HINTERGRUND DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für die Oberflächenbehandlung von
Festpartikeln und ein dazugehöriges Gerät. Insbesondere betrifft die Erfindung ein
Verfahren und ein Gerät für die kontinuierliche Oberflächenbehandlung von Festpartikeln
durch Einbetten feinerer Partikel eines unterschiedlichen Materials in Basispartikel oder
durch Absetzen auf Basispartikeln. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur
kontinuierlichen Oberflächenbehandlung von Festpartikeln, bestehend aus dem festen
Absetzen feinerer Partikel eines anderen Materials auf Basispartikeln und dem
Geschmeidigmachen oder Schmelzen eines Teils oder der Gesamtheit der abgesetzten
Partikel, so daß sie in Form eines Films auf den Oberflächen der einzelnen Festpartikel
fest haften, sowie ein Gerät für diesen Vorgang.
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Festpartikel wurden bisher verschiedenen Oberflächenbehandlungen ausgesetzt, um im
allgemeinen ein Zusammenkleben, eine Vertärbung oder Veränderungen der
Eigenschaften zu vermeiden, um das Dispersionsvermögen, die Fluidität, die katalytische
Wirkung, die magnetischen Eigenschaften und die Lichtechtheit zu verbessern oder um
die Aufschluß- oder Absorptionseigenschaften zu steuern.
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Allgemein können Oberflächenbehandlungen von Festpartikeln in die folgenden
Kategorien eingestuft werden, je nach (1) Beschichtungstechniken, (2) topochemischen
Verfahren oder wissenschaftlichen Behandlungen unter Verwendung von
Oberflächentunktionsgruppenvon Partikeln, (3) mechanisch-chemischen Reaktionen, die den
Großteil aktiver Stellen auf den Partikeloberflächen durch mechanischen Vorgang herstellen,
(4) Einkapselung, (5) Hochenergien, z.B. ultraviolette Strahlen, Leuchtstrahlen und
Plasmastrahlen, und (6) Niederschlagsreaktion.
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Zu den zweckmäßigen Verfahren zählt eine technische Veränderung der Einkapselung
(4), die als "Aufprall in einem schnellen Luftstrom" bekannt ist (siehe beispielsweise
JP-A-62083029). Es ist eine Art, ein geeignetes Kompositpulvermaterial durch
Oberflächenbehandlung bestimmter Festpartikel (nachstehend "Basispartikel" genannt) zu
erhalten. Bei diesem Verfahren werden feinere Festpartikel ungleicher Substanz
(nachstehend "Unterpartikel" genannt) auf den Oberflächen der Basispartikel angebracht.
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Genauer gesagt wird bei diesem Verfahren ein Gerät benutzt, in dem eine Drehscheibe
mit hammer- oder klingenartigen Aufschlagstiften um ihren Außenrand in einer
Aufschlagkammer angeordnet ist und von einem Auprallring entlang der äußersten
Umfangsbahn der Drehscheibe mit einem bestimmten Abstand dazwischen umgeben ist.
Das Verfahren besteht aus dem Leiten eines durch die Drehbewegung der Aufschlagstifte
erzeugten Luftstroms durch einen Umlaufdurchlaß, der sich von einem Teil des
Aufprallrings zu einem Punkt nahe der Mitte der Drehscheibe erstreckt, in die Aufschlagkammer
und dem Zirkulieren des Luftstroms darin, wobei der Luftstrom die Gesamtmenge des
aus Basispartikeln und Unterpartikeln bestehenden Pulvergemischs wiederholt durch die
Aufschlagkammer und den Umlaufdurchlaß bewegt und weiterhin aus dem Einbetten
oder Befestigen der Unterpartikel in bzw. an den Oberflächen der Basispartikel, während
sie sich darauf absetzen oder nachdem sie sich darauf abgesetzt haben, durch das
mechanische Schlagen der Aufschlagstifte und ebenfalls durch den Schlagprallvorgang
gegen den Aufprallring, wodurch die Oberflächenbehandlung der Festpartikel
abgeschlossen wird. Auf diese Art und Weise werden die Unterpartikel gleichmäßig über die
gesamten Oberflächen der Basispartikel verteilt und fest auf der Basis angebracht. Ein
geeignetes Kompositpulvermaterial mit stabilen Eigenschaften kann somit in sehr kurzer
Zeit hergestellt werden (z.B. zwischen einigen zehn Sekunden und einigen Minuten).
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Wenn Festpartikel auf die o.a. Art und Weise oberflächenbehandelt werden, d.h. wenn
die Unterpartikel in die Basispartikel eingebettet oder auf ihnen befestigt werden, sind die
Unterpartikel härter als die Basis. Wenn hingegen die Basispartikel härter sind und die
Unterpartikel beispielsweise aus einem thermoplastischen Harz mit einer relativ geringen
Glasübergangstemperatur von ca. 100ºC sind, verbinden sich die Unterpartikel durch den
Schlagprallvorgang in der Aufschlagkammer fest mit den Basispartikeln. Die durch die
aufeinanderfolgenden Schlagprallvorgänge erzeugte Wärmeenergie macht darüber hinaus
die Unterpartikel im Moment eines jeden Schlagprallvorgangs geschmeidig und bringt sie
zum schmelzen, bis die anstoßenden Unterpartikel, die mit den einzelnen Basispartikeln
verbunden sind, ganz oder teilweise zusammenschmelzen und einen auf der
Basispartikeloberfläche haftenden Film bilden.
