水分子具有双极性。它具有特殊的润湿和溶解特性。当用水润湿粉末时，颗粒通常会形成团聚体。
混合过程中粉末润湿的因素
在许多行业中，散装货物通常会用各种液体润湿。乍一看，用液体润湿固体表面似乎很简单，比如雨水落在地面上，或者将加热后的锻件放入水中淬火。然而，润湿粉末状固体则要复杂得多：
- 粉末具有非常大的比表面积。
- 它们具有明显的毛细结构。
- 此外，它们还具有不同的（异质）颗粒表面。
这些因素决定了润湿速度和渗透到孔隙中的程度。在实践中，这往往会导致不良影响：
- 形成不良的团聚体或块状物
- 液体无法均匀地分布在颗粒集合体中
- 润湿后的粉末流动性差
- 搅拌机中出现粘附物，干扰了工艺流程
通常，amixon® 搅拌机可以很好地解决此类问题。但在更困难的情况下，了解一些物理关系仍会有所帮助。
粉末润湿可能会导致搅拌机出现意外污染
根据液体的粘度和粘附性，壁面和搅拌工具上可能会形成附着物。混合室的高填充度可以防止这种情况，因为干燥的粉末可作为吸收介质。将液体喷洒在混合室的下部区域是一个优势。
液体输入的方式对于防止粘附至关重要。应避免高浓度梯度。因此，amixon® 使用带合适喷嘴的喷枪。液体的体积流量取决于粉末的吸附能力以及混合强度。液滴与颗粒流之间的相对速度越高，越有利于精细分散。韦伯数可描述这种效应。
We = ρ v² d / γ
ρ … 液体密度
v … 液滴与粉末的相对速度
d … 特征液滴直径
γ … 表面张力
韦伯数将液滴的惯性力与稳定的表面力联系起来。高值有利于液滴的分裂，从而在粉末中实现更均匀的分布。相反，较低的数值则有利于形成大液滴，这些液滴更容易粘附在壁面或混合工具上。
粘附在混合器上的物质是不希望看到的。这可能会影响混合结果。此外，粘附物往往会在每次混合过程中不断增加，并在某些情况下发生无法控制的脱落。粘附物会增加混合过程中的摩擦，产生局部发热，在极端情况下还会阻塞工具。在 amixon® 技术中心，可以在接近实际的工作条件下确定最佳的液体注入方法。
液体喷枪喷射到相对运动最剧烈的区域。液体在粉末中得到充分分散。
amixon® 锥形混合机，适用于 3 立方米的批量。
粉末表面对液体的亲和力如何？粉末的毛细现象如何？
粉末对液体的亲和力取决于其颗粒的表面能及其毛细结构。这两个因素决定了液体前进或后退的难易程度。毛细压力是衡量此现象的合适物理量。它描述了液体被吸入粉末的孔隙和间隙的力量。
Δp = (2 γ cos θ) / r
Δp 是毛细压力。
γ 表示液体的表面张力。
θ 是液体与粉末表面之间的接触角。
r 是粉末中的有效毛细半径。
表面张力高且接触角小会产生较高的毛细压力。因此，液体会被快速、深入地吸入颗粒的孔隙中。相反，较大的接触角会显著降低毛细压力。在这种情况下，液体主要停留在颗粒表面。较小的毛细半径会增加毛细管的“吸力”。
图片说明：
a) 表面张力低，b) 表面张力高，c) 液体回流，d) 液体前进，e) 液体被注入涡流器的湍流区域（单组分喷嘴），f) 液体被微细喷洒，粉末被流化 （双组分喷嘴）
粉末的毛细作用和液体的表面张力
粉末的毛细结构以及液体的表面张力会影响液体渗入颗粒孔隙的难易程度。当表面张力较低时，液体会自发地润湿颗粒表面。它也会渗入细小的毛细管中。相反，如果表面张力较高，则毛细压力较低。液体停留在表面，无法充分填充孔隙。
这适用于单个颗粒和颗粒集合体的空隙。因此，在这种情况下，只有将粉末充分混合才能实现液体的均匀分布。颗粒必须相互强烈摩擦。
在混合过程中被润湿的颗粒系统。
粉末的均匀润湿并非易事
在干燥状态下，颗粒彼此紧密相连。颗粒之间存在空气。这些空隙在混合过程中不断变化。添加液体后，必须将空气从孔隙中排出。首先，液体在颗粒周围形成一层薄薄的吸附层。该层通常附着力很强，只有通过蒸发才能去除。
