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絲滑不在,，你真的懂樣品結塊嗎（上）,？

美國麥克儀器 2022-12-01 | 閱讀：2701

從原材料,、添加劑和中間體到終產品,，食品,、化學和制藥行業(yè)中的許多材料都需要使用相對自由流動的粉體,，以保證適合生產過程和最終應用。這些材料往往需要長時間的儲存,，在此期間,，由于顆粒間的相互作用，一些粉體的強度可能增加,。這種現(xiàn)象通常稱為“結塊”,，很大地限制了粉體不間斷通過加工流程的能力,，也會對產品質量造成不利的影響。

結塊由一項或多項機制產生,，通常是機械,、化學和熱學機制。水分的轉移和吸收往往影響最大,。若要減少結塊,，可通過管理環(huán)境條件，使材料保持在最佳的狀態(tài),；也可調節(jié)工藝參數(shù)（通常是限制材料靜止的時間）或改變產品處方,。

通過測試和理解各種材料的特性，可評估和降低過程中不同環(huán)節(jié)的結塊風險,，最大程度提高和保持產品質量,。例如，粉體測試結果提供的信息有助于結果提供的信息有助于判斷攪拌頻率,，以保持供后續(xù)加工的合適狀態(tài),，或在袋包裝、桶包裝,、散裝容器或罐包裝時能否保證質量,。

無論是哪種機制，若要確定最小化結塊概率的精確條件,，需要全面理解這些機理所導致的流動性變化,。

FT4 粉體流變儀是一種通用型粉體測試儀，自動,、可靠且全面地測量粉體材料特性,。這些信息能夠與加工經(jīng)驗相聯(lián)系，以提高加工效率,，幫助實現(xiàn)質量控制,。FT4 專門用于動態(tài)流動屬性的測量，還集成了剪切池,，能夠測量密度,、可壓性和透氣性等整體屬性。

在本研究中,，使用動態(tài)方法測量粉體樣品結塊前后的流動能量,，以量化流動性的改變。流動能量通過具有專利的測量原理確定,，測量特殊形狀的槳葉沿著預設路徑在精確定量的粉體中運動的阻力,，得到的扭矩和力的測量值被轉換成流動能量^[1]。

樣品準備過程中先用粉體填充測試容器,，然后使用預設的預處理環(huán)節(jié)得到均勻的內部排列結構,。隨后切分容器,，確保對應條件下固定的樣品量。

大多數(shù)粉體當顆粒間形成很強的粘結,，從而受到很大的流動阻力,。有些時候這些變化是可逆的,，但在更多情況下,，粉體表面會發(fā)生變化，形成永久粘結,。

濕度加劇結塊作用

由于多種因素的相互作用,，濕度對粉體的影響很復雜。吸收的水分會形成毛細管橋接,，使得分離單個顆?；驁F塊所需的力增大。隨著時間的增加,，吸收的水分還會形成固體橋接,，從而促進化學作用，使得主要發(fā)生在顆粒表面的分子運動增加,，加劇塑性變形,。

三種不同食品粉體在不同的相對濕度條件下儲存 48 小時（RH），然后使用 FT4 測試,，測量驅動槳葉以預設的流動模式在粉床中運動所需的流動能,，以研究這些樣品分別對不同條件的響應。

隨著相對濕度的增大,，食品 A 的流動能略微增大,，說明該樣品基本不受環(huán)境的影響。相反,，食品 C 在相對濕度為 76% 時流動能顯著增大,，這可能是因為蔗糖晶體在高濕度條件下部分溶解，在顆粒之間形成較強的橋接,。較高的流動能代表粉體在動態(tài)過程中難以移動,，食品 C 在高濕度環(huán)境下長時間存儲容易出現(xiàn)問題。

食品 B 出現(xiàn)不同的趨勢,，表明水分吸收并非一定是不利因素,。與室溫條件的樣品相比，56% 相對濕度條件下觀察到的流動能降低,。吸收的水分會降低靜電力,，而在一些情況下，表面水分會起到潤滑劑的作用,，從而減小顆粒相互作用的強度,。

不均勻結塊（結殼）

對于給定的粉體,，暴露于相對濕度較高的條件下不一定形成均勻的結塊。在一些情況下,，結塊主要形成于粉體——空氣的接觸面,，導致強烈的“結殼”現(xiàn)象，比粉床下方部分更難流動,。量化“結殼”對粉床的影響程度有助于揭示剩余多少粉體仍可使用,。其他粉體結塊評估方法，例如剪切池,、穿刺硬度計和共軸測試等無法量化該現(xiàn)象,。具有專利的 FT4 測試儀通過槳葉切過粉體評估相對于粉床高度的能量梯度，從而精確測量結殼的強度和深度,。

后續(xù)內容將詳細呈現(xiàn)更多實驗數(shù)據(jù)結果,。

參考文獻

[1] Freeman R., Measuring the flow properties of consolidated, conditioned and aerated powders - A comparative study using a powder rheometer and a rotational shear cell. Powder Technology, 25-33, 174, 1-2, 2007

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