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Das zuvor beschriebene Verfahren des "Aufpralls in einem schnellen Luftstrom" ist eine
vollständig stufenweise oder in einem Stufensystem ausgeführte Behandlung. Da die
einzelnen Festpartikel durchgehend gleichmäßig oberflächenbehandelt werden, entsteht
ein einheitlich behandeltes, zweckmäßiges Kompositpulver. Das Gerät für die
Oberflächenbehandlung mit schnellem Luftstromaufprall muß verschiedene Ventile zeitlich
gesteuert, in Abständen zwischen einigen Minuten und einigen zehn Sekunden öffnen
oder schließen. Wurden vor und hinter dem Gerät installierte Zusatzapparaturen
kontinuierlich betrieben, war es erforderlich, provisorische Lagerbehälter dazwischen
vorzusehen Weiterhin verlangte jede Stufe das Abmessen und Hinzugeben einer bestimmten
Menge eines Pulvergemischs. Das herkömmliche Gerät war folglich kompliziert und
schwerfällig im Betrieb.
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Das in das Gerät eingeführte Pulvergemisch entwickelt Wärme bei Reibung, Aufschlag,
Kompression und sonstigen Vorgängen. Dies erhöht die Temperatur nicht nur des
Pulvergemischs (nachstehend auch "Rohstoff oder "Material" genannt) und des
Luftstroms (die Atmosphäre in dem Gerät) sondern auch des Gerätes selbst, einschließlich
der Drehscheibe, des Aufprallrings und des Umlaufdurchlasses. Versuche zur
Verringerung der Temperatur des Gerätes und der Atmosphäre darin wurden durchgeführt
unter Verwendung eines Aufprallrings und eines Umlaufdurchlasses mit Mantelstruktur
sowie durch Leiten eines Kühlmittels durch den Mantel zwecks Kühlung oder durch
Ummantelung des Inneren der Drehscheibe und Bildung eines Kühlkreises in der
Ummantelung und anschließender Zugabe eines Kühlmittels durch die Welle zu der
Drehscheibe, so daß die Scheibe und folglich das Gerät selbst sowie die Atmosphäre in
dem Gerät gekühlt werden. Die Versuche waren jedoch begrenzt. Bei der stufenweisen
Behandlung steigt die Temperatur der Atmosphäre in dem Gerät schrittweise nach
Hinzugabe eines Pulvergemischs. Die Temperatur sinkt vorübergehend direkt nach Freigabe
des oberflächenbehandelten Kompositpulvers nach Abschluß des stufenweisen Vorgangs.
Nichtsdestotrotz erhöhen wiederholte stufenweise Durchläufe die Temperatur schließlich
in ziemlich kurzer Zeit auf häufig über 100ºC. In extremen Fällen muß die Behandlung
aufgrund der nachteiligen Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des
besonderen Pulvergemischs unterbrochen werden. Der Temperaturanstieg in dem Gerät geht
mit einem Anstieg des Innendrucks einher, was eine Vorrichtung zum Entlüften des sich
ausdehnenden Gases erforderlich macht. Da außerdem der Rohstoff sofort (innerhalb von
Sekunden) hinzugegeben wird, steigt der Arbeitsstromwert plötzlich kurz an. Der
Nennstrom des Motors wird häufig nach jeder stufenweisen Zuführ überschritten, obgleich der
Arbeitsstrom während der Oberflächenbehandlung unter dem Nennstrom gehalten
werden kann. Bisher gab es also Schwierigkeiten hinsichtlich des Betriebs des Gerätes
und der Aufrechterhaltung der Temperaturen und Arbeitsstromwerte in konstanten
Bereichen.
ZIEL DER ERFINDUNG UND ZUSAMMENFASSUNG
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Angesichts der o.a. Schwierigkeiten liegt das Ziel der vorliegenden Erfindung in der
Bereitstellung eines Verfahrens und eines Geräts zur kontinuierlichen Durchführung der
Oberflächenbehandlung von Festpartikeln durch Einbetten feinerer Festpartikel
ungleicher
Substanz in die Oberflächen der Basisfestpartikel oder durch Befestigung der
feineren Partikel an den Basisfestpartikeln oder durch Absetzen derselben in Form eines
Films auf den einzelnen Basispartikeln.
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Die zuvor beschriebenen Schwierigkeiten werden gemäß der vorliegenden Erfindung und
entsprechend des o.a. Zieles durch ein Verfahren für die kontinuierliche
Oberflächenbehandlung eines Pulvergemischs, durch kontinuierliche Hinzugabe des aus Festpartikeln
und feineren Festpartikeln ungleicher Substanz bestehenden Pulvergemischs in ein
Oberflächenbehandlungsgerät gemäß der Erfindung überwunden. Insbesondere werden die
herkömmlichen Schwierigkeiten überwunden durch Hinzugabe eines Pulvergemischs aus
Festpartikeln einer bestimmten Substanz und Festpartikeln einer weiteren Substanz in
eine von mehreren, untereinander verbundenen Aufschlagkammern, die mit einer
Drehscheibe mit Aufschlagstiften versehen sind, sowie mit einem Aufprallring, so daß das
Gemisch einem Schlagprallvorgang ausgesetzt wird, wodurch ein durch diesen Vorgang
erzeugter Luftstrom von dem Pulvergemisch getrennt und kontinuierlich aus der
Aufschlagkammer freigegeben wird, wobei der Aufschlagvorgang wiederholt wird und das
Pulvergemisch vorübergehend in der Aufschlagkammer ruhen kann, bevor es in die
darauffolgende Kammer weitergeleitet wird, und so weiter.
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Die vorliegende Erfindung überwindet auch die bisher bestehenden Schwierigkeiten
durch Verwendung eines Geräts, bestehend aus einer Vielzahl von Drehscheiben, die mit
jeweils einer Vielzahl von Aufschlagstiften versehen sind, einer Welle, an der die
Scheiben in Abständen befestigt sind einem Aufprallring, der die Scheiben umgibt, um
einen Aufschlagzwischenraum zu bilden, und Teilungsplatten zwischen den
Drehscheiben, um eine Vielzahl von Aufschlagkammern zu bilden, wobei jede Teilungsplatte
einen Durchlaß in der Nähe der Welle aufweist, um eine Verbindung zwischen den
beiden nebeneinanderliegenden, so unterteilten Aufschlagkammem herzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Geräts zur Pulverbehandlung gemäß der
vorliegenden Erfindung sowie der vorderen und hinteren Zusatzeinheiten.
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Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Geräts zur
Pulverbehandlung.
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Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der in Fig. 2 dargestellten Linie X-X.
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Fig. 4(a) und (b) sind bruchstückartige Schnittansichten, die den Betrieb eines
Absperrventils in geschlossener bzw. offener Stellung darstellen.
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Fig. 5 ist eine graphische Darstellung einer typischen Beziehung zwischen der offenen
und geschlossenen Stellung einzelner Absperrventile und den Mengen des in den
einzelnen Aufschlagkammern ruhenden Pulvergemischs.
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Fig. 6 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Geräts zur
Pulverbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Typische Basispartikelpulver, die einer Oberflächenbehandlung gemäß diesem Verfahren
unterzogen werden können, sind im allgemeinen diejenigen mit durchschnittlichen
Partikeldurchmessern zwischen ca. 0,1 und 100 um. Hierzu gehören verschiedene
Kunstharze und Copolymerharze wie ABS, AS, MBS, Polyamide, Acrylharze, Epoxidharze,
Polyäthylene, Polypropylene, Polyester, Polystyrole und Vinylchloride; natürliche
polymere Substanzen wie Stärken und Zellulosen; natürliche und künstliche Wachse;
anorganische Substanzen wie Kaolin, Kalziumkarbonat, Kalziumsulfat, Aluminiumoxid, Silika
(einschließlich Glasperlen), Magnesium, Kalzia, Eisenoxid, Zirkondioxid,
Aluminiumnitrid und Silikonnitrid; Kompositmaterialien bestehend aus zwei oder mehreren dieser
Substanzen oder hauptsächlich aus einer solchen Substanz oder Substanzen; sowie
zahlreiche verschiedene Metalle.
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Allgemein geeignete Unterpartikelpulver haben einen Durchmesser unter ca. einem
Zehntel des Durchmessers der besonderen Basispartikel, mit denen sie
zusammengebracht werden, im allgemeinen haben sie einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser
zwischen ca. 0,01 und 10 um. Es handelt sich um verschiedene Kunstharze und
Copolymerharze wie ABS, AS, MBS, Polyamide, Acrylharze, Epoxidharze, Polyäthylene,
Polypropylene, Polyester, Polystyrole und Vinylchloride; verschiedene natürliche Polymere;
natürliche und künstliche Wachse; anorganische Substanzen wie Graphit, Kohlenstoff,
Titandioxid, Mika, Kaolin, Kalziumkarbonat, Kalziumsulfat, Aluminiumoxid, Silika
(einschließlich Glasperlen), Magnesium, Kalzia, Eisenoxid, Zirkondioxid,
Aluminiumnitrid
und Silikonnitrid; Kompositmaterialien bestehend aus zwei oder mehreren dieser
Substanzen oder hauptsächlich aus einer solchen Substanz oder Substanzen; sowie
Metalle wie Gold, Silber, Kupfer, Eisen, rostfreier Stahl, Zink, Nickel und Aluminium.
Im Bedarfsfall kann eine Vielzahl der o.a. Substanzen in jeder gewünschten Kombination
als Unterpartikel gewählt werden.
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Die zu benutzenden Materialien beschränken sich nicht auf die Obengenannten. Auch
zahlreiche Kombinationen von Materialien sind verwendbar, die in verschiedenen
chemischen, elektrischen und sonstigen industriellen Bereichen verwendet werden,
einschließlich der Bereiche: magnetische Materialien, Farben, Druckerfarbe, Toner, Farbstoffe,
Papier, Textilwaren, pharmazeutische Produkte, landwirtschaftliche Chemikalien und
Pestizide, Kosmetika, Nahrungsmittel, Kautschuk, Kunststoffe und Keramik.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend im Detail unter
Bezugnahme auf die beigefügten Abbildungen beschrieben. Fig. 1 ist eine Vorderansicht
einer Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung sowie der vorderen und hinteren
Zusatzeinheiten; Fig. 2 ist eine vertikale Schnittansicht des in Fig. 1 dargestellten Geräts;
Fig. 3 ist eine Schnittansicht entlang der in Fig. 2 dargestellten Linie X-X; und Fig. 4(a)
und (b) sind bruchstückartige Schnittansichten, die den Betrieb von Absperrventilen
illustrieren.
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Auf den Abbildungen bezeichnet die Nummer 1 eine sich durch das Gerät erstreckende
Drehwelle, 2a, 2b und 2c bezeichnen eine Vielzahl von Drehscheiben an der Welle 1, und
3a, 3b, 3c und 3d eine Vielzahl von Kränzen zwischen den Drehscheiben oder vor oder
hinter der Scheibenreihe, die locker an Welle 1 befestigt sind, so daß die Scheiben in
geeignetem Abstand gehalten werden. Jede Drehscheibe ist fest an der Welle 1 mit einem
Keil 5 (siehe Fig. 4(a)) angebracht. Die Scheibe selbst hat auf beiden Seiten und entlang
des Scheibenumfangs eine Vielzahl von radial in gleichmäßigen Abständen angeordneten
Aufschlagstiften 6. Die Aufschlagstifte 6 haben im allgemeinen die Form einer Klinge
oder eines Hammers. Aufprallringe 7a, 7b und 7c befinden sich in bestimmtem Abstand
entlang der äußersten Umfangsbahh der Aufschlagstifte 6. Im allgemeinen beträgt der
wünschenswerte Abstand zwischen 0,5 und 20 mm, obgleich dieser in gewissem Maße
mit der Größe des Geräts variiert. Die inneren Umfangsflächen der einzelnen Aufprall
ringe 7 sind in ihrer Form entweder unterschiedlich unregelmäßig oder flach. Die Ringe
sind abwechselnd mit einem Vorsprung und einer Vertiefung an den gegenüberliegenden
Endflächen versehen, so daß zwei nebeneinanderliegende Ringe sich vollständig
zusammenfügen, wenn Vorsprung und Vertiefung ineinander eingreifen.
