Für unseren ersten Mahlversuch wurden die Probe ATR-1 verwendet. Zusammengefasst wurde hier das Vorzerkleinern der Probe mit 20 mm Ø Mahlkugeln und 5 mm Ø Mahlkugeln. Die Feinzerkleinerung erfolgte mit 1 mm Ø Mahlkugeln.
130 g der Probe wurden in einen 500 ml Mahlbecher gegeben, welcher mit 25x 20 mm Ø Mahlkugeln bestückt war. Die vorliegenden, harten Agglomerate hatten einen Durchmesser bis ca. 10 mm.
Mit nur einer Minute Trockenmahlung wurden die Agglomerate bereits so fein vermahlen, dass die Probe wieder an Mahlbecher und Kugeln zu haften begann. Ein solches Kleben verhindert feinere Trockenmahl-Ergebnisse, da Probe im weiteren Verlauf nur noch zu Clustern verpresst werden würde. In solchen Clustern würden eingebettete, gröbere Partikel nicht weiter vermahlen werden. Nur bei einer Nassmahlung ließe sich die Feinheit noch steigern.
Wir gaben nach einer Minute 230 g Isopropanol hinzu, und mahlten die Probe weitere neun Minuten (10 Minuten Nassmahlung) auf.
Um einen Überdruck im Mahlbecher zu unterbinden wurde die Mahlung in Zyklen programmiert. Nach jeder Minute Mahlung folgten zwei Minuten programmierter Pausenzeit. Nach mehreren Zyklen sollte die Temperatur des Mahlbechers überprüft (unterhalb der Siedetemperatur der verwendeten Flüssigkeit) und gegebenenfalls Mahldauer oder Pausenzeit nachreguliert werden.
Nach insgesamt 10 Minuten war das Bechervolumen aufgrund der gestiegenen Anzahl an Partikeln ausgeschöpft und wir entnahmen 150 Gramm der Suspension (~ 55 g Probe und ~ 95 g Isopropanol). So dass effektiv nur 75 g Probe im Becher verblieben. Wir gaben weitere 150 g frisches Isopropanol in den Mahlbecher und ersetzten die 20 mm Ø Mahlkugeln durch 5 mm Ø Mahlkugeln, um die Probe effektiver fein zu vermahlen.
Nach einer Mahldauer von insgesamt 30 Minuten wurde die Feinheit von uns mittels Laser-Partikelmessgerät ANALYSETTE 22 NanoTec überprüft. Wir detektierten d10 < 770 nm; d50 < 2,7 µm und d90 < 11,9 µm. Bei dieser Feinheit kann ein weiterer Kugelwechsel auf 1 mm Ø erfolgen.
Der Kugelwechsel erfolgte mittels Analysensieb mit einer Maschenweite von 1,4 mm. Die 5 mm Ø Kugeln wurden gegen 800 g Mahlkugeln mit 1 mm Durchmesser getauscht. Weitere 120 g Isopropanol wurden zu den ~ 75 g Probe hinzugegeben. Nach weiteren 10 Minuten Mahldauer mit 1 mm Ø Kugeln (40 Min. Gesamtmahldauer) bestimmten wir mittels statischer Lichtstreuung die Partikelgrößenverteilung. Es wurde ein d10 < 420 nm; d50 < 1,07 µm und d90 < 2,7 µm bestimmt.
Die Probe wurde weitere 20 Minuten mit maximaler Geschwindigkeit zerkleinert. Nach einer Gesamtmahldauer von einer Stunde zeigte sich im Mahlbecher jedoch ein typisches Ausflocken von fein zerkleinertem Material.
Diverse Dispergierversuche (mit unterschiedlichen Tensiden) wurden durchgeführt, jedoch fanden wir mittels statischer Lichtstreuung stets eine weitere Population von Partikeln (Agglomerate) im Bereich um 30 µm.
Der Hier sollte bereits beim Mahlen die Suspension stabilisiert werden. Dazu können unterschiedliche Lösemittel verwendet werden. Aber auch in wässriger Lösung neben Tensiden noch pH-Puffer, Basen oder Säuren; oder auch Salze um die Ionenkonzentration zu variieren verwendet werden.
Bilder:
Originale Probe ATR-1 im 500 ml Mahlbecher mit 25x 20 mm Ø Mahlkugeln zur Vormahlung.
Das zweite Probenmaterial DIR-1 wurde für unseren zweiten Versuch verwendet. Normalerweise werden in der Regel bei unseren großen Mahlbechern bis ~ 200 g Probe eingesetzt. Hier wurden aufgrund des Verhaltens von Probe 1 nur 70 g der Probe DIR-1 verwendet.
Wir nutzten für unseren zweiten Versuch die Planetenmühle PULVERISETTE 5 premium line, welche statt mit 22x Erdbeschleunigung die Mahlkugeln bis zu ~ 53x beschleunigt.
Wir nutzten zum Vorzerkleinern 10 mm Ø Mahlkugeln für die bis 5 mm lange Probe. Wir haben 120 Gramm Isopropanol zur Probe und starteten den Mahlversuch mit programmierten Zyklen von einer Minute Mahldauer, gefolgt von fünf Minuten Pausenzeiten. Nach einer Mahldauer von 10 Minuten bestimmten wir die Partikelgrößenverteilung mittels statischer Lichtstreuung. Es wurde ein d50 < 7,5 µm und d90 <21,2 µm ermittelt.
Bei der Feinheit wurden von uns jetzt die Mahlkugeln auf 0,5 mm Ø gewechselt (800 g) und die Probe bei maximaler Drehzahl weiter zerkleinert. Nach 15 Minuten Gesamtmahldauer wurden weitere 50 g Isopropanol zugegeben. Nach einer Gesamtmahldauer von 20 Minuten wurde die Partikelgrößenverteilung ermittelt. Es fand sich bereits ein d50 < 670 nm und d90 < 2,7 µm.
Auch hier wurde weitergemahlen bis insgesamt 40 Minuten Mahldauer erreicht waren. Es zeigte sich bereits ein Ausflocken im Mahlbecher. Auch hier wurden beim Messen nochmals eine Population von Partikeln zwischen 10 µm und 30 µm detektiert.
Die Probe wurde bestmöglich abgepackt. Auch für dieses Probenmaterial müsste der Mahlprozess optimiert werden, um ein Ausflocken der Nanopartikel zu unterbinden (siehe Hinweise in Ergebnis 1).
