应用实例丨评估松装化学品的批次差异

Micromeritics

2022.11.18

作者麦克仪器

TA的动态

多年来二氧化钛因其色彩亮白、折光率高，在众多行业中广泛用作色素和乳浊剂。尽管使用广泛，但由于极其强的粘性，处理粉体形式的二氧化钛通常极具挑战性。在操作中使用该材料时 (例如，从料斗散落，进料到单元操作中以及与其它粉体混合)，通常需要采取特殊措施。

识别和量化工艺中与最优性能相关的粉体属性，并用以优化新配方，从而避免花费高昂的成本使样品经历整个加工过程来评估适用性，大大节省时间和原材料，同时最小化了不合规范产品的浪费。

评价批次间差异

尽管三个批次的二氧化钛都满足现有的技术规格，在相同的过程中表现出了明显不同的行为，导致最终产品的质量出现了不可接受的偏差。使用一系列传统的表征技术对此进行分析，但未能区分出三个批次的差异，一部分的原因是测试结果的变量太多。

转而使用 FT4 粉体流变仪分析各批次样品，都可观察到清晰、可重复的差异，对过程性能的差异给出合理的解释，以便用户未来能可靠地评估不同批次工艺相关的质量。

测试结果

动态测试：基本流动能

在三种材料中，样品 B 产生的 BFE 最高，样品 C 的最低。在该案例中，由于粉床更高效地排列，因此具有较高的 BFE，意味着桨叶移动时，需要排开更多的粉体，可供颗粒进入的空间更少。这导致移动粉床需要更多的能量，表明在动态、强制流动的条件下 (例如，螺旋加料器中) 粉体可能发生问题。

整体测试：透气性

在三种材料中，样品 B 的压降最低，样品 C 的最高。高压降表明气流通过样品时受到的阻力更大，即透气性更差。样品 B 的低压降 (高透气性) 通常是因为结构均匀，粉床有效地排列，通常与改善低应力环境下 (例如，填充操作) 重力流动有关。

剪切测试：剪切池

在剪切池结果中观察到了不同的趋势，这是由于该测试方法所采用的不同应力和流动状态所决定的。剪切池测试旨在代表操作中所经受的高应力、静态条件，例如，料斗重力卸料。与其它两个样品相比，样品 A 所产生的剪切应力值明显较大，表明在存储固结时更难以发生起始流动 (从静态转变为动态)。样品 B 和 C 所产生的剪切应力值接近，说明两者在这些条件下的表现差不多。

结论

FT4 可清晰、重复地量化三种样品的动态、松装和剪切特性之间的差异。样品 B 所产生的基本流动能和透气性值最高，剪切应力值较低，可知与其它两个样品的表现截然不同。样品 A 和 C 的结果说明，与样品 B 相比，两者在一系列过程中表现出更强的粘结行为：样品 C 所产生的 BFE 和透气性值最低，说明在低应力的过程 (例如，混合和填充) 中的粘性最强，样品 A 产生的剪切应力值最高，说明在高应力操作 (例如，料斗卸料) 中最难以流动。

粉体流动性并非材料的固有属性，而是粉体在特定设备件中以所需方式流动的能力。成功的加工过程需要粉体与工艺的完美匹配，相同的粉体在一个过程中性能良好，而在另一个过程中却不佳的情况并不罕见。这表明，需要多元表征方法，得出的结果能够与工艺评估相联系，从而构建对应于可接受的工艺行为的参数设计空间。FT4 多元方法模拟一系列单元操作，从而直接研究粉体对各种工艺和环境条件的响应，而不是依靠单一的特性表征来描述所有的过程行为。

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