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Es gibt scheibenförmige Teilungsplatten 8a und 8b, die aus einem Stück mit den inneren
Umfangsbereichen der Aufprallringe 7a und 7) zwischen den Scheiben 2a und 2b und
zwischen den Scheiben 2b und 2c gebildet werden. Diese Teilungsplatten sind in der
Mitte hohl und der Durchmesser der Mittelöffnung, siehe Fig. 2 und 4, ist kleiner als der
Durchmesser der innersten Kreisbahn der Aufschlagstifte 6, aber größer als zumindest
der Außendurchmesser der Kränze. Die inneren Umfangsenden der Teilungsplatten 8a,
8b, die die Öffnungen bilden, können - wie abgebildet - im Querschnitt schräg geformt
sein.
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Der Aufprallring 7c besteht aus einem Stück mit einer scheibenfbrmigen Vorrichtung 8c
auf der Seite (links in Fig. 2) entgegengesetzt der dem Ring 7) gegenüberliegenden
Seite. Zusätzlich zu einer Mittelöffnung, in der der Kranz 3d lose befestigt ist, hat die
scheibenförmige Vorrichtung 8c eine im wesentlichen konische Vertiefung 49, die sich in
Richtung Mittelöffnung erweitert.
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Die Teilungsplatten 8a, 8b und die scheibenförmige Vorrichtung 8c haben radiale
Öffnungen, die sich von der Außenseite der Aufrallringe 7a, 7b und 7c bis in die
Innenseite erstrecken. In diesen radialen Öffnungen sind vertikal verschiebbare Absperrventile
14a, 14b und 14c fest angebracht. Die Absperrventile 14a, 14b sind derart ausgelegt, daß
ihre inneren Enden jeweils die Mittelöffnungen der Teilungsplatten 8a, 8b erreichen
können. Das Absperrventil 14c ist so ausgelegt, daß das innere Ende die konische
Vertiefung 49 erreichen kann, und wenn das Ventil in die geöffiiete Stellung übergeht, steht die
frei gelassene Vertiefung mit einem Auslaßende 10, das an einen Freigabekanal 11
anstößt, in Verbindung.
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15a ist ein Halter, der an der Außenseite der Aufrallrings 7a angebracht ist, 16a ist ein
Lufizylinder zum Betrieb des Absperrventils 14a durch den Halter isa. 17a ist eine Hülse
in einer ringförmigen Vertiefung der radialen Öffnung des Auftrallrings 7a und steht in
Gleitkontakt mit dem Absperrventil 14a. 18a ist ein Abstandsstück direkt über der Hülse
17a (Fig. 4(a)). Weitere Halter 15b, 15c, Lufizylinder 16b, 16c und die dazugehörigen
Teile sind auf die gleiche Art und Weise hergestellt und befestigt.
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Nummer 19 bezeichnet einen Träger rechts des Aufprallrings 7a. Der Träger 19 hat eine
Mittelöffnung, in der der Kranz 3a der Welle 1 lose befestigt ist. Er hat ebenfalls eine im
wesentlichen konische Vertiefung 50, ähnlich der Vertiefung 49 der scheibenlörmigen
Vorrichtung 8c. Der Träger 19 ist mit einem Materialzufuhrdurchlaß 20 versehen, der
von außen bis zu der Vertiefung 50 in der Nahe der axialen Mitte des Trägers reicht. Der
Zufuhrdurchlaß 20 ist wiederum über eine Rutsche 21 mit einem Materialzufuhrtrichter
22 verbunden. Das dem Aufprallring 7a gegenüberliegende Ende des Trägers 19 hat
einen ringförmigen Vorsprung, der in eine ringförmige Vertiefung des Rings paßt.
Der Träger 19, die Aufprallringe 7a, 7b, 7c und die scheibenförmige Vorrichtung 8c sind
in der Reihenfolge ihrer Nennung an einer Seite eines Gehäuses 23 durch eine Vielzahl
von Befestigungsvorrichtungen angebracht. Die Befestigungsvorrichtungen sind versehen
(siehe Fig. 1) mit an dem Gehäuse 23 angebrachten Gelenken 24, Gelenkbolzen 26, die
drehbar an den einen Enden von den Gelenken gehalten werden, Haltevorrichtungen 25
(die an der scheibenförmigen Vorrichtung 8c befestigt sind), die mit den anderen Enden
der Gelenkbolzen 26 verbunden sind, und Griffen 27, die mit den Gelenkbolzen 26
mittels Gewinde verbunden sind.
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So werden die Aufschlagkammern 29a, 29b und 29c durch den Träger 19, die
Aufprallringe 7a, 7b, 7c und die scheibenförmige Vorrichtung 8c gebildet und als solche von den
Teilungsplatten 8a, 8b und den Absperrventilen 14a, 14b, 14c unterteilt.
