Mikrokugeln und Verfahren
Mit Hilfe der patentierten BRACE-Mikrokugeltechnologie lassen sich ultrasphärische Granulate aus den unterschiedlichsten Rohstoffen herstellen. Dabei ist es nur notwendig, dass die zu verarbeitenden Substanzen sich verflüssigen und später wieder verfestigen lassen. Dies kann durch unterschiedliche Mechanismen geschehen. Man unterscheidet dabei die Prozesse nach der Art der Härtung bzw. der Verflüssigung. Es gibt Bindemittel-, Sol-Gel- und Schmelzprozesse. Die Mikrokapselprozesse nehmen dabei eine Zwischenstellung ein, da hier oftmals zwei oder mehr Prozesse kombiniert werden.
Schmelzprozess
Bei dem sogenannten Schmelzprozess basiert die Verflüssigung des Materials auf einer Erwärmung und einer darauffolgenden Zustandsänderung von fest nach flüssig. Nicht jeder Stoff kann mittels Temperaturerhöhung verflüssigt werden. Außerdem müssen die schmelzbaren Stoffe zusätzlich eine ausreichend niedrige Viskosität aufweisen. Werte um 10 mPa*s sind optimal, bis 200 mPa*s lässt sich fast jeder Stoff noch verarbeiten. Je höher die Viskosität, desto größer ist der minimal erreichbare Kugeldurchmesser. Je nach den Eigenschaften der Stoffe lassen sich auch noch Schmelzen mit bis zu 10000 mPa*s verarbeiten. Die maximale Temperatur für diesen Prozess ist nur durch die verwendeten Materialien beschränkt. Man kann z.B. auch Reinst-Silizium bei 1450°C verarbeiten.
Bindemittelprozess
Einer der meistgenutzten Prozesse zur Herstellung von Granulaten basiert auf der Verwendung eines (temporären) Bindemittels, welches während des (primären) Formgebungsprozesses das verwendete Rohmaterial (Pulver) "zusammenklebt". Dieser Prozess wird meist bei der Schlickerherstellung aus anorganischen Rohstoffen wie ZrO2, HfO2, SiO2, TiO2, Al2O3 etc. angewendet.
Oft wird ein organisches Bindemittel eingesetzt wie z.B. ein Alginat, Gelatine, Agar-Agar, Zellulose oder ein anorganisches Sol wie SiO2. Je nach verwendeten Ausgangsmaterialien entstehen somit unterschiedliche Mikrokugeln, z.B. hochdichte Mahlkörper, Katalysatorträger oder Katalysatoren, Lebensmittel- oder Waschmittelzusätze etc. Durch diese einfachen und flexiblen Prozesse ist es möglich, dem Ausgangsmaterial keine oder nur geringe Verunreinigungen zuzufügen. Somit lassen sich qualitativ hochwertige Mikrogranulate mit geringem Aufwand (Raumtemperatur, Normaldruck, wässrige Lösungen) herstellen. Durch eine thermische Behandlung über 300°C werden alle organischen Stoffe herausgebrannt, und es bleibt nur der anorganische Grundkörper zurück. Als Rohmaterialien werden in der Regel Pulver organischer oder anorganischer Natur eingesetzt. Hergestellt werden mit diesem Verfahren beispielsweise Katalysatoren und Katalysatorträger, kosmetische Zusatzstoffe für z.B. Duschbäder und Haarwaschmittel, matrixverkapselte Zellen für medizinische Anwendungen, anorganische Mikrokugeln für Biokeramiken wie Knochenzemente, verkapselte Aromen und Parfümstoffe für Lebensmittel, Kosmetik und Konsumprodukte u.v.m. BRACE bietet eine Reihe von oft eingesetzen Produkten wie Keramikmikrokugeln, Katalysatorträger und kosmetisch genutzte Mikrokugeln als Standardprodukte an. Darüber hinaus entwickelt BRACE mit Kunden zusammen neue Rezepturen bzw. optimiert bestehende, um sie optimal an die Applikation des Kunden anzupassen und damit außergewöhnliche Produkte herzustellen.
SOL-GEL-Prozess
Wenn ein Metallion ein schwerlösliches Oxid besitzt, so kann eine vorneutralisierte Lösung dieses Metallions mittels einer Base gefällt werden. Dabei ensteht das Hydroxid, welches nach und nach in das Oxid übergeht. Dabei nimmt die Viskosität stetig zu. Man spricht hierbei von der Bildung eines Gels aus einem Sol.
Dieser Prozess wird in der Regel dann angewendet, wenn man besonders reine oxidische Mikrokugeln erhalten möchte. Bei der Herstellung z.B. von Al2O3- Mikrokugeln für die Petrochemie werden die fertigen Kugeln nicht mit einem Bindemittel versetzt, sondern direkt aus der Lösung gefällt. Man erhält so hochreine Mikrokugeln mit sehr hoher spezifischer Oberfläche.
Der Sol-Gel-Prozess ist besonders für die Herstellung von hochreinen Granulaten geeignet, die bestimmte Verunreinigungen nicht aufweisen dürfen. Dazu gehören unter anderem Katalysatoren, Katalysatorträger und Kernbrennstoffe.
Mikrokapsel-Prozesse
Alle genannten Prozessgruppen lassen sich mittels der BRACE-Doppeldüsen-Systeme auch dazu verwenden, Mikrokapseln mit einer festen Hülle und einem festen oder flüssigen Kern zu erzeugen. In diesem Fall werden spezielle Düsen verwendet, mit denen ein Doppeltropfen erzeugt wird. Der innere Kern kann dabei völlig unabhängig vom äußeren Schalenmaterial gewählt werden. Einzige Voraussetzung ist, dass das Kernmaterial die Stabilität der Hülle nicht mindert. Das Schalenmaterial wird wie für die vorgenannten Prozesse ausgewählt, d.h. entweder ist es eine Lösung, eine Schmelze oder ein Sol oder eine Mischung aus diesen. Die Härtung erfolgt dann wie beim Mikrokugelverfahren. Es wird eine echte Kapsel mit einer festen Hülle und einem festem (bei Verwendung einer Schmelze als Innenlösung) oder flüssigen Kern erhalten.
Diese Art von Granulaten wird üblicherweise in der Lebensmittel-, Textil- oder Bauindustrie eingesetzt. Es können beispielsweise Aromen, antiallergische Wirkstoffe oder Phase-Change-Materialien (als Latentwärmespeicher) verkapselt werden. Die Funktionalität der Kapsel erlaubt neben einer sehr hohen Rückhaltewirkung und einer ausgezeichneten Stabilität unterschiedliche Funktionalitäten einzubauen: Man kann den kompletten Inhalt auf einmal freisetzen (z.B. durch Druck oder Auflösung), man kann eine dauerhafte Verkapselung einstellen (z.B. für Phase-Change-Materialien in Wärmedämmputzen) oder man kann eine sehr langsame Freisetzung erhalten, wie sie bei Langzeitwirkungen für antiallergische Wirkstoffe in Textilien benötigt wird.
Bei der Verwendung von Bindemitteln aus der Hydrokolloid-Gruppe bietet es sich oft an, die produzierten Kapseln zu trocknen. Übliche Trockner wie Wärmekammern, Wirbelschichttrockner oder Mikrowellentrockner sind für diese Granulate jedoch häufig nicht geeignet. Dafür empfiehlt es sich, den von BRACE speziell entwickelten Trommeltrockner zu verwenden.
