Nanozerkleinerung nichtwässriger sowie sterisch stabilisierter Suspensionen in Rührwerkskugelmühlen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Arno Kwade; Professor Dr.-Ing. Wolfgang Peukert
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 18694907

In einem von der DFG geförderten Gemeinschaftsprojekt zwischen dem Institut für Mechanische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig (Schw 233/28) und dem Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik der TU München (PE 427/3) wurde im Zeitraum 1999-2004 die Mechanische Erzeugung und Stabilisierung von Nanopartikeln in Rührwerkskugelmühlen untersucht. Im Vordergrund dieser Untersuchungen stand die Frage, wie sich das Zerkleinerungsverhalten im Nanometerbereich im Vergleich zur Zerkleinerung auf Partikelgrößen bis etwa 1 um verändert. Agglomerationserscheinungen, welche durch auftretende Partikel-Partikel-Wechselwirkungen verursacht werden können, wurden durch die elektrostatische Stabilisierung der Mahlgutsuspension unterbunden. Durch ein systematisches Vorgehen entlang der Kette Oberfläche - Wechselwirkung - Eigenschaft wurde dabei im Bereich der Nanozerkleinerung ein Durchbruch erzielt. Durch die mechanische Beanspruchung in Rührwerkskugelmühlen konnten Partikeln < 10 nm hergestellt werden, ohne dass dabei eine Mahlbarkeitsgrenze festgestellt werden konnte. Untersuchungen am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig bestätigten die bisher bekannten Einflüsse verschiedener Betriebsparameter auch für den Manometer-Bereich. Untersuchungen am Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik der TU München zeigten am Beispiel von Aluminiumoxid, dass an der Oberfläche der Mahlgutpartikeln durch mechanochemische Veränderungen während der hochenergetischen Beanspruchung des mineralischen Mahlguts in der Rührwerkskugelmühle Phasentransformationen stattfinden, die zur Bildung verschiedener Hydroxidphasen führen. Während der Zerkleinerung finden daher verschiedene Vorgänge wie Zerkleinerung, Agglomeration, Desagglomeration, mechanochemische Hydroxidbildung sowie Lösungsvorgänge gleichzeitig statt. In einer fachübergreifenden Zusammenarbeit der beiden Institute soll nun die Nanozerkleinerung stabilisierter nichtwässriger Suspensionen untersucht werden, um so Hydroxidbildungen an der Mahlgutoberfläche zu unterbinden und den Anwendungsbereich dieser Technologie deutlich zu erweitern. Die Untersuchungen sollen zeigen, welche maximale Produktfeinheit durch die mechanische Beanspruchung in Rührwerkskugelmühlen erreichbar ist, da der limitierende Faktor bei bisherigen Versuchen die Mahlkörperabtrennung war. Bei neueren Mühlenmodellen wird deshalb neben der Siebabtrennung eine Zentrifugalabtrennung eingesetzt, die die Verwendung von noch kleineren Mahlkörpern erlaubt. Dieser Mechanismus liegt in den Mühlen Labstar (Netzsch) und Advantis V15 (Drais) vor. Weiterhin soll geklärt werden, welche Mechanismen (Bruch, Abrasion, Ermüdungserscheinungen nach mehrfacher plastischer Verformung, Lösungserscheinungen, Shear Thickening) dazu führen, dass durch die mechanische Beanspruchung Partikeln mit Feinheiten unter 10 nm erzeugt werden können. Die Untersuchungen sollen zu einer Optimierung der Herstellung von Nanopartikeln durch Zerkleinerung hinsichtlich des Energieverbrauchs, der Produktkontamination und des Mahlkörperverschleißes führen, so dass dieses Verfahren in der industriellen Praxis etabliert werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen