömungstechnik die Anwendbarkeit von nur geringen Konzentrationen der meist aufwendigen Ausgangsmaterialien sowie die intensiven Pyrolysetemperaturen, welche oft Sinterungseffekte der generierten Pulver bewirken [48]. Für höhere Einsatzkonzentrationen werden je nach Ausgangsmaterial und Produktanforderung die Verfahren der Sprühtrocknung und Vermahlung verwendet. Nachteile dieser Prozesse sind breite Partikelgrößenverteilungen und ein erhöhter Anteil an irregulären Partikeln. Des Weiteren können bei der Vermahlung Sinterungs- und Bruchspannungseffekte sowie Kontaminationen auftreten, welche beim schonenderen Verfahren der Sprühtrocknung nicht beobachtet werden. Zusätzliche Vorteile der Sprühtrocknung sind hohe Reproduzierbarkeit, optimierte Produktion, leichte Automatisierung und der Entfall eines zusätzlichen Trocknungsschrittes. In dieser Arbeit steht das Verfahren der Sprühtrocknung in dessen modifizierter Form, der neu entwickelten Druckwechseltechnologie, thematisch im Vordergrund. Im Folgenden werden die grundlegenden Verfahren, Begriffe und Technologien beschrieben und die genutzten Apparaturen vorgestellt [49].Spraypyrolysis [45] and spray drying [46, 47] follow the "bottom-up" approach, while various reduction techniques (milling, cleats, rubbing) implement the "top-down" process. Advantages of spray pyrolysis are very narrow particle size distributions as well as controllable particle formation within limits. Through selective selection of precursors and process parameters, full bodies (volume precipitation) or hollow forms (surface precipitation) can be produced [45]. As a consequence of the demanding (laminar) flow technique, the applicability of only low concentrations of the usually expensive starting materials as well as the intensive pyrolysis temperatures, which often cause sintering effects of the generated powders, are negative [48]. For higher use concentrations, depending on the starting material and product requirement, the spray drying and grinding processes are used. Disadvantages of these processes are broad particle size distributions and an increased proportion of irregular particles. Furthermore, sintering and breakage stress effects as well as contamination, which are not observed during the more gentle spray-drying process, can occur during grinding. Additional advantages of spray drying are high reproducibility, optimized production, easy automation and the elimination of an additional drying step. In this work, the process of spray drying in its modified form, the newly developed pressure swing technology, is thematically in the foreground. The basic procedures, terms and technologies are described below and the equipment used is presented [49].
2.1 Verfahren der Sprühtrocknung2.1 Method of spray drying
Erste Veröffentlichungen zum Verfahren [50] und dem zugrundeliegenden Prinzip der Sprühtrocknung (PERCY: „... a process of atomizing and desiccating fluid and solid substances...” [51]) erfolgten im zweiten Teil des 19. Jahrhunderts. Während in den Anfängen Lebensmittel [50, 52–55] und Dinge des täglichen Bedarfes im Vordergrund standen [56, 57], wurden in der Neuzeit medizinische Produkte [36,37] sowie keramische Vor- und Zwischenstufen [49, 58–60] ergänzt. Industrielle Konvektionssprühtrockner überführen Flüssigkeiten, Schlämme, Breie und Pasten in pulvrige Stoffe. Diese kontinuierlichen Verfahren zerteilen und verbreiten das Medium in Tropfenkollektive mit Tropfendurchmessern von ~2 bis 500·10–6 m, in Sonderfällen bis 10–3 m, zu einem schwebenden Teilchenstrom, welcher anschließend mit einem Trocknungsgasstrom in Kontakt gebracht wird. Gezielte Wärmezufuhr und kontrollierte Strömungseigenschaften sorgen für die Trocknung und gezielte Abscheidung der Partikel. Im technischen Sprachgebrauch wird für das Zerteilen eines fluiden Mediums mit Überführung in einen Feststoffpartikel der Begriff der Zerstäubung verwendet. Im Rahmen dieser Arbeit wird diese Formulierung zur Vereinheitlichung auf reine Flüssigkeiten erweitert, auch wenn diesbezüglich der Begriff der Vernebelung angebracht wäre. Obgleich zum Prozess der Sprühtrocknung viele Informationen zum Trocknungsmechanismus sowie zur Entstehung von Partikeln vorliegen [47, 61], fehlt in einigen Bereichen noch immer das Detailverständnis, um die Zusammenhänge bei Applikation, Verdampfung [62] und Partikelbildung [63] vollends zu verstehen. Wichtige Einflussfaktoren und physikalisch-chemische Grenzen bei der Sprühtrocknung werden in den folgenden Abschnitten diskutiert.First publications on the method [50] and the underlying principle of spray drying (PERCY: "... a process of atomizing and desiccating fluid and solid substances ..." [51]) were carried out in the second part of the 19th century. While in the beginning food [50, 52-55] and things of daily use were in the foreground [56, 57], in modern times medical products [36, 37] as well as ceramic precursors and intermediates [49, 58-60] added. Industrial convection spray dryers convert liquids, sludges, slurries and pastes into powdery substances. These continuous processes break up and spread the medium into droplets with droplet diameters of ~ 2 to 500 · 10 -6 m, in special cases up to 10 -3 m, to a suspended particle stream, which is then brought into contact with a drying gas stream. Targeted heat supply and controlled flow properties ensure the drying and targeted separation of the particles. In technical terminology, the term atomization is used for dividing a fluid medium with conversion into a solid particle. In the context of this thesis, this formulation will be extended to standardize to pure liquids, even if the term nebulization would be appropriate in this context. Although there is much information on the drying mechanism and on the formation of particles in the spray-drying process [47, 61], detailed understanding is still lacking in some areas in order to fully understand the relationships between application, evaporation [62] and particle formation [63]. Important influencing factors and physical-chemical limits in spray-drying are discussed in the following sections.
2.1.1 Zerstäubungstechniken und Tropfenbildungsprozesse2.1.1 Atomization techniques and drop formation processes
Die Zerstäubung verfolgt das Ziel, fluide Medien in Einzeltropfen (Sprüh) zu zerteilen. Diese Vielzahl von Tropfen, auch Tropfenkollektive genannt, sollen idealerweise aus Tropfen gleichem Durchmessers bestehen. Im Allgemeinen liegen diese Tropfen jedoch als Tröpfchengrößenverteilungen vor. Bei der Zerstäubung eines Mediums muss mechanische Energie (Arbeit) aufgebracht werden, um die im Folgenden aufgeführten, auftretenden Kräfte zu überwinden [64–66]:
- i. Oberflächenspannung Das Bestreben des Fluids, seine Oberfläche zu minimieren. Sie sorgt für einen Zusammenhalt der Flüssigkeitsmoleküle.
- ii. Trägheitskräfte Zwei kollidierende Strömungen differenzieller Geschwindigkeit sorgen für eine Beschleunigung, Abtrennung (Druckkräfte) oder Ablenkung (Schiebekräfte) der Medien.
- iii. Viskositätskräfte Die Kraft, welche benötigt wird um angrenzende Gase und Flüssigkeiten gegeneinander zu verschieben.
- i. Surface tension The tendency of the fluid to minimize its surface area. It ensures a cohesion of the liquid molecules.
- ii. inertial forces Two colliding flows of differential speed provide for acceleration, separation (compressive forces) or deflection (pushing forces) of the media.
- iii. Viscosity forces The force needed to move adjacent gases and liquids against each other.
Diese für die Zerstäubung bedeutsamen Kräfte sind wesentliche fluidspezifische Eigenschaften. Ein Beispiel für die Zerstäubung einer Flüssigkeit mit einem Volumen von 10–3 m3 und kugelförmiger Gestalt (A0 = 0,048 m2) zu einem Sprüh mit einem durchschnittlichen Tropfendurchmesser von 5·10–5 m soll diesen Sachverhalt verdeutlichen.
Die Kombination von Gleichung 2.1 bis 2.3 verdeutlicht die Auswirkungen der Zerstäubung dieses Fluids. Bei diesem Prozess wird ein Kollektiv von 1,5·1010 Tropfen generiert, welches eine summierte Oberfläche von 120 m2 aufweist. Folglich hat sich beim Zerstäubungsvorgang die Oberfläche um das 2500fache vergrößert.
Gemäß Gleichung 2.4 wird am Beispiel von Wasser (Ethanol) [67] bei 293 K eine mechanische Arbeit von 8,7 J (2,7 J) allein für die Zerstäubung verrichtet. Berechnungen von WOZNIAK [64] zeigen, dass ein derartiger Wassertropfen unter Normbedingungen (298 K; 101325 Pa) circa 4 s zur Verdampfung (im 373 K warmen Luftstrom ~0,15 s) [24] benötigt. Im Antagonismus zur Spraypyrolyse, bei welcher laminare Strömungen im Vordergrund stehen, werden bei der Sprühtrocknung zur Optimierung des Impulsaustausches (Stoff- und Wärmeübergang) turbulente Strömungen (Re > 2300) angewandt. Hierbei überlagern die turbulenten Querbewegungen die molekulare Diffusion [68]. Bei der folgenden Zerstäubung wird anschließend kinetische Energie aus Druckenergie gewonnen. Mit Hilfe eine Verjüngung des Querschnittes an der Düse kommt es zu der beabsichtigten Steigerung der mittleren Geschwindigkeit. Für einen applizierten kontinuierlichen Massestrom
Die Stromfadentheorie liefert für verlustfreie, stationäre und inkompressible Strömungen die eindimensionale BERNOULLI-Gleichung [69]: The current thread theory provides the one-dimensional BERNOULLI equation for lossless, stationary, and incompressible flows [69]:
Durch Kombination von Gleichung 2.6 und 2.7 kann die mittlere Düsenaustrittsgeschwindigkeit berechnet werden: By combining equation 2.6 and 2.7 the average nozzle exit velocity can be calculated:
Wie Gleichung 2.8 zu entnehmen ist, existiert ein Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz des Systems (ΔP) und der mittleren Geschwindigkeit ū des Fluids an der Düsenaustrittsöffnung. Vielfach verwendete Methoden für eine Überführung von Fluiden in Tropfenform sind Einstoffdüsen, pneumatische Zerstäuber (Zweistoffdüsen) [70, 71] sowie Rotations- [72] und Ultraschallzerstäuber [44, 72, 73]. Zusammenhängende Beschreibungen der Einflussgrößen von Düsengeometrie und Partikelmorphologie wurden bereits mehrfach in der Literatur beschrieben [74–76]. In dieser Arbeit wird eine Hohlkegeldüse für die Zerstäubung verwendet. Das Einsatzgebiet dieser Düsenform ist die Zerstäubung niedrigviskoser Medien in möglichst kleine Tropfen. Ein Augenmerk liegt in diesem Zusammenhang im Bereich der Schergeschwindigkeit als räumliche Funktion der Fluidgeschwindigkeit. Die Belastung des Fluids steigt vom Bereich vor der Düse bis zum Zeitpunkt nach der Düse um das 100 bis 1000fache, um sich dann im weiteren Bereich der Trocknungskammer zu minimieren (~0 s–1). NICHTNEWTONische Flüssigkeiten und Gemische können hier interessante Eigenschaften in Bezug auf die Scherspannung sowie die damit verbundene Viskosität aufweisen [46, 66, 77]. Dieser Punkt wird ausführlich in Abschnitt 2.1.2 (Seite 10) diskutiert. Tropfengrößenverteilungen sind wesentlicher Bestandteil vieler technischer und naturnaher Prozesse. Tropfenkollektive entstehen zum Beispiel bei Wasserfällen sowie bei der Bildung von Wolken. Einzelne Tropfen können im Idealfall als Flüssigkeitskugeln angesehen werden. Entsprechend der LAPLACE'schen Gleichung [78] (Gleichung 2.9) gilt darauf aufbauend der Zusammenhang zwischen Tropfeninnendruck p; und dem Druck an seiner Oberfläche pa: As can be seen from Equation 2.8, there is a relationship between the pressure difference of the system (ΔP) and the mean velocity ū of the fluid at the nozzle exit orifice. frequently Methods used for transferring fluids in droplet form are single-fluid nozzles, pneumatic atomizers (dual-fluid nozzles) [70, 71] as well as rotary [72] and ultrasonic atomizers [44, 72, 73]. Related descriptions of the influence of nozzle geometry and particle morphology have been described several times in the literature [74-76]. In this work, a hollow cone nozzle is used for the atomization. The field of application of this nozzle form is the atomization of low-viscosity media into the smallest possible drops. In this context, attention is focused on the shear rate as a spatial function of the fluid velocity. The load on the fluid increases from the area in front of the nozzle to the time after the nozzle by 100 to 1000 times, then to minimize in the wider area of the drying chamber (~ 0 s -1 ). NONNEWTONonic liquids and mixtures may have interesting shear stress properties and associated viscosity [46, 66, 77]. This point is discussed in detail in Section 2.1.2 (Page 10). Drop size distributions are an essential component of many technical and natural processes. Drop collectives arise, for example, in waterfalls and in the formation of clouds. Individual drops can ideally be considered as liquid spheres. According to Lappace's equation [78] (Equation 2.9), the relation between the internal pressure of the droplets p; and the pressure on its surface p a :
Die Stabilität eines Tropfens ist demnach gewährleistet, solange der Tropfeninnendruck größer als der Druck an der Außenfläche ist. Als Folge dieses Druckanstieges auf der Innenseite einer gekrümmten Fläche kommt es gemäß der KELVIN'schen Gleichung [78] (Gleichung 2.10) zu einem Anstieg des Dampfdruckes pTr The stability of a drop is therefore ensured as long as the internal pressure of the drop is greater than the pressure on the outer surface. As a result of this pressure increase on the inside of a curved surface, according to KELVIN's equation [78] (equation 2.10) an increase in the vapor pressure p Tr occurs
Ableitet hiervon ergibt sich, dass mit abnehmendem Tropfenradius rTR die Siedetemperatur der flüssigen Phase abnimmt und daher Tropfen einfacher verdampfen. Energiereiche Fluid-Moleküle können folglich bei geringeren Temperaturen in die Gasphase übergehen. Wie in diesem Kapitel aufgeführt, muss für die Generierung von Tropfenkollektiven mechanische Arbeit aufgewendet werden. Erste Arbeiten zum Thema Zerfallsmechanismen kommen von PLATEAU [79] und RAYLEIGH [80] Ende des 19. Jahrhunderts. Sie konnten zeigen, dass eine hydrodynamische Instabilität Ursache für den Zerfall eines Flüssigkeitsstrahles darstellt [64, 81]. Für die Sprühtrocknung wesentliche Zerfallsmechanismen bei der Sprühbildung sind der Flüssigkeitsstrahlenzerfall, der Lamellenzerfall und die Zerstäubung von Flüssigkeiten durch Gase. LEFEBVRE [82] unterteilte die Evolution eines Sprühs in den Bereich der primären Zerstäubung, bei welchem der Flüssigkeitsstrahl in Folge von Störungen und Schwingungen in Tropfen zerfällt sowie in einen sekundären Zerfall, in welchem Tropfen kritischer Größe (siehe Gleichung 2.9) einem weiteren Zerfall unterliegen.From this it follows that with decreasing drop radius r TR, the boiling temperature of the liquid phase decreases and therefore drops evaporate more easily. High-energy fluid molecules can thus pass into the gas phase at lower temperatures. As stated in this chapter, mechanical work must be used to generate drop collectives. First works on the subject of decay mechanisms come from PLATEAU [79] and RAYLEIGH [80] at the end of the 19th century. They were able to show that hydrodynamic instability is the cause of the decay of a liquid jet [64, 81]. For spray drying essential decay mechanisms in the spray formation are the liquid jet decay, the lamellar decay and the atomization of liquids by gases. LEFEBVRE [82] subdivided the evolution of a spray into the area of primary atomization, in which the liquid jet breaks up into droplets as a result of disturbances and vibrations, and into a secondary decay in which critical-sized droplets (see Equation 2.9) undergo further decay.
Die genauen Zerfallsmechanismen sind aktuell immer noch Schwerpunkt vieler Forschungsarbeiten [83]. LIN und REITZ [84] diskutieren in ihren Arbeiten einige Ansichten diesbezüglich. Eine wichtige Einflussgröße bei der Bildung von Tropfenkollektiven ist die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids an der Düse, in deren Abhängigkeit vier Bereiche diskutiert werden [84, 85]:
- i. Rayleigh-Bereich
- ii. erster windinduzierter Bereich
- iii. zweiter windinduzierter Bereich
- iv. (turbulenter) Zerstäubungsbereich
- i. Rayleigh range
- ii. first wind-induced area
- iii. second wind-induced area
- iv. (turbulent) sputtering area
Bei der in dieser Arbeit angewendeten Druckwechseltechnologie, welche hohe Reynolds-Zahlen für den Strömungszustand des Fluids beinhaltet, ist schwerpunktmäßig vom iv. Bereich der Tropfenbildung auszugehen. Hohlkegeldüsen nutzen in diesem Zusammenhang das lamellenbildende Zerfallsprinzip. Hierbei führen bereits geringe Drücke zum Zerwellen von aus der Düse austretenden Lamellen unter Bildung von sehr kleinen Tropfenradien. Im Zuge eines Lamellenabrisses (Welle) kommt es zur Bildung von irregulären Tropfenformen. Als deren Folge oszilliert das System bis zur Bildung einer energetisch stabilen, meist annähernd sphärischen Form [86]. Signifikante Veränderungen des Sprühbildes zeigten HOOPERs [87] Beobachtungen bei der Variation des Umgebungs- und Sprühdruckes. Je höher der jeweilige Druck gewählt wird, umso kürzer ist die gebildete Lamelle und intensiver der Zerfall der einzelnen Lamellen. In diesem Zusammenhang konnte WEBER [88] zeigen, dass die Länge der induzierten Welle abhängig von der dimensionslosen Reynolds-Zahl (Re) – dem Verhältnis von Impulskonvektion zu Impulsdiffusion im System – ist. Je höher der Wert dieser Kennzahl, desto kürzer ist die gebildete Welle und umso kleiner die kalkulierte Tropfengrößenverteilung. Eine charakterisierende Größe für diese Art von Düsen ist die Druck-Reynolds-Zahl The pressure swing technology used in this work, which includes high Reynolds numbers for the fluid flow state, is mainly focused on iv. Range of drop formation. Hollow cone nozzles use the lamella-forming decay principle in this context. In this case, even low pressures lead to the disintegration of lamellae emerging from the nozzle with the formation of very small droplet radii. In the course of a slat tear (wave) it comes to the formation of irregular drop forms. As a consequence, the system oscillates until the formation of an energetically stable, mostly approximately spherical form [86]. Significant changes in the spray pattern were shown by HOOPER [87] observations in the variation of ambient and spray pressures. The higher the respective pressure is selected, the shorter the lamella formed and more intense the disintegration of the individual lamellae. In this context, WEBER [88] was able to show that the length of the induced wave depends on the dimensionless Reynolds number (Re) - the ratio of momentum convection to momentum diffusion in the system. The higher the value of this index, the shorter the wave formed and the smaller the calculated droplet size distribution. A characterizing quantity for this type of nozzles is the pressure Reynolds number
Sie kennzeichnet alle relevanten, für die Flüssigkeitszerstäubung bei Hohlkegeldüsen notwendigen Einflussgrößen. Mit ihrer Hilfe versuchten verschiedene Autoren Durchflusscharakteristiken und Fließschemata dieser Düsenbauform anhand von Gleichungssystemen zu erfassen [89–92]. Dieses Modell sowie weitere Theorien zum Strahlenzerfall nach RAYLEIGH [93] und STERLING [81] brachten jedoch keine verlässlichen Voraussagen zu Effekten bei der Tropfenbildung im Experiment sowie bestehenden Zusammenhängen. Insbesondere beim turbulenten Strahlenzerfall diskutiert die Wissenschaft divergierende Prinzipien im Zusammenspiel zwischen Zerfallsmechanismen und Strahlenzerfall, deren Ergebnisse signifikant voneinander abweichen [94, 95]. Prinzipielle Aussage aller Autoren ist, dass je weiter der mittlere Tropfendurchmesser abnimmt, die Breite der entsprechenden Verteilung des Tropfenkollektivs zunehmen muss. Eine Betrachtung der gebildeten Radien des Tropfenkollektivs ist ein wichtiger Ausgangspunkt für den darauf folgenden Trocknungsprozess. Kleinere Tropfen haben den größten Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten (Biot-Zahl) sowie den geringsten Diffusionsweg. Folglich sind geringere Feuchten und eine schnellere Trocknung erreichbar [47].It identifies all relevant influencing variables necessary for liquid atomization in hollow cone nozzles. With their help, various authors attempted to record flow characteristics and flow patterns of this nozzle design using systems of equations [89-92]. However, this model as well as other theories on radiation decay according to RAYLEIGH [93] and STERLING [81] did not provide any reliable predictions on effects in droplet formation in experiments and existing contexts. Particularly in the case of turbulent radiation decay, science discusses diverging principles in the interaction between decay mechanisms and radiation decay, the results of which differ significantly [94, 95]. The principal statement of all authors is that the further the mean droplet diameter decreases, the width of the corresponding distribution of the droplet collective must increase. A consideration of the formed radii of the drop collective is an important starting point for the subsequent drying process. Smaller drops have the highest heat and mass transfer coefficient (Biot number) and the lowest diffusion path. As a result, lower humidities and faster drying can be achieved [47].
2.1.2 Trocknungs- und Partikelbildungsmechanismen2.1.2 drying and particle formation mechanisms
Der Abschnitt der Trocknung eines Sprühs wird technologisch in zwei wesentliche Bereiche untergliedert – in Abhängigkeit der Verläufe von Feed- und Luftstrom [46]. Neben der häufig verwendeten Gleichstromtechnik findet die Gegenstromtechnik in der Praxis Verwendung. Neuartige Entwicklungen zu Mixed-Flow-Betrieb finden nur bei speziellen Fragestellungen Anwendung. Mittels Gegenstromprinzip dargestellte Partikel weisen immer höhere Packungsdichten auf, als unter analogen Bedingungen im Gleichstrom erzeugte Granulate. Grund hierfür ist, dass im Gleichstrom zu Beginn die Partikel Kontakt mit Trocknungsgas bei maximaler Temperatur (
- i. Stoffgrößen des zerstäubten Fluids,
- ii. Stoffgrößen des umströmenden Gases,
- iii. Relativgeschwindigkeit zwischen Tropfen und umströmenden Gas,
- iv. Parameter des Tropfens zum Zeitpunkt seiner Bildung.
- i. Fabric sizes of the atomized fluid,
- ii. Substance sizes of the flowing gas,
- iii. Relative velocity between drops and flowing gas,
- iv. Parameters of the drop at the time of its formation.
Die gewünschte Verdampfung von Tropfen ist das Ergebnis eines Zusammenspiels aus Masseverlust und Wärmeübertragung. Energiereiche Moleküle des Tropfens überwinden die Phasengrenze Flüssig-Gas und gehen in die Gasphase über. Als Folge verliert die flüssige Phase Masse und Energie, wodurch sie abkühlt. Der Wärmestrom durch Verdunstung kann wie folgt beschrieben werden: The desired evaporation of droplets is the result of a combination of mass loss and heat transfer. High-energy molecules of the droplet overcome the liquid-gas interface and enter the gas phase. As a result, the liquid phase loses mass and energy, causing it to cool. The heat flow through evaporation can be described as follows:
Andererseits befindet sich der Körper im Kontakt mit dem umströmenden Gas, welches einen Teil seiner Wärme auf den kühleren Tropfen überträgt. Dieser Wärmeübergang erfolgt lediglich in einer dünnen Grenzschicht an der Tropfenoberfläche [99, 100]
Der Energieübertrag erfolgt konvektiv in Abhängigkeit vom Wärmeübergangskoeffizienten sowie dem Temperaturgefälle an der Tropfenoberfläche. In besonderen Anwendungsfällen kann dem System Wärmestrahlung (Infrarot, Mikrowelle) zur materielosen Wärmeübertragung zugeführt werden. Die sich ergebende Absorption wird beschrieben durch folgende Gleichung:
Gemäß dem ersten FICK'schen Diffusionsgesetz [78] werden die dargestellten Transportvorgänge (Gleichung 2.12 und 2.13) infolge ihres Konzentrations- (
Um die strömungstechnischen Wechselwirkungen sphärischer Partikel/Volumen in Gasen zu beschreiben hat sich der aerodynamische Durchmesser dA als ein wesentlicher beschreibender Faktor der Partikeleigenschaften in der Strömungslehre etabliert.In order to describe the fluidic interactions of spherical particles / volumes in gases, the aerodynamic diameter d A has established itself as an essential descriptive factor of the particle properties in fluid mechanics.
Insbesondere in der Medizintechnik ist das Wissen dieser Eigenschaften von wesentlicher Bedeutung bei einer Betrachtung der Aufnahme von Partikeln in den menschlichen Organismus. Die Sprühtrocknung von Siliziumdioxid-Dispersionen (Kieselsol) kann hierbei einen Lösungsansatz darstellen, um ein erfolgreiches, notwendiges Zusammenwirken von mikrometergroßen Partikeln (dG > 5·10–6 m) mit geringen effektiven Dichten (ρeff, Hohlkörper) zu verwirklichen [23, 24]. Ein weiterer wichtiger Faktor für die Trocknung eines Sprühs ist die Beladung μ, welche das Verhältnis der Masseströme des Trocknungsgases und des versprühten Mediums aufführt.In particular, in medical technology, the knowledge of these properties is essential in considering the inclusion of particles in the human organism. The spray-drying of silica dispersions (silica sol) may represent a solution approach to realize a successful, necessary interaction of micrometer-sized particles (d G > 5 × 10 -6 m) with low effective densities (ρ eff , hollow body) [23, 23]. 24]. Another important factor for the drying of a spray is the loading μ, which lists the ratio of the mass flows of the drying gas and the sprayed medium.
Je kleiner der Wert der Beladung, desto höher ist die Differenz zwischen Ausgangs- und Endbedingungen des umströmenden Trocknungsgases. Als Folge wird der Impulsaustausch an der Tropfenoberfläche verlangsamt [99] und Partikel mit größeren Radien werden generiert [86]. Wird der Wert der Beladung erhöht, steht mehr Gas zur Aufnahme von Fluid aus der Tropfenoberfläche zur Verfügung. Folglich kennzeichnen sich die unter analogen Bedingungen dargestellten Produkte durch geringere Restfeuchten und kleinere Durchmesser. Weitere Untersuchungen zu geringen Massestromverhältnissen Flüssig-Gas in Kombination mit den Prozessparametern niedrige Viskosität und Oberflächenspannung führten zu deutlich kleineren Verteilungen der erhaltenen Tropfenkollektive [70, 102, 103]. Bei einer Betrachtung der Partikelbildung sind diverse Annahmen abzuleiten [104, 105]. Nach der Zerstäubung eines Fluids bewirken Wechselwirkungskräfte zwischen Tropfen und umströmendem Gas eine Abbremsung der Tropfen. Die mittlere Geschwindigkeit des Tropfenkollektivs nimmt ab. Des Weiteren bilden sich an den Phasengrenzflächen Gleichgewichte zwischen Dampf, Gas und Flüssigkeit aus. Darstellungen von MESSING et al. [45] zeigen, dass die charakteristische Zeit für die Diffusion des Fluiddampfes an der Tropfenoberfläche deutlich kleiner ist, als die Zeit für die Schrumpfung des dazugehörigen Tropfens. Folglich befindet sich die Tropfenoberfläche quasi zu jedem Zeitpunkt der Tropfengrößenänderung im Gleichgewicht mit dem Prozessgas. Das Analogon gilt für die Bulktemperatur des Tropfens. Nach Erreichen des Gleichgewichtes kann die Tropfentemperatur TTR dem des Trocknungsgases TG gleichgesetzt werden.
Auf der Einstellung dieser Gleichgewichte aufbauend erfolgt die Trocknung bei einer konstanten Geschwindigkeit solange die Oberflächenschicht der Tropfen mit Dampf gesättigt ist [86]. Zusammengefasst erfolgt die Trocknung in zwei wesentlichen Schritten [46]
- i. Einstellung des Gleichgewichtes auf der Tropfenoberfläche,
- ii. Trocknung bei einer konstanten Stoffübergangsgeschwindigkeit.
- i. Adjustment of the balance on the surface of the drop,
- ii. Drying at a constant mass transfer rate.
Beim Einsatz von Lösungen, Dispersionen und Suspensionen müssen jedoch zusätzliche (Feststoff-)Effekte betrachtet werden. Ab einer systemabhängigen Konzentration sinkt die Geschwindigkeit der Gassättigung als Folge der sich bildenden zusätzlichen Phasengrenzflächen Gas-Feststoff bzw. Flüssig-Feststoff. Dies wird als kritischer Punkt bezeichnet. Im Zuge der Bildung von porösen Systemen wird dies als feuchter Kern angegeben [106]. Für wässrige (keramische) Systeme wird dieser kritische Punkt meist bei der Bildung von Festkörperteilchen erreicht [86]. Während bei Lösungen diese Punkte ((Über-)Sättigungskonzentration) definiert sind, lassen sich derartige Konzentrationsgrenzen bei Suspensionen und Dispersionen deutlich schwieriger determinieren. Hier finden bereits Feststoffteilchenkontakte und -wechselwirkungen vor der eigentlichen Partikelbildung statt. Als Folge dieser Phasengrenzflächenbildung sinken Permeabilität und Stoffübergangsgeschwindigkeit signifikant. Resultierend aus diesem gehemmten Stofftransport kann im ersten Schritt verdampfte Flüssigkeit nicht mehr ungehindert die Phasengrenzfläche Flüssig-Gas überwinden. Es kommt zu einem Druckanstieg im Inneren der gebildeten Hülle, infolgedessen die Temperatur lokal steigt. Im Gegensatz zu reinen Flüssigkeiten (Gleichung 2.18) kann dementsprechend die Temperatur im Tropfeninneren TTR;Bulk größer als an dessen Oberfläche TTR sein.
Steigt diese innere Temperatur (TTr;Bulk) über den Siedepunkt der Flüssigkeit, kann es, in Abhängigkeit von der Natur der Oberfläche, zu einem Tropfenwachstum (Aufblähen) oder Bruch der gebildeten Hülle kommen [63, 86, 107, 108]. Auf derartige Defekte bei der Partikelbildung wird im zweiten Teil dieses Abschnittes eingegangen. Bei der Versprühung von Tropfen sind einheitliche, sphärische Partikel bevorzugt. Jedoch kann es zum Beispiel durch Verschmelzen von Tropfen (Koagulation) während des Sprüh- und Trocknungsvorganges zur Bildung von irregulären Partikeln oder Clustern kommen [109, 110]. Unter Annahme reiner BROWN'scher Bewegung [111, 112] als Ursache der Koagulation kann definiert werden: If this internal temperature (T Tr; bulk ) rises above the boiling point of the liquid, depending on the nature of the surface, the growth of the droplets (puffing) or breakage of the shell formed may occur [63, 86, 107, 108]. Such defects in particle formation will be discussed in the second part of this section. When spraying droplets, uniform, spherical particles are preferred. However, by fusing drops (coagulation) during the spraying and drying process, irregular particles or clusters may form [109, 110]. Assuming pure BROWN motion [111, 112] as the cause of the coagulation can be defined:
Gleichung 2.20 kann entnommen werden, dass die Wahrscheinlichkeit wirksamer Zusammenstöße N(t) von Tropfen mit deren Anzahl und Durchmesser, als direkte Einflussgrößen auf τK, zunimmt. Technisch bedeutet dies, dass mit einer Reduzierung der Tropfengrößenverteilung, die Anzahl an Tropfen und damit einher, die Wahrscheinlichkeit von Partikeldefekten bei einer Zusammenlagerung (Koagulation) dieser Tropfen, steigt [45]. Eine zusätzliche Herausforderung des Trocknungsprozesses ist die Oszillation der neu gebildeten Tropfen. Wie in Kapitel 2.1.1 (Seite 5) aufgezeigt, benötigt das System eine bestimmte Zeit zur Energieminimierung mittels Bildung sphärischer Formen. Kommt es in diesem Zeitraum zur Ausbildung von festen Strukturen, werden als dessen Folge irreguläre Partikel (ringförmig, nadelartig [113], Plättchen) generiert [107, 108, 114]. Ansätze zur Findung von Zusammenhängen von Granulatform und Oberflächenspannung zeigen zwar Übereinstimmungen, jedoch ist deren thermodynamische Interpretation nichtzweifelsfrei verstanden [96, 113–117]. In der Literatur werden zwei wesentliche Mechanismen und deren Einflussgrößen auf die Partikelbildung im Sprühprozess diskutiert. Zum Einen, der erforderliche Zeitraum (t) um den entstehenden Tropfen zu trocknen sowie zum Zweiten, die Zeitwelche ein Teilchen für die Diffusion vom Tropfenrand in das Tropfeninnere benötigt. Das Verhältnis dieser zwei charakteristischen Zeiten bestimmt die dimensionslose, stofftransportbeschreibende Péclet-Nummer [23, 118, 119] Equation 2.20 shows that the probability of effective collisions N (t) of droplets increases with their number and diameter, as direct influencing variables on τ K. Technically, this means that with a reduction in droplet size distribution, the number of droplets and, consequently, the probability of particle defects in the coagulation of these droplets increases [45]. An additional challenge of the drying process is the oscillation of the newly formed droplets. As shown in chapter 2.1.1 (page 5), the system requires a certain amount of energy minimization time by forming spherical shapes. If solid structures are formed during this period, irregular particles (circular, needle-like [113], platelets) are generated as a consequence [107, 108, 114]. Although attempts to find correlations between granule form and surface tension show similarities, their thermodynamic interpretation is not without doubt understood [96, 113-117]. Two major mechanisms and their influence on particle formation in the spraying process are discussed in the literature. On the one hand, the required period of time (t) to dry the resulting drop and, secondly, the time which requires a particle for the diffusion from the edge of the drop into the drop inside. The ratio of these two characteristic times determines the dimensionless, transport-describing Péclet number [23, 118, 119]
Diese Kennzahl beschreibt das Verhältnis des Stofftransportes von Diffusion und Konvektion. Kleine Werte (Pe << 1) beschreiben eine sehr langsame Trocknung des Sprühtropfens in welcher die Partikel ausreichend Zeit haben, ins Innere des Tropfens zu diffundieren um Oberflächenenergie zu minimieren. Dieser Prozess verläuft so lange, wie die Gas-Feststoff-Oberflächenenergie größer als die Gas-Flüssig-Oberflächenenergie ist. Infolgedessen bilden sich dichte Partikel (Vollkörper). Mathematische Berechnungen von LENGGORO [120] zum Zusammenhang von Tropfengröße und der Bildung von Vollkugeln belegen diese Abhängigkeit der Partikelmorphologie zum Tropfenradius. Eine Bildung dieser Art von Partikeln (Granulaten) wird gemäß LUKASIEWICZ [121] mit geringen Stoffübergangsgeschwindigkeiten, hohen Feststoffgehalten und geringen Temperaturen erreicht. Durch den angehobenen Feststoffgehalt kann die konstante Stoffübergangsgeschwindigkeit der Trocknung verkürzt und mehr Wasser verdampft werden [63]. Vollkörper können poröse oder in sich geschlossene Eigenschaften aufweisen [47]. Fehlstellen durch Gaseinmischungen beim Zerstäubungsvorgang kennzeichnen die schwer zu reproduzierende Porosität dieser Art von Partikeln. Eine sehr hohe Geschwindigkeit des Trocknungsprozesses verdeutlichen hingegen hohe Péclet-Zahlen (Pe >> 1). Die Feststoffteilchen haben bei derartigen Bedingungen nicht hinreichend Zeit, ins Innere des Tropfens zu diffundieren. Auf Grund der zurückgehenden Grenzfläche Gas-Flüssig kommt es an der Tropfenoberfläche zu einer Energieminimierung durch Festphasenbildung – resultierend aus der verhältnismäßig großen Gas-Flüssig-Oberflächenenergie, welche den Anteil der Differenz von Gas-Feststoff- und Flüssig-Feststoff-Oberflächenenergie signifikant überwiegt [122]. Charakteristisch geformte Hohlkörper aus Hülle und hohlem Kern sind die Folge. Oft kennzeichnet eine geringe Porosität und Permeabilität die Eigenschaften dieser gebildeten Hülle, welche dann im weiteren Trocknungsprozess als Barriere für den Stoffübergang wirken kann. Unter gleichen Voraussetzungen generierte Hohlkörper weisen immer höhere Packungsdichten auf, als deren analoge Vollkörper [123, 124]. Gemäß Gleichung 2.21 ist ersichtlich, dass Parameter, welche die Bildung dieser Art von Körpern fördern, erhöhte Trocknungstemperaturen, geringe Feststoffanteile und hohe Binderkonzentrationen darstellen [45, 109]. Verschiedene Autoren berichten, dass die bevorzugte Formung von Hohl- und Vollkörpergranulaten ebenfalls Abhängigkeiten zum Dispersionslevel zeigen kann [123]. Anhand von Siliziumcarbid-Dispersion konnte LEE [123] zeigen, dass die Bildung von Hohlkörpern bei geringen Dispersionsleveln begünstigt wird. Partikelbildungsmechanismen werden oft idealisiert betrachtet. Durch variable Einflussfaktoren zeigt sich insbesondere bei der Bildung von (sphärischen) Hohlkörpern eine gesteigerte Anfälligkeit zu internen Defekten. Hierbei werden vier wesentliche Mechanismen diskutiert:
- i. Ballooning/Aufblähung [47, 121]
- ii. Fehlstellen bei der Hüllenbildung [60, 63, 121, 125]
- iii. Luftfehlstellen [86, 107, 108]
- iv. Luftvermischungen [86, 107, 108]
- i. Ballooning / Inflation [47, 121]
- ii. Defects in shell formation [60, 63, 121, 125]
- iii. Airborne defects [86, 107, 108]
- iv. Air blending [86, 107, 108]
Bei der Ballonbildung (engl. Ballooning) wird angenommen, dass gleich dem Aufblasen eines Ballons, der durch verdampfendes Fluid entstehende innere Druck durch den gehemmten Stofftransport zu der sich verfestigenden Oberfläche, den Tropfen vergrößert (aufbläst). Meist sind dünnwandige oder eierschalenähnliche Fragmente ein Ergebnis dieses Mechanismuses [121, 125]. Beim Ansatz von Fehlstellen bei der Hüllenbildung wird von einer lokalen Verfestigung der Tropfenoberfläche ausgegangen. Die verdampfende Flüssigkeit kann nur noch an bestimmten Stellen entweichen. Infolge der Ausbildung von Strömungen (Sog) kommt es zu einem irregulären Stofftransport im Tropfeninneren. Darauf aufbauend diskutieren verschiedene Autoren die Formung eines inneren, partiellen Vakuums als Zwischenstufe eines Defektes [63, 125]. Die hieraus abgeleitete verstärkte Konvektion im Tropfeninneren führt wiederum zu einem erhöhten Stofftransport an die Tropfenoberfläche. Im Zuge der entstehenden Akkumulationserscheinungen bilden sich Menisken zwischen den einzelnen Teilchen. Entstehende Kapillarkräfte bewirken daraufhin eine Verformung der Granulate wie zum Beispiel die sogenannte Ringbildung. Repulsive Kräfte wirken diesem Prinzip entgegen. Schließlich fixieren VAN-DER-WAALS-Kräfte (vdW) die gebildeten Partikel an ihrem „zugeteilten” Platz [126–129]. SHAW [125] empfiehlt zur Minimierung dieser Defekte eine Erhöhung des Feststoffgehaltes des Sprühs sowie geringere Trocknungstemperaturen [121]. Da die Konzentration einen wesentlichen Einflussfaktor auf den Partikeldurchmesser darstellt [47, 130], kombiniert der Vorteil einer Absenkung der Defektdichte den Nachteil der Bildung von Partikeln mit größerem Radius bzw. von Granulaten mit höherer Packungsdichte [86, 131].
Steigt der Druck im Inneren einer sich verfestigenden Tropfenoberfläche (Hüllenbildung) auf Grund verdampfenden Fluids und gehemmten Stofftransportes über einen kritischen Wert, entstehen als Folge der nachgebenden Oberfläche tiefe Krater („Blowholes” [109]) [63, 121, 132]. Diese Verformung kann sich in Richtung des Partikelinneren [63, 121] oder Partikeläußeren [109, 132] ereignen – abhängig vom Zeitpunkt der Druckentweichung sowie der Möglichkeit der Bildung eines internen, partiellen Vakuums. Diskussionen, dass eine Entstehung von Kratern auch Folge eines inneren Kollapses (Mechanismus ii.) auf Grund fehlenden Feststoffes im Bulk darstellen kann, werden ebenfalls geführt. Wesentliches Element hierbei ist die Bildung einer strukturgeschwächten (dünneren) inneren Partikelhülle, welche dem überhitzten Gas im Inneren des Tropfens (Gleichung 2.19) im weiteren Trocknungsprozess ausgesetzt ist [125]. Ist die Geschwindigkeit der Diffusion der Feststoffteilchen ins Innere des Tropfens langsamer als das Verdampfen des Fluids im Bulk, entstehen im Tropfeninneren Dampfblasen (Luftfehlstellen), welche den weiteren Stofftransport im Tropfen zusätzlich hemmen und Fehlstellen erzeugen können. Oft werden Düsen mit zusätzlichen Luftströmen variabler Geschwindigkeiten zur besseren Zerstäubung eingesetzt. In diesem Zusammenhang diskutieren GREENWALD und KING [133] ein Vermischen von Luft und Fluid (Mechanismus iv.) in dessen Folge im Trocknungsprozess Fehlstellen an der Phasengrenzfläche Gas-Flüssig auf der Hülleninnenseite entstehen. Je nach Kollisionsgas können auch zusätzliche Effekte wie bspw. chemische Reaktionen oder Beeinflussung von Fluideigenschaften auftreten. Die Mobilität der Teilchen als Summe ihrer repulsiven und attraktiven Wechselwirkungskräfte ist ein entscheidender Faktor bei der Partikelbildung. WALKER [46] konnte zeigen, dass durch Zunahme repulsiver Kräfte die Packungsdichte der erhaltenen Granulate zunimmt. Die hieraus gesteigerte Mobilität der Partikel bewirkt eine höhere Wahrscheinlichkeit von Ausrichtungsvorgängen während des Trocknungsprozesses. Gegenteilige Effekte zeigen sich bei der Scherbeanspruchung der Systeme. Hier sinkt die Packungsdichte mit zunehmender Belastung (Spannung). WALKER [46, 77] beschrieb das Fließgrenzen bzw. scherverdünnende Effekte in Polymerdispersionen starken Einfluss auf die Bildung von Granulaten haben können. Korrelationen zwischen der Lage dieser Fließgrenzen und dem Stofftransport im Tropfeninneren werden hierbei diskutiert. Ein von WALKER [46] an Keramik-Suspensionen entwickeltes Modell (
2.1.3 Separation von Partikeln2.1.3 Separation of particles
Minimale Sinkgeschwindigkeiten in Zyklonen, Aggregationserscheinungen auf Filterflächen und ungünstige Fließeigenschaften der dargestellten Pulver stellen für die Abtrennung von Partikeln im (Sub-)Mikrometerbereich entscheidende technische Limitierungen dar. HUANG [134] und GIMBUN [74] konnten zeigen, dass bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten in Kombination mit hohen Reynold-Zahlen (Re) Partikel mit Durchmessern < 10–6 m in Zyklonen abgeschieden werden können. Praktisch ist diese Art der Abscheidung auf kleine Zyklonradien begrenzt. WALTON [47] kennzeichnet die Fließfähigkeit bei der Separierung von Pulvern als eine Charakterisierungsmöglichkeit für die Oberflächenchemie und -morphologie. Sie beschreibt Wechselwirkungskräfte der Partikel untereinander, die Struktur und Form der einzelnen Partikel sowie weitere physikalisch-chemische Pulvereigenschaften. Die Kenntnis dieser Eigenschaft kann eine wesentliche Entscheidungshilfe bei der Gewinnung dieser Materialien sein. In Bezug auf Agglomerationserscheinungen finden attraktive Wechselwirkungen (VAN-DER-WAALS-Kräfte; elektrostatische Kräfte) bei kleinen Partikeldurchmessern (< 5·10–6 m) hinsichtlich der Partikelmasse besondere Aufmerksamkeit. Eine Abtrennung mittels des geringen Gewichtes ist auf Grund der stark wirkenden attraktiven Kräfte meist nicht durchführbar. Als Folge wird bei diesen Partikelradien meist kohäsives Fließverhalten beobachtet.Minimal sinking velocities in cyclones, aggregation phenomena on filter surfaces and unfavorable flow properties of the powders represented represent decisive technical limitations for the separation of particles in the (sub-) micrometer range. HUANG [134] and GIMBUN [74] have shown that at high flow velocities in combination with high Reynold numbers (Re) particles with diameters <10 -6 m can be deposited in cyclones. In practice, this type of deposition is limited to small cyclonic radii. WALTON [47] characterizes flowability in the separation of powders as a characterization possibility for surface chemistry and morphology. It describes the interaction forces of the particles with each other, the structure and shape of the individual particles as well as further physical-chemical powder properties. Knowing this property can be a key decision aid in obtaining these materials. With respect to agglomeration phenomena, attractive interactions (VAN DER WAALS forces, electrostatic forces) with small particle diameters (<5 × 10 -6 m) attract particular attention with regard to particle mass. A separation by means of the low weight is usually not feasible due to the strong-acting attractive forces. As a result, cohesive flow behavior is usually observed at these particle radii.
2.2 Sprühtrocknungen zu mikroskalarem Siliziumdioxid2.2 Spray Drying to Microscale Silica
Die Darstellung von Nanokompositen auf Siliziumdioxid-Basis zur Optimierung mechanischer Parameter ist ein weit gefächertes Forschungsgebiet [135]. Schwerpunkt des Interesses liegt oftmals im Bereich der Optimierung von mechanischen Parametern vielfältiger Werkstoffe. Die Herstellung von Siliziumdioxid-Partikeln im (Sub-)Mikrometerbereich (d50(V) < 5·10–6 m) wurde bereits von diversen Autoren beschrieben [136–145]. NAMIKI [138] verwendete Suspensionen von pyrogenen Kieselsäuren zur Überführung dieser Art von Feststoffteilchen in Pulver. Die erhaltenen Granulate stellen komplizierte, agglomerierte Strukturen dar. Nanostrukturierte, sphärische Partikel mit Kieselsolen als Ausgangsmaterial („Sol Spraying” [146]) sind Inhalt der Arbeiten von KAMIYA [141], IWAMOTO [142] und ISKANDAR [140]. Die Herstellung dieser Art von Partikeln gelang jedoch nur mit geringen Durchsätzen und Feststoffgehalten der Edukte (< 2% (m:m)) sowie hohen Trocknungstemperaturen und hohen Beladungen (μ > 200). Während KAMIYA [141] und IWAMOTO [142] von hohen Anteilen an Partikeldefekten berichten, konnte ISKANDAR [140] durch eine Kombination von Sprühtrocknung und Sprühpyrolyse (Re < 300; laminar) Defekte reduzieren sowie die Auswirkungen der Konzentration, des Tropfendurchmessers und des Eduktes auf die Partikelmorphologie diskutieren [139, 147]. Kolloidale Edukte (Kieselsole) bilden, so der Inhalt seiner Arbeiten, poröse Vollkörper, deren Oberflächen eine Rauigkeit in Abhängigkeit zum kolloidalen Radius (Monomer) des Ausgangsmateriales aufweisen. Des Weiteren steigt ihre Porosität mit der Monomergröße. Eine exakte Deutung der Auswirkungen der Primärpartikel auf die Morphologie konnte ISKANDAR [139] jedoch nicht geben. Aus organischen Vorstufen (TEOS) hergestellte Partikel charakterisiert er hingegen durch überwiegend glatte Oberflächen sowie dem Hydrolysegrad der Alkoxyverbindung [45, 148]. Synthesen von großvolumigen, porösen Partikeln aus Nanomaterialien wurden unter anderem von TSAPIS [23] untersucht. Er fand heraus, dass die Bildung derartiger Teilchen bei geringen Konzentrationen vielmehr den Prozessparametern unterworfen und unabhängig von der chemischen Natur der Stoffe ist. CROSBY und MARSHALL [63] beschrieben, dass die Partikeldichte mittels Sprühtrocknung erhaltener Granulate selten bei über 50% der Reinstoffdichte ρtrue liegt (Packungsdichte ≤ 53%) [149]. Auf industriellem Wege generierte Produkte sind oft gekennzeichnet durch Dichten von ~5·102 g L–1. Versuche, die Packungsdichte mittels Partikelradius theoretisch vorauszusagen konnten von WALTONs [47] experimentellen Erfahrungen nicht belegt werden. Gründe hierfür werden in der Partikelform, deren Größenverteilung sowie in der Partikelstruktur der Pulver diskutiert. Für gering konzentrierte Suspensionen zeigte LUKASIEWICZ [121], dass alleine der kapillarerzeugte Flüssigkeitsstrom den Stofftransport zur Tropfenoberfläche übernimmt. Bei hoch konzentrierten Gemischen stellt eine Abgrenzung der Trocknungsschritte eine immense Herausforderung dar. Zur Vereinfachung von Modellbildungen wird allgemein die Annahme akzeptiert, dass mit dem Ende der gleichbleibenden Stoffübergangsgeschwindigkeit eines Tropfens der Partikeldurchmesser konstant (fixiert) ist [46, 121, 150]. Für kleine Tröpfchengrößenverteilungen einer Siliziumdioxid-Dispersion bestätigten LANG et al. [151] ein einheitliches Temperaturprofil im Tropfen (BIOT-Zahl < 1). Darauf aufbauend beschrieben sie, dass mit sinkendem Ausgangspartikelradius und steigendem Tropfendurchmesser die Tendenz zur Bildung von Hohlkugeln zunehmen muss. Gründe hierfür erläutert diese Gruppe anhand der Permeabilität (Gleichung 2.22), welche direkt vom Primärpartikeldurchmesser abhängig ist.The presentation of silica-based nanocomposites for the optimization of mechanical parameters is a widely diversified field of research [135]. The focus of interest is often in the field of optimization of mechanical parameters of a variety of materials. The production of silica particles in the (sub-) micrometer range (d 50 (V) <5 × 10 -6 m) has already been described by various authors [136-145]. NAMIKI [138] used suspensions of fumed silicas to convert this type of particulate matter into powder. The resulting granules represent complex, agglomerated structures. Nanostructured spherical particles with silica sols as starting material ("Sol Spraying" [146]) are the subject of work by KAMIYA [141], IWAMOTO, [142] and ISKANDAR [140]. The production of this type of particles However, it was only possible with low throughputs and solids contents of the reactants (<2% (m: m)) and high drying temperatures and high loadings (μ> 200). While KAMIYA [141] and IWAMOTO [142] reported high levels of particle defects, ISKANDAR [140] was able to reduce defects by a combination of spray drying and spray pyrolysis (Re <300; laminar) and the effects of concentration, droplet diameter, and educt discuss particle morphology [139, 147]. According to the content of his work, colloidal educts (silica sols) form porous solid bodies whose surfaces have a roughness depending on the colloidal radius (monomer) of the starting material. Furthermore, their porosity increases with monomer size. An exact interpretation of the effects of the primary particles on the morphology could not be given by ISKANDAR [139]. On the other hand, it characterizes particles produced from organic precursors (TEOS) by predominantly smooth surfaces as well as the degree of hydrolysis of the alkoxy compound [45, 148]. Syntheses of large-volume, porous nanomaterials have been studied by TSAPIS, [23] among others. He found that the formation of such particles at low concentrations is more subject to process parameters and independent of the chemical nature of the materials. CROSBY and MARSHALL [63] described that the particle density obtained by spray-drying granules seldom exceeds 50% of the pure substance density ρ true (packing density ≤ 53%) [149]. Industrially generated products are often characterized by densities of ~ 5 x 10 2 g L -1 . Attempts to theoretically predict the packing density by particle radius could not be substantiated by WALTON's [47] experimental experience. The reasons for this are the particle shape, the size distribution and the particle structure of the powders. For low-concentration suspensions LUKASIEWICZ [121] showed that only the capillary-generated liquid stream takes over the mass transfer to the droplet surface. In highly concentrated mixtures delineation of the drying steps presents an immense challenge. To simplify modeling, it is generally accepted that the particle diameter is constant (fixed) at the end of the constant mass transfer rate of a drop [46, 121, 150]. For small droplet size distributions of a silica dispersion, LANG et al. [151] a uniform temperature profile in the drop (BIOT number <1). Based on this, they described that with decreasing initial particle radius and increasing drop diameter, the tendency to form hollow spheres must increase. The reason for this is explained by the permeability (Equation 2.22), which depends directly on the primary particle diameter.
Der Konzentrationsgradient zwischen Tropfenoberfläche und Bulkphase ist durch den verlangsamten Stofftransport mit kleineren Teilchendurchmessern dp gegenüber größeren Kolloiddurchmessern signifikant erhöht. Als Folge dieser verminderten Diffusion kommt es bei derartigen Fluiden auf der Oberfläche des Tropfens zeitlich eher zu einer Krustenbildung. Die Generierung von Partikeln mit größeren Radien wird beobachtet [151]. Für Silicate und deren Analoga wird meist die Bildung von harten Strukturen während des Trocknungsprozesses beschrieben. Ihr Bruchverhalten bei Belastung ist gekennzeichnet durch ein Zerbrechen eines Partikels in wenige, große Teile. Zur Optimierung der mechanischen Belastbarkeit werden diesen Systemen häufig Bindemittel (z. B. Polyvinylalkohole, Glyzerin) als Strukturverstärker während der Sprühtrocknung hinzu gegeben. Darüber hinaus zeigen die in der Literatur beschriebenen Strukturen einen hohen Anteil an Partikeldefekten (Krater) [47]. Abhängigkeiten des Vermahlungsgrades wässriger, konzentrierter Suspensionen von pyrogenen Kieselsäuren auf deren „Hollowness” – den Anteil an innerem Hohlraum im Partikel – konnte ECKHARD [152] zeigen. Je intensiver vermahlen die Edukte versprüht wurden, desto höher ist der Anteil an freier Bulkphase. Die erhaltenen, sphärischen Partikel kennzeichnen sich jedoch durch Durchmesser jenseits von 5·10–5 m. Siliziumdioxid-Hohlkugeln-Darstellungen unter Verwendung einer Mischung von Ethanol und Kieselsolen zur Absenkung der Oberflächenspannung beschreibt HADINOTO [24]. Reproduzierbare Ergebnisse kleinteiliger Partikel (d < 10–5 m) konnten jedoch nur unter Verwendung mit Trizma (2-Amino-2-hydroxymethyl-1,3-propandiol) gepufferten Systemen bei sehr geringen Eduktfeststoffgehalten (< 1,8% (m:m)) sowie hohen Beladungen (μ > 500) verwirklicht werden. Dessen ungeachtet sind nur ein Bruchteil der gebildeten Partikel Hohlkörper (
In einer darauf aufbauenden Arbeit auf Basis wässriger Dispersionen schlussfolgerte HADINOTO, dass Siliziumdioxid-Nanopartikel nur bei einem niedrigen pH-Wert (< 7) und geringen Feststoffgehalten (< 1% (m:m)) zugänglich sind [118]. Eine Beeinflussung der Partikelbildung bei der Sprühtrocknung verdünnter kolloidaler Siliziumdioxid-Dispersionen konnte BAHADUR [156] zeigen. Durch Beimischung von Polyethylenglykolen (PEG 400 bzw. PEG 1450) lies sich der Partikelbildungsmechanismus aktiv zur Formung von Hohlkörperstrukturen beeinflussen. Alle vorgestellten Ergebnisse beruhen auf einer Zerstäubung, der Überführung von fluiden Medien in pulvrige Stoffe, mittels pneumatischen Zerstäubern, Rotations- oder Ultraschallzerstäubern bei geringen Durchsätzen (<< 1 L h–1). Ziel dieser Zerstäubungsvarianten ist die Generierung von Tropfenkollektiven, bestehend aus kleinen Tropfen und engen Größenverteilungen. Es wurden in der Literatur keine Arbeiten zum Thema submikroskalare Siliziumdioxidpartikel unter Verwendung von Einstoffdüsen gefunden. In a subsequent work based on aqueous dispersions, HADINOTO concluded that silica nanoparticles are only accessible at a low pH (<7) and low solids contents (<1% (m: m)) [118]. BAHADUR [156] was able to show an influence on particle formation in the spray drying of diluted colloidal silica dispersions. By adding polyethylene glycols (
2.3 Einfluss von Gasen bei der Sprühtrocknung2.3 Influence of gases in spray drying
Der vorgestellte BERNOULLI-Ansatz der Stromfadentheorie (Gleichung 2.7) gilt für kontinuierliche, inkompressible Strömungen. Gase hingegen zeigen signifikante Volumenänderungen bei Modifizierung von Druck und/oder Temperatur. Diese Auswirkungen beschreibt die Gasdynamik [157], deren vereinfachte Energiegleichung lautet: The proposed BERNOULLI approach of stream-thread theory (Equation 2.7) applies to continuous, incompressible flows. Gases, on the other hand, show significant volume changes upon modification of pressure and / or temperature. These effects are described by gas dynamics [157], whose simplified energy equation reads:
Diese Gleichung besagt, dass eine Änderung der Geschwindigkeit eines Gasstromes zu einem gegensätzlichen Verhalten der Temperatur des Gases führt. Bei der Applikation eines Gases aus einer Düse wird Druckenergie in kinetische Energie umgewandelt. Das Gas wird beschleunigt, infolgedessen seine Temperatur abnimmt [64]. Dieser Vorgang unterliegt zeitlichen und örtlichen Veränderungen. Mit Hilfe der Schallgeschwindigkeit a kann die Fortpflanzungsgeschwindigkeit dieser Druckschwankungen unter Annahme idealen Gasverhaltens quantifiziert werden.
Bei einer Mischung von Gasen in Flüssigkeiten kann eine Vielzahl von Phasenverteilungszuständen eintreten (
Durch Integration über die Zeit kann die Geschwindigkeit erfasst werden.Through integration over time, the speed can be detected.
Die Geschwindigkeit ergibt sich aus dem Integral der Geschwindigkeitsdifferenz vor v(x, t) und nach dem Fluidelement v(x + dx, t): The velocity results from the integral of the velocity difference before v (x, t) and after the fluid element v (x + dx, t):
Die maximale Kompression beträgt demnach: The maximum compression is therefore:
Die Schallgeschwindigkeit des Fluids ergibt sich demnach zu: The speed of sound of the fluid thus results in:
Es zeigt sich, dass die hohe Kompressibilität des Gasanteiles eines Gas-Flüssig-Gemisches wesentlichen Einfluss auf die Erniedrigung der Schallgeschwindigkeit hat. Die exakte Herleitung der aufgeführten Gleichungen kann der Literatur entnommen werden [64]. Für eine Zerstäubung von fluiden Medien mit Hilfe von Gasen werden in der Praxis Zweistoffdüsen eingesetzt. Diese gewinnen die notwendige Energie zur Bildung von Tropfenkollektiven durch das zuströmende Gas und finden Verwendung bei Fluiden mit hoher Viskosität. Die Interaktionskräfte bei der Zerstäubung mit Unterstützung eines Gases stellen ein hydrodynamisches Problem dar. Unter Gleichgewichtsbedingungen gilt für einen gebildeten Tropfen:
Dieser Tropfen erreicht seinen kritischen Zustand, wenn die aerodynamische Widerstandskraft Fw gleich der Kraft, bewirkt durch die Oberflächenspannung, ist (Gleichungen 2.31 und 2.32).
Zur Beschreibung der Vorgänge in pneumatischen Zerstäubern wurden verschiedene Kennzahlen vorgeschlagen. SHRAIBER [160] gibt in seinen Arbeiten hierzu eine Übersicht über die Vielzahl gängiger Einflussgrößen und Tropfenzerfallsmodi (Gleichung 2.33).For the description of the processes in pneumatic atomizers various indicators have been proposed. In this work SHRAIBER [160] gives an overview of the large number of common influencing variables and droplet decay modes (Equation 2.33).
WOZNIAK [64] konnte zeigen, dass im Antagonismus zu pneumatischen Zerstäubern (Zweistoffdüsen), die Gasdichte auf das Zerstäuben von Fluiden mit Hohlkegeldüsen (Einstoffdüsen) keinen wesentlichen Einfluss hat. Dementsprechend kann dieser Aspekt in Bezug auf die Bildung eines Tropfenkollektives in dieser Arbeit vernachlässigt werden.WOZNIAK [64] was able to show that in the antagonism to pneumatic atomizers (two-substance nozzles), the gas density on the atomization of fluids with hollow cone nozzles (single-fluid nozzles) has no significant influence. Accordingly, this aspect may be neglected with respect to the formation of a drop collective in this work.
2.4 Löslichkeiten von Gasen2.4 Solubilities of gases
Die Löslichkeit von Gasen unter einer Vielzahl von physikalisch-chemischen Bedingungen wurde bereits von verschiedenen Autoren diskutiert. Im Falle des binären Systems Wasser-Stickstoff sind zahlreiche experimentelle und theoretische Arbeiten zur Druckabhängigkeit durchgeführt worden [161–168]. Dies ist insbesondere ein bedeutender Faktor, da bei der Nutzung von fossilen Ressourcen (z. B. Erdgas) Stickstoff oft als eine Hauptkomponente vorliegt [169]. Darüber hinaus ist Stickstoff ein kommerziell gut verfügbares Produkt mit bekannter Reaktivität.The solubility of gases under a variety of physico-chemical conditions has already been discussed by several authors. In the case of the binary system water-nitrogen, numerous experimental and theoretical studies on pressure-dependence have been carried out [161-168]. In particular, this is a significant factor as nitrogen is often a major component in the use of fossil resources (eg natural gas) [169]. In addition, nitrogen is a commercially available product of known reactivity.
Die Angabe der Löslichkeit einer Gaskomponente in einem Fluid (mFl) wird in dem Volumen angegeben, welches die gleiche Menge unter Standardbedingungen (273,15 K; 101325 Pa) darstellen würde (VG).The indication of the solubility of a gas component in a fluid (m FL ) is given in the volume which would be the same amount under standard conditions (273.15 K; 101325 Pa) (V G ).
Weitergehende Untersuchungen zur Löslichkeit von Gasen in Salzlösungen zeigten direkte Abhängigkeiten zur Salzkonzentration sowie zum Aussalzungskoeffizienten [167, 170, 171]. Je höher die Konzentration einer wässrigen Salzlösung ist, umso geringer ist der Anteil gelösten Gases unter den gleichen Bedingungen. In dieser Arbeit soll Schwerpunkt auf das Gas Stickstoff gelegt werden. Untersuchungen zur Löslichkeit dieses Gases in wässrigen, kolloidalen Kieselsäure-Dispersionen sind bisher nicht bekannt.Further studies on the solubility of gases in saline solutions showed direct dependencies on the salt concentration and the salting-out coefficient [167, 170, 171]. The higher the concentration an aqueous saline solution, the lower the proportion of dissolved gas under the same conditions. In this work, emphasis will be placed on the gas nitrogen. Studies on the solubility of this gas in aqueous, colloidal silica dispersions are not yet known.
2.5 Eigenschaften von Kieselsolen2.5 Properties of silica sols
Kolloidale Systeme und deren Wechselwirkungen stoßen in der Wissenschaft auf breites Interesse [172, 173]. Vorteile derartiger Dispersionen sind die Zugänglichkeit von Kleinstpartikeln (10–9 m < r < 10–7 m) in einer kontrollierbaren Verteilung, steuerbare Reaktivitäten und hohe Konzentrationen meist, in anderen Größenordnungen, schwerlöslicher Komponenten. Durch gezielte Auswahl der Dispergierbedingungen können spezielle physikalisch-chemische Besonderheiten der Dispersionen eingestellt werden. Kolloidale Dispersionen von Siliziumdioxid, die sogenannten Kieselsole, kennzeichnen sich durch eine breite Vielfalt an Eigenschaften und Modifikationen. Neben einer großen Varianz an Monomergrößen (5 bis 200·10–9 m), hohen Reinheiten (bis zu 99,9% (m:m) Siliziumdioxid bezogen auf den Feststoffgehalt der Dispersion) und Feststoffgehalten (bis 60% (m:m)) sind auch Oberflächenmodifikationen der einzelnen Kolloide bekannt. Bei geringen Konzentrationen verhalten sich Kieselsole analog ihrem Dispergiermittel Wasser wie NEWTON'sche Flüssigkeiten [174–177]. Die Verformungsrate ist linear abhängig von der Schergeschwindigkeit. Außerhalb der feststoffbedingten, viskosen Grenzen weisen kolloidale Kieselsäuren dilatantes Verhalten auf. OKUBOs [178] Messungen zeigten, dass die Oberflächenspannung von Kieselsolen nur geringe Abweichungen zum Bezugssystem Wasser aufweist. Kolloidale Stabilitäten von Kieselsolen gegenüber einer Vielzahl von Parametern sind weitgehend untersucht worden [179]. Ergebnisse der Gruppe um
3 Experimenteller Teil3 Experimental part
Für eine Generierung der in dieser Arbeit hergestellten Xerogele ist die Kenntnis von physikalisch-chemischen Eigenschaften der gewählten oder modifizierten Edukte notwendig. Die hierfür verwendeten Chemikalien und Apparaturen werden in Abschnitt 3.1 bzw. 3.2 vorgestellt. Für die anschließende Überführung dieser Materialien in Pulver angewendete Druckwechseltechnologie wird in Abschnitt 3.3 erläutert. Die zur Charakterisierung der Dispersionen und Pulver verwendeten Methoden stellen die Abschnitte 3.4 (Dispersionen) und Abschnitte 3.5 (Xerogele) vor.Generation of the xerogels produced in this work requires the knowledge of physico-chemical properties of the selected or modified reactants. The chemicals and equipment used for this purpose are presented in sections 3.1 and 3.2. Pressure swing technology used for the subsequent transfer of these materials to powder is discussed in Section 3.3. The methods used to characterize the dispersions and powders are given in sections 3.4 (dispersions) and sections 3.5 (xerogels).
3.1 Verwendete Chemikalien3.1 Chemicals used
Eine Übersicht zu den in dieser Arbeit eingesetzten Chemikalien und Additiven enthält Tabelle 3.1. Anschließend erfolgt eine Auflistung (Tabelle 3.2) aller verwendeten kommerziellen Produkte auf Kieselsäurebasis, welche als Ausgangsmaterial, Zwischenprodukt oder Vergleichsmedium zum Einsatz kamen. In Tabelle 3.3 sind die unter den Punkten 3.2 bis 3.5 zum Einsatz gekommenen Gase und Gasgemische aufgeführt.An overview of the chemicals and additives used in this work is given in Table 3.1. This is followed by a list (Table 3.2) of all commercial silica-based commercial products used as starting material, intermediate or comparative medium. Table 3.3 shows the gases and gas mixtures used under points 3.2 to 3.5.
3.2 Darstellung und Analyse von Kieselsolen3.2 Preparation and analysis of silica sols
Die in dieser Arbeit verwendete Methode zur Herstellung von unstabilisierten Kieselsolen beruht auf einer Vielzahl von Ionenaustauschschritten der kolloidalen, alkalischen Ausgangsmaterialen. Als unstabilisierte oder vollentsalzte Kieselsole werden in dieser Arbeit kolloidale Kieselsäure-Dispersionen bezeichnet, denen auf physikalisch-chemischem Wege Ionen entzogen worden. Hierfür werden verschiedene Harze mit ihrem breiten Gebiet an Einsatzmöglichkeiten zur gezielten Abreicherung von Ionen angewendet. Kernpunkt sind Konzentrationen der Alkali-Ionen von < 50 ppm. Für die Bestimmung der Löslichkeit diverser Gase in den hergestellten Kieselsolen wurde das Verfahren der Manometrie angewendet. Hierfür kam eine neu aufgebaute, modulare Apparatur zum Einsatz. Die Löslichkeit L des Gases kann aus der Massenbilanz der Gasphasen vor und nach dem Expansionsexperiment als Funktion der Absorbatmasse berechnet werden. Im Folgenden werden die verwendeten Apparaturen hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Eigenschaften und ihrer Leistungsfähigkeit vorgestellt. Zusätzlich wird ein Überblick über die verwendeten Bauteile und Peripheriegeräte gegeben.The method used in this work to produce unstabilized silica sols is based on a variety of ion exchange steps of the colloidal, alkaline starting materials. As unstabilized or demineralized silica sols in this work colloidal silica dispersions are referred to, which have been removed by physical and chemical means ions. For this purpose, various resins are used with their wide range of applications for targeted depletion of ions. The key point is concentrations of the alkali ions of <50 ppm. The method of manometry was used to determine the solubility of various gases in the prepared silica sols. For this purpose, a newly constructed, modular apparatus was used. The solubility L of the gas can be calculated from the mass balance of the gas phases before and after the expansion experiment as a function of the absorbance mass. In the following, the equipment used in terms of their structure, their properties and their performance will be presented. In addition, an overview of the components and peripherals used is given.
3.2.1 Apparatur zur Darstellung vollentsalzter Kieselsäuredispersionen 3.2.1 Apparatus for the preparation of demineralized silica dispersions
Die experimentellen Abreicherungsschritte wurden an Ionenaustauschersäulen vorgenommen. Als Ausgangsmaterial kam das alkalisch stabilisierte Köstrosol® 1530 der Chemiewerk Bad Köstritz GmbH zum Einsatz. Nach der gezielten Substitution der Ionen wurde mit deionisiertem Wasser auf die gewünschte Einsatzkonzentration verdünnt. Die Deionisierung der Dispersionen erfolgte in drei Stufen. Nach jedem Teilbereich dieser Prozedur wurde das Kieselsol bei Raumtemperatur 24 Stunden klimatisiert, um die Diffusion von Ionen innerhalb der kolloidalen Teilchen in das Dispergiermedium zu gewährleisten. Das Schema der angewendeten Apparatur ist in
3.2.2 Bestimmung der Löslichkeiten von Gasen3.2.2 Determination of solubilities of gases
Für die Messung der Gaslöslichkeit von ternären Gemischen wurde eine neue Apparatur auf volumetrischer Basis aufgebaut. Das Prinzip dieser Anlage ist die Expansion eines Gases aus einem definierten Vorlagevolumen in einen Probenraum, welcher mit absorbierender Komponente gefüllt ist. Nach dem Einbringen eines Fluids in den Proberaum und Einstellung von konstantem Druck sowie konstanter Temperatur im Vorlagegefäß wird das Ventil zum Probenraum geöffnet. Darauf aufbauend wird ein Druckabfall im Zuge isothermer Expansion sowie von Absorptionseffekten im gewählten Fluid beobachtet. Mit Hilfe einer Massenbilanz kann aus der Druckdifferenz und den Volumen der Gasphasen die absorbierte Masse bestimmt werden. Zum Aufbau der Apparatur wurde das in
Die Untersuchungen zur Löslichkeit von Stickstoff wurden bei 298 K durchgeführt. Im ersten Schritt wurde hierfür das Kieselsol im Arbeitsraum vorgelegt, vakuuiert und temperiert. Daran anschließend erfolgte die Beladung des Vorratsgefäßes mit Stickstoff. Nach der Temperierung des vollständigen Systems erfolgte die Aufzeichnung der Datenpunkte jede fünf Sekunden. Als Gleichgewicht wurde definiert, wenn die erhaltenen Werte innerhalb von zehn Minuten weniger als 0,5% vom Endwert abwichen. Beim folgenden Expansionsexperiment erfolgte eine minimale Öffnung des Ventils zum Probenraum. Mit Hilfe der installierten Umwälzpumpe wurde anschließend das Gas vorsichtig für eine optimale Gas- und Temperaturverteilung zirkuliert. Es galten die bereits erwähnten Gleichgewichtsbedingungen. Aus der Massenbilanz der Gasphasen des Expansionsexperimentes kann die Löslichkeit des jeweiligen Gases als Funktion der absorbierenden kolloidalen Kieselsäuredispersion errechnet werden. Die für die Berechnung der adsorbierten Stoffmengen benötigten Gasdichten wurden mit Hilfe von Zustandsgleichungen berechnet. In dieser Arbeit fand das Programm Fluidcal der Ruhr-Universität Bochum Verwendung [181]. Bestandteil des Programmes sind Zustandsgleichungen reiner Gase mit deren Hilfe verschiedene Eigenschaften der Fluide berechnet werden können. Auf die Entwicklung und Herleitung dieser Gleichungen sei auf die bekannte Literatur verwiesen [182–186]. Der relative Fehler der Löslichkeit beträgt ~0,2%.Nitrogen solubility studies were conducted at 298K. In the first step, the silica sol was placed in the working room, vacuumed and tempered. Subsequently, the loading of the storage vessel was carried out with nitrogen. After tempering the complete system, the data points were recorded every five seconds. Balance was defined as the values obtained deviated less than 0.5% of the final value within ten minutes. In the following expansion experiment, a minimum opening of the valve to the sample space was carried out. With the aid of the installed circulation pump, the gas was then carefully circulated for optimum gas and temperature distribution. The previously mentioned equilibrium conditions applied. From the mass balance of the gas phases of the expansion experiment, the solubility of the respective gas as a function of the absorbing colloidal silica dispersion can be calculated. The gas densities required for the calculation of the adsorbed substance quantities were calculated by means of equations of state. In this work the Fluidcal program of the Ruhr-Universität Bochum was used [181]. Part of the program are equations of state of pure gases with the aid of which different properties of the fluids can be calculated. On the development and Derivation of these equations is referred to the known literature [182-186]. The relative error of solubility is ~ 0.2%.
3.2.3 Messgenauigkeit3.2.3 Measurement accuracy
Für eine Bestimmung von Absorptionsgleichgewichten aus volumetrischen Experimenten ist die Kenntnis der absorbierten Masse notwendig. Als Messdaten können aber nur Druck, Temperatur und Absorbensmasse direkt erfasst werden. Die absorbierte Masse ist lediglich indirekt mittels einer Massenbilanz zugänglich. Erforderliche Grundlagen derartiger Berechnungen sind die verwendeten Anlagenvolumina sowie das Absorbatvolumen. Eine Abschätzung eines maximalen Fehlers für alle aufgeführten Messgrößen ist in Tabelle 3.7 unter Berücksichtigung der in den Tabelle 3.5 vorgestellten Geräteübersicht gegeben.For a determination of absorption equilibria from volumetric experiments the knowledge of the absorbed mass is necessary. As measured data, however, only pressure, temperature and mass of the absorbent can be detected directly. The absorbed mass is only indirectly accessible by means of a mass balance. Required bases of such calculations are the plant volumes used and the volume of absorbate. An estimation of a maximum error for all measured variables listed is given in Table 3.7 taking into account the device overview presented in Table 3.5.
3.3 Überführung von Kieselsolen in Xerogele3.3 Transfer of silica sols into xerogels
Die in dieser Arbeit verwendete Methode zur Überführung der wässrigen Kieselsole in Xerogele baut auf einer modifizierten Prozessführung der Sprühtrocknung, der Druckwechseltechnologie (
3.3.1 Hochdruckeinheit3.3.1 High pressure unit
Dieser Bestandteil der Druckwechseltechnologie beinhaltet den Aufbau von Drücken bis zu 4·107 Pa und Temperaturen bis 423 K. Da es sich bei Kieselsolen um sehr abrasive Medien handelt, sind alle Komponenten in Edelstahl, Keramik oder Kompositmaterialien gehalten. Kernstück der Anlage ist eine modifizierbare Hochdruckpumpe, welche durch variable Hubvolumina und Frequenzen eine Regelung sowie eine Reduzierung von Druckschwankungen gestattet. Die Einspeisung der Edukte wird aus zwei Vorlagebehältern ermöglicht.
Eine Beaufschlagung der Kieselsole mit Gas erfolgte in Abhängigkeit der Trocknungstemperatur in der Versprühkammer bei 0,5 (363 K) sowie 0,7 NL min–1 (398 K). Die sich hieraus ergebende temperaturbedingte Diskussion zur Stoffübergangsgeschwindigkeit (Trocknungsrate) kann Abschnitt 4.2.2.2 entnommen werden. Die Durchsätze lagen druckabhängig bei 5,5 bis 8,5 L h–1. Wie in Abschnitt 4.2 (Seite 50) diskutiert, ist die Sättigung des Kieselsoles mit Stickstoff bei 298 K unter Verwendung derartiger Flussraten unterschiedlich ausgeprägt. Bei Drücken unter 1,5·107 Pa ist eine Bildung von Gasphasen zu beobachten.A loading of the silica sol with gas took place in dependence of the drying temperature in the spray chamber at 0.5 (363 K) and 0.7 NL min -1 (398 K). The resulting temperature-related discussion of the mass transfer rate (drying rate) can be found in Section 4.2.2.2. The throughputs were pressure dependent at 5.5 to 8.5 L h -1 . As discussed in Section 4.2 (page 50), the saturation of the silica sol with nitrogen at 298 K using such flow rates is different. At pressures below 1.5 · 10 7 Pa, a formation of gas phases can be observed.
3.3.2 Trocknungssystem3.3.2 Drying system
Zur Verwirklichung der gewünschten, erhöhten Péclet-Zahlen (Pe > 10) musste der Trocknungsprozessschritt so effektiv wie möglich gestaltet werden. In diesem Zusammenhang wurde das tangential in die Versprühkammer einströmende, anhand eines Massendurchflussreglers (MFC) steuerbare, Trocknungsgas durch zusätzliche Wärmestrahlung unterstützt. Die verwendeten Infrarotstrahler als Wärmestrahlungsquelle sind für eine einheitliche sowie zielgerichtete Wärmeabgabe variabel verstellbar. Für die in dieser Arbeit verwendeten Parameter der Druckwechseltechnologie werden Hohlkegeldüsen (Einstoffdüsen) zur Bildung eines Sprühs eingesetzt. Sie ermöglichen die Zerstäubung des Mediums unter sehr hohem Druck bei entsprechenden Durchsätzen in Kombination mit der Realisierung kleiner Tröpfchengrößenverteilungen (d50(V) < 5·10–5 m). Bei Verwendung von Vollkegeldüsen sind die Wahrscheinlichkeiten von Koagulationsphänomenen der gebildeten Tropfenkollektive infolge kollabierender Lamellen signifikant höher. Auf Grund der entstehende Länge des Düsenausgangsstrahles (> 2 m; νTr > 60 m s–1) konnte nur eine Trocknung im Gleichstrom für eine Abführung des Produktes realisiert werden. Wie in
3.3.3 Filtration3.3.3 Filtration
Für die Verwirklichung der Filtration und Gewährleistung des Unterdruckes in der Versprühkammer wurden zur Gewinnung der gebildeten Partikel sogenannte Filterstrümpfe eingesetzt.
3.3.4 Verwendete Geräte3.3.4 Used devices
In Tabelle 3.8 sind alle verwendeten Geräte und Messmittel aufgeführt, welche für die Durchführung der Experimente, basierend auf den in den Abschnitten 3.3.1 bis 3.3.3 vorgestellten Apparaturen, erforderlich waren.Table 3.8 lists all equipment and measuring equipment used to perform the experiments, based on the equipment presented in Sections 3.3.1 to 3.3.3.
Die Volumenströme der zu versprühten Proben wurden anhand von Auslitern der verwendeten Behältnisse ermittelt. Hierfür wurden spezielle Volumina gekennzeichnet und eine Regression der erhaltenen Werte durchgeführt. Jede Volumenstromermittlung der eingesetzten Proben wurde an mindestens fünf variablen Kennzeichnungen und Zeiten durchgeführt.The volume flows of the samples to be sprayed were determined on the basis of samples of the containers used. For this special volumes were marked and a regression of the obtained values was carried out. Each volume flow determination of the samples used was carried out on at least five variable markings and times.
3.3.5 Messgenauigkeit3.3.5 Measurement accuracy
Grundlegende Betrachtungspunkte der Sprühtrocknung zur Überführung der wässrigen Systeme in Pulver sind die Ein- und Ausgangsbedingungen der Trocknungsstufe. Eine exakte Temperatur und Druckerfassung sind dementsprechend ebenso die Basis derartiger Analysen, wie die indirekte Erfassung des Volumenstromes. Die Abschätzung eines maximalen Fehlers für alle aufgeführten Messgrößen ist in Tabelle 3.10 unter Berücksichtigung der in den Tabellen 3.9 vorgestellten Geräteübersicht gegeben.Basic considerations of spray drying to convert the aqueous systems into powders are the input and output conditions of the drying step. An exact temperature and pressure detection are accordingly also the basis of such analyzes, as the indirect detection of the volume flow. The estimation of a maximum error for all measured variables listed is given in Table 3.10 taking into account the device overview presented in Tables 3.9.
3.4 Charakterisierung3.4 Characterization
3.4.1 Charakterisierung der Dispersionen3.4.1 Characterization of the dispersions
Bestimmungen der Oberflächen der kolloidalen Systeme erfolgten mittels einer Titration mit Kaliumhydroxid-Lösung von pH-Wert 4 auf pH-Wert 9. Diese Charakterisierung ist angelehnt an die von SEARS [188] 1956 publizierte Arbeitsweise zur Korrelation der Oberfläche von kolloidalen Kieselsäure-Dispersionen mit der BET-Methode. Modifikationen betreffen die verwendeten Reagenzien sowie die Überführung der Kieselsole auf ihren Ausgangswert (pH-Wert) der Titration. Hierzu wurden die kolloidalen Kieselsäuren unter Verwendung eines starksauren Ionenaustauschers (Lewatit® S100; Tabelle 3.4) in einer Vorstufe sauer eingestellt. Anschließend erfolgte die Titration in zwei, voneinander unabhängigen, Schritten. Als Titrator wurde ein TitroLine® alpha plus TA 20 der Firma Schott Instruments Analytics verwendet. Die Titration erfolgte mit Kaliumhydroxid-Lösung (0,1 N) unter Einsatz der Einstabmesskette Schott Instruments H61 bei 298 K. Analysen des pH-Wertes erfolgten bei 298 K durch eine EGC 151-Elektrode der Firma Sensortechnik Meinsberg GmbH. Alle angewendeten Elektroden wurden täglich kalibriert. Viskositätsbestimmungen erfolgten mittels eines Kugelfallviskosimeters Höppler® KF 3.2 der Firma RHEOTEST Messgeräte Medingen GmbH. Dessen Thermostatierung bei 293 K wurde mittels eines Julabo ED der Firma Julabo Labortechnik GmbH durchgeführt. Bestimmungen der Diffussionsgeschwindigkeiten als Grundlage des hydrodynamischen Durchmessers erfolgten mit dem Gerät Zetasizer® Nano ZS der Firma Malvern Instruments GmbH. Dieses Gerät arbeitet auf Basis der dynamischen Lichtstreuung nach dem Rückstreuungsprinzip bei einem Winkel von 173°. Wenn nicht anders angegeben, erfolgten die Referenzmessungen der Proben in einer Verdünnung von 1:2500 (v:v) bei einem pH-Wert von 9,2 mit Hilfe von ammoniakalisch eingestelltem Reinstwasser. Als Grundlage für eine Auswertung der Analyseergebnisse diente die MIE-Theorie [189, 190]. Die Untersuchung der Diffusionsgeschwindigkeiten von konzentrierten Solen erfolgte direkt in der jeweiligen kolloidalen Dispersion. Hierbei wurden keine Viskositätskorrekturen des monomodalen Auswertealgorithmus der teilweise metastabilen Proben durchgeführt. Redispergierte Proben wurden zur erforderlichen Reduzierung von Suspendierungseffekten unter Zuhilfenahme eines Spritzenfilters (8·10–7 m; PE) in die Messzellen überführt. Analysen der Tropfengrößenverteilungen wurden mit Hilfe des Gerätes Spraytec® der Firma Malvern Instruments GmbH durchgeführt. Diese Methode nutzt ein statisches Laserbeugungsprinzip unter zeitlicher Fokussierung sowie örtlicher Fixierung. Verantwortlich für die Bereitstellung des Sprühbildes war der, unter Punkt 3.3.1 konstruierte, Hochdruckteil. Die Analyse der Tropfenkollektive wurde auf Grund der Länge des Düsenaustrittsstrahles bei 298 K und Normaldruck durchgeführt. Dazugehörige Messpunkte waren 5·10–2 m sowie 0,24 m hinter der Düsenaustrittsöffnung angeordnet.Determinations of the surfaces of the colloidal systems were carried out by means of a titration with potassium hydroxide solution of
Zur Aufkonzentrierung der verwendeten kolloidalen Ausgangsmaterialien wurde der Laborotta 4011-Rotationsverdampfer der Firma Heidolph Instruments GmbH & Co. KG verwendet. Die Verdampfung des Fluids erfolgte routinemäßig bei 333 K unter Anwendung der Vakuumpumpe 113043 der Ilmvac GmbH. Mittels Titration der Kieselsol-Proben mit Salzsäure gegen Methylorange bei 298 K wurde die Alkalität der Ausgangsmaterialien bestimmt. Die Angabe des Analysewertes erfolgt als Masseprozent Natriumoxid. Unter Verwendung des Gerätes DMA 4500 der Firma Anton Paar GmbH erfolgte die Bestimmung der Dichte flüssiger Proben. Hierfür wurden die Proben anhand einer Spritze in das Instrument appliziert, temperiert und mittels Biegeschwinger vermessen. Die Analyse des Feststoffgehaltes von Kieselsäuredispersionen erfolgte in einem Ofen L 24/11 M P320 der Firma Nabertherm GmbH. Hierbei wurde das Ausgangsmaterial zwei Stunden bei 1223 K getrocknet. Anschließend errechnete sich aus der Differenz der Massen der Probe vor und nach der Temperierung der Trockensubstanzgehalt.To concentrate the colloidal starting materials used, the Laborotta 4011 rotary evaporator from Heidolph Instruments GmbH & Co. KG was used. The evaporation of the fluid was routinely carried out at 333 K using the vacuum pump 113043 Ilmvac GmbH. By titration of the silica sol samples with hydrochloric acid against methyl orange at 298 K, the alkalinity of the starting materials was determined. The indication of the analysis value takes place as mass percent sodium oxide. The density of liquid samples was determined using the DMA 4500 instrument from Anton Paar GmbH. For this purpose, the samples were applied by means of a syringe into the instrument, tempered and measured by means of bending oscillator. The solids content of silica dispersions was analyzed in an
3.4.2 Charakterisierung der Xerogele3.4.2 Characterization of the xerogels
Die in dieser Arbeit durchgeführten Laserbeugungsexperimente wurden am Mastersizer® 2000 der Firma Malvern Instruments GmbH durchgeführt. Für die Analysen unter Zuhilfenahme von Pressluft als Dispergiermedium kam der gerätespezifische Aufsatz Scirocco® 2000 zum Einsatz. Schwingrinnen dienten hierbei der Probenzuführung zur Messzelle. In diesem Zusammenhang wurde der Dispergierdruck für mechanische Stabilitätsuntersuchungen stufenweise in 105 Pa-Schritten von 105 Pa auf 4·105 Pa gesteigert. Nach einer Analysezeit von jeweils einer Minute erfolgten die Auswertungen auf Basis der MIE-Theorie [189, 190]. Als Vergleichsprobe kam ein ebenfalls via Sol-Gel-Chemie hergestelltes Xerogel (Köstrosolid® 0403) der Chemiewerk Bad Köstritz GmbH zum Einsatz. Die Messungen der Partikelverteilungen im wässrigen Untergrund erfolgten anhand des Aufsatzes Hydra® 2000S. In dieser Hinsicht wurden die Proben in Reinstwasser suspendiert, zwei Minuten unter Ultraschall behandelt und anschließend per Pumpe in die dazugehörige Messzelle gefördert. Die Auswertung der Ergebnisse erfolgte unter den Grundsätzen der FRAUNHOFER-Beugung. Berechnungen des Span-Wertes (relativ) der Partikelgrößenverteilungen wurden nach der Gleichung durchgeführt. Untersuchungen zur Oberflächenmorphologie der Xerogele erfolgten anhand der Geräte Nova® 3000e (Stickstoff-Sorption) und Poremaster® 60 GT (Quecksilberporosimetrie) der Firma Quantachrome GmbH & Co. KG. Vor den jeweiligen Analysen wurden die ausgewählten Xerogele eineinhalb (Quecksilberporosimetrie) bzw. drei Stunden (Stickstoff-Sorption) bei 573 K unter Hochvakuum getrocknet. Die Messung und Auswertung der Daten der Stickstoff-Sorption erfolgten mittels der Software NovaWin® (Version 1.12). Eine mechanische Instabilität der Partikel bei den Quecksilberintrusionsversuchen konnte nicht beobachtet werden. Die Bestimmung der Schüttdichte erfolgte anhand der Auswaage eines Gefäßes mit genormtem Volumen. Hierfür wurde die Probe möglichst luftfrei in den Behälter eingefüllt und ausgewogen. Aus der Massendifferenz zwischen gefülltem und leerem Gefäß ist das Verhältnis Masse zu Volumen, die Schüttdichte, zugänglich. Angegebene Werte in dieser Arbeit sind das arithmetische Mittel aus mindestens drei Analysen. Eine Analyse des Siliziumdioxid-Gehaltes wurde nach dem vollständigen Trocknen der Proben bei 1223 K durch Zugabe von Fluorwasserstoffsäure (40% (m:m)) bei analoger Temperatur durchgeführt. Aus der Differenz der beiden Massen, bezogen auf das Ausgangsgewicht, ergibt sich der Gehalt an Siliziumdioxid. Feuchtigkeitsgehaltsuntersuchungen erhaltener Xerogele erfolgten am Gerät MA 35M der Firma Sartorius AG. In diesem Zusammenhang wurden die Proben bei 298 K eingewogen und bei 433 K bis zur Massekonstanz getrocknet. Mit Hilfe einer Massenbilanz ist die Feuchtigkeit zugänglich. Zur Messung des pH-Wertes der Xerogele wurden 10%ige (m:m) Suspensionen der erhaltenen Pulver in Reinstwasser hergestellt. Anschließend wurden diese unter Rühren bei 298 K mit einer Elektrode EGC-151 der Firma Sensortechnik Meinsberg GmbH vermessen. Eine Bestimmung des Kohlenstoffgehaltes der modifizierten Xerogele erfolgte am Gerät multi EA 2000-CS von Analytik Jena AG. In diesem Zusammenhang wurde die Probe auf ein Schiffchen aufgebracht und im Sauerstoffstrom bei 1473 K verbrannt. Angewendete Zerkleinerungstechniken an den erhaltenen Pulvern waren das Mörsern der Proben mit Hilfe eines Achat-Mörsers sowie die Vermahlung mittels einer Labormühle A 11 B von IKA Labortechnik GmbH. Die Betriebszeit betrug hierbei 5 × 30 s. Röntgendiffraktogramme wurden mit einem Gerät des Typs D4 „ENDEAVOR” der Firma Bruker AXS GmbH mit einer Röntgenröhre für CuKα-Strahlung aufgenommen. Die Messungen erfolgten mit einer Schrittweite von 0,02° 2 Theta (1 s pro Schritt) in einem Winkelbereich zwischen 5 und 85° 2 Theta.The tests carried out in this work laser diffraction experiments were carried out at the
3.4.3 Elektronenmikroskopische Aufnahmen3.4.3 Electron micrographs
Charakteristika der Methode der Laserbeugung sind die Einschränkungen im Zuge ihrer physikalischen Grenzen sowie der verwendeten Auswertealgorithmen. In diesem Kontext lieferten einige Datensätze Aussagen über Partikel mit Durchmessern von > 10–4 m. Oft sind derartige Ergebnisse eine Folge von Fragmentierungserscheinungen während einer Messung. Lösungsalgorithmen der Software versuchen anschließend diese in eine auswertbare, sphärische Form zu überführen. Als Folge der ermittelten Tröpfchengrößenverteilungen können derartige Partikeldurchmesser aber als äußerst unwahrscheinlich angesehen werden. Auch eine Koagulation von diversen Tropfen sollten keine derartigen Partikeldimensionen generieren. Eine weitere Herausforderung ist die nur geringe Auflösung der statischen Laserbeugung bei Partikelradien im Bereich von < 2,5·10–7 m. Mathematische Auswertungen der erhaltenen Datenpakete berücksichtigen dementsprechend nur einen Bruchteil der Partikel im nanoskalaren Größenbereich. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen belegen hingegen die Anwesenheit eines signifikanten Anteiles von Partikeln im Bereich < 5·10–7 m. Des Weiteren widerlegen sie Partikeldurchmesser von > 3·10–5 m. In diesem Zusammenhang möchte sich der Autor bei Herrn Dr. Melzer (TU Freiberg), Frau Gerlinde Habler (TU WIEN), Frau Andrea Prager (IOM Leipzig) sowie der Wacker Chemie AG (Burghausen) für die elektronenmikroskopischen Vermessungen bedanken. In den folgenden Kapiteln werden die Quellen der jeweiligen Bilder durch ihren Analyseort gekennzeichnet.Characteristics of the method of laser diffraction are the limitations in the course of their physical limits and the evaluation algorithms used. In this context, some datasets provided information about particles with diameters of> 10 -4 m. Often such results are a consequence of fragmentation phenomena during a measurement. Solution algorithms of the software then try to convert them into an evaluable, spherical form. However, as a result of the determined droplet size distributions, such particle diameters can be considered extremely unlikely. Even coagulation of various drops should not generate such particle dimensions. Another challenge is the low resolution of the static laser diffraction at particle radii in the range of <2.5 · 10 -7 m. Mathematical evaluations of the received data packets accordingly take into account only a fraction of the particles in the nanoscale size range. By contrast, scanning electron micrographs show the presence of a significant proportion of particles in the range <5 × 10 -7 m. Furthermore, they refute particle diameters of> 3 · 10 -5 m. In this context, the author would like to thank Dr. Ing. Melzer (TU Freiberg), Ms. Gerlinde Habler (TU WIEN), Ms. Andrea Prager (IOM Leipzig) as well as Wacker Chemie AG (Burghausen) for the electron microscopic measurements. In the following chapters, the sources of the respective images are identified by their analysis location.
3.5 Anwendungstest3.5 Application test
Als Anwendungstest für Redispergierbarkeitsuntersuchungen wurde die Einarbeitung in verschiedene Polymermatrices (PMMA; Polyamid 6) sowie Referenzlacksysteme gewählt. In einem vorgelagerten Schritt wurde die Deagglomerierung in deionisiertem Wasser und 2-Propanol experimentell betrachtet. Um Beeinflussungen von zur Stabilisierung verwendeter Komponenten sowie Verunreinigungen zu vermeiden, wurden für die Untersuchungen zur Redispergierung Xerogele mit einem hohen Anteil an Siliziumdioxid verwendet. Alle untersuchten Xerogele entstanden aus Edukten mit Stickstoffbeladung zur Reduzierung der Auswirkungen von defektbedingten Phänomenen. Für die Dispergierung in Wasser kam der Dispergierer T 25 der Firma IKA Labortechnik GmbH zum Einsatz. Hierbei wurde das Dispergiermedium (100 g) vorgelegt und das Xerogel (2 g) eingemischt. Anschließend wurde bei 100% Leistung 0,5 h gerührt. Gegebenenfalls nachfolgende Ultraschallbehandlungen wurden mit dem Sonifier 450 von Branson Ultrasonics Co. durchgeführt. Hierfür wurde die Probe unter Rühren viermal 15 min unter 80% Leistung im 80%igen Wirkungszyklus behandelt. Die Einarbeitung der hergestellten Pulver in unterschiedliche Polymermatrices erfolgte durch die Firma Grafe Color Batch GmbH. Unter Einsatz eines Doppelschneckenextruders der Firma Leistritz AG wurden die dargestellten Xerogele mit einem Zielgehalt von 10% (m:m) in die verschiedenen Matrices eingearbeitet und anschließend mittels eines Allrounder 221 K der Firma Arburg GmbH in Spritzgussplättchen überführt. Die Einarbeitung der erhaltenen Partikel in Lacksysteme erfolgte seitens der Worlée Chemie GmbH. Hierfür wurden Referenzlackrezepturen verwendet und deren Eigenschaften vor sowie nach vollständiger oder teilweiser Substitution aktuell verwendeter Füllstoffe bestimmt.As an application test for redispersibility studies, the incorporation into various polymer matrices (PMMA, polyamide 6) and reference coating systems was selected. In an upstream step, deagglomeration in deionized water and 2-propanol was experimentally considered. In order to avoid influences of components used for the stabilization as well as impurities, xerogels with a high content of silicon dioxide were used for the investigations for the redispersion. All investigated xerogels were generated from educts with nitrogen loading to reduce the effects of defect-related phenomena. For dispersing in water, the
4 Ergebnisse und Diskussion 4 results and discussion
Das Verfahren der Sprühtrocknung mit seinen vielfältigen Einflussmöglichkeiten findet nachhaltiges wissenschaftliches Interesse bei der Synthese von Partikeln. In diesem Zusammenhang ist die Kenntnis technologisch wichtiger physikalisch-chemischer Eigenschaften der Ausgangsmaterialien (Abschnitt 4.1) Grundlage für wissenschaftliche Betrachtungen. Ergebnisse der darauf aufbauenden Sprühversuche und die Diskussion eines Modellvorschlages der Partikelbildung werden in Abschnitt 4.2 diskutiert. Im folgenden Abschnitt werden Resultate der Redispergierexperimente in unterschiedlichen Matrices aufgeführt. Abschnitt 4.4 stellt bezugnehmend auf die Ergebnisse der vorausgehenden Abschnitte anhand von Praxisbeispielen die Folgen einer Einarbeitung der erhaltenen Pulver (Xerogele) auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Produkte dar.The spray-drying process, with its wide range of influence, has a sustained scientific interest in the synthesis of particles. In this context, the knowledge of technologically important physico-chemical properties of the starting materials (Section 4.1) is the basis for scientific considerations. Results of the spraying experiments and the discussion of a model suggestion of particle formation are discussed in Section 4.2. In the following section results of the redispersing experiments are listed in different matrices. With reference to the results of the previous sections, Section 4.4 illustrates the consequences of incorporating the obtained powders (xerogels) on the physicochemical properties of the products by means of practical examples.
4.1 Eigenschaften kolloidaler Kieselsäuren4.1 Properties of colloidal silicas
Ein Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Frage, inwiefern eine gezielte Auswahl der zu versprühenden, kolloidalen Kieselsäuren (Kieselsole) neuartige Pulver generiert, deren wesentliche morphologische Eigenschaften vom Ausgangsmaterial ererbt werden. Randbedingungen dieses Verfahrens sind die Verwendung von Suspensionen mit hohen Feststoffgehalten (ms > 5% (m:m)) sowie die Ausbildung von Hohlkörperformen. Hierfür sind die Charakteristika im Aufkonzentrierungsprozess von Kieselsolen zu ermitteln. Abschnitt 4.1.1 beinhaltete die Bestimmung des Diffusionskoeffizienten, als direkte Einflussgröße auf die Péclet-Zahl (Gleichung 2.21). Im zweiten Teil dieser Arbeit soll die Beaufschlagung des kolloidalen Ausgangsmateriales mit einem Gas erfolgen. Für das in diesem Zusammenhang zu diskutierenden Modell eines gelöstgasinduzierten sekundären Tropfenzerfalls, als Folge einer hydrodynamischen Instabilität der gebildeten Lamelle an der Düse [64, 81, 93] sowie die folgende Oszillation der Tropfen [86], sind Kenntnisse über die Löslichkeiten der in dieser Arbeit ausgewählten Gase in den verwendeten Kieselsolen notwendig. Die Diskussion der Ergebnisse der Löslichkeiten kann Abschnitt 4.1.2 und 4.1.3 entnommen werden.One focus of this work is the question to what extent a targeted selection of the colloidal silicas (silica sols) to be sprayed generates novel powders whose essential morphological properties are inherited from the starting material. The boundary conditions of this process are the use of suspensions with high solids contents (m s > 5% (m: m)) and the formation of hollow body forms. For this purpose, the characteristics in the concentration process of silica sols are to be determined. Section 4.1.1 included the determination of the diffusion coefficient as a direct influence on the Péclet number (Equation 2.21). In the second part of this work, the loading of the colloidal starting material should be carried out with a gas. For the model to be discussed in this context of a dissolved gas-induced secondary dripping, as a result of a hydrodynamic instability of the lamella formed at the nozzle [64, 81, 93] and the subsequent oscillation of the droplets [86], knowledge of the solubilities in this work selected gases in the silica sols needed. The discussion of solubility results can be found in sections 4.1.2 and 4.1.3.
4.1.1 Diffusionsgeschwindigkeit kolloidaler Siliziumdioxidpartikel4.1.1 Diffusion rate of colloidal silica particles
Die Werte für die Diffusionskoeffizienten kolloidaler Siliziumdioxidfeststoffteilchen in den ausgewählten Dispersionen liegen im Bereich von 1 bis 4,5·10–11 m2 s–1. Diese Ergebnisse liegen in guter Übereinstimmung mit den Literaturwerten von TAN et al. [24].
