Mehr Effizienz dank Mikrokugeln

Schutzlacke, aber auch hochwertige Druckfarben werden mit Nassmahltechnik hergestellt. In diesem Prozess werden z. B. die Farbpigmente zerkleinert und gleichmäßig in ein Bindemittel eingebracht. Die so hergestellten Suspensionen bilden eine funktionale Schicht auf einem Trägermedium. Bei Farben ist diese Funktion nur optisch. In anderen Anwendungen ist ein Schutz vor Korrosion oder Fäulnis sowie das Erzeugen von Leitfähigkeit das Ziel. Für die Herstellung von flüssigen bis leicht pastösen Suspensionen mit relativ kleinen Partikeln haben sich Rührwerkskugelmühlen als besonders effizient erwiesen. Sie bestehen aus einem zylindrischen Behälter, der bis zu 90 % mit Mahlkörpern gefüllt ist. Ein spezieller Rotor versetzt die Kugeln in eine Relativbewegung zueinander. Durch die ständige, physikalische Beanspruchung zwischen den einzelnen Kugeln werden die Partikelagglomerate beispielsweise von Farbpigmenten aufgebrochen, die Primärpartikel benetzt und möglichst gleichmäßig im flüssigen Trägermedium dispergiert.

In den letzten Jahren haben die Anforderungen an die Qualität solcher Suspensionen noch einmal deutlich zugenommen. Druckfarben für Lebensmittelverpackungen etwa müssen eine sehr hohe Leuchtkraft haben und Speziallacke äußerst stabil sein. Aber auch neue Anwendungen aus dem Elektronikbereich wie Leiterpasten für Schaltkreise oder Color-Filter für LCDs verlangen noch feinere und gleichmäßigere Partikelsuspensionen. Basierend auf bewährter Nassmahltechnologie hat Bühler aus diesem Grund das Micromedia-Verfahren entwickelt. Die Rührwerkskugelmühlen dieses Typs erlauben die Herstellung von Suspensionen mit einer Partikelgröße von wenigen Nanometern und bieten gleichzeitig ein Energieeinsparungspotenzial von bis zu 50 %.

Möglich werden diese Effizienzgewinne durch den Einsatz von Mikromahlkörpern, die nur noch zwischen 20 bis 800 µm groß sind. In konventionellen Anlagen beträgt der Durchmesser der Kugeln demgegenüber zwischen 0,3 und 1,5 mm. Die kleinere Kugelgröße verbessert das wesentliche Qualitätsmerkmal einer Suspension – die Partikelgrößenverteilung. Diese hängt davon ab, wie effizient die eingetragene Energie im Mahlgut umgesetzt werden kann. Dabei muss es zu möglichst vielen Beanspruchungen durch die Mahlkörper kommen. Je mehr Kugeln in einem bestimmten Volumen Platz finden, desto höher ist auch ihre Gesamtoberfläche und um so wahrscheinlicher ist ein Kontakt mit den Partikelagglomeraten. Als Folge davon ist die Beanspruchungszahl in einer Anlage mit Micromedia-Technologie insgesamt viel höher als mit herkömmlichen Mahlsystemen.

Die höhere Beanspruchungszahl bewirkt, dass die Partikelagglomerate schneller aufgebrochen werden. Hinzu kommt, dass das Kugelpaket durch den Rotor weniger stark beschleunigt werden muss, um die gewünschte Intensität der Beanspruchungen zu erreichen. Das führt zu einem reduzierten Energieverbrauch. Für die Herstellung von einer Tonne Suspension werden unter dem Strich 30 bis 50 % weniger Kilowattstunden benötigt. Bei einem identischen Energieeintrag erhöhen die Mikromahlkörper die Produktivität und im gleichen Zeitraum kann bis zu 30 % mehr Suspension hergestellt werden.

Von diesen Vorteilen können auch bisherige Bühler-Kunden profitieren: Die Verfahrenszone einer Rührwerkskugelmühle des Typs Superflow oder Advantis kann mit einem Upgrade-Paket schnell und einfach auf die Micromedia-Technologie nachgerüstet werden.

Die Mikromahlkörper ermöglichen die Herstellung von Suspensionen mit einer Partikelgröße von nur noch wenigen Nanometern. Das ist unter anderem bei der Herstellung von hochwertigen Druckfarben für Lebensmittelverpackungen ein Vorteil. Dank der feineren Ausreibung werden weniger Pigmente benötigt. Weil die Farbstoffe ein großer Kostenfaktor sind, verbessert sich dadurch direkt die Marge der Hersteller. Die feine Ausreibung verbessert zudem die Stabilität von Color-Filtern für LCDs oder erhöht die Leitfähigkeit von Metallpasten.

Micromedia-Mühlen zeichnen sich auch durch ihre Flexibilität aus. Neben der Partikelgrößenverteilung können weitere Qualitätsmerkmale wie Farbstärke, Glanz, Reaktivität, Fließeigenschaft oder Haltbarkeit gemäß den Anforderungen an das Endprodukt eingestellt werden. Aufgrund der speziellen Anordnung der Teile wirkt eine besonders effiziente Kombination von Scher-, Druck- und Prallkräften auf das Mahlgut. Das Prozessfenster der Micromedia-Technologie ist sehr groß und reicht vom schonenden Dispergieren im Nanometerbereich bis zur energieintensiven Echtzerkleinerung.

Je nach Anwendung kann die Verfahrenszone mit verschiedenen Materialien ausgerüstet werden, die abrasionsbeständig, korrosionsbeständig oder metallfrei sind. Für eine normale Pigmentdispergierung beispielsweise empfiehlt sich eine einfache Stahlauskleidung. Sie ist kostengünstig, bietet eine gute Kühlleistung und hat eine lange Lebensdauer. Bei der Herstellung von keramischen Inkjet-Farben jedoch werden extrem harte Pigmente verarbeitet, die in einer Stahlausführung zu Abrieb führen können. Ideal ist in diesem Fall eine Kombination aus einem Keramik-Stator und einem Polyamid-Rotor.

Halle 4, Stand 491

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Head of Process Engineering, Business Area Grinding & Dispersion Technologies, Bühler