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In jeder Aufschlagkammer sind die Abstände zwischen den Aufschlagstiften entlang des
Umfangs einer jeden Drehscheibe und den Teilungsplatten derart, daß (siehe Fig. 2 und
4) der Zwischenraum links größer ist als rechts. Durch diese Anordnung wird der
Luftstrom, der durch die Drehbewegung der Aufschlagstifte entsteht, von der rechten Seite
zu der linken geführt. Genauer gesagt ist beabsichtigt, einen Luftstrom von dem
Materialzufuhrdurchlaß 20 (Zufuhrtrichter 22) zu erzeugen, von wo die Luft in Richtung
Auslaß 10, wo sie freigegeben wird, gesogen wird. In jeder Kammer verläuft der
Luftstrom von der rechten Seite zu der linken Seite, wobei er entlang der inneren
Umgebungswand des Aufprallringes kreist und sich durch den Raum zwischen den
Aufschlagstiften und der Teilungsplatte in Richtung Mittelpunkt (Welle 1) und dann durch
die Mittelöffnung der Teilungsplatte zu der nächsten Aufschlagkammer bewegt.
Hinsichtlich der Größe der Aufschlagstifte, wie diese in den Abbildungen zu sehen sind, so
sind die Stifte in den Gruppierungen auf beiden Seiten einer jeden Drehscheibe gleich
groß oder vorzugsweise sind die rechterhand gelegenen Stifte größer als die linken.
Größere Aufschlagstifte auf der rechten Seite würden einen stärkeren Luftstrom rechts
erzeugen und den Luftstrom nach links erleichtern
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An der rechten Seite des Gehäuses 23 sind eine vordere Abdeckung 30, eine hintere
Abdeckung 31 und ein Öldichtungsringhalter 32a nacheinander durch Haltevorrichtungen
wie Bolzen befestigt. Entsprechend sind an der linken Seite der scheibenförmigen
Vorrichtung 8c ein Trägerhalter 33 und dann ein Öldichtungsringhalter 32b durch Bolzen
oder ahnliches befestigt. Die vordere Abdeckung 30, die hintere Abdeckung 31 und der
Trägerhalter 33 haben Träger 34a, 34b und 34c zur Stützung der Welle 1 im
Langsamlauf.
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An einem Ende der Welle 1 (rechtes Ende in Fig. 1) ist eine Rillenscheibe 35 angebracht,
durch die die Leistung eines getrennten Antriebs, beispielsweise eines Motors, über einen
(nicht dargestellten) Keilriemen zu Welle 1 übertragen wird.
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Eine Schlitteneinheit 36 mit Schienen 37 zum Bewegen der Einheit ist an dem unteren
Ende des Trägerhalters 33 befestigt, um eine Überholung und Innenreinigung des Geräts
zu erleichtern. Ein Trägeraufbau 38 bildet mit dem Gehäuse 23 eine Einheit, um die
Aufprallringe zu halten, wenn das Gerät der vorliegenden Erfindung auseinander- oder
zusammengebaut wird.
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Dieses Gerät wird erstens durch Abnehmen einer Mutter 39 von dem anderen Ende der
Welle 1 und dann durch Lösen des Haltegriffs 27 und Abnehmen der Gelenkbolzen 26
von der Haltevorrichtung 25 zerlegt. Danach wird die Schlitteneinheit 36 auf den
Schienen 37 nach links bewegt (siehe Fig. 1). So können die scheibenförmige
Vorrichtung 8c, der Aufprallring 7c, der Trägerhalter 33 und der Öldichtungsringhalter 32b
leicht von den anderen Bestandteilen getrennt werden. Dann können die Drehscheibe 2c,
der Aufprallring 7b und die nachfolgenden Drehscheiben und Aufprallringe ohne
Schwierigkeiten abgenommen werden
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Nummer 40 bezeichnet eine Materialmeßzuführ und 41 einen Vorprozessor bekannten
Typs, beispielsweise einen der verschiedenartigen Mischer, der verwendet wird, wenn
sich Unterpartikel im voraus auf den Basispartikeln absetzen müssen. 42 ist ein
Staubabscheider, 43 ein Beutelfilter, 44, 45 sind Drehventile, 46 ist ein Auslaßgebläse, 47 ein
Ventil zur Steuerung der anzusaugenden Luftmenge und 48 ist ein Strömungsmesser.
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Die Aufprallringe können - falls erforderlich - mit (nicht dargestellten) Hülsen geliefert
werden, durch die Kühlwasser (oder warmes Wasser oder heißer Dampf) zirkulieren
kann.
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Muß die dem Gerät zugeführte Luft gekühlt (oder erwärmt) werden, so ist es möglich,
ein Gas mit geringer Temperatur, das durch Verdampfung eines Kühlmittels wie
Flüssigstickstoff erzeugt wird, über die Materialzufülrrrutsche 21 einzuleiten. Auch kann
ein Heißluftgenerator auf halbem Weg der Rutsche angeordnet werden (keine der
Anordnungen ist dargestellt).
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Soll die Oberflächenbehandlung gemäß der vorliegenden Erfindung in
Edelgasatmosphare erfolgen, kann Stickstoff oder ein anderes Edelgas über Rutsche 21
hinzugegeben werden. In diesem Fall sollten aber die Materialmeßzuführ 40 und der
Zuführtrichter direkt miteinander (auf nicht dargestellte Art und Weise) verbunden sein, um ein
Eindringen von Außenluft in den Trichter 22 so gering wie möglich zu halten.