Sie stellt den Zusammenhang zwischen dem Diffusionskoeffizienten D und dem hydrodynamischen Radius rH von Solpartikeln her. Unstabilisierte Kieselsole durchlaufen in ihrem viskoelastischen Bereich eine Zwischenstufe unter Bildung von kleineren, lokalen Agglomeraten. Diese Formen hemmen auf Grund ihrer reduzierten Beweglichkeit (–50%) im weiteren Aufkonzentrierungsprozess (ms = 25–50% (m:m)) die Gelbildung. Erst bei Feststoffgehalten > 50% (m:m) kann eine endgültigen Ausbildung eines Gels optisch beobachtet werden. Alkalische Kieselsole hingegen weisen in ihrem, zu höheren Feststoffgehalten verschobenen (25 zu 48% (m:m)), viskoelastischen Bereich eine Abnahme des Diffusionskoeffizienten bis nahe 0 m2 s–1 (
4.1.2 Löslichkeit von Stickstoff4.1.2 Solubility of nitrogen
Für eine Validierung der neu aufgebauten Apparatur für die volumetrischen Bestimmungen wurde ein in der Literatur umfangreich beschriebenes System gewählt. Anhand des binären Gemisches Stickstoff-Wasser ist eine Vergleichbarkeit der erhaltenen Messdaten mit Literaturwerten gewährleistet. WIEBEs [162] publizierte Werte zur Löslichkeit von Stickstoff in Wasser zeigen eine direkte Abhängigkeit zum Systemdruck sowie einen indirekten Bezug zur Temperatur. Die Gelöstgasmenge nimmt stetig mit steigender Temperatur ab. Unter Annahme idealen Verhaltens verhält sich das Volumen von Gasen VG proportional zum Verhältnis der Drücke und Temperaturen: For a validation of the newly constructed apparatus for the volumetric determinations, a system extensively described in the literature was chosen. Based on the binary mixture nitrogen-water a comparability of the obtained measured data with literature values is guaranteed. HIEBE's [162] published data on the solubility of nitrogen in water show a direct dependence on system pressure and an indirect relation to temperature. The amount of dissolved gas decreases steadily with increasing temperature. Assuming ideal behavior, the volume of gases V G is proportional to the ratio of pressures and temperatures:
In diesem Zusammenhang wurde eine Temperatur von 298 K als Ausgangspunkt der Betrachtungen gewählt, um eine ausreichende Menge an Gas im Fluid zu lösen. Weiterer Vorteil einer niedrigen Eingangstemperatur des Sprühs (TDüse) ist gemäß LUKASIEWICZ [121] eine Reduzierung der Wahrscheinlichkeit von Partikeldefekten. Der mittels Druckwechseltechnologie durchgeführte Temperaturund Drucksprungnach der Düse bewirkt eine signifikante Volumenänderung des gelösten Gases. In
Eine Auswertung der hydrodynamischen Durchmesser von Köstrosol® 1510 vor und nach Beaufschlagung mit Stickstoff bei variierendem Druck (0,1 ≤ PN2 ≤ 107 Pa)) zeigte keine strukturellen Veränderungen der Solteilchen. Die Daten für diesen Wert lagen im Bereich von (43,6 ± 0,81)·10–9 m (Tabelle 7.6; Anhang). Demzufolge kann von einer Inertheit des kolloidalen Systems gegenüber diesem Gas ausgegangen werden. Eine geförderte Bildung von Agglomeraten in den Dispersionen ist nicht beobachtbar. Langzeittests (> 180 d) bestätigen diese Aussagen.An analysis of the hydrodynamic diameter of
4.1.3 Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid4.1.3 Solubility of carbon dioxide
Hintergrund der Untersuchung zur Löslichkeit von Kohlendioxid in Kieselsolen war dessen Einsatz als (in-situ) Agglomerierungsmittel. Die Dosierung dieses Gases sollte zu einer gezielten punktuellen Agglomeratbildung in Folge eines lokalen pH-Wert-Shiftes im Tropfen durch das Gleichgewicht
4.2 Sprühtrocknung von Kieselsolen4.2 Spray drying of silica sols
In den folgenden Abschnitten dieser Arbeit werden die Ergebnisse der Sprühtrocknungsversuche vorgestellt und diskutiert. In einem ersten Schritt werden die Gründe für die Auswahl der Wärmestrahlungsquelle sowie die ermittelten Tropfengrößenverteilungen, als Diskussionsansatz für den sekundären Tropfenzerfall, beschrieben. In den folgenden Abschnitten werden die Unterschiede einer Sprühapplikation ohne (Abschnitt 4.2.1) und mit Beaufschlagung von Stickstoff (Abschnitt 4.2.2) vorgestellt. Darauf aufbauend werden in Unterpunkten physikalisch-chemische Parameter als Einflussgrößen diskutiert. Die Ergebnisse der Oberflächenmorphologie der gebildeten Partikel beschreibt Abschnitt 4.2.3. Abschnitt 4.2.4 beinhaltet den Nachweis des amorphen Charakters. Auf den Ergebnissen der vorgehenden Punkte aufbauend wird unter Punkt 4.2.5 ein Modell der Partikelbildung vorgeschlagen. Die Sprühtrocknung ist eine weitverbreitete Methode zur Generierung von Partikeln. Eine technologische Herausforderung diesbezüglich ist die Kombination von hohen Durchsätzen und geringen Feuchtigkeitsgehalten. Um diese Randbedingungen zu erfüllen, wurde in dieser Arbeit der Einsatz einer Wärmestrahlungsquelle zur Optimierung der Trocknung eruiert. Diese sollte der Unterstützung des Warmgasstromes sowie einer Reduzierung der Abkühlung des Trocknungsgases dienen. In einem Vorversuch wurde die Fragestellung betrachtet, ob Mikrowellenstrahlung diese Voraussetzung erfüllen kann [194]. Der Vorteil dieser Energieform, eine Trocknung des Tropfens von innen nach außen unter Reduzierung des Temperaturgradienten im Bulk, konnte nicht realisiert werden. Eine Analyse der Ergebnisse ergab, dass die Größe der Tropfen nicht genügend Volumen bereitstellt, um ausreichend Energie zur Verdampfung einzukoppeln. Strömungsbedingt konnte die Herausforderung einer gezielten Platzierung des Wellenmaximas unter Minimierung der Reflexion nicht realisiert werden. Gemäß diesem Ergebnis wurde der Infrarotbereich als Wärmequelle zur Zuführung der notwendigen Energie verwendet. Hierbei erfolgte die Erwärmung vom Tropfenäußeren zum Kern.In the following sections of this thesis the results of the spray drying experiments are presented and discussed. In a first step, the reasons for the selection of the heat radiation source and the determined droplet size distributions, as a discussion approach for the secondary drip decay, are described. In the following sections the differences of a spray application without (Section 4.2.1) and with the application of nitrogen (Section 4.2.2) are presented. Based on this, physicochemical parameters are discussed as influencing factors in subitems. The results of the surface morphology of the particles formed are described in Section 4.2.3. Section 4.2.4 contains proof of the amorphous character. Based on the results of the preceding points, a model of particle formation is proposed under point 4.2.5. Spray drying is a widely used method of generating particles. A technological challenge in this regard is the combination of high throughputs and low moisture contents. In order to fulfill these boundary conditions, the use of a heat radiation source to optimize the drying was determined in this work. This should serve the support of the warm gas flow as well as a reduction of the cooling of the drying gas. In a preliminary experiment, the question was asked whether microwave radiation can fulfill this requirement [194]. The advantage of this form of energy, a drying of the drop from the inside to the outside while reducing the temperature gradient in the bulk, could not be realized. An analysis of the results revealed that the size of the drops does not provide enough volume to provide enough energy for evaporation couple. Due to flow conditions, the challenge of a targeted placement of the shaft maximum while minimizing the reflection could not be realized. According to this result, the infrared region was used as a heat source for supplying the necessary energy. In this case, the heating was carried out from the drop exterior to the core.
Kennzeichnend für die Druckwechseltechnologie, als Unterart der Sprühtrocknung ist die Überführung von fluiden Medien unter hohem Druck (PDüse > 107 Pa) in den Trocknungsprozess (PVK ≤ 102 Pa). Der entstehende Drucksprung beträgt meist mindestens fünf Zehnerpotenzen. In diesem Zusammenhang ist die Einmischung von Gelöstgasmengen L > 10–3 NL g–1 von großem wissenschaftlichen Interesse. In Folge der hydrodynamischen Instabilität der gebildeten Lamelle an der Düsenaustrittsöffnung [64, 81, 93] kommt es zu einer Oszillation der Tropfen, bis sie ihre energetisch günstigste Form erreicht haben [86]. Diese Effekte könnten durch sich entlösendes Gas verstärkt werden. Infolgedessen würde die Wahrscheinlichkeit kritischer Randbedingungen steigen, endend in einem weiteren, sekundären Tropfenzerfall [82]. Die Tröpfchengrößenverteilung würde sich zu geringen Werten verschieben. Eine Analyse der dazugehörigen experimentellen Ergebnisse (
Die vom System eingebrachte potenzielle Energie bestimmt die Größenverteilung des gebildeten Tropfenkollektives [195].
Durch die Versuchsanordnung sind Tropfendurchmesser von d90(V) < 2,5·10–5 m zugänglich. In diesem Zusammenhang muss dementsprechend nur ein Achtel des Volumens von HADINOTOs [24] berechneten Tropfen (5·10–5 m; Seite 7) unter zusätzlichem Einsatz von Wärmestrahlung verdampft werden. Dementsprechend ist von einer zeitverkürzten Verdampfung des Fluidtropfens auszugehen. Wenn die erhaltenen Ergebnisse der Tropfendurchmesser (d90(V) < 2,5·10–5 m), der Diffusionskoeffizienten (D = 4·10–11 m2 s–1) und der Zeit, welche für eine vollständige Verdampfung der gebildeten Tropfen (τTr ~ 0,1 s) notwendig ist (Modell nach HIND [35]; siehe Anhang), unter Anwendung von Gleichung 2.21 kombiniert werden, liegen Péclet-Zahlen von Pe > 40 vor. Folglich kann von einer Bildung von Partikeln mit Hohlkörpergeometrie ausgegangen werden (Abschnitt 2.1.2; Seite 10).The test arrangement makes it possible to obtain droplet diameters of d 90 (V) <2.5 × 10 -5 m. Accordingly, only one-eighth of the volume of HADINOTO's [24] calculated drops (5 · 10 -5 m, page 7) must be evaporated with the additional use of thermal radiation. Accordingly, a time-reduced evaporation of the fluid drop can be assumed. When the results obtained are the droplet diameter (d 90 (V) <2.5 × 10 -5 m), the diffusion coefficient (D = 4 × 10 -11 m 2 s -1 ) and the time required for complete evaporation of the formed Drop (τ Tr ~ 0.1 s) is necessary (model according to HIND [35], see appendix), combined using Equation 2.21, Péclet numbers of Pe> 40 are present. Consequently, the formation of particles with hollow body geometry can be assumed (Section 2.1.2, page 10).
4.2.1 Sprühtrocknung ohne Beladung mit Stickstoff4.2.1 Spray drying without loading with nitrogen
Mittels Druckwechseltechnologie sprühgetrocknete, nicht stabilisierte Kieselsole charakterisieren sich in Folge der im vorhergehenden Abschnitt ermittelten, sehr hohen Péclet-Zahlen als Hohlkörper mit überwiegend sphärischer Gestalt. Darüber hinaus sind in der Struktur der gebildeten Hülle sowie auf der Oberfläche der Partikel die monomeren, nanoskalaren kolloidalen Grundbausteine gut erkennbar (
Charakteristisch für die mittels Druckwechseltechnologie hergestellten Pulver sind die für amorphe Kieselsäuren ungewöhnlich hohen Schüttdichten (ρs > 4.102 g L–1). Aus HADINOTOs [118] Überlegungen zum Verhältnis der Hüllenbreite S zum Partikelradius R (Gleichung 4.3) ergibt sich ein Anteil der Hüllenbreite am Hohlkörperradius von maximal 10%.Characteristic of the powders produced by pressure swing technology are the unusually high bulk densities (ρ s > 4.10 2 g L -1 ) for amorphous silicas. From HADINOTO's [118] considerations on the ratio of the shell width S to the particle radius R (equation 4.3) results in a proportion of the shell width at the hollow body radius of a maximum of 10%.
Beide erwähnten Faktoren (
Vom Versprühdruck unabhängige Werte liefern die Ergebnisse für den aerodynamischen Durchmesser (dA; Gleichung 2.16), welcher mit circa 4,5·10–6 m im Zielbereich dieser Arbeit liegt. Tendenziell höhere Werte der physikalisch-chemischen Parameter werden beim Einsatz von alkalisch stabilisierten Kieselsolen als Ausgangsmaterialien gefunden. Tabelle 4.1 gibt hierfür eine Übersicht. Dieser Auflistung (Tabelle 4.1) kann darüber hinaus entnommen werden, dass sich im Rahmen einer gezielten Wahl des Ausgangsmateriales auch eine Vererbung des pH-Wertes des sprühgetrockneten Pulvers ergibt. Im Zuge der Aufkonzentrierung der Alkali-Ionen im Trocknungsprozess ist dieser in der analysierten Suspension (10% (m:m)) leicht erhöht (~0,2 pH-Wert-Einheiten). Laserbeugungsexperimente an den erhaltenen Xerogelen bei variierendem Dispergierdruck geben einen Ausblick auf die mechanische Stabilität der Hohlkörper. Eine Erhöhung des Dispergierdruckes um das Vierfache auf 4·105 Pa bewirkt eine signifikante Verschiebung der statistischen Verteilungswerte zu kleineren Werten (–30% für den d90(V)-Wert). Für Vergleichsmessungen wurde das bereits in dieser Arbeit vorgestellte Köstrosolid® 0403 verwendet. Produktionstechnisch wird bei diesem Produkt nach der Gelierung aus einem Kieselsol das erhaltene Hydrogel mit Hilfe von Trocknungs- und Vermahlungstechniken auf seine Partikelgrößenverteilung eingestellt. Dementsprechend handelt es sich bei diesem industriellen Produkt um irreguläre poröse Vollkörper, welche unter dem geringen mechanischen Stress (Dispergierdruck PDisp max. 4·105 Pa) im Experiment keinem messbaren Zerfall unterliegen.
Pulver aus unstabilisierten Edukten zerfallen mit steigender mechanischer Belastung einheitlich – mit konstantem Span (Köstrosol® 1510: 1,8 bei PDüse = 2,3·107 Pa). Diesen Solen fehlen die zur Beschleunigung der Agglomeration notwendigen Alkali-Ionen. Alkalisch stabilisierte Varianten hingegen weisen einen stetigen Anstieg des Span-Wertes in Folge des geringer absinkenden d90(V)-Wertes mit steigendem Dispergierdruck auf. Bspw. nimmt der Span von alkalischem Gel aus Köstrosol® 1510 von 1,83 (PDisp = 105 Pa) auf 2,21 (4·105 Pa) zu. Ursache dieses Effektes ist die Konzentration an Material im Tropfen. Tropfen des Sprühs mit größeren Durchmessern beinhalten reichlich kolloidales Material und haben mehr Zeit bis sie die kritische Konzentration durch verdampfendes Fluid an der, im Vergleich zu geringeren Tropfendurchmessern prozentual kleineren, Oberfläche erreicht haben. Demzufolge kommt es zu einer dichteren Packung der Hülle, woraus sich ein Stabilitätsgewinn ableitet. Kleinere Tropfenradien dagegen beinhalten deutlich weniger Material und erreichen abrupt ihre kritische Konzentration. Durch diese schnelle Ereignisfolge kommt es zu einem schnellen Viskositätsanstieg in Kombination mit einem gehemmten Stofftransport im Tropfen. Das Resultat ist eine unselektive Anordnung der monomeren Teilchen. Labile Verbindungen der Kolloide und Agglomerate untereinander – Fehlstellen – sind die Folge. Dementsprechend weisen alkalisch gebildete Partikel mit größeren Durchmessern eine höhere Beständigkeit gegenüber mechanischer Belastung auf, als deren kleinere Vertreter.Powder of unstabilized starting materials disintegrate uniformly with increasing mechanical load - constant chip (
4.2.2 Sprühtrocknung unter Beladung mit Stickstoff4.2.2 Spray drying under nitrogen loading
Eine Beladung der kolloidalen Ausgangsmaterialien mit Stickstoff gestattet den Zugang zu kleineren Partikeldurchmessern bei analogen (unstabilisierte Edukte; Span = 1,7) oder engeren (alkalische stabilisierte Edukte; Span = 1,7; –6,6%) Breiten der Partikelgrößenverteilungen. Ausnahmslos weisen beide Stabilisierungsvarianten eine Verschiebung zu geringeren Verteilungskennzahlen (Tabelle 4.2 bzw. Tabelle 7.18 im Anhang) auf. Bei einer Lösung von Stickstoff in den Solen bestätigt sich die, aus Abschnitt 4.2.1 beobachtete, Tendenz, dass aus unstabilisierten Kieselsolen hergestellte Xerogele kleinere Partikelgrößenverteilungswerte aufweisen, als unter analogen Bedingungen hergestellte alkalische Geltypen. Insbesondere die d90(V)-Daten verschieben sich, verglichen mit ohne Gelöstgas applizierten Solen, signifikant in den unteren Mikrometerbereich (d90(V) < 10–5 m bzw. Tabelle 7.18; Anhang).
In diesem Teil der Arbeit wurde der Grundstoff Kieselsol mit einem Gas beaufschlagt. Wissenschaftlicher Hintergrund dieser Beladung des Kieselsoles mit Gas unter Hochdruck und anschließende Überführung zu niedrigen Drücken war ergänzend zu der Diskussion eines sekundären Tropfenzerfalls (Mechanismus i; siehe Abschnitt 4.2) die theoretische Herleitung der folgenden zwei weiteren möglichen Effekte:
- ii. Minimierung von Partikeldefekten: Bei Gemischen von Gasen in Flüssigkeiten ist die Schallgeschwindigkeit herabgesetzt. Dementsprechend sollten Druckausgleichsprozesse signifikant schneller als in den reinen Medien ablaufen. Hierfür gibt es zwei prinzipielle Möglichkeiten im Partikelbildungsprozess. Wie in Abschnitt 2.3 (Seite 22) vorgestellt, resultiert aus der Gasdynamik beim Entspannen von Gasen eine Abkühlung des Systems. Bei einer sich während des ersten Trocknungsschrittes verfestigenden Tropfenoberfläche könnte dieser Effekt einer Überhitzung des Tropfeninneren (Abschnitt 2.1.2; Seite 10) entgegenwirken. Darüber hinaus sind Gase kompressibel, was den, mit der Überhitzung assoziierenden Druckanstieg im Tropfeninneren, reduzieren wür de. Resultierend daraus sollte der Partikeldefekt eines Aufblähens („Ballooning”) [47, 121] bei der Synthese unwahrscheinlicher werden. Im zweiten Teil der Partikelbildung könnte das sich aus dem Fluid entlösende Gas der Formung eines partiellen inneren Vakuums als Gegendruck entgegenwirken. Fehlerbehaftete Stofftransportvorgänge an der noch nicht verfestigten Hülle könnten hierdurch reduziert werden.
- iii. Optimierung der Trocknung: Der gebildeten Tropfen wird zusätzlich zum angelegten Trocknungsgasstrom vom sich entlösenden Gas getrocknet. Zusätzliche Phasengrenzflächen durch Gasbläschen optimieren den Übergang der Flüssigkeitsmoleküle in die Gasphase.
- ii. Minimization of Particle Defects: For mixtures of gases in liquids, the speed of sound is reduced. Accordingly, pressure equalization processes should proceed significantly faster than in the pure media. There are two principal possibilities in the particle formation process for this. As described in Section 2.3 (page 22), gas dynamics result in a cooling of the system when gases are released. In the case of a drop surface solidifying during the first drying step, this effect could counteract overheating of the drop inside (Section 2.1.2, page 10). In addition, gases are compressible, which would reduce the pressure increase inside the drop associated with the overheating. As a result, the particle defect of "ballooning" [47, 121] in synthesis should become less likely. In the second part of the particle formation, the gas releasing from the fluid could counteract the formation of a partial internal vacuum as backpressure. Faulty mass transfer operations on the not yet solidified shell could be reduced thereby.
- iii. Optimization of the drying: The formed drop is dried in addition to the applied drying gas stream of the releasing gas. Additional phase interfaces through gas bubbles optimize the transition of the liquid molecules into the gas phase.
Mit Hilfe von
Vergleiche der mittels des Laserbeugungsgerätes Spraytec erhaltenen Werte für die Tropfendurchmesser mit den für die Xerogele erhaltenen Größenverteilungswerten (d90(V)) lassen auf einen direkten Einfluss der Gasbeaufschlagung schließen. Bei unstabilisierten Edukten nimmt das Verhältnis des Partikeldurchmessers zu dem ermittelten Tropfendurchmesser (d90(V)) bei einem Düsenausgangsdruck von 2,3·107 Pa von 54% durch Beaufschlagung mit Stickstoff auf unter 39% ab. Des Weiteren wird der Wertals beschreibender Faktor der „Hollowness”, signifikant von 0,26 auf 0,22 erniedrigt. Diese Varianz in den physikalischchemischen Eigenschaften, der aus unstabilisierten Kieselsolen gewonnenen Xerogele kann nur mit einem stickstoffmanipulierten Partikelbildungs- und Trocknungsmechanismus erklärt werden. Derartige Kieselsole charakterisieren sich durch eine Hemmung der Gelbildung (Geliergeschwindigkeit) im viskoelastischen Bereich (Abschnitt 4.1.1). Des Weiteren ist dieser Bereich deutlich unschärfer gezeichnet (Feststoffgehalt von 25 bis 50% (m:m)) als ihre alkalisch stabilisierten Analoga. Als Folge sind hier die Einflüsse des sich entlösenden Stickstoffes wesentlich prägnanter. Vorstellbar ist in diesem Zusammenhang ein Modell mit kleinen lokalen Erstarrungspunkten zu Beginn des viskoelastischen Bereiches. Diese liegen im weiteren Trocknungsprozess vorerst isoliert vor. Ab einem kritischen Punkt können diese verfestigten Stellen anschließend koagulieren oder voneinander abgegrenzt kleine, einzelne Partikel bilden. Dies bestätigt ebenfalls den postulierten Mechanismus iii (Seite 58) in Bezug auf die Steuerung von Defektwahrscheinlichkeiten durch einen veränderten Trocknungsprozess.Comparisons of the droplet diameter values obtained with the X-ray diffraction device Spraytec with the size distribution values obtained for the xerogels (d 90 (V)) indicate a direct influence of the gas loading. In the case of unstabilized educts, the ratio of the particle diameter to the determined drop diameter (d 90 (V)) at a nozzle outlet pressure of 2.3 · 10 7 Pa decreases from 54% by application of nitrogen to below 39%. Furthermore, the value as a descriptive factor of "Hollowness", decreased significantly from 0.26 to 0.22. This variance in the physicochemical properties of xerogels obtained from unstabilized silica sols can only be explained by a nitrogen manipulated particle formation and drying mechanism. Such silica sols are characterized by an inhibition of gelation (gelation rate) in the viscoelastic region (Section 4.1.1). Furthermore, this area is markedly blurred (solids content of 25 to 50% (m: m)) as their alkaline-stabilized analogues. As a result, the influences of the releasing nitrogen are much more prominent here. In this context, a model with small local solidification points at the beginning of the viscoelastic region is conceivable. These are initially isolated in the further drying process. From a critical point, these solidified sites can then coagulate or, separated from one another, form small, single particles. This also confirms the postulated mechanism iii (page 58) for controlling defect probabilities by changing the drying process.
Bei den hergestellten alkalischen Xerogelen bleiben unter Beladung mit Stickstoff im Vergleich zur Versprühung ohne Gas wesentliche Eigenschaften, wie geometrischer Durchmesser dg, Anteil der Hüllenbreite am Partikelradius
Die analogen Vergleiche der durch das Spraytec erhaltenen Werte für die Tröpfchengrößenverteilung mit den für die alkalischen Pulver erhaltenen Werten (d90(V)) verdeutlichen diesen Effekt. Bei alkalisch stabilisierten Edukten wird der Partikeldurchmesser bereits bei rund 62% des Ausgangstropfendurchmessers (53% mit Stickstoff) fixiert. Daraus schlussfolgernd werden die alkalischen Sole mit Erreichen ihres kritischen Konzentrationspunktes zeitlich kürzer in Gele überführt. Ursache hierfür ist eine erhöhte Geliergeschwindigkeit infolge der vermehrten elektrostatischen Wechselwirkungen mit den Alkali-Ionen. Beim Durchlaufen dieses, im Vergleich zu den unstabilisierten Solen auf die Konzentration bezogenen kleineren viskoelastischen Bereiches, sind nur wenige Möglichkeiten einer räumlichen und zeitlichen Modifikation der Partikelstruktur realisierbar.The analogous comparisons of the droplet size distribution values obtained by the Spraytec with the values obtained for the alkaline powders (d 90 (V)) illustrate this effect. In the case of alkaline-stabilized educts, the particle diameter is already fixed at about 62% of the initial droplet diameter (53% with nitrogen). As a result, the alkaline sols are converted into gels with shorter time to reach their critical concentration point. The reason for this is an increased gelling speed as a result of the increased electrostatic interactions with the alkali ions. When passing through this, compared to the unstabilized sols on the concentration related smaller viscoelastic range, only a few possibilities of a spatial and temporal modification of the particle structure can be realized.
Der Zerfall alkalisch hergestellter Xerogele mit steigendem Dispergierdruck im Laserbeugungsexperiment nimmt im Vergleich zur unbeaufschlagten Variante (+7%) leicht zu. Eine Erklärung dieser reproduzierbaren Varianz ist, dass der sich entlösende Stickstoff im Tropfen die Vernetzung monomerer Grundeinheiten bei der Ausbildung der Partikelhülle beeinträchtigt. Zusätzliche Phasengrenzflächen in Kombination mit einem damit verbundenen verstärkten Trocknungseffekt bewirken einen zeitlich verzögerten Stofftransport im Tropfen (Mechanismus iii). Die Partikelverteilung wird als dessen Folge bei gleichen makroskopischen Partikeleigenschaften zu geringeren Werten verschoben. Analog den Beobachtungen zum Fließ- und Gießverhalten der erhalten Xerogele Abschnitt 4.2.1 weisen die in diesem Abschnitt hergestellten Pulver analoge Eigenschaften auf. Kohäsive Effekte werden in rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen nur bei sehr kleinen Partikeldurchmessern (< 5·10–7 m) als Folge ihrer Oberflächenchemie beobachtet. Zugleich ist eine Vererbung des pH-Wertes vom Ausgangsmaterial nachweisbar.The decomposition of alkaline-produced xerogels with increasing dispersion pressure in the laser diffraction experiment increases slightly compared to the unbounded version (+ 7%). One explanation for this reproducible variance is that the releasing nitrogen in the droplet impairs the crosslinking of monomeric repeat units during the formation of the particle shell. Additional phase interfaces in combination with an associated increased drying effect cause a time-delayed mass transfer in the drop (Mechanism iii). As a result, the particle distribution is shifted to lower values with the same macroscopic particle properties. Analogous to the observations on the flow and casting behavior of the obtained xerogels Section 4.2.1, the powders produced in this section have analogous properties. Cohesive effects are observed in scanning electron micrographs only at very small particle diameters (<5 × 10 -7 m) as a consequence of their surface chemistry. At the same time an inheritance of the pH of the starting material is detectable.
4.2.2.1 Einflussfaktor Feststoffgehalt4.2.2.1 Influence factor solids content
Für eine Gewährleistung der Reproduzierbarkeit der Ergebnisse mit dem Ziel einer Reduzierung von Partikeldefekten wurden für die weiteren Betrachtungen dieses Abschnittes nur Kieselsole unter Beaufschlagung mit Stickstoff (V ·N2 = 0,7 NL min–1) verwendet. Als Trocknungsprofil (siehe Abschnitt 3.3.2) wurde Betriebsart 2 (TE = 398 K; TA = 393 K) gewählt. Der Parameter Feststoffgehalt des Ausgangsmateriales hat einen wesentlichen Einfluss auf die Partikelform und -größenverteilung. MAAs et al. [131] sowie MASTERs [86] Betrachtungen zu einer direkten Abhängigkeit von Eduktkonzentration und Partikelradius können mittels Laserbeugungsexperimenten an den erhaltenen Pulvern in dieser Arbeit bestätigt werden (
LUKASIEWICZ [121] beobachtete, dass mit steigendem Feststoffgehalt der Anteil des Hohlkörpers („Hollowness”) ab- und die der festen Strukturen (Vollkörper) zunehmen. Als Ursache kennzeichnete er die Verkürzung der konstanten Stoffübergangsgeschwindigkeit des Tropfens [63]. HADINOTO [118] nutzte für diese Art der Beschreibung das Verhältnis der effektiven (ρeff) zur Reinstoffdichte (ρtrue) als darstellenden Faktor. Grundlage der Reinstoffdichte für amorphes Siliziumdioxid (2,2·103 kg m–3) in dieser Arbeit war der Literaturwert gemäß ILER [179]. Für die Druckwechseltechnologie trifft die Aussage einer Zunahme des Vollkörperanteiles mit zunehmender Ausgangsmaterialkonzentration jedoch nur auf Xerogele aus alkalisch stabilisierten Edukten zu. Hierbei kommt es als Folge der Tröpfchengrößenverteilung in Kombination mit der Aufkonzentrierung der Alkali-Ionen, welche nachweislich die Gelbildung fördern [179], zu der angeführten Reduzierung des Hohlkörperanteiles. Das Verhältnis der Hüllenbreite zum Partikelradius
Unstabilisierten Ausgangsmaterialien (Kieselsolen) fehlt diese Art von „Beschleunigung”, so dass diese dem Zusammenspiel von schneller Trocknung und langsamer Gelbildung unterliegen. Beim Versprühen von derartigen Solen bestätigt sich, dass die Neigung zur Generierung von Partikeln seitens der Art der Aufkonzentration sowie der Lage des viskoelastischen Bereichs bestimmt wird. Ein besonderes Merkmal dieser Geltypen ist die Konstanz der Hüllenbreite am Partikelradius (
Pulver aus alkalisch stabilisierten Kieselsolen zeigen ebenfalls eine Tröpfchengrößenlimitierung. Wird der Feststoffgehalt einer Dispersion (ms ~ 5% (m:m); dK = 1,5·10–8 m) um den Faktor Zwei verdoppelt, erhöht sich das Verhältnis der Hüllenbreite zum Partikelradius
Geometrische Durchmesser von dg < 7·10–6 m sind für vergleichbare Produkte in Kombination mit derartigen Konzentrationen sowie kurzen Trocknungszeiten (τTr ~ 0,1 s; Pe > 40) in der Literatur noch nicht beschrieben worden. Ebenfalls unbekannt ist die Reduzierung der Wahrscheinlichkeit von Partikeldefekten als Kombination der Faktoren Konzentration, Versprühdruck und Stickstoffbeaufschlagung. Eine Bestätigung der Zunahme größerer und Abnahme kleinerer Partikeldurchmesser mit steigendem Feststoffgehalt des Ausgangsmateriales liefert die Übersicht in Tabelle 4.4.Geometric diameters of d g <7 x 10 -6 m have not been described in the literature for comparable products in combination with such concentrations and short drying times (τ Tr ~ 0.1 s; Pe> 40). Also unknown is the reduction in the likelihood of particle defects as a combination of the factors concentration, atomizing pressure and nitrogen loading. Confirmation of the increase in larger and smaller particle diameter decreases with increasing solids content of the starting material is provided in the overview in Table 4.4.
Beide Stabilisierungstypen kennzeichnen sich durch eine Zunahme der Schüttdichte in ihren hergestellten Pulvern mit steigender Eduktkonzentration, wobei die alkalischen Ausgangsmaterialien tendenziell höhere Werte (Tabelle 7.22 und 7.24; Anhang) aufweisen. Entgegen WALTONs [47] Aussage können bei alkalischen Xerogelen bereits bei Feststoffgehalten von > 15% (m:m) Schüttdichten über 6·102 g L–1 erzielt werden. Mit steigendem Partikeldurchmesser nimmt jedoch die Schüttdichte als Folge der sinkenden Packungsdichte (Abschnitt 4.2.2.3) ab. Während Pulver aus Ausgangskolloidgrößen von dK = 1,5·10–8 m (ms = 10% (m:m); PDüse = 2,3·10 Pa) Schüttdichten von ρs = 593 g L–1 aufweisen, liegen die Werte von Pulvern mit größeren Solteilchen (dK = 4,5·10–8 m) im Bereich von ρs = 550 g L–1. Ursache dieses Effektes ist die, als Folge der Produktionsbedingungen unumgängliche, Verschiebung zu einer bimodalen Verteilung der Edukte. Dementsprechend konkurrieren verschiedene Teilchendurchmesser bei der Ausbildung der Partikelhüllen. Ein modifizierter viskoelastischer Bereich sowie eine veränderte Gelbildung sind die Folge. Die ermittelten BET(N2; 77 K)-Oberflächen entsprechen denen der kolloidalen Ausgangsmaterialen (Sears-Oberfläche [188]) und sind unabhängig vom pH-Wert des Startmateriales. Es wird keine auswertbare Porenbildung beobachtet. Analog den Beobachtungen der vorherigen Kapitel ist im Laserbeugungsexperiment ein Zerfall der Partikel mit Erhöhung des Dispergierdruckes zu verzeichnen. Da bei den aus unstabilisierten Kieselsolen gewonnenen Xerogelen das Verhältnis von Hüllenbreite zu Partikelradius
4.2.2.2 Einflussfaktor Temperatur4.2.2.2 Influence factor temperature
Amorphes Siliziumdioxid (Silica) kennzeichnet sich durch eine komplexe Oberflächenmorphologie aus, deren Zusammensetzung aus einer Vielzahl verschiedenster Silanolgruppenarten (
Während Bulkwasser bereits bei geringen Temperaturen und Druckdifferenzen in die Gasphase überführt werden kann, lassen sich die, durch attraktive Wechselwirkungen mit den Silanolgruppen gebundenen, Wassermoleküle an der Feststoffoberfläche erst bei rund 393 K und geringen Drücken entfernen [197–203]. Die Vernetzung der internen Silanolgruppen unter Wasserabspaltung sowie die Überführung des Restwassers im Inneren der Silicaphase in die Gasphase erfolgen je nach Vernetzungsgrad bei Temperaturen zwischen 420 bis 500 K [204–206]. Eine Überführung der letzten Silanolgruppen im Siliziumdioxid-System unter Abspaltung von Wasser erfolgt jedoch erst bei rund 720 K [207–209].While bulk water can be vaporized even at low temperatures and pressure differences, the water molecules bound to the surface of the solid surface by attractive interactions with the silanol groups can only be removed at about 393 K and low pressures [197-203]. The crosslinking of the internal silanol groups with elimination of water and the transfer of the residual water in the interior of the silica phase in the gas phase take place depending on the degree of crosslinking at temperatures between 420 to 500 K [204-206]. However, a transfer of the last silanol groups in the silica system with elimination of water takes place only at about 720 K [207-209].
