Vom Labor zum Technikum

Es gibt Einzelsysteme für das Entwick­lungslabor für Ansatzgrößen bis 10 Liter und 50 Liter sowie für das Technikum in Größen bis zu 100 und 300 Liter. Alle Sys­teme sind in der HV-Version (High Visco­sity) konstruiert.
Die Anlage wurde konzipiert, um Klein­chargen von 10 bis 300 Litern herzustellen oder Rezepte im Labormaßstab zu entwi­ckeln. In der Verfahrenstechnik liefert sie Parameter für den Scale-Up-Pro­zess aller Rezepturen von der Labor- bis zur Serienfertigung.

Fest, pastös und flüssig einfüllen
Auf der Anlage können Slurries, Flüssig­mischungen mit einer maximalen Viskosi­tät von 20.000 mPas, Fertigprodukte sowie hochkonzentrierte Pigmentpasten mit ei­nem Feststoffgehalt von bis zu 70 % als Mehrkomponentenmischungen hergestellt werden.

Die Vorlageflüssigkeiten werden manu­ell in den Mischbehälter gefüllt oder über den Einfüllstutzen im Behälteroberboden zugegeben. Die Dosierung von Wasser er­folgt ebenso.

Die Feststoffe können über einen mo­bilen Pulvertrichter aus Kunststoff oder Edelstahl vorgewogen vorbereitet werden. Der Pulvertrichter wird zur Fertigung mit einer Schlauchleitung an die Misch­kammer der Dispergiereinheit Conti-TDS (Transport-Dissolving-System) angedockt. Danach wird der Pulverhahn geöffnet und der Absaugprozess beginnt. 

Kleinere Mengen Feststoff lassen sich über einen Kleinmengentrichter zuge­ben. Dabei ist das Pulver für den Trichter ebenfalls vorgewogen. Angedockt an der Mischkammer erfolgt die Leerung des Trichters über die integrierte Dispergier­einheit. Kleinmengen von Flüssigkompo­nenten, z.B. Additive, können ebenfalls über diesen Kleinmengentrichter mit der Dispergiereinheit zugegeben werden.

Mischen und Dispergieren
Der Aufschluss und die Dispergierung der Feststoffe erfolgen in der Mischkammer der Dispergiereinheit Conti-TDS. Hierfür gibt es den Modus Pulvereinzug, d.h. der Pul­verhahn ist geöffnet. Die Maschine läuft mit der voreingestellten Drehzahl und dispergiert das Pulver bereits während des Einsaugvorgangs. Homogenisiert wird dann mit geschlossenem Pulverhahn im selben Drehzahlbereich. Die Dispergiereinheit ist wie bei „Mofa" und „Mini-Mofa" eine Rotor-Statormaschine und arbeitet nach dem Zentrifugalprinzip. Durch die beson­dere Bauform von Rotor und Stator entsteht während des Betriebs in der Mischkammer ein Vakuum. Über dieses Vakuum können sowohl Feststoffe als auch Flüssigkeiten ein­gesaugt werden. Im Vakuumbereich der Dis­pergierzone erfolgt die Zwangsbenetzung al­ler Partikel sowie die Abtrennung von Luft.

Zwei getrennte Eingänge in die Misch­kammer der Dispergiereinheit bilden über Pulver- und Kleinmengentrichter neue re­zeptbedingte Prozesse ab.

Verfahrenstechnische Prozessebeispiele sind

• die getrennte Zuführung von weißem Pigmentpulver (Titandioxid) und orga­nischen Pigmentmischungen über Pul­ver- bzw. Kleinmengentrichter,
• die Pulverzuführung über den großen Pulvertrichter und gleichzeitige oder getrennte Dossage von geschmolzenem Wachs oder Bindemittelkomponenten über den Kleinmengentrichter sowie
• unterschiedliche Dosiergeschwindigkei­ten in die Mischkammer der Dispergier­einheit über Pulver- und Kleinmengen­trichter

Während der gesamten Conti-TDS-Lauf­zeit wird die Homogenität im Mischbehäl­ter zusätzlich über einen Leitstrahlmischer hergestellt. Dieser wird auch eingesetzt, wenn Produkte verarbeitet werden, die nicht in das Scherfeld der Conti-TDS gelan­gen sollen. Eine solche Arbeitsweise ohne Conti-TDS ist möglich. Auf der Anlage können also sowohl Produkte mit hohem Scherbedarf als auch scherempfindliche Produkte bearbeitet werden.
Der Leitstrahlmischer bewirkt eine inten­sive, luftfreie und homogene Vermischung des gesamten Behälterinhalts unabhängig von Chargengröße, Viskosität und Fließei­genschaften der herzustellenden Produkte.
Bei Vorlage von flüssigen Kleinmengen im Mischbehälter unterhalb des Arbeitsbereichs des Leitstrahlmischers ist zum Homogenisieren optional ein Ankerrühr­werk eingebaut. Darüber hinaus dient das Ankerrührwerk als Wandabstreifer und erfasst im Mischbehälter alle Restmengen beim Abfüllvorgang.

Der Mischbehälter ist kühlbar. Über ei­nen Doppelmantel kann mit Kühlwasser die Produkttemperatur kontrolliert wer­den. So ist es möglich, temperaturemp­findliche Produkte herzustellen.

Fertigstellen und Reinigen
Die Entleerung des fertigen Produkts er­folgt über ein Entleerventil an der Misch­kammer der Conti-Dispergiereinheit. Bei hochviskosen Produkten kann diese Dis­pergiereinheit unterstützen. Die Verrohrung der Anlage ist so gestaltet, dass eine komplette Entleerung der gesam­ten Anlage möglich ist.

Nach der Fertigstellung eines Produkts wird die Anlage manuell gereinigt. Mit einem Wasserschlauch lassen sich bei einem Wasserdruck von 1 bis 3 Bar der Misch­behälter und die Einbauelemente wie Leit­strahlmischer und Ankerrührwerk leicht reinigen. Die Conti-Dispergiereinheit un­terstützt den Reinigungsprozess durch hohe Fließgeschwindigkeiten im Rohrlei­tungssystem. Dadurch sind grundlegende Farbton- und Produktwechsel in kurzer Zeit zu realisieren.

Das Montieren und Demontieren von Ansatzbehältern, Rohrleitungen, Absper­rarmaturen, Antriebsmotoren etc. ist na­hezu ohne Werkzeuge möglich. Die Bedienung der Anlage erfolgt über einen Touchscreenmonitor im Bedientab­leau mit einer SPS-Steuerung.

Anlagendaten
Eine Person bedient die Anlage, wobei ein Versuchsansatz von zehn Litern weniger als zehn Minuten Zeit in Anspruch nimmt. Die verfahrentechnischen Möglichkeiten der Micro-Anlage entsprechen denen der Mini-MoFa und der gewöhnlichen MoFa­Anlage. Der Rohstoffausnutzungsgrad steigt um bis zu 50 %. Die Entwicklungs­zeiten sinken und die Produktqualität liegt über der, die sich mit normalen Laborbe­triebsmitteln realisieren lässt. Besonders bei Farbpasten oder Füllstoffsuspensionen (Aquamediates) entstehen neue Produkt­und Eigenschaftsprofile, die bisher nicht möglich waren.

Die SPS-gesteuerte Bedienung, die kom­pakte Bauform und die Tatsache, dass das System einfach zu transportieren ist, stei­gern die Einsatzmöglichkeiten.