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Das Gerät arbeitet auf die folgende All und Weise. Zuerst werden die Luftzylinder in
Bewegung gesetzt, um die Absperrventile nach unten zu bewegen, damit sie die radialen
Öffnungen der Teilungsplatten 8a, 8b und die scheibenfbrmige Vorrichtung 8c in einen
vollständig geschlossenen Zustand bringen (siehe Fig. 4(a)). Danach wird Welle 1
angetrieben, so daß die Drehscheiben laufen, wobei die Aufschlagstifte 6 eine äußere
Umfangsgeschwindigkeit von 100 m/sec. haben. Das Auslaßgebläse 46 wird ebenfalls
angetrieben, um den durch die Umdrehung der Aufschlagstifte 6 erzeugten Luftstrom
oder geringfügig mehr Luft aus den einzelnen Aufschlagkammem anzusaugen. Die
auszusaugende Luftmenge kann durch Betätigung des Ventils 47 unter Beobachtung des
Strömungsmessers 48 gesteuert werden. Wenn die Luft von dem Materialzufuhrtrichter
22 eingesogen wird, wird das Material von dem Luftstrom über die Zuführrutsche 21 und
den Zuführdurchlaß 20 zunächst in die Aufschlagkammer 29a befördert. Das Material
bewegt sich durch die Mittelöffnung der Teilungsplatte 8a in die nächste
Aufschlagkammer 29b (siehe gestrichelte Pfeillinie M in Fig. 4(a)). Es bewegt sich dann weiter
durch die Mittelöffnung der Teilungsplatte 9b in die Aufschlagkammer 29c und dann
durch die im wesentlichen konische Vertiefung 49 der scheibenfbrmigen Vorrichtung 8c,
den Auslaß 10, den Freigabekanal 11, den Staubabscheider 42, den Beutelfilter 43 und
wird schließlich aus dem System durch Auslaßgebläse 46 ausgestoßen.
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Die äußere Umfangsgeschwindigkeit der Aufschlagstifte 6 sollte geeigneterweise von 30
bis 150 m/sec. reichen. Ist die Geschwindigkeit geringer als 30 m/sec., können die Stifte
keine angemessene Aufschlagkraft auf das Pulvergemisch ausüben und die Behandlung
ist zeitaufwendig und uneffizient. Eine Geschwindigkeit von mehr als 150 m/sec. ist
andererseits mechanisch schwer zu erreichen. Selbst in dem o.a. Geschwindigkeitsbereich
können die Stifte gelegentlich die Partikel zermahlen, die mit dem Verfahren gemäß der
Erfindung oberflächenbehandelt werden sollen. Dies hängt von der Größe, den
physikalischen Eigenschaften oder sonstigen Faktoren der Basispartikel ab. In diesem Fall ist es
ratsam, einen Bereich zu wählen, in dem die Basispartikel nicht zermahlt werden, oder
eine günstige äußere Umfangsgeschwindigkeit zu wählen, bei der ein Zertnahlen auf ein
Minimum reduziert wird. Ist eine gewünschte Befestigung erfolgt oder sollen
Unterpartikel auf Basispartikel aufgetragen werden, so müssen die äußere
Umfangsgeschwindigkeit und die Dauer des Verbleibens in dem Gerät selbst bei gleicher Kombination von
Basis- und Unterpartikeln je nach den besonderen Umständen, abgeändert werden,
beispielsweise ob die Unterpartikel ganz oder nur ca. halb in die Basispartikel eingebettet
werden sollen.
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Entweder ein Pulvergemisch aus Basispartikeln und kleineren Unterpartikeln oder ein
geordnetes Partikelgemisch aus Basispartikeln und Unterpartikeln, das zuvor durch den
Vorprozessor 41 auf der Basis abgelagert wurde, wird kontinuierlich von der
Materialmeßzufuhr 40 in den Zufuhrtrichter 22 geführt. Der Rohstoff wird dann von Trichter 22
über Zuflilurutsche 21 und Durchlaß 20 in die Aufschlagkammer 29a geführt. Der
Zuführvorgang erfolgt schnell, da das Pulvergemisch von dem Luftstrom mitgesogen
wird. In der Kammer 29a wird das Pulvergemisch einem schnellen mechanischen
Prallvorgang durch die Aufschlagstifte 6 auf der mit hoher Geschwindigkeit laufenden
Drehscheibe 2a unterzogen und gegen die Umgebungswände des Aufprallrings 7a gedrückt.
Wie zuvor bereits erwähnt, verfolgt der Luftstrom einen Einwegstrom durch die
aufeinanderfolgenden Kammern und wird dann von dem System freigegeben. Das unter
Zentrifugalkraft stehende Pulvergemisch wird von dem Luftstrom getrennt und in der
Aufschlagkammer 29a gehalten, wo es wiederholt einem mechanischen Prallvorgang durch
die Aufschlagstifte und das Aulprallen auf den Aufprallring unterzogen wird. Da das
Pulvergemisch kontinuierlich aus Trichter 22 zugeführt wird, sammelt es sich nach und
nach in der Aufschlagkammer 29a und wird wiederholt dem Aufprall unterzogen, wobei
die sich drehenden Aufschlagstifte das Pulver entlang der inneren Umfangsflächen des
Aufprallrings 7a zirkulieren lassen.
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Nach Ablauf einer bestimmten Zeitspanne wird der Luftzylinder 16a aktiviert und hebt
das Absperrventil 14a bis der Ventilboden mit der inneren Umfangsfläche des Aufprall
rings 7a bündig ist, wobei die radiale Öffnung 9a der Teilungsplatte 8a vollständig
geöffnet ist (Fig. 4(b)). So kann sich das in der Aufschlagkammer 29a ruhende Pulvergemisch
unverzüglich durch die radiale Öffnung 9a in Richtung Pfeil N und in die nächste
Aufschlagkammer 29b bewegen. Auch hier wird das Gemisch dem wiederholten
Prallvorgang durch die Aufschlagstifte 6 und die Umgebungswand des Aufprallrings 7b
unterzogen. Nachdem das Pulvergemisch Aufschlagkammer 29b erreicht hat, schließt sich das
Absperrventil 14a und eine neue Pulvergemischzuführ kann sich in Aufschlagkammer 29a
sammeln und wird dem Schlagprallvorgang der Aufschlagstifte 6 und des Prallrings 7a
unterzogen.