In diesem Abschnitt des Kapitels wird der Einflussfaktor Temperatur auf die Pulvereigenschaften diskutiert [86]. Im ersten Teil werden die Ergebnisse der Sprühkammer- bzw. der Trocknungsgastemperaturen (TA und TE) vorgestellt. Anschließend werden die Folgen einer modifizierten Sprüheingangstemperatur (TDüse) auf die Bildung von Partikeln diskutiert. Im Zusammenhang mit der Temperatur des Trocknungsgases konnte LUKASIEWICZs [121] Aussage bestätigt werden, dass mit steigender Trocknungstemperatur der Hohlkörperanteil der erhaltenen Partikel zunimmt. Bei geringen Temperaturen kommt es zu einer kontrollierten (langsameren) Trocknung, in deren Folge sich charakteristisch kompaktere Körpermit anteilsmäßig breiteren Hüllen (
Es zeigt sich, dass Trocknungstemperaturen, welche die an der Oberfläche gebundenen Wassermoleküle entfernen (T > 393 K), in Kombination mit geringen Drücken in der Trocknungskammer die Bildung von sphärischen Partikeln fördern. Entgegen SHAWs [125] Empfehlungen zur Wahrscheinlichkeit von Partikeldefekten (Defektdichte) nimmt der Anteil an regulären Partikeln mit sinkender Trocknungstemperatur von anzahlbezogenen ~90% (Betriebsart 2; 398 K) auf ~70% (Betriebsart 1; 363 K) ab (
Während der geometrische Durchmesser als Folge dieser Beobachtungen mit steigender Trocknungstemperatur von 5,6·10–6 m auf 6,2·10–6 m zunimmt, ist der aerodynamische Durchmesser der Partikel (dA = 4,3·10–6 m) bei den betrachteten Bedingungen konstant (Tabelle 4.5). Dies ist medizin-wissenschaftlich ein bedeutender Effekt. Können so bei gleichem „Flugverhalten” differenzierte Eigenschaften wie beispielsweise Partikelradius, Schüttdichte und Zerfallsverhalten des verkapselten Wirkstoffes auf die Eigenschaften des Zielmilieus angepasst werden. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der hergestellten Kieselgele in Bezug auf die Temperatur des Ausgangsmateriales (TDisp = 298 K sowie 323 K)) zeigen ein eindeutiges Bild. Die Temperatur der Dispersion stellt einen wesentlichen Einflussfaktor auf die Bildung von Partikeln dar [86]. Bei einer Erhöhung der Eingangstemperatur der Dispersion um 25 K auf 323 K werden aus mehrheitlich sphärischen Partikeln ausnahmslos irreguläre Partikel gebildet.
Wie Tabelle 4.6 zu entnehmen ist, dominieren mit Erhöhung der Sprüheingangstemperatur weitere negative Effekte der Partikelbildung. Signifikante Zuwächse zeigen die Werte für den Partikeldurchmesser (+10,9%), dessen Größenverteilungsbreite (+4,7%), die Schüttdichte (+15,1%) sowie die Verhältnisse von Hüllenbreite zu Partikelradius (+16,6%) bzw. effektiver zu Reinstoffdichte (+15,1%). Im Zuge dieses Anstieges der geometrischen Daten steigt auch der aerodynamische Durchmesser von 3,3·10–6 m (TDisp = 298 K) auf 4,1·10–6 m (TDisp = 323 K). Die Redispergierung im Laserbeugungsexperiment dieser Granulate ist ebenfalls ungünstiger, als das gewählte Referenzmaterial (Köstrosol® 1510 bei TDisp = 298 K).As can be seen from Table 4.6, with increasing the spray inlet temperature, further negative effects of particle formation dominate. The particle diameter (+ 10.9%), the size distribution width (+ 4.7%), the bulk density (+ 15.1%) and the ratio of shell width to particle radius (+ 16.6%) resp more effective to pure substance density (+ 15.1%). In the course of this increase in the geometric data, the aerodynamic diameter of 3.3 × 10 -6 m (T Disp = 298 K) also increases to 4.1 × 10 -6 m (T Disp = 323 K). Redispersion in laser diffraction experiment of these granules is also less favorable than the selected reference material (Köstrosol ® 1510 T Disp = 298 K).
4.2.2.3 Variation des Ausgangsmateriales4.2.2.3 Variation of the starting material
Kolloidale Kieselsäuren sind in variablen Partikeldurchmessern herstellbar. Je nach ausgewählter Syntheseroute und technischen Parametern können monomodale oder polymodale Verteilungen generiert werden. Ausgehend vom Rohstoff Natriumwasserglas sind für die erhaltenen nanoskalaren Partikel ab einem Durchmesser von circa 25·10–9 m bimodale Verteilungen meist unumgänglich. In dieser Arbeit wurden alkalisch stabilisierte Ausgangsmaterialen (Kieselsole) mit Teilchendurchmessern von 7, 15 und 45·10–9 m untersucht und verglichen. Mit dem Ziel einer Reduzierung von Partikeldefekten wurden alle Sprühtrocknungsexperimente unter Beaufschlagung mit Stickstoff (V ·N2 = 0,7 NL min–1) durchgeführt. Eine Auswertung der physikalisch-chemischen Parameter der Kieselgele untereinander sowie mit den Edukten zeigte, dass durch die Wahl des Ausgangsmateriales wesentliche Oberflächenparameter vorgegeben (vererbt) werden konnten.
Eine zeitlich längere, gleichmäßigere Überführung des Dispergiermediums in die Gasphase (Stoffübergangsgeschwindigkeit) stellt einen grundlegenden Einflussfaktor auf die Partikelgrößenverteilung eines Pulvers dar. Infolgedessen besitzen die aus kleinteiligen Kolloiden hergestellten Xerogele eine breitere Partikelgrößenverteilung als deren Analoga mit größeren Kolloiddurchmessern. Dieser Sachverhalt erlaubt eine Reduzierung des Zwischenkornvolumens im Pulver, in dessen Folge Packungsdichte und Schüttdichte ansteigen. Dieser Effekt ist unabhängig von der Ausgangskonzentration der kolloidalen Teilchen. Die hergestellten Xerogele weisen keinen auswertbaren Unterschied im Anteil irregulärer Partikelformen bzw. Defekthäufigkeiten auf. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen in
In Kombination mit den Erkenntnissen der vorhergehenden Abschnitte kann die Aussage getroffen werden, dass die Partikelbildung direkten Bezug zur Stabilisierung, der Konzentration an Alkali-Ionen und dem damit verbundenen pH-Wert, der Dispersionen aufweist. Der Kolloiddurchmesser der Ausgangsmaterialien spielt in diesem Prozess nur eine untergeordnete Rolle. Er beeinflusst hauptsächlich die Eigenschaften der Partikelgrößenverteilung. Durch gezielte Auswahl des Eduktes kann mit Hilfe der Druckwechseltechnologie direkt Einfluss auf gewünschte Produkteigenschaften wie Defektdichte, Partikelverteilung sowie die Oberfläche bei variablen Randbedingungen genommen werden. Durch Variation der Konzentration können die geometrischen Kenngrößen dieser Xerogele definiert werden. Eine zusätzliche Beaufschlagung mit Stickstoff senkt die Maxima der Partikelgrößenverteilungen, die Wahrscheinlichkeit von Defekten sowie die mechanische Belastbarkeit der erhaltenen Granulate. Variationen der Trocknungs- und Sprüheingangstemperatur beeinflussen direkt die Partikelform. So können durch gezielte Modifikation dieser Parameter Partikelformen bevorzugt oder Partikeldefekte reduziert werden.In combination with the findings of the previous sections, it can be said that the particle formation has a direct relation to the stabilization, the concentration of alkali ions and the associated pH value of the dispersions. The colloid diameter of the starting materials plays only a minor role in this process. It mainly influences the properties of the particle size distribution. Through targeted selection of the reactant, the pressure swing technology can directly influence desired product properties such as defect density, particle distribution and the surface under variable boundary conditions. By varying the concentration, the geometric characteristics of these xerogels can be defined. An additional application of nitrogen reduces the maxima of the particle size distributions, the probability of defects and the mechanical strength of the granules obtained. Variations of the drying and spray inlet temperature directly affect the particle shape. Thus, specific modifications of these parameters may favor particle shapes or reduce particle defects.
4.2.2.4 Einfluss von Additiven4.2.2.4 Influence of additives
Bei allen durchgeführten Untersuchungen diente ein unstabilisiertes Köstrosol® 1510 als Ausgangsmaterial. Mit diesem hieraus hergestellten reinen Referenzgel wurden alle Modifizierungsmaßnahmen verglichen. Alle Proben wurden bei gleichem Düsenausgangsdruck PDüse = 2,3·107 Pa, analogen Trocknungstemperaturen (Betriebsart 2; TA = 398 K; TE = 393 K) und unter Beaufschlagung mit Stickstoff (V ·N2 = 0,7 NL min–1) appliziert. Um Eigenschaften der Ausgangsmaterialien sowie Verdampfungsprozesse bei der Sprühtrocknung zu optimieren, können Modifizierungen an den Kolloiden selbst eingebracht oder Additive zur Beeinflussung der Oberflächen- und Grenzflächenchemie zugesetzt werden. Diese Zusätze können neben reinen Lösungsmitteln ebenso Netzmittel und Tenside sein. Im folgenden Abschnitt wurde der Einfluss einer Zumischung von Monoethylenglykol (σ = 47,7·10–3 N m–1; pFl = 5,3·103 Pa bei 293 K) [210] untersucht. Hierdurch sollte die Polarität des Dispergiermediums modifiziert und die Oberflächenspannung gezielt variiert werden. Durch die Zugabe von Monoethylenglykol (Glykol) konnte aktiv Einfluss auf die Partikelbildung der erhaltenen Xerogele genommen werden. Mit zunehmendem organischem Lösungsmittelanteil sinken die Kennzahlen der Partikelgrößenverteilung signifikant (Tabelle 4.8). So kann durch eine 10%ige Zumischung (m:m) von Monoethylenglykol zu einen Köstrosol® 1510 der d90(V)-Wert der Verteilung der hergestellten Pulver um ~36% auf 6,9·10–6 m reduziert werden. Analog zu CHUs [96] Ergebnissen kann dennoch kein Zusammenhang zwischen organischem Lösungsmittelzusatz und Bulkdichte gefunden werden. Ursache hierfür ist neben den variierenden Partikelgrößenverteilungen der Produkte auch eine Zunahme von Fehlstellen und Defekten. Charakteristische Unterschiede gibt es in der Struktur der Partikelhülle der hergestellten Xerogele. Wie
Stickstoff-Sorptions-Messungen an den erhaltenen, glykolmodifizierten Xerogelen liefern die analogen Ergebnisse wie das unstabilisierte Referenzmaterial. Die Auswertung der texturellen Daten zeigen weiterhin, dass bei geringen Konzentrationen des Additivs Monoethylenglykol (≤ 5% (m:m)), keine Veränderungen erfolgen. Dementsprechend kann auch bei diesen Materialien die Vererbung von Oberflächenmerkmalen (ABET vs. ASEARS; Porendurchmesser) von den kolloidalen Ausgangsmaterialien bestätigt werden. Auf dieser Basis aufbauend sind Auswirkungen einer geringen Additivkonzentration einzig auf die Verdampfung des Fluids und einhergehend die Partikelgrößenverteilung zu beobachten [96]. Werden diese Additivkonzentrationen erhöht (> 5% (m:m)), ist eine Vergleich und eine Auswertung der Stickstoff-Sorptions-Isothermen nicht mehr durchführbar. Die erhaltenen texturellen Daten des Porenaufbaus sind nicht im Übereinklang mit den morphologischen Daten der rasterelektronischen Untersuchungen. Eine Ursache in diesem Zusammenhang können die beschriebenen Defekte in der Hüllenstruktur darstellen. Als weiteres Additiv in dieser Arbeit wurde das Netzmittel Dynol TM 607 (2,5,8,11-Tetramethyl-6-dodecyn-5,8-diolethoxylat) verwendet. Schwerpunkt der Untersuchung in Kombination mit diesem Additiv lag in der Modifizierung der Grenzflächeneffekte an den Silanolgruppen. Die entstehenden Wechselwirkungen sollten den Vorgang der Trocknung grundlegend beeinflussen. Derartige grenzflächenaktive Substanzen fördern durch eine Erniedrigung der Phasenübergangsenergien den Übergang von Wassermolekülen an der Grenzschicht Fest-Flüssig (Silanolgruppen) in die Bulkphase. Infolgedessen wird die Differenz in den Geschwindigkeiten zwischen Diffusion der Teilchen im Bulk sowie Zuführung von Fluidmolekülen aus dem Bulk und Abführung dieser von der Oberfläche (Péclet-Zahl) wesentlich erhöht. Hieraus ergibt sich, dass der Gradient der Konzentration (
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung der Kolloidchemie ist eine Modifikation der Oberfläche der Solpartikel. Durch ein gezieltes Beschichten (Coaten) mit Natriumaluminatlauge kann die Anzahl der Silanolgruppen auf der Oberfläche der kolloidalen Teilchen wesentlich reduziert werden (
Wie
4.2.3 Oberflächenmorphologie 4.2.3 Surface morphology
Wie in den vorhergehenden Abschnitten beschrieben, offenbaren die, mittels Stickstoff-Sorption gemessenen BET(N2; 77 K)-Oberflächen Abhängigkeiten zum Ausgangsmaterial. Diese Daten sind unabhängig von der eingesetzten Konzentration oder den gewählten technischen Sprühparametern (PDüse; TVK; TE; TA; TDisp). Des Weiteren zeigen rasterelektronische Aufnahmen (
Der Nachweis einer Abhängigkeit der partikelmorpholgischen Eigenschaften der sprühgetrockneten Xerogele vom Ausgangsteilchendurchmesser der kolloidalen Systeme kann mit Hilfe einer Porengrößenanalyse erfolgen. Ausgehend von einer dichtesten Packung dieser Monomere auf der Oberfläche der gebildeten Partikel ist das entstehende Volumen zwischen den einzelnen kolloidalen Teilchen (Monomer) des Ausgangsmateriales (Zwischenpartikelraum VZPR) ein strukturgebendes Merkmal. Entstehende Oktaeder- (VO) sowie Tetraederlücken (VT) in diesem Aufbau sind dementsprechend direkt abhängig vom Durchmesser der packungsbildenden Bausteine [42].
Gemäß Gleichung 4.4 ist dieser Zwischenpartikelraum linear abhängig von der Anzahl (n) und dem Radius der kolloidalen Monomere (VO, VT). Mit Hilfe der Stickstoff-Sorption (BJH-Modell) und der Quecksilberporosimetrie wurde die erhaltende Porenweite (Porenradius) gegen den Kolloiddurchmesser der Ausgangsmaterialien aufgetragen (
Die Tatsache, dass es sich um Zwischenpartikelvolumen handelt, verdeutlicht auch, dass die erhaltenen Pulvermorphologien unabhängig von den Trocknungsbedingungen sind. Analoge Aussagen können auch für die Sprühtemperatur des Ausgangsmateriales gegeben werden. Bei beiden Parametern bleiben BET(N2; 77 K)-Oberfläche und adsorbiertes Volumen nahezu identisch (Tabelle 7.31).The fact that they are interparticle volumes also illustrates that the resulting powder morphologies are independent of the drying conditions. Analogous statements can also be given for the spray temperature of the starting material. For both parameters, BET (N 2 , 77 K) surface and adsorbed volume remain nearly identical (Table 7.31).
Alkalische Xerogele weisen in ihren adsorbierten Volumina bei der Stickstoff-Sorption tendenziell geringere Werte auf, als die unter analogen Bedingungen hergestellten, unstabilisierten Kieselgele. Das Volumen im Zwischenpartikelraum der erhaltenen Pulver unterschiedlicher Stabilisierungsformen ist eine Funktion des kolloidalen Durchmessers der Ausgangsmaterialien. Da die unstabilisierten Sole aus den alkalischen Solen hergestellt werden, der Durchmesser der Teilchen also äquivalent ist, kann das hieraus gebildete Volumen gleichgesetzt werden. Folglich kann nur eine Modifikation des Zwischenkornvolumens diese Tendenz erklären. In diesem Zusammenhang stellt also die variierende Partikelgrößenverteilung der Gele zwischen den Stabilisierungsformen die Erklärung dieses Befundes dar. Unterschiedliche Zwischenpartikelraummaxima (Porenradienmaxima; BJH-Modell) sind jedoch für die aus aluminatmodifizierten Kieselsolen hergestellten Xerogele beobachtbar. Hier kommt es auf Grund der verringerten Reaktivität und unterschiedlichem Kolloiddurchmesser der modifizierten Partikel zu einer Abnahme des Zwischenpartikelraumvolumens (
4.2.4 Nachweis des amorphen Charakters4.2.4 Proof of the amorphous character
Im Zuge einer medizinischen und arbeitsschutzrechtlichen Betrachtung ist kristallines Siliziumdioxid in nanoskalarer Form ein nicht zu unterschätzendes Gesundheitsrisiko. Bekanntermaßen ist diese Form des Siliziumdioxids als kanzerogen eingestuft [196]. Dementsprechend ist der Nachweis einer amorphen Struktur für Pulver, welche eine Lungengängigkeit (pulmonal; dp < 10–6 m) aufweisen, von wesentlichem wissenschaftlich-technischem Interesse.
4.2.5 Modell der Partikelbildung4.2.5 Model of particle formation
Das in dieser Arbeit vorgestellte Modell der Partikelbildung (
Ursache der prozesstechnisch möglichen Defektmechanismen – Formung eines partiellen Vakuums sowie Überdruck im Tropfeninneren durch verminderte Permeabilität – im Trocknungsvorgang sind Druckschwankungen im Tropfen durch Stofftransportvorgänge. Die Kombination von Gelöstgas und Fluid sorgt für eine Absenkung der Schallgeschwindigkeit gegenüber den reinen Medien. So können Druckschwankungen im System schneller ausgeglichen werden. Die Trocknung verläuft „gleichmäßiger”. Bei der Formung eines partiellen Vakuums wird druckbedingt mehr gelöstes Gas aus dem Fluid in die Gasphase entlöst. Der so bewirkte Druckaufbau wirkt dem entstehenden Druckverlust entgegen. Im Zusammenhang mit der Überhitzung des Tropfeninneren bewirkt der resultierende Abkühlungseffekt beim Entlösen des Gases in Folge der Gasdynamik eine zeitliche Verzögerung bzw. Abschwächung eines Druckaufbaus. Diese kontrollierbaren Bedingungen im Tropfen bei der Trocknung führen zur Ausbildung von Partikeln mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit an Defekten. Als eine weitere Folge der stetigen Entlösung von Gas aus dem Fluid kommt es zu einem reduzierten Verhältnis von Hüllenbreite zu Partikelradius (Hüllendicke). Die Überführung der Fluidmoleküle in die Gasphase erfolgt an Stellen, wo noch kein starres Material vorliegt. Dieser Stofftransport im Tropfeninneren wird durch die Entlösung und Strömungsbildung des Stickstoffes gefördert. Als Folge kommt es zu einer schnelleren Verdampfung sowie einer zielgerichteten Verfestigung von Stellen mit hoher Permeabilität – Orten mit weniger Feststoff und höherer Defektwahrscheinlichkeit.Cause of the process-technically possible defect mechanisms - formation of a partial vacuum as well as overpressure in the drop inside by reduced permeability - in the drying process are pressure fluctuations in the drop by mass transfer processes. The combination of dissolved gas and fluid reduces the speed of sound compared to pure media. This allows pressure fluctuations in the system to be compensated faster. The drying process is "smoother". During the formation of a partial vacuum, more dissolved gas is released from the fluid into the gas phase due to pressure. The resulting pressure build-up counteracts the resulting pressure loss. In connection with the overheating of the drop interior, the resulting cooling effect on release of the gas as a result of the gas dynamics causes a time delay or weakening of a pressure build-up. These controllable drying conditions during drying lead to the formation of particles with a lower probability of defects. As a further consequence of the steady release of gas from the fluid, there is a reduced ratio of shell width to particle radius (shell thickness). The transfer of the fluid molecules into the gas phase occurs at locations where no rigid material is present. This mass transfer inside the drop is promoted by the release and flow of the nitrogen. As a result, faster evaporation and targeted solidification of high permeability sites occur - sites with less solids and higher probability of defects.
4.3 Dispersionsversuche4.3 Dispersion experiments
Die Dispergierung von Pulver ist in vielen Bereichen eine wesentliche Grundlage, um die Ein- und Verarbeitung von Produkten und Produktgruppen zu optimieren. Besonders staubige Pulver werden aus Anwendbarkeitsgründen meist in weniger belastende, großvolumige Formen überführt. Oft ist jedoch die Rücküberführung derartiger Systeme in Dispersionen schwierig zu realisieren. In den vorangegangen Kapiteln konnte gezeigt werden, dass bei den hergestellten amorphen Pulvern die nanoskalare, kolloidale Monomereinheit als Grundbaustein der Partikel erkennbar ist. Dieser Bereich der Arbeit soll untersuchen, ob mit Hilfe der Druckwechseltechnologie gezielt Agglomerate anstelle literaturbekannter Aggregate gebildet wurden. Hierfür soll die Redispergierbarkeit dieser Pulver untersucht werden. Abschnitt 4.3.1 umfasst die Ergebnisse der Redispergierbarkeitsversuche auf Basis wässriger Medien. Neben reinen wässrigen Systemen werden auch die Untersuchungen mit Basen sowie den Xerogelen aus additivierten Ausgangsmaterialien erläutert. Im darauf folgenden Abschnitt werden die Redispergierbarkeitsuntersuchungen in 2-Propanol vorgestellt.The dispersion of powder is an essential basis in many areas in order to optimize the processing and processing of products and product groups. For reasons of applicability, especially dusty powders are usually converted into less burdensome, bulky forms. Often, however, the reconversion of such systems into dispersions is difficult to achieve. In the previous chapters it could be shown that the nanoscalar, colloidal monomer unit of the prepared amorphous powders is recognizable as the basic building block of the particles. This field of work will investigate, if with the help of the pressure swing technology agglomerates were formed instead of known aggregates. For this purpose, the redispersibility of these powders should be investigated. Section 4.3.1 covers the results of redispersibility tests based on aqueous media. In addition to pure aqueous systems, investigations with bases and xerogels from additized starting materials are also explained. In the following section the redispersibility studies in 2-propanol are presented.
4.3.1 Dispergierung im wässrigen Medium4.3.1 Dispersion in an aqueous medium
Unter Verwendung von ausgewählten Xerogelen ist bereits bei geringen Scherkräften eine Redispergierung möglich. Bereits ein schwacher mechanischer Energieeintrag wie bspw. das Einrühren der Xerogele mit einem Magnetrührer in Wasser führt zu einer Zerkleinerung der mittels Sprühtrocknung hergestellten Pulver.
Die in deionisiertem Wasser durchgeführte Dispergierung additivierter Xerogele mittels Magnetrührer führte zu einem ungleichmäßigeren Zerfall der Agglomerate.
Untersuchungen zur Redispergierung von Xerogelen in Abhängigkeit vom Feststoffgehalt der Edukte zeigen einen weiteren Einflussfaktor. Je höher die Konzentration des unstabilisierten Ausgangsmateriales im Sprühprozess ist, desto weniger Energieeintrag ist für die Überführung der erhaltenen Gele in eine Dispersion erforderlich.
Ein Zusatz von Basen fördert zusätzlich die Redispergierbarkeit der generierten Pulver. Laugen begünstigen die Spaltung der vernetzenden Siloxanbrücken analog dem Auflösen von Silicaten [179]. Des Weiteren wird in der Literatur die pH-Wert-abhängige Löslichkeit von Siliziumdioxid aufgeführt. Mit steigendem pH-Wert nimmt diese signifikant zu [179]. Parallel zur Einbringung in Wasser erfolgt ein schrittweiser Zerfall der gebildeten Agglomerate. Dabei ist ebenfalls ein Zerfall der Agglomerate bis in ihre monomeren Bestandteile beobachtbar. Die Stabilität der erhaltenen Sole ist abhängig von der Konzentration der eingesetzten Laugen (Kaliumhydroxid-Lösung;
Aufbauend auf diesen Erfahrungen bieten sich diese Pulver als Silicat-Keime zur Hydratisierung von Betonen an. Nachweislich fehlen in deren Gefüge Korngrößen im Bereich von 2 bis 6·10–7 m, um ideale Packungsdichten zu erreichen [39]. Als mikroskalarer Bestandteil hinzugegeben, können diese Pulver zudem unter den mechanischen Belastungen einer Mischung in nanoskalare reaktive Bausteine – Silicat-Keime – zerfallen. Der hoch alkalische pH-Wert dieser Rezepturen fördert den Prozess der Bindungsspaltung (Siloxan-Brücken) zusätzlich. Als Folge ist eine Optimierung der Packungs- und Vernetzungsdichte der Schüttung denkbar. Weiterer Vorteil dieser spezialisierten Silicat-Keime ist eine, mit Mikrosilica bereits praktizierte, Steigerung der Unempfindlichkeit der Systeme gegenüber sauren und abrasiven Medien [39]. Nachteil von Mikrosilica ist die ungünstige Partikelgrößenverteilung der Siliziumdioxid-Bestandteile (2·106 m ≤ dP ≤ 2,5·10–4 m) für ultrahochfeste Beton-Systeme.Based on these experiences, these powders offer themselves as silicate nuclei for the hydration of concretes. It has been shown that grain sizes ranging from 2 to 6 · 10 -7 m are missing in their microstructure in order to achieve ideal packing densities [39]. Added as a microscale component, these powders can also decompose under the mechanical stress of a mixture into nanoscale reactive building blocks - silicate nuclei. The highly alkaline pH of these formulations further promotes the process of bond cleavage (siloxane bridges). As a result, an optimization of the packing and cross-linking density of the bed is conceivable. An additional advantage of these specialized silicate seeds is that they are already increasing their insensitivity to acidic and abrasive media already practiced with microsilica [39]. A disadvantage of microsilica is the unfavorable particle size distribution of the silicon dioxide constituents (2 × 10 6 m ≤ d P ≤ 2.5 × 10 -4 m) for ultrahigh-strength concrete systems.
4.3.2 Dispergierung in 2-Propanol4.3.2 Dispersion in 2-propanol
Versuche zur Einbringung der erhaltenen Xerogele in organische Lösungsmittel (2-Propanol) führten gleichfalls zu einer Redispergierung der hergestellten Agglomerate. Beobachtbar ist in diesem Zusammenhang ein Zerfall bis zu den monomeren Grundbestandteilen. Wie in
4.4 Bewertung der Gele im Anwendungstest4.4 Evaluation of gels in the application test
In diesem Kapitel werden die Resultate der Anwendungstests vorgestellt. Grundlage dieser Versuche sind die Ergebnisse der Untersuchungen der vorgehenden Kapitel. Wie bereits in dieser Arbeit beschrieben wurde, konnten in den hergestellten Pulvern keine signifikanten kohäsiven Wechselwirkungen beobachtet werden. Sie weisen im Vergleich mit Referenzmaterialien (Köstrosolid® 0403) ein gutes Fließ- und Gießverhalten auf. Des Weiteren können durch geeignete Auswahl des Eduktes sowie der Sprühparameter geometrische, mechanische und texturelle Eigenschaften gezielt eingestellt werden. Ferner ist eine Redispergierung bis zu den kolloidalen Grundbausteinen unter trivialen Bedingungen erreichbar, so dass bspw. optische Einflüsse von größeren Partikeldurchmessern eliminiert werden können. Idealerweise erfolgt ein Zerfall bis zum kolloidalen Monomer, um einen vollständigen Erhalt der Transparenz zu gewährleisten. Studien haben gezeigt, dass bei Partikeldurchmessern bis dP < 4·10–8 m diese Eigenschaft, in Unabhängigkeit vom Feststoffgehalt des Systems, erhalten bleibt [212, 213]. Füllstoffe auf Siliziumdioxid-Basis bestehen meist aus irregulären Partikelformen im mikroskalaren Größenbereich. In diesem Zusammenhang können die, in dieser Arbeit hergestellten Pulver, mit ihrem hohen Anteil an sphärischen Partikeln im Submikrometerbereich (dP < 5·10–6 m) neue Eigenschaften in Anwendungstests zeigen. In den folgenden Abschnitten werden die Ergebnisse der Einarbeitung in verschiedene Anwendungsfelder (Matrices) diskutiert. Abschnitt 4.4.1 stellt in diesem Zusammenhang den Einfluss der erhaltenen Pulver auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Referenzlacksystemen vor. Anschließend werden die Ergebnisse der Einarbeitung in, für Siliziumdioxid als Füllmaterial, ungewöhnliche Polymere betrachtet (Abschnitt 4.4.2).This chapter presents the results of the application tests. The basis of these experiments are the results of the investigations in the preceding chapters. As already described in this work, no significant cohesive interactions could be observed in the prepared powders. In comparison with reference materials (Köstrosolid ® 0403), they have good flow and casting behavior. Furthermore, geometrical, mechanical and textural properties can be adjusted in a targeted manner by suitably selecting the educt and the spray parameters. Furthermore, a redispersion up to the colloidal basic building blocks can be achieved under trivial conditions, so that, for example, optical influences of larger particle diameters can be eliminated. Ideally, disintegration occurs up to the colloidal monomer to ensure complete retention of transparency. Studies have shown that with particle diameters up to d P <4 · 10 -8 m, this property is maintained, independent of the solids content of the system [212, 213]. Silica-based fillers usually consist of irregular particle shapes in the microscale size range. In this context, the powders produced in this work, with their high proportion of spherical particles in the sub-micron range (d P <5 x 10 -6 m), can show new properties in application tests. The following sections discuss the results of incorporation into various fields of application (matrices). Section 4.4.1 introduces in this connection the influence of the obtained powders on the physicochemical properties of reference coating systems. Next, the results of the incorporation into, for silica as filler, unusual polymers are considered (Section 4.4.2).
4.4.1 Einbringung in Referenzlacksysteme4.4.1 Introduction into reference coating systems
Die in dieser Arbeit hergestellten Xerogele ermöglichen in Referenzlackformulierungen das Einstellen spezifischer Produktparameter [214–216]. Je nach Auswahl der Eigenschaft des hergestellten Pulvers, zum Beispiel der BET(N2; 77 K)-Oberfläche, kann eine Reihe von makroskopischen Parametern variiert und eingestellt werden. Die sphärische Form der Granulate sowie deren Verteilung erlauben es, direkten Einfluss auf die Viskosität sowie die Härte eines Lackes auszuüben. Eine optimierte Kratzfestigkeit und ein gesteigerter Flammschutz sind die Folge [217]. Des Weiteren sind hierdurch Glanz- und Mattierungseigenschaften variabel einstellbar [214–216]. Als Beispiel kann durch Substitution eines mittels Vermahlung hergestellten Mikrosilicas die Viskosität, bei identischer oder idealerweise gesteigerter Einsatzmenge, charakteristisch gesenkt (–15%) werden (Tabelle 4.11).The xerogels produced in this work allow the setting of specific product parameters in reference varnish formulations [214-216]. Depending on the selection of the property of the powder produced, for example the BET (N 2 ; 77 K) surface, a number of macroscopic parameters can be varied and adjusted. The spherical shape of the granules and their distribution make it possible to exert direct influence on the viscosity and hardness of a coating. An optimized scratch resistance and increased flame retardance are the consequence [217]. Furthermore, gloss and matting properties can be variably adjusted [214-216]. As an example, by substituting a microsilica made by milling, the viscosity may be typically (-15%) lowered at the same or, ideally, increased feed level (Table 4.11).
Hohlkörperkomponenten bringen durch ihre geringe effektive Dichte einen weiteren, essentiellen Vorteil in einer Lackrezeptur. Anhand eines gezielten (partiellen) Austauschs von bisher verwendeten Füllstoffen können Eigenschaften wie zum Beispiel die Dichte des verwendeten Systems gezielt definiert werden (Tabelle 4.12). Durch eine Anpassung dieser Systemdichte kann ein Vermischen bzw. Penetrieren mehrstufig aufgetragener Lacksysteme untereinander vermieden werden. Des Weiteren kann eine Sedimentierung bzw. ein Aufschwimmen von Füllstoffen vermieden oder verzögert werden. Darüber hinaus können diese Arten von Partikeln auf die Oberfläche eines Lackfilmes diffundieren. Dies bewirkt einen verstärkten Mattierungseffekt (Anti-Fingerprint). Folglich kann die notwendige Menge anderer Mattierungsmittel ggf. verringert werden. Weitere mechanische Eigenschaften wie bspw. die Elastizität sind ebenfalls aktiv beeinflussbar [214, 215]. Meist werden Füllstoffe wie Siliziumdioxid zur Erhöhung der Härte eines Lackes eingesetzt. Dies hat aber negative Folgen für die Elastizität dieser Systeme. Durch Einsatz der hergestellten Pulver in diesen Matrices ist es möglich, infolge einer Steigerung der Härte und Elastizität sonst für Lacke ungewöhnliche Anwendungsgebiete zu erschließen. Die Erklärung beider Effekte liegt im Zerfall der eingesetzten Partikel (Agglomerate) sowie der Einbettung der entstehenden Nanopartikel im Lacksystem. Die idealerweise statistisch verteilten Partikel haben in ihrer unmittelbaren Umgebung einen Raum mit verminderter Binderkonzentration und hoher Elastizität. Dieser Raum wird als „Cross-Linking-Space” [212] bezeichnet. Beim Einwirken einer Kraft kommt es zu einer elastischen Verformung dieses Raumes. Nach Beendigung der Krafteinwirkung kann dieser Raum sich idealerweise, unter Beibehaltung der makroskopischen Eigenschaften des Lackes, zurückbilden. Bei mikroskalaren Füllstoffen ist das Verhältnis von „Cross-Linking-Space” [212] zu Partikelanzahl und -durchmesser deutlich ungünstiger. Folglich sind diese Effekte hier nicht beobachtbar.Due to their low effective density, hollow body components bring a further, essential advantage in a paint formulation. By means of a targeted (partial) exchange of previously used fillers, properties such as the density of the system used can be specifically defined (Table 4.12). By adapting this system density, it is possible to avoid intermixing or penetrating multi-level coating systems. Furthermore, sedimentation or floating of fillers can be avoided or delayed. In addition, these types of particles can diffuse to the surface of a paint film. This causes a reinforced matting effect (anti-fingerprint). As a result, the necessary amount of other matting agents may possibly be reduced. Other mechanical properties such as elasticity can also be actively influenced [214, 215]. Most fillers such as silica are used to increase the hardness of a paint. But this has negative consequences for the elasticity of these systems. By using the powders produced in these matrices, it is possible, due to an increase in hardness and elasticity, otherwise to develop unusual applications for paints. The explanation for both effects lies in the decay of the particles used (agglomerates) as well as the embedding of the resulting nanoparticles in the paint system. The ideally randomized particles have in their immediate environment a space with reduced binder concentration and high elasticity. This space is called "Cross-Linking Space" [212]. When a force is applied, an elastic deformation of this space occurs. After termination of the force, this space can ideally regress, while retaining the macroscopic properties of the paint. For microscale fillers, the ratio of cross-linking space [212] to particle number and diameter is much less favorable. Consequently, these effects are not observable here.
