Mehr Sicherheit, weniger Zeitaufwand

Der TDS-Saugmischer erzeugt in seinem Mischkopf ein Vakuum, mit dem er Pulver direkt unter die Flüssigkeitsoberfläche saugt

Traditionelle Verfahren zur Dispergie­rung von Pulvern auf Basis von Dissol­vern oder Rührwerken stoßen schnell an  ihre Grenzen. Aber auch die Sicherheits­risiken, die mit dem einfachen Lösen von Harzen in Form von Pulvern, Granulaten oder Chips in Lösemitteln verbunden sind, müssen effektiv bewältigt werden. Beson­ders gefährlich wird es dann, wenn ein  Pulver von oben in einen Prozessbehälter mit lösemittelhaltigen Medien eindosiert wird. Da dabei die Prozesstemperatur meist oberhalb des Flammpunktes liegt, besteht ein Explosionsrisiko durch die entzündli­chen Gase und Dämpfe oberhalb der Flüs­sigkeit. Unmittelbar an der Flüssigkeits­oberfläche ist die Lösemittelkonzentration für eine Zündung zu hoch. In einiger Entfer­nung ist die Konzentration zu niedrig, doch genau dazwischen liegt eine Zone, in der die Lösemittelkonzentration zwischen obe­rer und unterer Explosionsgrenze liegt. In dieser Zone spricht man von einem zünd­fähigen Gemisch. Und das ist genau der  kritische Bereich, durch den das Pulver ge­schüttet wird. Das Pulver muss also bei Zu­gabe in einen Prozessbehälter in jedem Fall durch die Zone hindurch, in welcher das Gas­-Luft-­Gemisch zündfähig ist.

Um eine Explosion auszulösen, braucht es nur noch eine Zündquelle mit ausreichend Energie. Diese Zündquelle könnte bereits das fließende Pulver selbst oder die gerührte Flüssigkeit sein, sofern diese nicht aus­reichend elektrisch leitfähig ist. Auch eine Inertisierung des Prozessbehälters kann das Risiko nicht zuverlässig ausschließen. Pulver enthält selbst sehr viel Luft. Bei schweren Pulvern wie Titandioxid und Calciumcarbo­nat sind das etwa 75 %, bei leichten Pulvern wie hochdispersen Kieselsäuren sind das bis zu 98 % Luftanteil. Alle anderen Pulver oder Harzgranulate liegen dazwischen. Und die­ser Luftanteil macht die Inertisierung zu­mindest teilweise wirkungslos.
Die Risiken bei Zugabe von oben auf die lösemittelhaltige Flüssigkeit können aller­dings sehr einfach vermieden werden, in­dem das Pulver nicht von oben oder gar nicht erst im Behälter zugegeben wird.

Effektives Eindispergieren
Für diese Anwendungen benötigt man ein effektives Verfahren zum Eindispergieren der Pulver: Ein System, das Pulverpartikel sowohl in flüssigen als auch in zähfließen­den Medien vollständig benetzen und opti­mal dispergieren kann und dabei nicht durch die Lösemitteldämpfe oberhalb der Flüssigkeit transportiert. TDS-­Maschinen sind Systeme, mit denen man Pulver in Flüssigkeiten unter Nutzung eines intern erzeugten Vakuums einsaugt, benetzt und agglomeratfrei in der Flüssigkeit disper­giert. Die Maschinen gibt es in verschiedenen Varianten, für den Pulvereintrag in der Kunststoffherstellung ist vor allem die In­line-­Version dieser Maschine, die Conti-­TDS, von Bedeutung. Mit dieser Maschine können Pulver direkt ab Sack, Big­Bag, Pul­vertrichter oder Silo staub-­ und verlustfrei eingesaugt und in der Flüssigkeit benetzt werden.

Die Conti­-TDS wird außerhalb des Behälters installiert und ist mit diesem über Rohrleitungen im Kreislauf verbunden. Kein Pulver wird auf die Flüssigkeitsoberfläche geschüttet, kein Sack muss auf den Behälter gehoben werden, kein Staub klebt an der Behälterwand, kein Pulver wird auf die Flüssigkeitsoberfläche in Gegenwart von Lösemitteldämpfen entleert.

Pulver und Flüssigkeit gelangen über vollständig getrennte Wege in die Maschine und kommen erst in der Dispergierzone mit­einander in Kontakt. Dort erfolgt die Dispergierung unter massi­ver Scherwirkung und Vakuum. Das Pulver kommt also nicht mit Lösemitteldämpfen oberhalb der Flüssigkeit in Berührung, es wird immer direkt in die Flüssigkeit eingesaugt. So wird das  Risiko beherrschbar gemacht. In dem mittels Saugförderung eingesaugten und mit hoher Geschwindigkeit fließenden Pulver befinden sich alle Partikel im Flug. Bei der Saugförderung nimmt das Vakuum im Pulver vom Ort der Zugabe bis hin in die Zone maximalen Vakuums stetig zu. In entsprechendem Maße vergrö­ßern sich die Abstände der einzelnen Partikel auf diesem Weg.

Direkt in der Flüssigkeit
Die Conti­-TDS erzeugt ihre Saugwirkung direkt in der Flüssig­keit. Das maximale Vakuum herrscht genau in der Benetzungs­ und Dispergierzone. Die Abstände der einzelnen Partikel sind bei Eintritt in diese Zone am größten. Für diesen Effekt wird keine zusätzliche Förder­ oder Fluidisierungsluft benötigt, lediglich die im Pulver vorhandene Luft dehnt sich aus – und komprimiert nach der Dispergierung wieder. Die Partikel werden vereinzelt und vollständig benetzt, Pseudobenetzung ist ausgeschlossen. Es lassen sich Dispersionsqualitäten und Feststoffkonzentratio­nen herstellen, die durch Einrühren über die Flüssigkeitsober­fläche oder mit Dissolvern niemals erreichbar sind.

Nach beendetem Pulvereintrag wird der Pulvereinlass geschlos­sen. Die Conti­-TDS kann dann als normaler Inline­Dispergierer weiter benutzt werden, bis die geforderte Partikelgrößenver­teilung, Homogenität oder Konsistenz erreicht sind. In dieser  Phase arbeitet die Maschine mit hohem Durchsatz und vielen Passagen über die High­-Shear-­Zone. Die Conti­-TDS fördert die Flüssigkeit, ähnlich wie eine Pumpe, selbstständig im Kreis. Oft wird die Maschine an zwei oder mehrere Behälter angeschlossen.

Die Conti­-TDS hat einen weiteren positiven Effekt: Sie be­schleunigt alle Prozesse. Die massivsten Zeiteinsparungen wer­den beim Lösen von Harzpulvern oder ­granulaten erzielt. Diese werden bereits beim ersten Kontakt mit dem Lösemittel im Scherfeld der Dispergierzone vollständig benetzt.