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Nach Ablauf einer weiteren bestimmten Zeitspanne öffilet sich das Absperrventil 14b und
das Pulvergemisch kann sich unverzüglich aus der Aufschlagkammer 29b in die nächste
Kammer 29c bewegen, wo es erneut dem gleichen Aufschlagprallvorgang unterzogen
wird. Das Absperrventil 14b schließt sich, dann öffnet sich das Absperrventil 14a,
wodurch das Pulvergemisch sich aus der Aufschlagkammer 29a in die Aufschlagkammer
29b bewegt. Nach einer weiteren Zeitspanne öffnet sich das Absperrventil 14c und das
Pulvergemisch wird aus Aufschlagkammer 29c gelassen und durch den Auslaß 10 für
oberflächenbehandelte Partikel und Freigabekanal 11 in Sammelvorrichtungen - wie
Staubabscheider 42 und Beutelfilter 43 - geführt, wo es gesammelt wird.
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Fig. 5 ist eine graphische Darstellung einer typischen Beziehung zwischen den Stellungen
der einzelnen Absperrventile und den Mengen des in den jeweiligen Aufschlagkammern
ruhenden Pulvergemischs. In dem Schaubild bedeuten die Symbole Ta, Tb und Tc die
Ruhezeit des Pulvergemischs in den Aufschlagkammern 29a, 29b und 29c. T bedeutet die
Gesamtruhezeit oder die für die Oberflächenbehandlung benötigte Zeit. Das Symbol t&sub1;
bezeichnet die Dauer, die ein Absperrventil geöffiiet ist, und t&sub2; den zeitlichen
Zwischenraum, beispielsweise zwischen dem Schließen des Absperrventils 14b und dem Öffnen
des Ventus 4a. Die Beziehung zwischen t&sub1; und t&sub2; ist t&sub1;> t&sub2;≥0 und die Dauer t&sub1; kann im
Bereich von einigen Sekunden liegen.
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Das Gerät gemäß der Erfindung kann mit mehreren unterschiedlichen Aufprallringen
anstelle der oben beschriebenen gleichen Ringe geliefert werden, wobei die
Teilungsplatten im Durchmesser der Mittelöffnung variieren. Auch kann das Gerät mit allen
Absperrventilen normal geschlossen betrieben werden, und zwar je nach Art des
zusammenzusetzenden Pulvermaterials. In diesem Fall sammelt sich das in der ersten
Aufschlagkammer ruhende Pulvergemisch zu einer bestimmten Ruhemenge bis es
kontinuierlich über die Mittelöffnung der Teilungsplatte in die nächste Aufschlagkammer und
dann in die darauffolgende Aufschlagkammer strömt und dann kontinuierlich von dem
Auslaß freigegeben wird.
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In diesem Fall kann die Ruhezeit des Pulvergemischs durch die Zuführ
(Zuführgeschwindigkeit) des Pulvergemischs, die von dem Gebläse angesogene
Luftmenge, etc., gesteuert werden.
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Fig. 6 ist eine vertikale Schnittansicht einer anderen Ausführungsform des Geräts gemäß
der vorliegenden Erfindung. Dieses Gerät verwendet keine Teilungsplatten mit radialen
Öffnungen, d.h. es besitzt keine Absperrventile oder Luftzylinder zum Antrieb. Der
sonstige Aufbau entspricht der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Der Strom des
Rohstoffs in diesem Gerät entspricht dem vorgenannten Gerät, wenn dieses mit
geschlossenen Ventilen betrieben wird. Da sich das in der Aufschlagkammer ruhende
Pulvergemisch zu einer bestimmten Menge ansammelt, strömt es durch die Mittelöffnung der
Teilungsplatte kontinuierlich in die nächste Kammer und dann in die darauffolgende
Kammer bis es kontinuierlich von dem Auslaß freigegeben wird.
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Die Oberflächenbehandlung erfolgte in Übereinstimmung mit dem Verfahren gemäß der
Erfindung unter Verwendung des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung, bestehend
aus drei Mahlkammern, Drehscheiben mit einem Durchmesser von 230 mm und je einem
Satz von acht Aufschlagstiften auf jeder Seite, mit einem Zwischenraum zwischen der
äußersten Umfangsbahn der Aufschlagstifte und der Umgebungswand der Aufprallringe
von 5 mm. Nachstehend einige Behandlungsbeispiele:
Beispiel 1
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Ein angeordnetes Gemisch bestehend aus Polyäthylen-Partikeln mit einem
durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 12 um und feinen Titanoxid-Partikeln mit einem
durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,3 um, die sich auf den Polyäthylen-Partikeln
abgesetzt haben (Partikelmischverhältnis: Polyäthylen : Titanoxid = 4 : 1), wurde
kontinuierlich in das o.a. Gerät zur Pulverbehandlung gegeben, um Kompositpartikel Nr.1
bis 3 zu erhalten. Die verwendeten Proben und die sonstigen Bedingungen sind Tabelle 1
zu entnehmen. In der Tabelle bedeutet der Ausdruck "äußere
Umgebungsgeschwindigkeit des Stifts" die Geschwindigkeit der sich entlang ihrer äußersten Umfangsbahn
bewegenden Aufschlagstifte und der Ausdruck "Ruhezeit" bedeutet den Zeitraum, in dem das
Pulvergemisch in jeder Aufschlagkammer ruht. Letzteres bedeutet, daß, wie in Fig. 5 zu
sehen, jedes Absperrventil während jeder Ruhezeit offen gehalten wurde. Der Zeitraum
t&sub1;, in der das Absperrventil geöffnet war, betrug fünf Sekunden Der Ausdruck
"Gesamtruhezeit" bezieht sich auf den Zeitraum von dem Einleiten des Pulvergemischs in
das Gerät bis zur Freigabe des Produkts. Anders ausgedrückt ist dies die für die
Oberflächenbehandlung erforderliche Zeit. Streng genommen beträgt die durchschnittliche
Ruhezeit des Pulvergemischs in der Aufschlagkammer a die Hälfte des in der Tabelle
angegebenen numerischen Werts und diese Zeit ist von der "Gesamtruhezeit" abzuziehen.