Eine weitere Voraussetzung für die Verwendung der generierten Pulver als Füllstoffe sind oft geringe spezifische Oberflächen, um zu vermeiden, dass nicht unnötig Lackmaterial adsorbiert wird. Infolgedessen erweisen sich großteilige Kieselsole mit ihren geringen spezifischen Oberflächen (ABET; ASears) als ideale Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Pulvern zum Einsatz in Grundierungen und Lacken.Another requirement for the use of the generated powders as fillers are often low specific surface areas in order to avoid that unnecessary paint material is not adsorbed. As a result, large silica sols with their low specific surface areas (A BET , A Sears ) prove to be ideal starting materials for the production of powders for use in primers and paints.
4.4.2 Einbringung in ausgewählte Polymere4.4.2 incorporation into selected polymers
Füllstoffe finden eine breite Anwendung in einer Vielzahl von Kunststoff-Applikationen. Sie dienen der Erhöhung der Bruchfestigkeit und Elastizität, Schutz vor Abrasion sowie der Reduzierung von Wechselwirkungen. Die Anwendung dieser Füllstoffe ist jedoch für transparente Polymere wie Polymethylmethacrylat (PMMA; Markenname Plexiglas®) oder Polyamid 6 (PA 6; Markenname Perlon®) limitiert. Im Zuge aktueller Füllstoffe auf Siliziumdioxidbasis werden auf Grund der verfügbaren Partikeldurchmesser (dP ≥ 2·10–6 m) die optischen Eigenschaften der erhaltenen Kunststoffe stark beeinträchtigt. Eine chemische Einbindung von amorphen Siliziumdioxid-Partikeln in diese Systeme erfolgt durch Reaktion der oberflächenaktiven Silanolgruppen mit Methacrylsäuremethylester (PMMA) bzw. ε-Caprolactam (Polyamid 6). Bei allen durchgeführten Untersuchungen diente ein unstabilisiertes Köstrosol® 1510 als Ausgangsmaterial. Mit diesem unter Beaufschlagung mit Stickstoff (V ·N2 = 0,7 NL min–1) hergestellten reinen Referenzgel (Betriebsart 2; TA = 398 K; TE = 393 K) wurden alle Einarbeitungen durchgeführt. Um einen Erhalt der Transparenz der in dieser Arbeit betrachteten Polymere zu gewährleisten, muss eine Deagglomerierung der erhaltenen Xerogele zu Konglomeraten von unter 3·10–7 m erfolgen. Im Bereich von Siliziumdioxid gibt es noch kein derartiges Material. Die Ergebnisse der Scherbelastungen beim Extrudieren (einfache Extrusion) der Kunststoffschmelzen führen zu einem Zerfall der hergestellten Pulverteilchen. Hierbei sind bereits bei diesen geringen mechanischen Belastungen nur noch Siliziumdioxid-Partikel im nanoskalaren Bereich (dK < 3·10–7 m) in der Polymermatrix rasterelektronenmikroskopisch nachweisbar.
Zusammenfassend kann erläutert werden, dass mit Hilfe der Druckwechseltechnologie neuartige Pulver regenerierbar sind, die derzeitig noch für den Einsatz von Silica unbrauchbare Kunststoffe (PMMA; PA 6) erschließen. Durch eine Einarbeitung dieser Xerogele kommt es zum Zerfall der Partikel zu nanoskalaren Agglomeraten (dK < 3·10–7 m). Analog den Erfahrungen zur Einarbeitung von Siliziumdioxid-Partikeln (dK > 2·10–6 m) in Polyethylen bzw. Polypropylen sind Eigenschaftsverbesserungen wie gesteigerte mechanische Belastbarkeit und eine Erweiterung der Elastizitätsgrenzen („Cross-Linking-Space” [212]; siehe Abschnitt 4.4.1) im Rahmen der Möglichkeiten. Der geförderte Flammschutz [217] unter Erhalt der Transparenz ist ebenfalls ein hochinteressantes Kriterium für weitere Forschungsarbeiten. Bei beiden Kunststoffen ist Optimierungspotential in Form und Art der Einarbeitung für eine zielgerichtete Dispergierung vorhanden. Ein vergleichbarer Zerfall von derartigen Partikeln bis zu den monomeren Bausteinen wurde in der Literatur für die verwendeten Kunststoffe bisher noch nicht beschrieben.In summary, it can be explained that with the help of the pressure swing technology novel powders can be regenerated, which currently still open up for the use of silica unusable plastics (PMMA, PA 6). Incorporation of these xerogels causes the particles to decay into nanoscale agglomerates (d K <3 × 10 -7 m). Similar to the experience of incorporating silica particles (d K > 2 · 10 -6 m) in polyethylene or polypropylene, property improvements such as increased mechanical strength and an extension of the elastic limits ("cross-linking space" [212], see section) 4.4.1) within the possibilities. Promoted flame retardance [217] while maintaining transparency is also a highly interesting criterion for further research. In both plastics optimization potential in form and type of incorporation for a targeted dispersion is present. A comparable disintegration of such particles to the monomeric building blocks has not yet been described in the literature for the plastics used.
5 Schlussfolgerung und Ausblick5 conclusion and outlook
Das Verfahren der Sprühtrocknung findet Verwendung um ein breites Spektrum von fluiden Medien in Pulver zu überführen. Eine direkte Einstellung von Produkteigenschaften kann mit Hilfe einer Vielzahl von Prozessparameter erfolgen. In der vorliegenden Arbeit konnten neuartige, deagglomerierbare, submikrometerskalare Partikel (dK < 5·10–6 m) auf Siliziumdioxidbasis mittels einer erstmalig praktizierten, modifizierten Prozessführung der Sprühtrocknung, der Druckwechseltechnologie, hergestellt werden. Die auf diesem Wege erhaltenen Pulver kennzeichnen sich durch eine gezielte Formgebung der Partikel, ihrem strukturellen und texturellen Aufbau sowie physikalisch-chemischen Eigenschaften. Durch Gliederung dieser Technologie in zwei Druckbereiche kann direkt Einfluss auf den Prozess der Partikelbildung genommen werden. Im ersten Teil, einer Hochdruckeinheit, werden die niedrigviskosen Lösungen, Dispersionen oder Suspensionen unter hohem Druck (P ≥ 107 Pa) in einen zweiten Teil, eine niedrigdruckgeführte Trocknungseinheit (P ≤ 102 Pa), überführt. Der Übergang zwischen beiden Bestandteilen erfolgt mittels einer Düse. Die Größenverteilung des hierbei gebildeten Tropfenkollektivs (Sprüh) ist eine Funktion von Düsenausgangsdruck und -bauart. Diese definierten Tröpfchengrößenverteilungen sind die Grundlage der Limitierung des Partikeldurchmessers. Unabhängig vom versprühten Fluid können die gebildeten Partikel nur diese maximale Größe aufweisen. Nach der Bildung des Tropfenkollektivs bestimmen die rheologischen Eigenschaften des Systems den weiteren Partikelbildungsprozess. Vom System definierte Trocknungszeiten (τTr ≤ 0,1 s) und Tropfenradien (rTr < 5·10–5 m) legen im Rahmen der sogenannten Péclet-Zahl (Pe) die Schwerpunkte des Partikelbildungsprozesses auf die Diffusionsgeschwindigkeit der für die Festphasenbildung verantwortlichen Teilchen sowie die Viskositätsentwicklung des betrachteten Tropfens im Aufkonzentrierungsprozess. Diese systemspezifischen Eigenschaften bestimmen, ob Vollkörper oder Hohlkörper gebildet werden. Insbesondere die Randbedingungen des viskoelastischen Bereiches, als Punkt mit dem signifikanten Wechsel zwischen viskosen und elastischen rheologischen Eigenschaften eines Fluids, stellen einen wesentlichen Einflussfaktor auf den Partikelbildungsprozess dar.The process of spray drying is used to convert a wide range of fluid media into powder. A direct adjustment of product properties can be made using a variety of process parameters. In the present work, novel, deagglomerable submicrometer particles (d K <5 · 10 -6 m) based on silicon dioxide were synthesized by means of a first - time modified Process control of spray drying, the pressure swing technology to be produced. The powders obtained in this way are characterized by a specific shaping of the particles, their structural and textural structure as well as physicochemical properties. By dividing this technology into two pressure ranges, it is possible to directly influence the process of particle formation. In the first part, a high-pressure unit, the low-viscosity solutions, dispersions or suspensions under high pressure (P ≥ 10 7 Pa) in a second part, a low-pressure-controlled drying unit (P ≤ 10 2 Pa) transferred. The transition between the two components takes place by means of a nozzle. The size distribution of the droplet collective (spray) formed in this case is a function of the nozzle outlet pressure and type. These defined droplet size distributions are the basis of limiting the particle diameter. Regardless of the sprayed fluid, the particles formed can only have this maximum size. After the formation of the drop collective, the rheological properties of the system determine the further particle formation process. Drying times (τ Tr ≤ 0.1 s) and droplet radii (r Tr <5 · 10 -5 m) defined by the system set the focus of the particle formation process on the diffusion rate of the particles responsible for solid phase formation within the so-called Péclet number (Pe) as well as the viscosity development of the considered drop in the concentration process. These system-specific properties determine whether solid bodies or hollow bodies are formed. In particular, the boundary conditions of the viscoelastic region, as a point with the significant change between viscous and elastic rheological properties of a fluid, are a significant factor influencing the particle formation process.
Im Rahmen dieser Arbeit konnte am Beispiel von kolloidalen Siliziumdioxid-Dispersionen (Kieselsolen) gezeigt werden, dass Modifikationen im Bereich der Stabilisierung direkten Einfluss auf die Charakteristika der Festphasenbildung (Gelbildung) im Sprühtrocknungsprozess haben. Abhängig von der Art der Stabilisierung konnte der viskoelastische Bereich des Systems mit einer Zwischenstufe der Agglomeratbildung (unstabilisiert) ergänzt oder zu größeren Konzentration (alkalisch) verschoben werden. Anschließend erfolgte bei der alkalischen Variante eine abrupte Festphasenbildung. Diese Modifikation der Rheologie eines Systems hat direkten Einfluss auf die Partikelform, die physikalisch-chemischen Pulvereigenschaften sowie die Wahrscheinlichkeit von Partikeldefekten. In diesem Zusammenhang können mittels einer gezielten Abwandlung der Viskositätseigenschaften eines Systems beabsichtigte Partikeleigenschaften im Trocknungsprozess durch Eingriff in den Partikelbildungsprozess voreingestellt werden. Ein zusätzlicher Vorteil der angewandten Sprühtrocknungstechnologie ist die alternative Einlösung von Gasen unter Hochdruck in das zu versprühende Medium. Hierbei ist zwischen inerten und mit dem System in Wechselwirkung tretenden Gasen zu unterscheiden. Mit der Einlösung von inerten Gasen unter Hochdruck in das Fluid treten in der folgenden Sprühbildung gasdynamische Effekte auf, welche den Prozess der Partikelbildung wesentlich beeinflussen. Am Beispiel von Siliziumdioxid-Dispersion beinhalteten die makroskopischen Folgen einer Beaufschlagung mit Stickstoff eine Reduzierung von Partikeldefekten sowie eine Veränderung der Partikelgrößenverteilung der erhaltenen Pulver. Auf Basis einer herabgesetzten Schallgeschwindigkeit in Gas-Flüssig-Gemischen (in Bezug auf die reinen Medien) in Folge der Gasdynamik, können defektverursachende Druckdifferenzen im Tropfen schneller ausgeglichen werden. Dies wirkt den grundlegenden Mechanismen der Defektbildung von Partikeln entgegen. Verschiebungen der Partikelgrößenverteilungen zu kleineren Werten können durch einen optimierten Trocknungsprozess des Tropfenkollektivs verstanden werden. Zusätzliche gebildete Phasengrenzflächen des sich entlösenden Gases fördern den Übergang von Flüssigkeitsmolekülen in die Gasphase. Beide Effekte, Reduzierung von Partikeldefekten sowie eine Veränderung der Partikelgrößenverteilung der erhaltenen Pulver, können bei inerten Gasen als unabhängig vom versprühten Fluid diskutiert werden. Einzig die Löslichkeit dieser Gase in diesen Medien charakterisiert sich als ein prozesstechnischer Einflussfaktor. Eine Einlösung von reaktiven Gasen stellt jedoch einen stoffspezifischen Parameter dar, da hierbei aktiv die rheologischen Eigenschaften des Mediums verändert werden. Dementsprechend müssen diese für jedes Fluid einzeln betrachtet werden. Ein gelöstgasinduzierter, sekundärer Tropfenzerfall konnte nicht beobachtet werden. Aufbauend auf den in dieser Arbeit angewendeten Péclet-Zahlen (Pe > 40) bestehen die hergestellten Xerogele (Kieselgele) aus sphärischen Partikeln mit Hohlkörpergeometrie. Beschreibende Eigenschaften der erhaltenen Xerogele sind ihre geringen Feuchtigkeiten (< 2,5% (m:m)) als Bestätigung der erfolgreichen Trocknung, ungewöhnlich hohe Schüttdichten (> 5·102 g L–1) sowie gutes Fließ- und Gießverhalten im Vergleich mit Referenzmaterialien auf Siliziumdioxid-Basis. Die Partikelgrößenverteilungen dieser Pulver stellen eine Funktion von Feststoffgehalt und Kolloiddurchmesser der Ausgangsmaterialien, dem Versprühdruck als Beschreibung des Tropfendurchmessers sowie der Trocknungstemperatur dar. Diese Parameter können höchstwahrscheinlich für ähnliche fluide Systeme als stoffunabhängig in Bezug auf die Druckwechseltechnologie betrachtet werden. Eine Besonderheit der in dieser Arbeit hergestellten Kieselgele ist die Übertragung von Strukturmerkmalen durch die verwendeten Ausgangsmaterialien. Jene eingesetzten Edukte ermöglichen das gezielte Einstellen von texturellen (Zwischenpartikelraum; BET(N2; 77K)-Oberfläche) und physikalisch-chemischen Eigenschaften (pH-Wert, Partikelgrößenverteilung). Oberflächenmorphologische Analysen zeigen, dass die nanoskalaren kolloidalen Grundbausteine (Solteilchen) als strukturgebendes Merkmal der Partikelhülle charakteristisch sind und deren Eigenschaften definieren. Die Oberflächenrauigkeit kann folglich als Funktion des Kolloiddurchmessers betrachtet werden. Dieser Parameter ist unabhängig von den im Rahmen dieser Arbeit berücksichtigten technischen Einflussfaktoren. Für zukünftig hergestellte Pulver, mit vergleichbarer Partikelgeometrie aus sprühgetrockneten kolloidalen Solen in Kombination mit der Druckwechseltechnologie, sind analoge Ergebnisse in Bezug auf texturelle und physikalisch-chemische Eigenschaften zu erwarten. Mit Hilfe des Einsatzes von Additiven, ist eine direkte Manipulation des Trocknungs- und Partikelbildungsprozesses möglich. Diese können geometrische und aerodynamische Eigenschaften der Pulver ebenso betreffen, wie starke Abweichungen von der sphärischen Partikelform. Modifikationen der Oberflächenspannung und der Grenzflächeneffekte bewirken eine Veränderung des Phasenüberganges von Fluidmolekülen in die Gasphase. Dies führte in den Produkten dieser Arbeit zu Partikeln mit Hohlkörpergeometrie deren Hüllenaufbau signifikant gestört ist (z. B. Gaseinschlüsse). Eine Reduzierung der mechanischen Stabilität ist in diesem Zusammenhang beobachtbar. Die Druckwechseltechnologie kennzeichnet sich durch geringe Trocknungszeiten in denen die Teilchen im versprühte Fluid nur wenig Zeit zur räumlichen Ausrichtung sowie Ausbildungen von (kovalenten bzw. interpartikulären) Bindungen haben. Dieser unselektive Aufbau der Partikelstruktur aus den Monomeren konnte mit Hilfe von Redispergierbarkeitsuntersuchungen aufgezeigt werden. Ein Zerfall der Partikel infolge mechanischer Belastung ist bereits mit geringen Drücken erreichbar. Die vollständige Deagglomerierung bis zu den nanoskalaren kolloidalen Grundbausteinen ist mit Hilfe von Ultraschall in verschiedenen fluiden Matrices möglich. Anwendungstests bestätigen die Tendenzen der Partikel zur Deagglomeration sowie die aus den Pulvern folgenden makroskopischen Effekte auf die physikalischchemischen Eigenschaften.Within the scope of this work it could be shown with the example of colloidal silica dispersions (silica sols) that modifications in the area of stabilization have a direct influence on the characteristics of solid phase formation (gel formation) in the spray drying process. Depending on the type of stabilization, the viscoelastic region of the system could be supplemented with an intermediate stage of agglomeration formation (unstabilized) or shifted to greater concentration (alkaline). This was followed by an abrupt solid phase formation in the alkaline variant. This modification of the rheology of a system has a direct influence on the particle shape, the physical-chemical powder properties and the probability of particle defects. In this context, by means of a targeted modification of the viscosity properties of a system, intended particle properties in the drying process can be preset by intervention in the particle formation process. An additional advantage of the applied spray-drying technology is the alternative solution of gases under high pressure into the medium to be sprayed. Here, a distinction is made between inert and interacting with the system gases. With the release of inert gases under high pressure into the fluid gas-dynamic effects occur in the following spray formation, which significantly influence the process of particle formation. Using the example of silica dispersion, the macroscopic consequences of exposure to nitrogen include a reduction in particle defects and a change in the particle size distribution of the resulting powders. On the basis of a reduced speed of sound in gas-liquid mixtures (with respect to the pure media) as a result of the gas dynamics, defect-causing pressure differences in the droplet can be compensated faster. This counteracts the basic mechanisms of particle defect formation. Shifts of the particle size distributions to smaller values can be understood by an optimized drying process of the drop collective. Additional formed phase interfaces of the releasing gas promote the transition of liquid molecules into the gas phase. Both effects, reduction of particle defects and a change in the particle size distribution of the powders obtained, can be discussed in inert gases as independent of the sprayed fluid. Only the solubility of these gases in these media is characterized as a process engineering factor. A redemption of reactive gases, however, represents a substance-specific parameter, since this actively changes the rheological properties of the medium. Accordingly, they must be considered individually for each fluid. Solvent-induced, secondary dropper decay could not be observed. Based on the Péclet numbers (Pe> 40) used in this work, the produced xerogels (silica gels) consist of spherical particles with hollow body geometry. Descriptive properties of the obtained xerogels are their low humidities (<2.5% (m: m)) as confirmation of successful drying, unusually high bulk densities (> 5 · 10 2 g L -1 ) and good flow and casting behavior in comparison with Reference materials based on silica. The particle size distributions of these powders are a function of solids content and colloid diameter of the starting materials, spray pressure as a description of droplet diameter and drying temperature. These parameters are most likely to be considered to be material independent for similar fluid systems in terms of pressure swing technology. A peculiarity of the silica gels produced in this work is the transfer of structural features by the starting materials used. Those used educts allow the targeted adjustment of textural (interparticle space, BET (N 2 , 77K) surface) and physico-chemical properties (pH, particle size distribution). Surface morphological analyzes show that the nanoscale colloidal building blocks (sol particles) are characteristic as a structural feature of the particle shell and define their properties. The surface roughness can thus be considered as a function of colloid diameter. This parameter is independent of the technical influencing factors considered in this work. For future manufactured powders, with comparable particle geometry of spray dried colloidal sols in combination with pressure swing technology, analogous results in terms of textural and physicochemical properties are expected. With the help of the use of additives, a direct manipulation of the drying and particle formation process is possible. These may relate to geometric and aerodynamic properties of the powders as well as strong deviations from the spherical particle shape. Modifications of surface tension and interfacial effects cause a change in the phase transition of fluid molecules into the gas phase. This led in the products of this work to particles with hollow body geometry whose shell structure is significantly disturbed (eg gas inclusions). A reduction in mechanical stability is observable in this context. The pressure swing technology is characterized by low drying times in which the particles in the sprayed fluid have little time for spatial alignment and formations of (covalent or interparticular) bonds. This unselective structure of the particle structure from the monomers was demonstrated by redispersibility studies. A decay of the particles due to mechanical stress can be achieved even at low pressures. Complete deagglomeration up to the nanoscalar colloidal building blocks is possible with ultrasound in different fluid matrices. Application tests confirm the tendencies of the particles to deagglomerate as well as the macroscopic effects on the physico-chemical properties resulting from the powders.
Wie die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, ist eine Übertragung von Attributen der kolloidalen Ausgangsmaterialien auf die zu generierenden Xerogele erreichbar. Anhand einer geeigneten Auswahl des Eduktes kann mit Hilfe der Druckwechseltechnologie direkt Einfluss auf gewünschte Produkteigenschaften wie Schüttdichte, Partikelbildung sowie die Oberflächenmorphologie bei variablen Randbedingungen genommen werden. Über eine Variation der Konzentration können die geometrischen Kenngrößen dieser Xerogele gezielt definiert werden. Eine zusätzliche Beaufschlagung mit Stickstoff senkt die Wahrscheinlichkeit von Partikeldefekten sowie die Partikelgrößenverteilung. In nachfolgende Untersuchungen kann die Übertragung der Ergebnisse dieser Arbeit auf einen weiten Bereich von fluiden Systemen im Zentrum wissenschaftlicher Betrachtungen stehen. Insbesondere in Bereichen wo die Zugänglichkeit an submikroskalaren Partikeln (dP < 5·10–5 m) noch nicht realisiert werden konnte bzw. bei denen nur Pulver aus aggregierten Formen bekannt sind. Da bei nanoskalaren Partikeln wesentliche Eigenschaften von der Oberfläche abhängig sind, liegt der Fokus des wissenschaftlichen Interesses auf einer Bildung von Hohlkugeln, um die Formung von unwirksamem Bulkmaterial zu minimieren. Im medizinischen Sektor können Untersuchungen stattfinden, diesen Hohlraum des bioakkumulierbaren Trägersystems zu nutzen, um empfindliche Substanzen (Wirkstoffe) zu verkapseln. Im Zusammenspiel mit der Wahl der Trocknungstemperatur können Kenngrößen wie der geometrische Durchmesser und das Dichteverhältnis unter Beibehaltung des aerodynamischen Durchmessers variiert werden. Dies ist medizin-wissenschaftlich ein bedeutender Effekt. Können so bei gleichem aerodynamischem Verhalten differenzierte Eigenschaften, wie beispielsweise Partikeldurchmesser und Zerfallsverhalten des verkapselten Wirkstoffes auf die Eigenschaften des humanen Zielmilieus angepasst werden. Ebenfalls von Interesse für derartige Hohlkörpergeometrien sind Materialen, deren wesentliche Effekte von den Oberflächeneigenschaften geprägt werden, diese aber noch nicht im submikrometer-Bereich zugänglich sind. Als Beispiel sollen hier die Synthesen von Hollow-Sphere-Pigmenten und Core-Shell-Partikeln erwähnt werden. Aufbauend auf den Erfahrungen aus den Dispergierversuchen, bieten sich die hergestellten Pulver als funktionale Füllstoffe zur Hydratisierung (Calcium-Silicat-Hydrat-Phasen) von hochfesten Betonen an. Als mikroskalarer Bestandteil hinzugegeben, können wissenschaftliche Untersuchungen dieser Pulver diskutieren, ob unter den mechanischen Belastungen der Mischung nanoskalare reaktive Bausteine – Silicat-Keime – entstehen und wirken. Ein weiteres Anwendungsgebiet kann mit dem Bereich Lack- und Kunststoffapplikationen erschlossen werden. Die in dieser Arbeit nachgewiesene Einstellbarkeit der mikros- und makroskopischen Eigenschaften sowie die Zugänglichkeit der nanoskalaren Bausteine bietet eine hervorragende wissenschaftliche Herausforderung zur Optimierung dieser Werkstoffe.As the results of this work show, a transfer of attributes of the colloidal starting materials to the xerogels to be generated is achievable. By means of a suitable selection of the educt, the pressure swing technology can directly influence desired product properties such as bulk density, particle formation and surface morphology under variable boundary conditions. By varying the concentration, the geometric parameters of these xerogels can be specifically defined. Additional nitrogen loading reduces the likelihood of particle defects and particle size distribution. In subsequent investigations, the transfer of the results of this work to a wide range of fluid systems may be the focus of scientific considerations. Especially in areas where accessibility to submicroscale particles (d P <5 · 10 -5 m) could not be achieved or where only powders from aggregated forms are known. Because nanoscale particle-dependent properties are surface-dependent, the focus of scientific interest is on the formation of hollow spheres to minimize the formation of ineffective bulk material. In the medical sector, studies can be made to use this cavity of the bioaccumulative carrier system to encapsulate sensitive substances (drugs). In conjunction with the choice of the drying temperature parameters such as the geometric diameter and the density ratio can be varied while maintaining the aerodynamic diameter. This is a significant medical science effect. Thus, with the same aerodynamic behavior, differentiated properties, such as, for example, particle diameter and decay behavior of the encapsulated active substance, can be adapted to the properties of the human target milieu. Also of interest for such hollow body geometries are materials whose essential effects are characterized by the surface properties, but these are not yet accessible in the submicrometer range. As an example, the syntheses of hollow sphere pigments and core shell particles are mentioned here. Based on the experience gained from the dispersing experiments, the powders produced are suitable as functional fillers for hydration (calcium silicate hydrate phases) of high-strength concretes. Added as a microscale component, scientific investigations of these powders can discuss whether nanoscalar reactive building blocks - silicate nuclei - are formed and act under the mechanical stresses of the mixture. Another field of application can be developed with the area of paint and plastic applications. The demonstrated adjustability of the micro- and macroscopic properties as well as the accessibility of the nanoscale building blocks offers an outstanding scientific challenge for the optimization of these materials.
Jene in dieser Arbeit vorgestellten innovativen Pulver sind die Grundlage zur Erschließung neuer wissenschaftlicher Aufgabenfelder und Fragestellungen. Sie bieten Ansatzpunkte zur Kombination des Nanokosmos mit dem mikro- und makroskalaren Raum.Those innovative powders presented in this work are the basis for the development of new scientific fields of work and questions. They provide starting points for combining the nanocosm with the micro- and macroscale space.
Literaturverzeichnis bibliography
-
[1]
M. Kind, Chem. Eng. Proc. Des. 1999, 38, 405–410. M. Kind, Chem. Eng. Proc. Of. 1999, 38, 405-410. -
[2]
E. Matijevic, Chem. Mater. 1993, 5 (4), 412–426. E. Matijevic, Chem. Mater. 1993, 5 (4), 412-426. -
[3]
Committee on Materials with Submicron-Sized Microstructures, Commission on Engineering and Technical Systems, National Research Council, National Academy of Science, Research Opportunities for Materials With Ultrafine Microstructures, 1. Aufl., National Academies Press, Washington, D. C, 1989. Committee on Materials with Submicron-Sized Microstructures, Commission on Engineering and Technical Systems, National Research Council, National Academy of Science, Research Opportunities for Materials With Ultrafine Microstructures, 1st Ed., National Academies Press, Washington, D.C., 1989. -
[4]
C. N. R. Rao, S. R. C. Vivekchand, K. Biswasa, A. Govindaraj, Dalton Trans. 2007, 34, 3728–3749. CNR Rao, SRC Vivekchand, K. Biswasa, A. Govindaraj, Dalton Trans. 2007, 34, 3728-3749. -
[5]
J.–H. Smått, F. M. Sayler, A. J. Grano, M. G. Bakker, Advanced Engineering Materials 2012, 14 (12), 1059–1073. J.-H. Smått, FM Sayler, AJ Grano, MG Bakker, Advanced Engineering Materials 2012, 14 (12), 1059-1073. -
[6]
M. R. Israel, R. D. dos Anjos, R. Salomao, V. C. Pandolfelli, Refractories Applications and News 2006, 11 (4), 16–20. MR Israel, RD dos Anjos, R. Salomao, VC Pandolfelli, Refractories Applications and News 2006, 11 (4), 16-20. -
[7]
U. Kühner, O. Graalmann, GAK – Gummi Fasern Kunststoffe 2008, 61 (9), 557–560. U. Kühner, O. Graalmann, GAK - Rubber Fibers Plastics 2008, 61 (9), 557-560. -
[8]
M. Schedel, Herstellung und Charakterisierung von antibakteriellem Knochenersatzmaterial auf Sol-Gel-Basis, Diplomarbeit, Nürnberg 2008. M. Schedel, production and characterization of antibacterial bone substitute material based on sol-gel, diploma thesis, Nuremberg 2008. -
[9]
I. Gonda, Physico-chemical Principles in Aerosol Delivery, In Topics in Pharmaceutical Sciences 1991, Crommelin, D. J. and K. K. Midha, Eds., Medpharm Scientific Publishers, Stuttgart, 1992, 95–117. I. Gonda, Physico-chemical Principles in Aerosol Delivery, In Topics in Pharmaceutical Sciences 1991, Crommelin, DJ and KK Midha, Eds., Medpharm Scientific Publishers, Stuttgart, 1992, 95-117. -
[10]
J. H. Bell, P. S. Hartley, J. S. G. Cox, J. Pharm. Sci. 1971, 60 (10), 1559–1564. JH Bell, PS Hartley, JSG Cox, J. Pharm. Sci. 1971, 60 (10), 1559-1564. -
[11]
P. Begat, D. A. V. Morton, J. Shur, P. Kippax, J. N. Staniforth, R. Price, J. Pharm. Sci. 2009, 98 (8), 2770–2783. P. Begat, DAV Morton, J. Shur, P. Kippax, JN Staniforth, R. Price, J. Pharm. Sci. 2009, 98 (8), 2770-2783. -
[12]
M. Vidgren, A. Kärkkäinen, P. Karjalainen, P. Paronen, J. Nuutinen, Int. J. Pharm. 1988, 42 (1–3), 211–216. M. Vidgren, A. Kärkkäinen, P. Karjalainen, P. Paronen, J. Nuutinen, Int. J. Pharm. 1988, 42 (1-3), 211-216. -
[13]
P. Chattopadhyay, R. B. Gupta, Ind. Eng. Chem. Res. 2001, 40 (16), 3530–3539. P. Chattopadhyay, RB Gupta, Ind. Eng. Chem. Res. 2001, 40 (16), 3530-3539. -
[14]
K. S. Finnie, D. A. Jacques, M. J. McGann, M. G. Blackford, C. J. Barbe, J. Mat. Chem. 2006, 16, 4494–4498. KS Finnie, DA Jacques, MJ McGann, MG Blackford, CJ Barbe, J. Mat. Chem. 2006, 16, 4494-4498. -
[15]
J. Choi, A. A. Burns, R. M. Williams, Z. Zhou, A. Flesken-Nikitin, W. R. Zipfel, U. Wiesner, A. Y. Nikitin, J. Biomed. Opt. 2007, 12 (6), 064007-(1-11). J. Choi, AA Burns, RM Williams, Z. Zhou, A. Flesken-Nikitin, WR Zipfel, U. Wiesner, AY Nikitin, J. Biomed. Opt. 2007, 12 (6), 064007- (1-11). -
[16]
J. S. Patton, C. S. Fishburn, J. G. Weeres, Proc Am Thorac Soc 2004, 1 (4), 338–344. JS Patton, CS Fishburn, JG Weeres, Proc Am Thorac Soc 2004, 1 (4), 338-344. -
[17]
A. R. Clark, Aero. Sci. Techn. 1995, 22 (4), 374–391. AR Clark, Aero. Sci. Techn. 1995, 22 (4), 374-391. -
[18]
K. P. Lee, D. P. Kelly, Fund. App. Tox. 1992, 19 (3), 399–410. KP Lee, DP Kelly, Fund. App. Tox. 1992, 19 (3), 399-410. -
[19]
D. J. Belton, O. Deschaume, C. C. Perry, FEBS Journal 2012, 279 (10), 1710–1720. DJ Belton, O. Deschaume, CC Perry, FEBS Journal 2012, 279 (10), 1710-1720. -
[20]
X. Li, L. Zhang, X. Dong, J. Liang, J. Shi, Microporous and Mesoporous Mat. 2007, 102 (1–3), 151–158. X. Li, L. Zhang, X. Dong, J. Liang, J. Shi, Microporous and Mesoporous Mat. 2007, 102 (1-3), 151-158. -
[21]
C. Roux, F. Chai, N. Ollivier, A. Ochsenbein, S. Winter, O. Melnyk, H. Hildebrand, Biomol. Eng. 2007, 24 (5), 549–554. C. Roux, F. Chai, N. Ollivier, A. Ochsenbein, S. Winter, O. Melnyk, H. Hildebrand, Biomol. Closely. 2007, 24 (5), 549-554. -
[22]
C. Barbé, J. Bartlett, L. Kong, K. Finnie, H. Q. Lin, M. Larkin, S. Calleja, A. Bush, Adv. Mat. 2004, 16 (21), 1959–1966. C. Barbé, J. Bartlett, L. Kong, K. Finnie, HQ Lin, M. Larkin, S. Calleja, A. Bush, Adv. Mat. 2004, 16 (21), 1959-1966. -
[23]
N. Tsapis, D. Bennett, B. Jackson, D. A. Weitz, D. A. Edwards, Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99 (19), 12001–12005. Tsapis, D. Bennett, B. Jackson, DA Weitz, DA Edwards, Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99 (19), 12001-12005. -
[24]
K. Hadinoto, P. Phanapavudhikul, Z. Kewu, R. B. H. Tan, Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45 (10), 3697–3706. K. Hadinoto, P. Phanapavudhikul, Z. Kewu, RBH Tan, Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45 (10), 3697-3706. -
[25]
D. A. Edwards, AlChE Journal. 2002, 48 (1), 2–6. DA Edwards, AlChE Journal. 2002, 48 (1), 2-6. -
[26]
L. A. Dailey, E. Kleemann, M. Wittmar, T. Gessler, T. Schmehl, C. Roberts, W. Seeger, T. Kissel, Pharm. Res. 2003, 20 (12), 2011–2020. LA Dailey, E. Kleemann, M. Wittmar, T. Gessler, T. Schmehl, C. Roberts, W. Seeger, T. Kissel, Pharm. Res. 2003, 20 (12), 2011-2020. -
[27]
M. Brown, Drug Dis. Yes. 2003, 8 (17), 767–768. M. Brown, Drug Dis. Yes. 2003, 8 (17), 767-768. -
[28]
D. Bechet, P. Couleaud, C. Frochot, M.-L. Viriot, F. Guillemin, M. Barberi-Heyob Trends in Biotechnology 2008, 26 (11), 612–621. D. Bechet, P. Couleaud, C. Frochot, M.-L. Viriot, F. Guillemin, M. Barberi-Heyob Trends in Biotechnology 2008, 26 (11), 612-621. -
[29]
I. Roy, T. Y. Ohulchanskyy, H. E. Pudavar, E. J. Bergey, A. R. Oseroff, J. Morgan„ T. J. Dougherty, P. N. Prasad, J. Am.Chem. Soc. 2003, 125 (26), 7860–7865. I. Roy, TY Ohulchanskyy, HE Pudavar, EJ Bergey, AR Oseroff, J. Morgan "TJ Dougherty, PN Prasad, J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 (26), 7860-7865. -
[30]
A. Grenha, B. Seijo, C. Remunan-Lopez, Eur. J. Pharm. Sci. 2005, 25 (4–5), 427–437. A. Grenha, B. Seijo, C. Remunan-Lopez, Eur. J. Pharm. Sci. 2005, 25 (4-5), 427-437. -
[31]
A. L. Adjei, P. K. Gupta, (Eds.), Inhalation delivery of therapeutic peptides and proteins, Marcel Dekker Inc., New York, 1997. AL Adjei, PK Gupta, (Eds.), Inhalation delivery of therapeutic peptides and proteins, Marcel Dekker Inc., New York, 1997. -
[32]
J. O. H. Sham, Y. Zhang, W. H. Finlay, W. H. Roa, R. Lobenberg, Int. J. Pharm. 2004, 269 (2), 457–467. JOH Sham, Y. Zhang, WH Finlay, WH Roa, R. Lobenberg, Int. J. Pharm. 2004, 269 (2), 457-467. -
[33]
D. A. Edwards, J. Hanes, G. Caponetti, J. Hrkach, A. Ben-Jebria, M. L. Eskew, J. Mintzes, D. Deaver, N. Lotan, R. Langer, Science 1997, 276 (5320), 1868–1871. DA Edwards, J. Hanes, G. Caponetti, J. Hrkach, A. Ben-Jebria, ML Eskew, J. Mintzes, D. Deaver, N. Lotan, R. Langer, Science 1997, 276 (5320), 1868- 1,871th -
[34]
J. Heyder, J. Gebhart, G. Rudolf, C. F. Schiller, W. Stahlhofen, J. Aerosol Sci. 1986, 17 (5), 811–825. J. Heyder, J. Gebhart, G. Rudolf, CF Schiller, W. Stahlhofen, J. Aerosol Sci. 1986, 17 (5), 811-825. -
[35]
W. C. Hinds, Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles: Properties, Behaviour and Measurement of Airborne Particles, 2. Aufl., John Wiley & Sons Inc., New York, 1999. WC Hinds, Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles: Properties, Behavior and Measurement of Airborne Particles, 2nd ed., John Wiley & Sons Inc., New York, 1999. -
[36]
K. Enk, Pharmazeutische Zeitung. 2004, 149 (27), 16–21. K. Enk, Pharmaceutical Newspaper. 2004, 149 (27), 16-21. -
[37]
S. White, D. B. Bennett, S. Cheu, P. W. Conley, D. B. Guzek, S. Gray, J. Howard, R. Malcolmson, J. M. Parker, P. Roberts, N. Sadrzadeh, J. D. Schumacher„ S. Seshadri, G. W. Sluggett, C. L. Stevenson, N. J. Harper, Diabet. Techn. Ther. 2005, 7 (6), 896–906. S. White, DB Bennett, S. Cheu, PW Conley, DB Guzek, S. Gray, J. Howard, R. Malcolmson, JM Parker, P. Roberts, N. Sadrzadeh, JD Schumacher S. Seshadri, GW Sluggett, CL Stevenson, NJ Harper, Diabet. Techn. Ther. 2005, 7 (6), 896-906. -
[38]
S. Zimontkowski, Sprühtrocknung von Proteinen – Untersuchungen der Einflussgrößen auf die Partikelmorphologie und Verbesserung der Dispergierbarkeit mittels Partikeldesign, Dissertation, Bonn, 2006. S. Zimontkowski, Spray Drying of Proteins - Investigations of Factors Affecting Particle Morphology and Improvement of Dispersibility by Particle Design, Dissertation, Bonn, 2006. -
[39]
M. Schmidt, E. Fehling, C. Glotzbach, S. Fröhlich, S. Piotrowski, Ultra-High Performance Concrete and Nanotechnology in Construction, 1. Aufl., Kassel University Press, Kassel, 2012. M. Schmidt, E. Fehling, C. Glotzbach, S. Frohlich, S. Piotrowski, Ultra High Performance Concrete and Nanotechnology in Construction, 1st ed., Kassel University Press, Kassel, 2012. -
[40]
B. Friede, P. Fidjestol, Nachrichten aus der Chemie 2011, 59 (10), 956–958. B. Friede, P. Fidjestol, Chemistry News 2011, 59 (10), 956-958. -
[41]
D. M. Smith, A. Maskara, U. Boes, J. Non-Crystalline Solids. 1998, 225 (1), 254–259. DM Smith, A. Maskara, U. Boes, J. Non-Crystalline Solids. 1998, 225 (1), 254-259. -
[42]
E. Riedel, C. Janiak, T. M. Klapötke, H.-J. Meyer, Moderne Anorganische Chemie, 2. Aufl., Walter de Gruyter GmbH, Berlin, 2003. E. Riedel, C. Janiak, TM Klapotke, H.-J. Meyer, Modern Inorganic Chemistry, 2nd ed., Walter de Gruyter GmbH, Berlin, 2003. -
[43]
L. Böttcher, cfi/Ber. DKG 2009, 86 (6), 37–40. L. Böttcher, cfi / Ber. DKG 2009, 86 (6), 37-40. -
[44]
M. L. Nielsen, P. M. Hamilton und R. J. Walsh, Ultrafine Metal Oxides by Decomposition of Salts in a Flame, In Ultrafine Particles, H. Lamprey, W. E. Kuhn, C. Sheer, VCH Wiley Verlag, London, 1964. ML Nielsen, PM Hamilton and RJ Walsh, Ultrafine Metal Oxides by Decomposition of Salts in a Flame, In Ultrafine Particles, H. Lamprey, WE Kuhn, C. Sheer, VCH Wiley Publishing, London, 1964. -
[45]
G. L. Messing, S.-C. Zhang, G. V. Jayanthi, J. Am. Ceram. Soc. 1993, 76 (11), 2707– 2726. GL Brass, S.-C. Zhang, GV Jayanthi, J. Am. Ceram. Soc. 1993, 76 (11), 2707-2726. -
[46]
W. J. Walker, J. S. Reed, J. Am. Chem. Soc. 1999, 82 (7), 1711–1719 WJ Walker, JS Reed, J. Am. Chem. Soc. 1999, 82 (7), 1711-1719 -
[47]
D. E. Walton, C. J. Mumford, Trans. Int. Chem. E. 1999, 77 (A), 21–38. DE Walton, CJ Mumford, Trans. Int. Chem. E. 1999, 77 (A), 21-38. -
[48]
Y. Xiong, T. T. Kodas, J. Aerosol Sci. 1993, 24 (7), 893–908. Y. Xiong, TT Kodas, J. Aerosol Sci. 1993, 24 (7), 893-908. -
[49]
S. Gablenz, Sprühtrocknung und Sprühhydrolyse – neue Methoden zur Herstellung von Metalloxiden und zur Modifizierung von BaTiO3, Dissertation, Halle-Wittenberg, 2001. S. Gablenz, spray drying and spray hydrolysis - new methods for the preparation of metal oxides and for the modification of BaTiO3, Dissertation, Halle-Wittenberg, 2001. -
[50] C. A. La. Mont, Preserving Eggs, Patent
US 51263 US 51263 -
[51] S. R. Percy, Improvement in Drying and Concentrating Liquid Substances by Atomizing, Patent
US 125406 US 125406 - [52] R. Stauf, Method of desiccating Blood, Patent D 666711, 29.01.1901.[52] R. Stauf, Method of desiccating Blood, Patent D 666711, 29.01.1901.
