粉体流动分析及研究实例

粉体流动分析及研究实例

2022-01-07

几乎每个制造业都可能在生产过程的某个阶段处理粉末和颗粒。根据粉末的性质,将有不同的测试优先级。

有三种粉末流动分析测试方法编程到Exponent软件中:结块性(Caking)、内聚力(Cohesion)和粉末流动稳定性(PFSD),以及四种速度下的内聚力测量等变化。

默认情况下,每个测试从两个调节循环开始,以消除任何用户加载变化并在填充后使粉末柱正常化。当用户选择使用分体式容器时,体积密度测量也被编程到这些序列中,在调节后将堆积的粉末扫到设定线。此外,添加粉末结块和固结装置可以评估样品在固结后的结块行为。

Caking

粉末中的结块行为通常是不受欢迎的,并且很难测量。提前了解粉末的结块倾向对于有关粉末配方、扩大规模前的生产、粉末混合、处理、包装、储存和运输的决策非常有用。

结块性是粉末在储存和运输过程中形成大团块的趋势。粉末结块的趋势与其内聚力密切相关,通常有内聚力的粉末在结块试验中也会形成一定的结块。结成硬块的强度取决于许多因素,例如填充效率、颗粒间相互作用和水分含量,即湿度。了解粉末的结块特性很重要,因为大多数粉末将储存在料斗或筒仓中,或在生产过程中的某个时间点运输。使用时容易结块并且形成结块的粉末可能不容易从筒仓中排出。

该测试首先将粉末柱轻轻压实到设定的力,然后在实验之前,以最小的扰动将切片返回到粉末柱的顶部。以设定的循环次数重复此过程,然后转子叶片将压实的结块切片。在每个循环开始时测量结块高度。

马来西亚Putra大学的科学家一直在研究利用结块强度通过泡沫垫干燥法来生产香蕉粉。

土耳其Erciyes 大学的科学家一直在研究咖啡粉的结块和粘结行为,通过对流动性和生物活性的主成分分析,研究烘焙和粒度对咖啡粉结块和粘结行为的影响。

Cohesion

内聚性是粉末颗粒粘附在一起并团聚(形成更大的颗粒簇)的趋势。粉末流动分析仪通过移动刀片以提升粉末的方式来测量这种内聚特性。粘性更强的粉末会粘附在自身和刀片上,从而减少施加在容器底部的力。这在绘制的数据中以较大的负作用力显示。

这种快速分析允许对大块固体的内聚性进行可重复的量化。测试结果可用于将被测样品与之前分析过的产品进行比较,以评估它是否更具凝聚力或更自由流动。确定内聚指標表征产品从非常有凝聚性到自由流动的流动行为。

Erciyes 大学的研究人员还一直在研究蔗糖还原和淀粉类型对即食粉末甜点的体积和粉末特性的影响。

Zagreb大学的科学家们一直在研究泡沫垫干燥过程的优化,以生产富含薄荷提取物的可可粉。

PFSD

粉末流动特性可能随着流速的增加或降低而改变。例如,粉末可能会因为被迫流动得更快而变得更难流动,或者随着流速的增加它可能变得更加自由流动。由于工艺变更以满足增加的产量需求,这个问题可能导致填充不足。粉体流动分析仪通过评估刀片在粉末中以增加的速度移动所需的功来测量该特性。

粉末流动稳定性的评估是通过比较在测试开始时将刀片移动通过粉末所需的功(压实系数)与在测试结束时以相同速度移动粉末所需的功进行比较。自由流动的粉末将通过粉末柱向下或向上传递很小的阻力。相反,流动性差的粉末在任一方向上都表现出相当大的力。

粉末结块固结裝置

Gdansk医科大学的科学家们一直在研究使用新型工具来评估粉末和颗粒的流动特性以及分析微型片剂的压缩过程。本研究的目的是应用流变学测量来评估粉末和颗粒的流动特性,并将结果与标准药典测试进行比较。

制造商遇到的许多粉末困难是由于储存的影响,随着时间的推移,粉末在其自身重量的作用下会沉淀、结块和固结。粉末结块的趋势可以提供有关粉末在储存和运输后特性的重要数据。结块的形成可能会导致从储料斗或筒仓中排出粉末的问题,也可能影响客户对产品的看法——因为产品的体积可能看起来比规定的要小。

时间和压力对粉末流动特性的影响可以使用粉末结块和固结装置进行评估。该装置专为安装在粉体流动分析仪上而设计,可用于评估固结后样品的结块行为。

使用该装置,通过将静态固结管填充至选定的体积或重量来制备样品。将砝码引入管中并允许在受控环境条件下放置在粉末柱上一段给定的时间,之后使用PFA刀片测试样品。图中段曲线下的面积被视为打破结块的功。该值越大,结块越结实。

来自 Lovely 专业大学(印度)的研究人员一直在使用此测试研究洋葱粉在贮藏期间的吸湿等温线和质量特性,以及发芽对洋葱粉质量的影响。

Stable Micro Systems 在粉末流动分析的基础上为您的粉末提供了广泛的测试可能性。这些包括无限制屈服应力、粉末垂直剪切、可转位粉末压实设备、用于压片研究的高耐受性粉末压实和颗粒压实。

要阅读有关使用粉末流动分析仪和用于质地分析仪的各种其他粉末测量工具的信息,可向我们索取文章“Measuring Powder and Granule Properties to anticipate   problems”