Tabelle 1
Geschwindigkeit der Drehscheibe Umdrehungen/Min.
Äußere Umgebungsgeschwindigkeit des Stifts
Saugluftmenge
Materialzuführgeschwindigkeit
Ruhezeit
Gesamtruhezeit
Temp. im Gerät (20 Min. später)
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In Tabelle 1 ist die Temperatur in dem Gerät 20 Minuten nach dem Beginn der Testläufe
angegeben. Bei allen Läufen betrug die Temperatur ca. 35ºC (wobei die Temperaturen
beim Start ca. 25ºC betrugen - gleiches trifft auch auf die folgenden Beispiele zu -) und
der darauffolgende Temperaturanstieg war - wenn überhaupt - nur gering.
Beobachtungen unter dem Raster-Elektronenmikroskop (SEM) ergaben, daß alle so
behandelten Proben Kompositpartikel waren, bestehend aus feinen Titandioxid-Partikeln,
die gleichmäßig in die gesamten Oberflächen der Polyäthylen-Partikel eingebettet waren.
Beispiel 2
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Ein angeordnetes Gemisch bestehend aus Kartoffelstärke-Partikeln mit einem
durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 46 um und feinen Polymethylmethacrylat-Partikeln
(PMMA) mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,4 um, die sich auf den
Stärkepartikeln abgesetzt haben (Partikelmischverhältnis: Kartoffelstärke:PMMA--19: 1),
wurde kontinuierlich in das o.a. Gerät gegeben, um Kompositpartikel, Proben Nr.1 und
2, zu erhalten. Die verwendeten Proben und die sonstigen Bedingungen sind Tabelle 2 zu
entnehmen.
Tabelle 2
Geschwindigkeit der Drehscheibe Umdrehungen/Min.
Äußere Umgebungsgeschwindigkeit des Stifts
Saugluftmenge
Materialzuführgeschwindigkeit
Ruhezeit
Gesamtruhezeit
Temp. im Gerät (20 Min. später)
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In beiden Fällen betrug die Temperatur in dem Gerät 20 Minuten nach Beginn des
Vorgangs wenig unter 40ºC und der darauffolgende Temperaturanstieg war so gering
wie in Beispiel 1.
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Eine SEM-Beobachtung ergab, daß beide Proben Kompositpartikel waren, bei denen
PMMA (in Form eines Films) gleichmäßig auf den Kartoffelstärkepartikeln befestigt war.
Beispiel 3
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Ein angeordnetes Gemisch bestehend aus Polystyrol-Partikeln mit einem
durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 12 um und ultramikroskopischen Aerosol-Partikeln mit
einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,012 um, die sich auf den Polystyrol-
Partikeln abgesetzt haben (Partikelmischverhältnis: Polystyrol Aerosol = 99 : 1), wurde
kontinuierlich in das o.a. Gerät gegeben, um Kompositpartikel zu erhalten. Die
verwendeten Proben und die sonstigen Bedingungen sind Tabelle 3 zu entnehmen. In diesem Fall
wurde das Gerät ohne Absperrventile (siehe Fig. 6) benutzt.
Tabelle 3
Geschwindigkeit der Drehscheibe Umdrehungen/Min.
Äußere Umgebungsgeschwindigkeit des Stifts
Saugluftmenge
Materialzuführgeschwindigkeit
Ruhezeit
Gesamtruhezeit
Temp. im Gerät (20 Min. später)
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Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, betrug die Temperatur in dem Gerät 20 Minuten nach
Beginn des Vorgangs wenig unter 35ºC und der darauffolgende Temperaturanstieg war
unbedeutend. Dies ist auf die geringere äußere Umgebungsgeschwindigkeit der Stifte
und die kürzere Ruhezeit des Pulvergemischs in dem Gerät gegenüber den vorherigen
Beispielen zurückzuführen.
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Eine SEM-Beobachtung ergab, daß beide Proben Kompositpartikel waren, bei denen die
sehr feinen Aerosol-Partikel gleichmäßig in fast die gesamten Oberflächen der Polystyrol-
Partikel eingebettet waren.
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Wie zuvor im Detail beschrieben, ermöglichen das Verfahren und das Gerät gemäß der
vorliegenden Erfindung eine kontinuierliche Oberflächenbehandlung von Festpartikeln
durch festes Einbetten feinerer Festpartikel ungleicher Substanz in die Basispartikel oder
durch Absetzen oder Erzeugen eines Films aus feineren Partikeln auf den Basispartikeln.
Der kontinuierliche Betrieb ermöglicht eine beständige Oberflächenbehandlung von
Festpartikeln mit einem in einem vorbestinnnten Bereich gehaltenen Arbeitsstrom,
während die Temperatur der Atmosphäre in dem Gerät in einem niedrigen Bereich
gehalten wird.
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Der Betrieb ist leichter als die stufenweise Behandlung des Materials.
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Die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung erhaltenen Kompositpartikel
sind positiv vergleichbar mit denen, die durch stufenweise Behandlung hergestellt
werden.