-
[53]
L. C. Menting, B. Hoogstad, J. Food Sci. 1967, 32 (1), 87–90. LC Menting, B. Hoogstad, J. Food Sci. 1967, 32 (1), 87-90. -
[54]
C. J. King, Proc. Techn. Proceedings 1987, 5, 5–6. CJ King, Proc. Techn. Proceedings 1987, 5, 5-6. -
[55]
A. C. Patsvas, Chem. Eng. Progress 1963, 59 (4), 65–70. AC Patsvas, Chem. Eng. Progress 1963, 59 (4), 65-70. -
[56]
K. Masters, Spray Drying Handbook, 4. Aufl., Halsted Press, New York, 1985. K. Masters, Spray Drying Handbook, 4th ed., Halsted Press, New York, 1985. -
[57]
W. R. Marshall, Ind. Eng. Chem. 1953, 45 (1), 47–54. WR Marshall, Ind. Eng. Chem. 1953, 45 (1), 47-54. -
[58]
H. Kamiya, M. Naito, T. Hotta, K. Isomura, J. Tzubaki, K. Nematsu, J. Am. Ceram. Soc. Bull. 1997, 76 (10), 79–82. H. Kamiya, M. Naito, T. Hotta, K. Isomura, J. Tzubaki, K. Nematsu, J. Am. Ceram. Soc. Bull. 1997, 76 (10), 79-82. -
[59]
G. Pravdic, M. S. J. Gani, J. Mater. Sci. 1996, 31 (13), 3487–3495. G. Pravdic, MSJ Gani, J. Mater. Sci. 1996, 31 (13), 3487-3495. -
[60]
S. J. Lukasiewicz, Eng. Mater. Handbook 1991, 4, 100–108. SJ Lukasiewicz, Eng. Mater. Handbook 1991, 4, 100-108. -
[61]
H. A. C. Thijssen, Torrebulletfies Leurs Deriv. 1970, 4, 108–117. HAC Thijssen, Torrebulletfies Leurs Deriv. 1970, 4, 108-117. -
[62]
D. H. Charlesworth, W. R. Marshall Jr., AlChE Journal. 1960, 6 (1), 9–23. DH Charlesworth, WR Marshall Jr., AlChE Journal. 1960, 6 (1), 9-23. -
[63]
E. J. Crosby, W. R. Marshall, Chem. Eng. Prog. 1958, 54 (7), 56–63. EJ Crosby, WR Marshall, Chem. Eng. Prog. 1958, 54 (7), 56-63. -
[64]
G. Wozniak, Zerstäubungstechnik: Prinzipien, Verfahren, Geräte, 1. Aufl., Axel Springer-Verlag, Heidelberg, 2003. G. Wozniak, Atomization Technology: Principles, Procedures, Devices, 1st ed., Axel Springer-Verlag, Heidelberg, 2003. -
[65]
W. Wang, K. H. Ngan, J. Gong, P. Angeli, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects 2009, 334 (1–3), 197–202. W. Wang, KH Ngan, J. Gong, P. Angeli, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Closely. Aspects 2009, 334 (1-3), 197-202. -
[66]
O. E. Yildririm, O. A. Basaran, J. Non-Newtonian Fluids Mech. 2006, 136, 17–37. OE Yildririm, OA Basaran, J. Non-Newtonian Fluids Mech. 2006, 136, 17-37. -
[67]
VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, VDI-Wärmeatlas, 10. Aufl., Axel Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006. VDI-Gesellschaft Process Engineering and Chemical Engineering, VDI-Wärmeatlas, 10th ed., Axel Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006. -
[68]
K. Gersten, H. Herwig, Strömungsmechanik: Grundlagen der Impuls-, Wärme- und Stoffübertragung aus asymptotischer Sicht, 1. Aufl., Vieweg Verlagsgesellschaft, Braunschweig, 1992. K. Gersten, H. Herwig, Fluid Mechanics: Principles of Momentum, Heat and Mass Transfer from an Asymptotic Perspective, 1st ed., Vieweg Verlagsgesellschaft, Braunschweig, 1992. -
[69]
J. Zierep, K. Büchler. Grundzüge der Strömungslehre: Grundlagen, Statik und Dynamik der Fluide, 1. Aufl., Vieweg + Teubner Verlag, Berlin, 2010. J. Zierep, K. Büchler. Fundamentals of Fluid Mechanics: Fundamentals, Statics and Dynamics of Fluids, 1st ed., Vieweg + Teubner Verlag, Berlin, 2010. -
[70]
S. H. Song, S. Y. Lee, Atomization and Sprays. 1996, 6, 193–209. SH Song, SY Lee, Atomization and Sprays. 1996, 6, 193-209. -
[71]
A. Glathe, G. Wozniak, T. Richter, Atomization and Sprays. 2001, 11 (1), 21–33. A. Glathe, G. Wozniak, T. Richter, Atomization and Sprays. 2001, 11 (1), 21-33. -
[72]
P. Walzel, Chem. Ing. Tech. 1990, 62 (12), 983–994. P. Walzel, Chem. Ing. Tech. 1990, 62 (12), 983-994. -
[73]
W. Eisenmenger, Acoustica 1959, 9 (2), 327–340. W. Eisenmenger, Acoustica 1959, 9 (2), 327-340. -
[74]
J. Gimbun, T. G. Chuah, T. S. Y. Choong, A. Fakhru'l-Razi, Aerosol Sci. 2005, 36 (8), 1056–1065. J. Gimbun, TG Chuah, TSY Choong, A. Fakhru'l-Razi, Aerosol Sci. 2005, 36 (8), 1056-1065. -
[75]
J. E. Elversson, A. Millqvist-Fureby, G. Alderborn, U. Elofsson, J. Pharm. Sci. 2003, 92 (4), 900–910. JE Elversson, A. Millqvist-Fureby, G. Alderborn, U. Elofsson, J. Pharm. Sci. 2003, 92 (4), 900-910. -
[76]
K. Bechtold-Peters, Herstellung von feinsten Partikeln für biopharmazeutische Wirkstoffe für die pulmonale Gabe von Arzneimitteln, Dissertation, Heidelberg, 2001. K. Bechtold-Peters, Production of Finest Particles for Biopharmaceutical Agents for the Pulmonary Administration of Medicinal Products, Dissertation, Heidelberg, 2001. -
[77]
W. J. Walter, J. S. Reed, S. K. Verma, Ceram. Eng. Sci. Proc. 1993, 14 (11–12), 58– 79. WJ Walter, JS Reed, SK Verma, Ceram. Closely. Sci. Proc. 1993, 14 (11-12), 58-79. -
[78]
P. W. Atkins, Physikalische Chemie, 2. Aufl., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1990. PW Atkins, Physical Chemistry, 2nd ed., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1990. -
[79]
J. Plateau, Statique expérimentale et théorique des liquides soumis aux seules forces moléculaires. University Library Ghent. 1873. J. Plateau, Statique expérimentale et théorique des liquides soumis aux seules forces moléculaires. University Library Ghent. 1,873th -
[80]
L. Rayleigh, Proc. London Math. Soc. 1878, 10, 4–13. L. Rayleigh, Proc. London Math. Soc. 1878, 10, 4-13. -
[81]
A. M. Sterling, C. A. Sleicher, J. Fluid Mech. 1975, 68 (3), 477–495. AM Sterling, CA Sleicher, J. Fluid Mech. 1975, 68 (3), 477-495. -
[82]
A. H. Lefebvre, Atomization and Sprays, 1. Aufl., Hemisphere Publishing Corperation, New York, 1989. AH Lefebvre, Atomization and Sprays, 1st ed., Hemisphere Publishing Corporation, New York, 1989. -
[83]
H. Kim, Physica B 2007, 389, 377–379. H. Kim, Physica B 2007, 389, 377-379. -
[84]
S. P. Lin, R. D. Reitz, Ann. Rev. Fluid Mech. 1998, 30 (1), 85–105. SP Lin, RD Reitz, Ann. Rev. Fluid Mech. 1998, 30 (1), 85-105. -
[85]
S. Leroux, C. Dumonchel, M. Ledoux, Atomization and Sprays 1996, 6, 479–500. S. Leroux, C. Dumonchel, M. Ledoux, Atomization and Sprays 1996, 6, 479-500. -
[86]
K. Masters, Spray Drying Handbook, 5. Aufl., VCH Wiley Verlag, New York, 1991. K. Masters, Spray Drying Handbook, 5th Ed., VCH Wiley Publishing, New York, 1991. -
[87]
N. Dombrowski, P. C. Hooper, Chem. Eng. Sci. 1962, 17 (4), 291–305. N. Dombrowski, PC Hooper, Chem. Eng. Sci. 1962, 17 (4), 291-305. -
[88]
C. Z. Weber, Math Mech. 1931, 11, 136–154. CZ Weber, Math Mech. 1931, 11, 136-154. -
[89]
M. Doumas, R. Laster, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (9), 518–526. M. Doumas, R. Laster, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (9), 518-526. -
[90]
N. Dombrowski, D. L. Wolfsohn, Trans. Instn. Chem. Engrs. 1972, 50, 259–269. N. Dombrowski, DL Wolfsohn, Trans. Instn. Chem. Engrs. 1972, 50, 259-269. -
[91]
N. Dombrowski, M. A. Tahir, J. Inst. Fuel. 1977, 1, 63–81. N. Dombrowski, MA Tahir, J. Inst. Fuel. 1977, 1, 63-81. -
[92]
P. Walzel, Ger. Chem. Eng. 1984, 7, 1–12. P. Walzel, Ger. Chem. Eng. 1984, 7, 1-12. -
[93]
L. Rayleigh, Phil. Mag. Ser. 1882, 5 (14), 184–186. L. Rayleigh, Phil. Mag. Ser. 1882, 5 (14), 184-186. -
[94]
R. D. Reitz, F. V. Bracco, Phys Fluids. 1982, 25 (2), 1730–1741. RD Reitz, FV Bracco, Phys Fluids. 1982, 25 (2), 1730-1741. -
[95]
R. P. Grant, S. Middlemann, AlChE Journal. 1966, 12 (4), 669–678. RP Grant, S. Middlemann, AlChE Journal. 1966, 12 (4), 669-678. -
[96]
J. C. Chu, E. L. Stout, R. M. Busche, Chem. Eng. Prog. 1951, 47 (1), 29–38. JC Chu, EL Stout, RM Busche, Chem. Eng. Prog. 1951, 47 (1), 29-38. -
[97]
K. B. Prinn, H. R. Costantino, M. Tracy, AAPS Pharm. Sci. Tech. 2002, 3 (1), E4. KB Prinn, HR Costantino, M. Tracy, AAPS Pharm. Sci. Tech. 2002, 3 (1), E4. -
[98]
I. Zbicinski, C. Strumillo, A. Delag, Drying Technology 2002, 20 (9), 1751–1768. I. Zbicinski, C. Strumillo, A. Delag, Drying Technology 2002, 20 (9), 1751-1768. -
[99]
H. Schlichting, K. Gersten, Grenzschicht-Theorie, 10. Aufl., Axel Springer-Verlag, Berlin, 2006. H. Schlichting, K. Gersten, Grenzschicht-Theorie, 10th ed., Axel Springer-Verlag, Berlin, 2006. -
[100]
W. Nusselt, Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik 1930, 10 (2), 105– 206. W. Nusselt, Journal of Applied Mathematics and Mechanics 1930, 10 (2), 105-206. -
[101]
W. E. Ranz, W. R. Marshall, Chem. Eng. Progr. 1952, 48, Part 16–141; Part II 80–173. WE Ranz, WR Marshall, Chem. Eng. Progr. 1952, 48, Part 16-141; Part II 80-173. -
[102]
S. Nukiyama, Y. Tanasawa, Trans. Soc. Mech. Eng. Jpn. 1939, 5, 68–229. S. Nukiyama, Y. Tanasawa, Trans. Soc. Mech. Eng. Jpn. 1939, 5, 68-229. -
[103]
G. E. Lorenzetto, A. H. Lefebvre, AIAA Journal 1977, 15 (7), 1006–1010. GE Lorenzetto, AH Lefebvre, AIAA Journal 1977, 15 (7), 1006-1010. -
[104]
K. H. Leong, J. Aerosol Sci. 1987, 18 (5), 511–524. KH Leong, J. Aerosol Sci. 1987, 18 (5), 511-524. -
[105]
G. V., Jayanthi, S. C. Zhang, G. L. Messing, Aerosol Sci. Techn. 1993, 19 (4), 478– 490. GV, Jayanthi, SC Zhang, GL Brass, Aerosol Sci. Techn. 1993, 19 (4), 478-490. -
[106]
N. Abuaf, F. W. Staub, Drying 1986, 86 (1), 277–284. N. Abuaf, FW Staub, Drying 1986, 86 (1), 277-284. -
[107]
J. A. Duffie, W. R. Marshall, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (8), 417–423. JA Duffie, WR Marshall, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (8), 417-423. -
[108]
J. A. Duffie, W. R. Marshall, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (9), 480–486. JA Duffie, WR Marshall, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (9), 480-486. -
[109]
J. S. Reed, Introduction to the Principlies of Ceramic Processing, 2. Aufl., Wiley-Interscience, New York, 1995. JS Reed, Introduction to the Principles of Ceramic Processing, 2nd Ed., Wiley-Interscience, New York, 1995. -
[110]
S. K. Friedlander, Smoke, Dust, and Haze: Fundamentals of Aerosol Dynamics, 2. Aufl., Oxford University Press, Oxford, 2000. SK Friedlander, Smoke, Dust, and Haze: Fundamentals of Aerosol Dynamics, 2nd ed., Oxford University Press, Oxford, 2000. -
[111]
A. Einstein, Annalen der Physik 1905, 322 (8), 549–560 A. Einstein, Annalen der Physik 1905, 322 (8), 549-560 -
[112]
M. Smulochski, Annalen der Physik 1906, 326 (14), 756–780 M. Smulochski, Annalen der Physik 1906, 326 (14), 756-780 -
[113]
K. J. Konsztowicz, E. Vargha-Butler, T. Maksym, H. W. King, Ceram. Trans. 1991, 22, 363–369. KJ Konsztowicz, E. Vargha-Butler, T. Maksym, HW King, Ceram. Trans. 1991, 22, 363-369. -
[114]
K. J. Konsztowicz, G. Maksym, T. Makysm, H. W. King, W. F. Caley, E. Vargha-Butler, Ceramic Transactions 1992, 26, 46–53. KJ Konsztowicz, G. Maksym, T. Makysm, HW King, WF Caley, E. Vargha-Butler, 1992, 26, 46-53.Ceramic Transactions -
[115]
K. J. Konsztowicz, W. F Caley, E. Vargha-Butler, Ceram. Trans. 1991, 22, 235–240. KJ Konsztowicz, W.F. Caley, E. Vargha-Butler, Ceram. Trans. 1991, 22, 235-240. -
[116]
J. Dlouhy, W. H. Gauvin, AlChE J. 1960, 6 (1), 29–34. J. Dlouhy, WH Gauvin, AlChE J. 1960, 6 (1), 29-34. -
[117]
J. A. Buckham, R. W. Moulton, Chem. Eng. Prog. 1955, 51 (3), 126–133. JA Buckham, RW Moulton, Chem. Eng. Prog. 1955, 51 (3), 126-133. -
[118]
W. S. Cheow, S. Li, K. Hadinoto, Chem. Eng. Res. Des. 2010, 88 (5–6), 673–685. WS Cheow, S. Li, K. Hadinoto, Chem. Eng. Res. Des. 2010, 88 (5-6), 673-685. -
[119]
A. D. Stroock, S. K. W. Dertinger, A. Ajdari, I. Mezic, H. A. Stone, G. M. Whitesides, Science 2002, 295 (5555), 647–651. AD Stroock, SKW Dertinger, A. Ajdari, I. Mezic, HA Stone, GM Whitesides, Science 2002, 295 (5555), 647-651. -
[120]
I. W. Lenggoro, T. Hata, F. Iskandar, M. M. Lunden, K. Okuyama, J. Mater. Res. 2000, 15 (3), 733–743. IW Lenggoro, T. Hata, F. Iskandar, MM Lunden, K. Okuyama, J. Mater. Res. 2000, 15 (3), 733-743. -
[121]
S. J. Lukasiewicz, J. Am. Ceram. Soc. 1989, 72 (4), 617–624. SJ Lukasiewicz, J. Am. Ceram. Soc. 1989, 72 (4), 617-624. -
[122]
P. Pieranski, Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 569–572. P. Pieranski, Phys. Rev. Lett. 1980, 45, 569-572. -
[123]
H.-W. Lee, H. Song, I.-S. Suk, S.-R. Oh, S.-G. Choi, Ceram. Trans. 1995, 54, 41–50. H.-W. Lee, H. Song, I.-S. Suk, S.-R. Oh, S.-G. Choi, Ceram. Trans. 1995, 54, 41-50. -
[124]
H. Takahashi, N. Shinohara, M. Okumiya, K. Uematsu, T. Junichiro, Y. Iwamoto, H. Kamiya, J. Am. Ceram. Soc. 1995, 78 (4), 903–908. H. Takahashi, N. Shinohara, M. Okumiya, K. Uematsu, T. Junichiro, Y. Iwamoto, H. Kamiya, J. Am. Ceram. Soc. 1995, 78 (4), 903-908. -
[125]
F. S. Shaw, Am. Chem. Soc. Bull. 1990, 69 (9), 1484–1489. FS Shaw, Am. Chem. Soc. Bull. 1990, 69 (9), 1484-1489. -
[126]
O. D. Velev, K. Furusawa, K. Nagayama, Langmuir. 1996, 12 (10), 2374–2384. OD Velev, K. Furusawa, K. Nagayama, Langmuir. 1996, 12 (10), 2374-2384. -
[127]
O. D. Velev, K. Furusawa, K. Nagayama, Langmuir. 1996, 12 (10), 2385–2391. OD Velev, K. Furusawa, K. Nagayama, Langmuir. 1996, 12 (10), 2385-2391. -
[128]
O. D. Velev, K. Furusawa, K. Nagayama, Langmuir. 1997, 13 (6), 1856–1859. OD Velev, K. Furusawa, K. Nagayama, Langmuir. 1997, 13 (6), 1856-1859. -
[129]
N. Tsapis, E. R. Dufresne, S. S. Sinha, C. S. Riera, J. W. Hutchinson, L. Mahadevan, D. A. Weitz, Physical review letters 2005, 94 (1), Art.-No. 018302. N. Tsapis, ER Dufresne, SS Sinha, CS Riera, JW Hutchinson, L. Mahadevan, DA Weitz, Physical review letters 2005, 94 (1), Art.-No. 018,302th -
[130]
W. R. Marshall, E. Seltzer, Chem. Eng. Prog. 1950, 46 (10), 501–508 sowie 46 (11), 575–584. WR Marshall, E. Seltzer, Chem. Eng. Prog. 1950, 46 (10), 501-508 and 46 (11), 575-584. -
[131]
Y. F. Maa, H. R. Costantino, P.-A. Nguyen, C. C. Hsu, Pharm. Dev. Technol. 1997, 2 (3), 213–223. YF Maa, HR Costantino, P.-A. Nguyen, CC Hsu, Pharm. Dev. Technol. 1997, 2 (3), 213-223. -
[132]
H. H. Ali, C. J. Mumford, G. V. Jeffreys, G. S. Bains, eds., Drying '89, Proceedings from 6th International Drying Symposium, Versailles, 1988, 378–385. HH Ali, CJ Mumford, GV Jeffreys, GS Bains, eds., Drying '89, Proceedings from 6th International Drying Symposium, Versailles, 1988, 378-385. -
[133]
C. G. Greenwald, C. J. King, A.l.Ch.E. Symp. Ser. 1982, 78 (218), 101–110. CG Greenwald, CJ King, AlCh.E. Symp. Ser. 1982, 78 (218), 101-110. -
[134]
L. Huang, K. Kumar, A. S. Mujumdar, Drying Techn. 2003, 21 (3), 385–412. L. Huang, K. Kumar, AS Mujumdar, Drying Techn. 2003, 21 (3), 385-412. -
[135]
J. A. Balmer, A. Schmid, S. P. Armes, J. Mater. Chem. 2008, 18, 5722–5730. JA Balmer, A. Schmid, SP Armes, J. Mater. Chem. 2008, 18, 5722-5730. -
[136]
T. Ishimori, M. Senna, J. Mater. Sci. 1995, 30 (2), 488–495. T. Ishimori, M. Senna, J. Mater. Sci. 1995, 30 (2), 488-495. -
[137]
A. Maskara, D. M. Smith, J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80 (7), 1715–1722. A. Maskara, DM Smith, J. Am. Ceram. Soc. 1997, 80 (7), 1715-1722. -
[138]
N. Namiki, Y. Otani, C. M. Yun, H. Emi, T. Yamada, Kagaku Kogaku Ronbunshu 2000, 26, 100–104. N. Namiki, Y. Otani, CM Yun, H. Emi, T. Yamada, 2000, 26, 100-104.Kagaku Kogaku Ronbunshu -
[139]
F. Iskandar, I. W. Lenggoro, T. O. Kim, N. Nakao, M. Shimada, K. Okuyama, J. Chem. Eng. Japan. 2001, 34 (10), 1285–1292. F. Iskandar, IW Lenggoro, TO Kim, N. Nakao, M. Shimada, K. Okuyama, J. Chem. Eng. Japan. 2001, 34 (10), 1285-1292. -
[140]
F. Iskandar, I. W. Lenggoro, B. Xia, K. Okuyama, J. Nanoparticle Res. 2001, 3 (4), 263–270 F. Iskandar, IW Lenggoro, B. Xia, K. Okuyama, J. Nanoparticle Res. 2001, 3 (4), 263-270 -
[141]
H. Kamiya, H. Suzuki, D. Kato, G. Jimbo, J. Am. Ceram. Soc. 1993, 76 (1), 54–64. H. Kamiya, H. Suzuki, D. Kato, G. Jimbo, J. Am. Ceram. Soc. 1993, 76 (1), 54-64. -
[142]
Y. Iwamoto, H. Nomura, I. Sugiura, J. Tsubaki, H. Takahashi, K. Ishikawa, N. Shinohara, M. Okumiya, T. Yamada, H. Kamiya, K. Uematsu, J. Mater. Sci. 1994, 9 (5), 1208–1213. Y. Iwamoto, H. Nomura, I. Sugiura, J. Tsubaki, H. Takahashi, K. Ishikawa, N. Shinohara, M. Okumiya, T. Yamada, H. Kamiya, K. Uematsu, J. Mater. Sci. 1994, 9 (5), 1208-1213. -
[143]
A. Hemati, R. Cherif, K. Saleh, V. Pont, Powder Technol. 2003, 130 (1–3), 18–34. A. Hemati, R. Cherif, K. Saleh, V. Pont, Powder Technol. 2003, 130 (1-3), 18-34. -
[144]
K. Saleh, R. Cherif, M. Hemati, Adv. Powder Technol. 1999, 10 (3), 255–277. K. Saleh, R. Cherif, M. Hemati, Adv. Powder Technol. 1999, 10 (3), 255-277. -
[145]
N. Baccile, D. Grosso, C. Sanchez, J. Mater. Chem. 2003, 13, 3011–3016. N. Baccile, D. Grosso, C. Sanchez, J. Mater. Chem. 2003, 13, 3011-3016. -
[146]
N. Balagopal, K. G. K. Warrier, A. D. Damodaran, K. S. Krishnan, J. Eur. Ceram. Soc. 1993, 12 (6), 449–453. N. Balagopal, KGK Warrier, AD Damodaran, KS Krishnan, J. Eur. Ceram. Soc. 1993, 12 (6), 449-453. -
[147]
L. Gradoń, S. Janeczko, M. Abdullah, F. Iskandar, K. Okuyama, AlChE. J. 2004, 50 (10), 2583–2593. L. Gradoń, S. Janeczko, M. Abdullah, F. Iskandar, K. Okuyama, AlChE. J. 2004, 50 (10), 2583-2593. -
[148]
K. Nogami, O. Sakurai, N. Mizutani, M. Kato, Yogyo Kyokaishi. 1987, 95 (7), 682–685. K. Nogami, O. Sakurai, N. Mizutani, M. Kato, Yogyo Kyokaishi. 1987, 95 (7), 682-685. -
[149]
R. Vanbever, J. D. Mintzes, J. Wang, J. Nice, D. Chef, R. Batycky, R. Langer, D. A. Edwards, Pharm. Res. 1999, 16 (11), 1735–1742. R. Vanbever, JD Mintzes, J. Wang, J. Nice, D. Chef, R. Batycky, R. Langer, DA Edwards, Pharm. Res. 1999, 16 (11), 1735-1742. -
[150]
G. W. Scherer, J. Am. Ceram. Soc. 1990, 73 (1), 3–14. GW Scherer, J. Am. Ceram. Soc. 1990, 73 (1), 3-14. -
[151]
H. Lang, K. Shinohara, H. Minoshima, K. Matsushima, Chem. Eng. Sci. 2001, 56 (6), 2205–2213. H. Lang, K. Shinohara, H. Minoshima, K. Matsushima, Chem. Eng. Sci. 2001, 56 (6), 2205-2213. -
[152]
S. Eckhard, M. Fries, K. Lenzner, M. Nebelung, Chemie Ingenieur Technik 2012, 84 (3), 335–342. S. Eckhard, M. Fries, K. Lenzner, M. Nebelung, Chemie Ingenieur Technik 2012, 84 (3), 335-342. -
[153]
L. Pauchard, C. Allain, Europhys. Lett. 2004, 66, 667–673 L. Pauchard, C. Allain, Europhys. Lett. 2004, 66, 667-673 -
[154]
L. Pauchard, Y. Couder, Europhys. Lett. 2003, 62, 897–903 L. Pauchard, Y. Couder, Europhys. Lett. 2003, 62, 897-903 -
[155]
N. Tsapis, E. R. Dufresne, S. S. Sinha, C. S. Riera, J. W. Hutchinson, L. Mahadevan, D. A. Weitz, Phys. Review. Lett. 2005, 94 (1), 018302 N. Tsapis, ER Dufresne, SS Sinha, CS Riera, JW Hutchinson, L. Mahadevan, DA Weitz, Phys. Review. Lett. 2005, 94 (1), 018302 -
[156]
J. Bahadur, D. Sen, S. Mazumder, B. Paul, H. Bhatt, S. G. Sing, Langmuir 2012, 28 (3), 1914–1923. J. Bahadur, D. Sen, S. Mazumder, B. Paul, H. Bhatt, SG Sing, Langmuir 2012, 28 (3), 1914-1923. -
[157]
J. A. Owczarek, Fundamentals of Gas Dynamics, 3. Aufl., McGraw-Hill, New York, 1971. JA Owczarek, Fundamentals of Gas Dynamics, 3rd ed., McGraw-Hill, New York, 1971. -
[158]
Brauer, H. Grundlagen der Einphasen- und Mehrphasenströmungen. 1. Aufl., Sauerländer Verlag, Frankfurt am Main, 1971. Brauer, H. Basics of single-phase and multi-phase flows. 1st edition, Sauerländer Verlag, Frankfurt am Main, 1971. -
[159]
C. Crowe, Y. Tsuji, M. Sommerfeld, Multiphase Flows with Droplets and Particles, 1. Aufl., CRC Press, 1998. C. Crowe, Y. Tsuji, M. Sommerfeld, Multiphase Flows with Droplets and Particles, 1st Ed., CRC Press, 1998. -
[160]
A. A. Shraiber, Atomization and Sprays 1996, 6, 667–692. AA Shraiber, Atomization and Sprays 1996, 6, 667-692. -
[161]
R. Wiebe, V. L. Gaddy, C. Heins Jr., J. Am. Chem. Soc. 1933, 55 (3), 975–978. R. Wiebe, VL Gaddy, C. Heins Jr., J. Am. Chem. Soc. 1933, 55 (3), 975-978. -
[162]
R. Wiebe, V. L. Gaddy, C. Heins Jr., Ind. Eng. Chem. 1932, 24 (8), 927–933. R. Wiebe, VL Gaddy, C. Heins Jr., Ind. Eng. Chem. 1932, 24 (8), 927-933. -
[163]
R. P. Pollack, G. L. Kennan, J. Chem. Phys. 1990, 93 (4), 2724–2735. RP Pollack, GL Kennan, J. Chem. Phys. 1990, 93 (4), 2724-2735. -
[164]
H. A. Pray, C. E. Schweickert, B. H. Minnich, Ind. Eng. Chem. 1952, 44 (5), 1146– 1151. HA Pray, CE Schweickert, BH Minnich, Ind. Eng. Chem. 1952, 44 (5), 1146-1151. -
[165]
T. R. Rettich, R. Battino, E. Wilhelm, J. Solution Chem. 1984, 13 (5), 335–348. TR Radich, R. Battino, E. Wilhelm, J. Solution Chem. 1984, 13 (5), 335-348. -
[166]
Y.-K. Li, L. X. Nghiem, The Canadian J. Chem. Eng. 1986, 64 (3), 486–496. Y.-K. Li, LX Nghiem, The Canadian J. Chem. Eng. 1986, 64 (3), 486-496. -
[167]
R. Sun, W. Hu, Z. Duan, J. Solution Chem. 2001, 30 (6), 561–573. R. Sun, W. Hu, Z. Duan, J. Solution Chem. 2001, 30 (6), 561-573. -
[168]
A. Chapoy, A. H. Mohammadi, B. Tohidi, D. Richon, J. Chem. Eng. Data 2004, 49 (4), 1110–1115. A. Chapoy, AH Mohammadi, B. Tohidi, D. Richon, J. Chem. Eng. Data 2004, 49 (4), 1110-1115. -
[169]
P. Harting, Der Einfluss von Druck, Temperatur und Salzgehalt auf die Löslichkeitsisotopieeffekte von Methan und Stickstoff in Wasser, Dissertation, Leipzig, 1977. P. Harting, The influence of pressure, temperature and salinity on the solubility isotope effects of methane and nitrogen in water, Dissertation, Leipzig, 1977. -
[170]
T. D. O'Sullivan, N. O. Smith, J. Phys. Chem. 1970, 74 (7), 1460–1466. TD O'Sullivan, NO Smith, J. Phys. Chem. 1970, 74 (7), 1460-1466. -
[171]
S. Mao, Z. A Duan, Fluid Phase Equilibria 2006, 248 (2), 103–114. S. Mao, Z. A Duan, Fluid Phase Equilibria 2006, 248 (2), 103-114. -
[172]
Y. Lang, N. Hilal, P. Langston, V. Starov, Adv. Colloid and Interface Sci. 2007, 134-135, 151–166. Y. Lang, N. Hilal, P. Langston, V. Starov, Adv. Colloid and Interface Sci. 2007, 134-135, 151-166. -
[173]
X. J. Cao, H. Z. Cummins, J. F. Morris, J. Colloid and Interface Sci. 2012, 368 (1), 86– 96. XJ Cao, HZ Cummins, JF Morris, J. Colloid and Interface Sci. 2012, 368 (1), 86-96. -
[174]
K. R. Harris, L. A. Woolf, J. Chem. Eng. Data. 2004, 49, 1064–1069. KR Harris, LA Woolf, J. Chem. Eng. Data. 2004, 49, 1064-1069. -
[175]
Testbericht, Rheologische Charakterisierung von Kieselsäure-Proben, Anton Paar Germany GmbH, Ostfildern, 2012. Test Report, Rheological Characterization of Silica Samples, Anton Paar Germany GmbH, Ostfildern, 2012. -
[176]
P. Gallagher, C. Conlee, K. Rollins, J. Geotechn. Geoenvironm. Eng. 2007, 133 (2), 186–196. P. Gallagher, C. Conlee, K. Rollins, J. Geotechn. Geoenvironm. Closely. 2007, 133 (2), 186-196. -
[177]
F. J. Rubin-Hernández, M. F. Ayúcar-Rubin, J. F. Velázquez-Navarro, F. J. Galindo-Rosales, J. Colloid and Interface Sci. 2006, 298 (2), 967–972. FJ Rubin-Hernández, MF Ayúcar-Rubin, JF Velázquez-Navarro, FJ Galindo-Rosales, J. Colloid and Interface Sci. 2006, 298 (2), 967-972. -