当液体含量增加时，接触点会形成毛细管桥。颗粒可能会因此结合在一起。这样就形成了堆积颗粒。随着液体的进一步注入，较大的空隙被填满。当所有毛细管都填满时，粉末就达到饱和状态。然后，它就会转变为悬浮液。液体进入毛细管的过程可以用沃什本方程式来描述。
L² = γ * r * t * cos(θ) / (2 * η)
L 是渗透深度
γ 是表面张力
θ 是接触角
η 是粘度
r 是毛细管半径
t 是时间。
较小的接触角和较低的粘度有助于渗透。相反，较高的粘度或疏水表面会阻碍渗透。润湿性取决于粒子的微观结构。粗糙度会改变表观接触角。这可以用温泽尔关系式来描述：
cos(θW) = rf * cos(θ)
θW 是粗糙表面上的表观接触角
rf 是粗糙度系数。
异质表面表现出不同的行为。对此，卡西-巴克斯特方程适用：
cos(θCB) = f₁ * cos(θ₁) + f₂ * cos(θ₂)
θCB 是混合表面上的表观接触角
f₁ 和 f₂ 是不同表面类型的面积比例
当表面张力较低且亲和力较高时，可能会发生所谓的闪吸现象。此时，可用的液体会被立即完全吸收。这可能会对混合质量产生负面影响。在这种情况下，应更慢、更精细地喷洒液体。如果添加量低于散装物料水平，则还可以避免混合室中形成冷凝水。混合工具和混合室保持清洁。每克液体都能无损地分散在粉末中。
附着和成膜的物理原理
遗憾的是，在实践中许多物质参数无法获得。实验测定这些参数非常费时费力。尽管如此，了解马兰戈尼对流方程还是很有帮助的。当液体薄膜的表面张力发生局部变化时，薄膜就会移动。即使是很小的温度或浓度差异也会引发成膜现象。
Ma = ((dγ/dT) * L * ΔT) / (μ * α)
Ma 是马兰戈尼数
γ 是表面张力
ΔT 是温差
µ 是动态粘度
α 是热扩散率
L 是特征长度
当润湿时出现局部温度或浓度差异时，附着倾向会明显增加。此时，决定性因素不是绝对温度水平，而是梯度程度。因此，冷却混合过程具有稳定作用，因为它们能保持高粘度并最大限度地减少马兰戈尼流。高 Ma 值会导致液体薄膜不稳定。
另一个相关机制是薄液膜的粘附。约翰逊-肯德尔-罗伯茨模型描述了两个颗粒之间的粘附力。
F = (3/2) * π * R * W
F 是粘附力
R 是颗粒的有效曲率半径
W 是特定粘附功
较高的 W 值会促进牢固附着的形成。此时，液滴会特别牢固地附着在混合工具或壁面上。
最好避免高浓度梯度。因此，amixon® 通常使用双组分和三组分喷嘴。这些喷嘴可在粉末床中使用。它们将粉末在喷嘴区域流化，并将液体雾化成微细颗粒。这样，自由液体就会被颗粒立即吸收。避免了粘附。
在混合过程中，粉末不会发热，这尤其有利。amixon® 混合机采用温和且节能的混合机制，仅产生轻微的剪切和摩擦效应，因此非常适合这种情况。
双组分喷嘴将粉末流化，并将液体雾化。
在 amixon® 技术中心，可以测试各种润湿工艺。
在混合机中进行实际测试是否仍然符合时代要求？
是的，因为尽管我们如今能够精确地描述粉末和液体的特性，但粉末混合和润湿过程仍然非常复杂。分散系统对原材料成分的变化非常敏感。虽然如今可以很好地模拟液体混合过程，但分散系统却很少能够做到这一点。
此外，混合试验还显示了实际应用中的意外效果。例如，多步工艺在调味料、速溶饮料或膳食营养品的制备中尤为重要。
在 amixon® 技术中心，我们几乎每天都会实施各种润湿工艺。我们很乐意根据您的原始产品，向您展示您的粉末的行为、外观、流动性和粘附性。实践试验可提供可靠的结果，这些结果也可用于可靠的高精度预测。因此，它们仍然不可或缺。
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