[178]
T. Okubo, J. Colloid and Interface Sci. 1995, 171 (1), 55–62. T. Okubo, J. Colloid and Interface Sci. 1995, 171 (1), 55-62. -
[179]
R. K. Iler, The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica, 1. Aufl., John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 1979. RK Iler, The Chemistry of Silica: Solubility, Polymerization, Colloid and Surface Properties and Biochemistry of Silica, 1st ed., John Wiley & Sons Inc., Hoboken, 1979. -
[180]
I. Blute, R. J. Pugh, J. v. Pas, I. Callaghan, Colloids and Surfaces A: Physicochem. and Eng. Aspects. 2009, 337 (1–3), 127–135. I. Blood, RJ Pugh, J. v. Pas, I. Callaghan, Colloids and Surfaces A: Physicochem. and Eng. Aspects. 2009, 337 (1-3), 127-135. -
[181]
http://www.ruhr-uni-bochum.de/thermo/Software/Seiten/Fluidcal.htm, Abruf am 15.09.2010 http://www.ruhr-uni-bochum.de/thermo/Software/Seiten/Fluidcal.htm, retrieved on 15.09.2010 -
[182]
C. Tegeler, R. Span, W. Wagner, J. Phys. Chem. Ref. Data 1999, 28, 779–850. C. Tegeler, R. Span, W. Wagner, J. Phys. Chem. Ref. Data 1999, 28, 779-850. -
[183]
R. Span, E. W. Lemmon, R. T. Jacobsen, W. Wagner, A. Yokozeki, J. Phys. Chem. Ref. Data 2000, 29, 1361–1433. R. Span, EW Lemmon, RT Jacobsen, W. Wagner, A. Yokozeki, J. Phys. Chem. Ref. 2000, 29, 1361-1433.Data -
[184]
R. Span, W. Wagner, J. Phys. Chem. Ref. Data 1996, 25, 1509–1596. R. Span, W. Wagner, J. Phys. Chem. Ref. Data 1996, 25, 1509-1596. -
[185]
R. D. McCarty, V. D. Arp, Adv. Cryo. Eng. 1990, 35, 1465–1475. RD McCarty, VD Arp, Adv. Cryo. Closely. 1990, 35, 1465-1475. -
[186]
W. Wagner, A. Pruß, J. Phys. Chem. Ref. Data 2002, 31, 387–535. W. Wagner, A. Pruss, J. Phys. Chem. Ref. Data 2002, 31, 387-535. -
[187]
Anleitung 70351165.02/2009, Aufbau und Betrieb Entstaubungsgerät SFK-02/03/11 FL 4, MAHLE Filtersysteme GmbH, Öhringen, 2009. Instruction Manual 70351165.02 / 2009, Design and Operation Dust Collector SFK-02/03/11 FL 4, MAHLE Filtersysteme GmbH, Öhringen, 2009. -
[188]
G. W. Sears, Am. Chem. Soc. 1956, 28 (12), 1981–1983. GW Sears, Am. Chem. Soc. 1956, 28 (12), 1981-1983. -
[189]
G. Mie, Annalen der Physik, Vierte Folge 1908, 25 (3), 377–445. G. Mie, Annalen der Physik, Fourth Series 1908, 25 (3), 377-445. -
[190]
H. C. v. d. Hulst, Light scattering by small particles, 1. Aufl., Dover Puplications, New York, 1981. HC vd Hulst, Light scattering by small particles, 1st ed., Dover Publications, New York, 1981. -
[191]
A. Braun, K. Franks, V. Kestens, G. Roebben, A. Lamberty, T. Linsinger, Certification of Equivalent Spherical Diameters of Silica Nanoparticles in Water, European Commission, EUR 24620 EN – 2011, Geel, 2011. A. Braun, K. Franks, V. Kestens, G. Roebben, A. Lamberty, T. Linsinger, Certification of Equivalent Spherical Diameters of Silica Nanoparticles in Water, European Commission, EUR 24620 EN - 2011, Geel, 2011. -
[192]
L. T. Zhuravlev, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects 2000, 173 (1–3), 1–38. LT Zhuravlev, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Closely. Aspects 2000, 173 (1-3), 1-38. -
[193] W. Egli, H. Seidel, S. Frommelt, C. Giesbrecht, Lichtdurchlässiges Hitzeschutzelement, Patent
WO 94/04355 WO 94/04355 -
[194]
T. Behnisch, Protokoll zu Mikrowellenversuchen bei der Firma Fricke und Mallah in Peine, Bad Köstritz, 2009. Behnisch, protocol for microwave experiments at Fricke and Mallah in Peine, Bad Köstritz, 2009. -
[195]
Technische Information 4/01, Schlick Kreisl-Nebeldüsen Modellreihe 121–123, Düsen-Schlick GmbH, Untersiemau/Coburg, 2001. Technical Information 4/01, Schlick Circular Fog Nozzles Model Series 121-123, Düsen-Schlick GmbH, Untersiemau / Coburg, 2001. -
[196]
Ausschuss für Gefahrstoffe, Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin, Bundesarbeitsblatt 11/2002. Committee for Hazardous Substances, Federal Institute for Occupational Safety and Health, Federal Worksheet 11/2002. -
[197]
J. H. d. Boer, M. E. A. Hermans, J. M. Vleeskens, Proc. Koninkl. nederl. Akad. Wetensch. 1957, B60 (45), 54. JH d. Boer, MEA Hermans, JM Vleeskens, Proc. Koninkl. Nederl. Akad. Wetensch. 1957, B60 (45), 54. -
[198]
J. H. d. Boer, J. M. Vleeskens, Proc. Koninkl. Nederl. Akad. Wetensch. 1958, B61 (2), 85. JH d. Boer, JM Vleeskens, Proc. Koninkl. Nederl. Akad. Wetensch. 1958, B61 (2), 85. -
[199]
J. H. d. Boer, Angew. Chem. 1958, 70 (13), 383–389. JH d. Boer, Angew. Chem. 1958, 70 (13), 383-389. -
[200]
C. Okkerse, Physical and Chemical Aspects of Adsorbents and Catalysis, B. G. Linsen (Ed.), Academic Press, London, 1970. C. Okkerse, Physical and Chemical Aspects of Adsorbents and Catalysis, BG Lens (Ed.), Academic Press, London, 1970. -
[201]
V. M. Bermudez, J. Phys. Chem. 1971, 75 (21), 3249–3257. VM Bermudez, J. Phys. Chem. 1971, 75 (21), 3249-3257. -
[202]
J. A. G. Taylor, J. A. Hockey, J. Phys. Chem. 1966, 70 (7), 2169–2172. JAG Taylor, JA Hockey, J. Phys. Chem. 1966, 70 (7), 2169-2172. -
[203]
J. A. G. Taylor, J. A. Hockey, B. A. Pethica, Proc. Brit. Ceram. Soc. 1965, 5, 133–141. JAG Taylor, JA Hockey, BA Pethica, Proc. Brit. Ceram. Soc. 1965, 5, 133-141. -
[204]
G. J. Young, J. Colloid Sci. 1958, 13 (1), 67–85. GJ Young, J. Colloid Sci. 1958, 13 (1), 67-85. -
[205]
G. J Young, T. P. Bursh. J. Colloid Sci. 1960, 15 (4), 361–369. G. J Young, TP Bursh. J. Colloid Sci. 1960, 15 (4), 361-369. -
[206]
M. Baverez, J. Bastick, Bull. Soc. Chim. Fr. 1964, 60, 3226. M. Baverez, J. Bastick, Bull Soc. Chim. Fr. 1964, 60, 3226. -
[207]
J. J. Fripiat, J. Uytterhoeven, J. Phys. Chem. 1962, 66 (5), 800–805. JJ Fripiat, J. Uytterhoeven, J. Phys. Chem. 1962, 66 (5), 800-805. -
[208]
M. M. Egorow, W. I. Kvlividze, V. F. Kiselev, K. G. Krassilnikov, Z. Z. Polym. 1966, 212, 126–138. MM Egorov, WI Kvlividze, VF Kiselev, KG Krassilnikov, ZZ Polym. 1966, 212, 126-138. -
[209]
L. A. Ignatyeva, V. I. Kvlividze, V. F. Kiselev, In Bound Water in Dispersed Systems, 1. Aufl., Moscow State University Press, Moscow, 1970. LA Ignatyeva, VI Kvlividze, VF Kiselev, In Bound Water in Dispersed Systems, 1st Ed., Moscow State University Press, Moscow, 1970. -
[210]
J. A. Dean, Lange's Handbook of Chemistry; 14. Aufl., McGraw Hill, New York, 1992. JA Dean, Lange's Handbook of Chemistry; 14th ed., McGraw Hill, New York, 1992. -
[211]
Eintrag zur CAS-Nr. 107-21-1, [GESTIS-Stoffdatenbank], Institut für Arbeitsschutz der Deutschen Gesetzlichen Unfallversicherung, Abruf am 04.01.2013. Entry to CAS no. 107-21-1, [GESTIS Substance Database], Institute for Occupational Safety of the German Social Accident Insurance, available on 04.01.2013. -
[212]
N. Hantzsch, Breaking new ground: Novel additives based on highly functionalised nanoparticles, European Coatings Congress, Nürnberg 2013. N. Hantzsch, Breaking new ground: novel additives based on highly functionalized nanoparticles, European Coatings Congress, Nuremberg 2013. -
[213]
J. Haigh, Hollow sphere pigments – Beyond decorative paint, European Coatings Congress, Nürnberg 2013. J. Haigh, Hollow sphere pigments - Beyond decorative paint, European Coatings Congress, Nuremberg 2013. -
[214]
M. Heitmann, Versuchsprotokoll: Ermittlung der Eigenschaften Vorstufen redispergierbare Nanopulver mit begrenzter Oberfläche von CWK, 2012, Nr. 6236/203505, Worlee Chemie GmbH. M. Heitmann, Experimental Protocol: Determination of Properties Precursor Redispersible Nanopowders with Limited Surface Area by CWK, 2012, No. 6236/203505, Worlee Chemie GmbH. -
[215]
M. Heitmann, Versuchsprotokoll: Prüfung Nanogel „kleine BET” im Austausch zu Füllstoff Heladol 30, 2012, Nr. 6298/203505, Worlee Chemie GmbH. M. Heitmann, Experimental Protocol: Testing Nanogel "small BET" in exchange for 30, 2012, No. 6298/203505, Worlee Chemie GmbH.filler Heladol -
[216]
M. Heitmann, Versuchsprotokoll: Prüfung Nanogel „kleine BET” in einer Rostschutzgrundierung (1.5938-06) Basis WorléeKyd MH 38 gegen Microdol 1, 2012, Nr. 6299/203505, Worlee Chemie GmbH. M. Heitmann, Experimental Protocol: Testing Nanogel "small BET" in a rust protection primer (1.5938-06) based WorléeKyd MH 38 against 1, 2012, No. 6299/203505, Worlee Chemie GmbH.Microdol -
[217]
A. Beard, D. Eisenhauer, Flame retardants fundamentals, European Coatings Congress, Nürnberg 2013. A. Beard, D. Eisenhauer, Flame Retardants Fundamentals, European Coatings Congress, Nuremberg 2013. -
[218]
DIN Deutsches Institut für Normung e. V., DIN EN ISO 2813:2012, Bestimmung des Reflektometerwertes von Beschichtungen (außer Metallic-Beschichtungen) unter 20°, 60° und 85°, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2012. DIN German Institute for Standardization e. V., DIN EN ISO 2813: 2012, Determination of reflectometer value of coatings (except metallic coatings) below 20 °, 60 ° and 85 °, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2012. -
[219]
G. Kalinna, J. für Oberflächentechnik 2012, 6, 64–66. G. Kalinna, J. for 2012, 6, 64-66.Surface Engineering -
[220]
DIN Deutsches Institut für Normung e. V., ISO 7724, Lacke und Anstrichstoffe; Farbmessung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 1984. DIN German Institute for Standardization e. V., ISO 7724, Paints and varnishes; Color measurement, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 1984. -
[221]
Verband der deutschen Lackindustrie e. V., VDL-RL 10, Richtlinie Zulässige Farbtoleranzen für unifarbene Pulverlacke bei Architekturanwendungen, Frankfurt am Main, 2003. Association of the German Paint Industry e. V., VDL- RL 10, Guideline Permissible color tolerances for unicolour powder coatings in architectural applications, Frankfurt am Main, 2003. -
[222]
DIN Deutsches Institut für Normung e. V., ISO 1522, Beschichtungsstoffe – Pendeldämpfungsprüfung, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2006. DIN German Institute for Standardization e. V., ISO 1522, Coating Materials - Pendulum damping test, Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2006.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102008006607 B4 [0003] DE 102008006607 B4 [0003]
- DE 102005044529 A1 [0004] DE 102005044529 A1 [0004]
- DE 60225242 T2 [0005] DE 60225242 T2 [0005]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- BLUTE et al. [0084] BLUTE et al. [0084]
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---|---|
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US51263A (en) | 1865-11-28 | Improvement in preserving eggs | ||
US125406A (en) | 1872-04-09 | Improvement in drying and concentrating liquid substances by atomizing | ||
WO1994004355A1 (en) | 1992-08-11 | 1994-03-03 | Vetrotech Ag | Light-transparent heat-protection element |
DE102005044529A1 (en) | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Technische Universität Clausthal | Production of nanoparticle-polymer composite for press molding or casting to optically transparent plastics articles involves dispersing filler nanoparticles in solution of transparent polymer and spray drying |
DE60225242T2 (en) | 2001-01-18 | 2009-03-19 | Orion Corp. | PROCESS FOR PRODUCING NANOPARTICLES |
DE102008006607B4 (en) | 2008-01-30 | 2011-03-03 | Ibu-Tec Advanced Materials Ag | Process for the preparation of finely divided particles |
-
2014
- 2014-08-01 DE DE102014011635.2A patent/DE102014011635A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US51263A (en) | 1865-11-28 | Improvement in preserving eggs | ||
US125406A (en) | 1872-04-09 | Improvement in drying and concentrating liquid substances by atomizing | ||
WO1994004355A1 (en) | 1992-08-11 | 1994-03-03 | Vetrotech Ag | Light-transparent heat-protection element |
DE60225242T2 (en) | 2001-01-18 | 2009-03-19 | Orion Corp. | PROCESS FOR PRODUCING NANOPARTICLES |
DE102005044529A1 (en) | 2005-09-16 | 2007-03-22 | Technische Universität Clausthal | Production of nanoparticle-polymer composite for press molding or casting to optically transparent plastics articles involves dispersing filler nanoparticles in solution of transparent polymer and spray drying |
DE102008006607B4 (en) | 2008-01-30 | 2011-03-03 | Ibu-Tec Advanced Materials Ag | Process for the preparation of finely divided particles |
Non-Patent Citations (99)
Title |
---|
A. C. Patsvas, Chem. Eng. Progress 1963, 59 (4), 65-70. |
A. Glathe, G. Wozniak, T. Richter, Atomization and Sprays. 2001, 11 (1), 21-33. |
A. Grenha, B. Seijo, C. Remunan-Lopez, Eur. J. Pharm. Sci. 2005, 25 (4-5), 427-437. |
A. H. Lefebvre, Atomization and Sprays, 1. Aufl., Hemisphere Publishing Corperation, New York, 1989. |
A. L. Adjei, P. K. Gupta, (Eds.), Inhalation delivery of therapeutic peptides and proteins, Marcel Dekker Inc., New York, 1997. |
A. M. Sterling, C. A. Sleicher, J. Fluid Mech. 1975, 68 (3), 477-495. |
A. R. Clark, Aero. Sci. Techn. 1995, 22 (4), 374-391. |
B. Friede, P. Fidjestol, Nachrichten aus der Chemie 2011, 59 (10), 956-958. |
BLUTE et al. |
C. Barbé, J. Bartlett, L. Kong, K. Finnie, H. Q. Lin, M. Larkin, S. Calleja, A. Bush, Adv. Mat. 2004, 16 (21), 1959-1966. |
C. J. King, Proc. Techn. Proceedings 1987, 5, 5-6. |
C. N. R. Rao, S. R. C. Vivekchand, K. Biswasa, A. Govindaraj, Dalton Trans. 2007, 34, 3728-3749. |
C. Roux, F. Chai, N. Ollivier, A. Ochsenbein, S. Winter, O. Melnyk, H. Hildebrand, Biomol. Eng. 2007, 24 (5), 549-554. |
C. Z. Weber, Math Mech. 1931, 11, 136-154. |
Committee on Materials with Submicron-Sized Microstructures, Commission on Engineering and Technical Systems, National Research Council, National Academy of Science, Research Opportunities for Materials With Ultrafine Microstructures, 1. Aufl., National Academies Press, Washington, D. C, 1989. |
D. A. Edwards, AlChE Journal. 2002, 48 (1), 2-6. |
D. A. Edwards, J. Hanes, G. Caponetti, J. Hrkach, A. Ben-Jebria, M. L. Eskew, J. Mintzes, D. Deaver, N. Lotan, R. Langer, Science 1997, 276 (5320), 1868-1871. |
D. Bechet, P. Couleaud, C. Frochot, M.-L. Viriot, F. Guillemin, M. Barberi-Heyob Trends in Biotechnology 2008, 26 (11), 612-621. |
D. E. Walton, C. J. Mumford, Trans. Int. Chem. E. 1999, 77 (A), 21-38. |
D. H. Charlesworth, W. R. Marshall Jr., AlChE Journal. 1960, 6 (1), 9-23. |
D. J. Belton, O. Deschaume, C. C. Perry, FEBS Journal 2012, 279 (10), 1710-1720. |
D. M. Smith, A. Maskara, U. Boes, J. Non-Crystalline Solids. 1998, 225 (1), 254-259. |
E. J. Crosby, W. R. Marshall, Chem. Eng. Prog. 1958, 54 (7), 56-63. |
E. Matijevic, Chem. Mater. 1993, 5 (4), 412-426. |
E. Riedel, C. Janiak, T. M. Klapötke, H.-J. Meyer, Moderne Anorganische Chemie, 2. Aufl., Walter de Gruyter GmbH, Berlin, 2003. |
G. L. Messing, S.-C. Zhang, G. V. Jayanthi, J. Am. Ceram. Soc. 1993, 76 (11), 2707- 2726. |
G. Pravdic, M. S. J. Gani, J. Mater. Sci. 1996, 31 (13), 3487-3495. |
G. Wozniak, Zerstäubungstechnik: Prinzipien, Verfahren, Geräte, 1. Aufl., Axel Springer-Verlag, Heidelberg, 2003. |
H. A. C. Thijssen, Torrebulletfies Leurs Deriv. 1970, 4, 108-117. |
H. Kamiya, M. Naito, T. Hotta, K. Isomura, J. Tzubaki, K. Nematsu, J. Am. Ceram. Soc. Bull. 1997, 76 (10), 79-82. |
H. Kim, Physica B 2007, 389, 377-379. |
H. Schlichting, K. Gersten, Grenzschicht-Theorie, 10. Aufl., Axel Springer-Verlag, Berlin, 2006. |
I. Gonda, Physico-chemical Principles in Aerosol Delivery, In Topics in Pharmaceutical Sciences 1991, Crommelin, D. J. and K. K. Midha, Eds., Medpharm Scientific Publishers, Stuttgart, 1992, 95-117. |
I. Roy, T. Y. Ohulchanskyy, H. E. Pudavar, E. J. Bergey, A. R. Oseroff, J. Morgan" T. J. Dougherty, P. N. Prasad, J. Am.Chem. Soc. 2003, 125 (26), 7860-7865. |
I. Zbicinski, C. Strumillo, A. Delag, Drying Technology 2002, 20 (9), 1751-1768. |
J. C. Chu, E. L. Stout, R. M. Busche, Chem. Eng. Prog. 1951, 47 (1), 29-38. |
J. Choi, A. A. Burns, R. M. Williams, Z. Zhou, A. Flesken-Nikitin, W. R. Zipfel, U. Wiesner, A. Y. Nikitin, J. Biomed. Opt. 2007, 12 (6), 064007-(1-11). |
J. E. Elversson, A. Millqvist-Fureby, G. Alderborn, U. Elofsson, J. Pharm. Sci. 2003, 92 (4), 900-910. |
J. Gimbun, T. G. Chuah, T. S. Y. Choong, A. Fakhru'l-Razi, Aerosol Sci. 2005, 36 (8), 1056-1065. |
J. H. Bell, P. S. Hartley, J. S. G. Cox, J. Pharm. Sci. 1971, 60 (10), 1559-1564. |
J. Heyder, J. Gebhart, G. Rudolf, C. F. Schiller, W. Stahlhofen, J. Aerosol Sci. 1986, 17 (5), 811-825. |
J. O. H. Sham, Y. Zhang, W. H. Finlay, W. H. Roa, R. Lobenberg, Int. J. Pharm. 2004, 269 (2), 457-467. |
J. Plateau, Statique expérimentale et théorique des liquides soumis aux seules forces moléculaires. University Library Ghent. 1873. |
J. S. Patton, C. S. Fishburn, J. G. Weeres, Proc Am Thorac Soc 2004, 1 (4), 338-344. |
J. Zierep, K. Büchler. Grundzüge der Strömungslehre: Grundlagen, Statik und Dynamik der Fluide, 1. Aufl., Vieweg + Teubner Verlag, Berlin, 2010. |
J.-H. Smått, F. M. Sayler, A. J. Grano, M. G. Bakker, Advanced Engineering Materials 2012, 14 (12), 1059-1073. |
K. B. Prinn, H. R. Costantino, M. Tracy, AAPS Pharm. Sci. Tech. 2002, 3 (1), E4. |
K. Bechtold-Peters, Herstellung von feinsten Partikeln für biopharmazeutische Wirkstoffe für die pulmonale Gabe von Arzneimitteln, Dissertation, Heidelberg, 2001. |
K. Enk, Pharmazeutische Zeitung. 2004, 149 (27), 16-21. |
K. Gersten, H. Herwig, Strömungsmechanik: Grundlagen der Impuls-, Wärme- und Stoffübertragung aus asymptotischer Sicht, 1. Aufl., Vieweg Verlagsgesellschaft, Braunschweig, 1992. |
K. Hadinoto, P. Phanapavudhikul, Z. Kewu, R. B. H. Tan, Ind. Eng. Chem. Res. 2006, 45 (10), 3697-3706. |
K. Masters, Spray Drying Handbook, 4. Aufl., Halsted Press, New York, 1985. |
K. Masters, Spray Drying Handbook, 5. Aufl., VCH Wiley Verlag, New York, 1991. |
K. P. Lee, D. P. Kelly, Fund. App. Tox. 1992, 19 (3), 399-410. |
K. S. Finnie, D. A. Jacques, M. J. McGann, M. G. Blackford, C. J. Barbe, J. Mat. Chem. 2006, 16, 4494-4498. |
L. A. Dailey, E. Kleemann, M. Wittmar, T. Gessler, T. Schmehl, C. Roberts, W. Seeger, T. Kissel, Pharm. Res. 2003, 20 (12), 2011-2020. |
L. Böttcher, cfi/Ber. DKG 2009, 86 (6), 37-40. |
L. C. Menting, B. Hoogstad, J. Food Sci. 1967, 32 (1), 87-90. |
L. Rayleigh, Phil. Mag. Ser. 1882, 5 (14), 184-186. |
L. Rayleigh, Proc. London Math. Soc. 1878, 10, 4-13. |
M. Brown, Drug Dis. Yes. 2003, 8 (17), 767-768. |
M. Doumas, R. Laster, Chem. Eng. Prog. 1953, 49 (9), 518-526. |
M. Kind, Chem. Eng. Proc. Des. 1999, 38, 405-410. |
M. L. Nielsen, P. M. Hamilton und R. J. Walsh, Ultrafine Metal Oxides by Decomposition of Salts in a Flame, In Ultrafine Particles, H. Lamprey, W. E. Kuhn, C. Sheer, VCH Wiley Verlag, London, 1964. |
M. R. Israel, R. D. dos Anjos, R. Salomao, V. C. Pandolfelli, Refractories Applications and News 2006, 11 (4), 16-20. |
M. Schedel, Herstellung und Charakterisierung von antibakteriellem Knochenersatzmaterial auf Sol-Gel-Basis, Diplomarbeit, Nürnberg 2008. |
M. Schmidt, E. Fehling, C. Glotzbach, S. Fröhlich, S. Piotrowski, Ultra-High Performance Concrete and Nanotechnology in Construction, 1. Aufl., Kassel University Press, Kassel, 2012. |
M. Vidgren, A. Kärkkäinen, P. Karjalainen, P. Paronen, J. Nuutinen, Int. J. Pharm. 1988, 42 (1-3), 211-216. |
N. Dombrowski, D. L. Wolfsohn, Trans. Instn. Chem. Engrs. 1972, 50, 259-269. |
N. Dombrowski, M. A. Tahir, J. Inst. Fuel. 1977, 1, 63-81. |
N. Dombrowski, P. C. Hooper, Chem. Eng. Sci. 1962, 17 (4), 291-305. |
N. Tsapis, D. Bennett, B. Jackson, D. A. Weitz, D. A. Edwards, Proc. Natl. Acad. Sci. 2002, 99 (19), 12001-12005. |
O. E. Yildririm, O. A. Basaran, J. Non-Newtonian Fluids Mech. 2006, 136, 17-37. |
P. Begat, D. A. V. Morton, J. Shur, P. Kippax, J. N. Staniforth, R. Price, J. Pharm. Sci. 2009, 98 (8), 2770-2783. |
P. Chattopadhyay, R. B. Gupta, Ind. Eng. Chem. Res. 2001, 40 (16), 3530-3539. |
P. W. Atkins, Physikalische Chemie, 2. Aufl., VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1990. |
P. Walzel, Chem. Ing. Tech. 1990, 62 (12), 983-994. |
P. Walzel, Ger. Chem. Eng. 1984, 7, 1-12. |
R. D. Reitz, F. V. Bracco, Phys Fluids. 1982, 25 (2), 1730-1741. |
R. P. Grant, S. Middlemann, AlChE Journal. 1966, 12 (4), 669-678. |
S. Gablenz, Sprühtrocknung und Sprühhydrolyse - neue Methoden zur Herstellung von Metalloxiden und zur Modifizierung von BaTiO3, Dissertation, Halle-Wittenberg, 2001. |
S. H. Song, S. Y. Lee, Atomization and Sprays. 1996, 6, 193-209. |
S. J. Lukasiewicz, Eng. Mater. Handbook 1991, 4, 100-108. |
S. Leroux, C. Dumonchel, M. Ledoux, Atomization and Sprays 1996, 6, 479-500. |
S. P. Lin, R. D. Reitz, Ann. Rev. Fluid Mech. 1998, 30 (1), 85-105. |
S. White, D. B. Bennett, S. Cheu, P. W. Conley, D. B. Guzek, S. Gray, J. Howard, R. Malcolmson, J. M. Parker, P. Roberts, N. Sadrzadeh, J. D. Schumacher" S. Seshadri, G. W. Sluggett, C. L. Stevenson, N. J. Harper, Diabet. Techn. Ther. 2005, 7 (6), 896-906. |
S. Zimontkowski, Sprühtrocknung von Proteinen - Untersuchungen der Einflussgrößen auf die Partikelmorphologie und Verbesserung der Dispergierbarkeit mittels Partikeldesign, Dissertation, Bonn, 2006. |
U. Kühner, O. Graalmann, GAK - Gummi Fasern Kunststoffe 2008, 61 (9), 557-560. |
VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen, VDI-Wärmeatlas, 10. Aufl., Axel Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2006. |
W. C. Hinds, Aerosol Technology: Properties, Behavior, and Measurement of Airborne Particles: Properties, Behaviour and Measurement of Airborne Particles, 2. Aufl., John Wiley & Sons Inc., New York, 1999. |
W. E. Ranz, W. R. Marshall, Chem. Eng. Progr. 1952, 48, Part 16-141; Part II 80-173. |
W. Eisenmenger, Acoustica 1959, 9 (2), 327-340. |
W. J. Walker, J. S. Reed, J. Am. Chem. Soc. 1999, 82 (7), 1711-1719 |
W. J. Walter, J. S. Reed, S. K. Verma, Ceram. Eng. Sci. Proc. 1993, 14 (11-12), 58- 79. |
W. Nusselt, Zeitschrift für angewandte Mathematik und Mechanik 1930, 10 (2), 105- 206. |
W. R. Marshall, Ind. Eng. Chem. 1953, 45 (1), 47-54. |
W. Wang, K. H. Ngan, J. Gong, P. Angeli, Colloids and Surfaces A: Physiochem. Eng. Aspects 2009, 334 (1-3), 197-202. |
X. Li, L. Zhang, X. Dong, J. Liang, J. Shi, Microporous and Mesoporous Mat. 2007, 102 (1-3), 151-158. |
Y. Xiong, T. T. Kodas, J. Aerosol Sci. 1993, 24 (7), 893-908. |
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