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流動助劑通常用于改善藥品、食品配料、農(nóng)業(yè)化學(xué)品、涂料、化妝品和許多其他重要的工業(yè)級粉體的流動特性。常用的添加劑包括氣相二氧化硅，通常為粒徑較小的納米級顆粒。含量較少時，這些顆粒會粘附于粒徑較大的輔料顆粒表面，形成一層薄薄的或稀疏的包覆，從而改善表面特性，使得顆粒之間更易于移動，堆積效率更高。然而，超過一定的含量后，粉體集合體中松散的納米顆粒聚集于輔料顆粒的間隙中，由于助劑粒徑較小、粘性作用較強(qiáng)而形成團(tuán)聚。因此，過量的流動助劑就會對流動行為產(chǎn)生不利的影響，而確定特定應(yīng)用場景下最佳的含量至關(guān)重要。

Micromeritics FT4 粉體流變儀

本項(xiàng)研究中，使用 Micromeritics FT4 粉體流變儀測量微晶纖維素（MCC-Avicel 101，Sigma—Aldrich公司）和疏水性膠態(tài)二氧化硅（Aerosil R972—贏創(chuàng)工業(yè)公司）混合物的整體、剪切和動態(tài)粉體特性。MCC 在制藥行業(yè)中應(yīng)用廣泛，例如壓片、制粒和擠出滾圓等。混合物的制備方法是將單批一公斤的 MCC 分成五份，然后加入膠態(tài)二氧化硅，制得質(zhì)量含量為 0.25%、1.00%、 2.50% 和 4.00% 的樣品。

FT4 粉體流變儀測試結(jié)果

FT4 粉體流變儀中進(jìn)行的所有測試都要先經(jīng)過預(yù)處理程序，確保測量流動特性之前樣品的堆積狀態(tài)一致。預(yù)處理程序消除了樣品的歷史記憶，減少了先前振動、加工和處理?xiàng)l件的影響。

· 充氣

空氣在顆粒間傳輸?shù)哪芰εc粉體內(nèi)聚作用密切相關(guān)。當(dāng)顆粒間的內(nèi)聚力強(qiáng)于顆粒平均重力時，粉體就會表現(xiàn)出粘性行為，而當(dāng)空氣向上流經(jīng)粉床時，無法達(dá)到完全流化的狀態(tài)，即單獨(dú)的顆粒難以在空氣中懸浮。因此，粘性的粉體在充氣時會形成停留區(qū)，粉體的粘性越大，粉床的停留比例就越大。當(dāng) FT4 槳葉在充氣的粉體中移動時，如果粉床已經(jīng)充分均勻地流化，那么槳葉在床層中移動時遇到的阻力將極小——流動能接近于零。相反，對于粘性的粉體，即使氣流速度很高，槳葉移動過程中也會遇到阻力，流動能不會降至零。

充氣測試的結(jié)果表明，當(dāng)空氣流經(jīng)粉床時，槳葉通過粉床時所受到的阻力（實(shí)際測量的是發(fā)生精確流動狀態(tài)所需的總能量）都有所下降。對于未添加助流劑的純 Avicel，即使在較高的氣流速度下仍然存在阻力，表明該樣品是這組粉體中內(nèi)聚和粘性作用最大的，與之相反，氣相二氧化硅質(zhì)量含量 0.25% 時能獲得最低的殘余充氣能，也表明該樣品內(nèi)聚作用最小。

· 整體特性

松裝密度的測量可以說明顆粒在重力作用下相互移動和排列的能力。由于二氧化硅的添加量很小，可以認(rèn)為五個樣品的平均顆粒密度近似。預(yù)處理松裝密度（CBD）越高，說明 Avicel（MCC）顆粒的堆積效率越高。

此處純 Avicel 的 CBD 值最低，混合物隨著助流劑的添加量提高，整體的堆積效率降低。與充氣測試中發(fā)現(xiàn)的內(nèi)聚作用增加，趨勢一致。0.25% 和 1% 樣品的結(jié)果說明，在這些含量下，助流劑能有效地包覆顆粒，提高緊密堆積的能力。助流劑含量較高時，觀察到堆積效率較低，與充氣測試中內(nèi)聚作用較強(qiáng)的二氧化硅易形成松散的團(tuán)塊，情況一致。

可壓性量化了粉體對施加壓縮應(yīng)力的響應(yīng)，反映了松裝密度的變化趨勢。低效的堆積可能受到顆粒間強(qiáng)粘性作用的影響，造成了粉床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化和夾帶空氣含量的差異。在外部壓縮載荷的作用下，這些堆積結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致相對顯著的體積變化，進(jìn)而產(chǎn)生較高的可壓性。

因此，這里觀察到相對較高的可壓性表明這些樣品的粘性作用，盡管樣品之間存在明顯的差異。純 Avicel 的內(nèi)聚作用最強(qiáng)；0.25% 和 1% 的內(nèi)聚作用最弱。

· 剪切特性

剪切特性量化了中、高應(yīng)力下的流動行為，特別是粉體從靜止過渡到流動的難易程度，與料斗卸料性能密切相關(guān)。

· 動態(tài)特性

基本流動能（BFE）是一種動態(tài)粉體特性，量化粉體在低至中等壓力狀態(tài)下基于體積的流動阻力，包括混合過程或壓片機(jī)進(jìn)料靴中強(qiáng)制施加應(yīng)力這一類的條件。參考整體和剪切特性有助于理解觀察到的 BFE 值趨勢。

結(jié)論

綜合以上充氣、整體、剪切和動態(tài)特性的測量結(jié)果表明，評估助流劑的添加和優(yōu)化含量時，多方面的粉體表征具有重要的價值。0.25% 或 1.0% 的含量足以提高堆積效率和重力作用下的無約束流動行為（SE），而更高的含量對這些方面的性能影響甚微。使用極少量的助流劑也能優(yōu)化料斗卸料的表現(xiàn)。另一方面，BFE 值表明，在某些條件下，較低含量的助流劑反而不利于流動表現(xiàn)，只有將助流劑含量提高到4% 時，才能獲得明顯的改善。通過全面理解這些不同的影響因素，借助多方面的粉體表征技術(shù)，能夠基于粉體知識來優(yōu)化助流劑的使用，并對成本與性能提升進(jìn)行特定應(yīng)用方面的高效評估。

關(guān)于麥克默瑞提克

Micromeritics 是提供表征顆粒、粉體和多孔材料的物理性能、化學(xué)活性和流動性的全球高性能設(shè)備生產(chǎn)商。我們能夠提供一系列行業(yè)前沿的技術(shù)，包括比重密度法、吸附、動態(tài)化學(xué)吸附、壓汞技術(shù)、粉末流變技術(shù)、催化劑活性檢測和粒徑測定。

公司在美國、英國和西班牙均設(shè)立了研發(fā)和生產(chǎn)基地，并在美洲、歐洲和亞洲設(shè)有直銷和服務(wù)業(yè)務(wù)。Micromeritics 的產(chǎn)品是全球具有創(chuàng)新力的知名企業(yè)、政府和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)旗下 10,000 多個實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)選儀器。我們擁有世界級的科學(xué)家隊(duì)伍和響應(yīng)迅速的支持團(tuán)隊(duì)，他們能夠?qū)?Micromeritics 技術(shù)應(yīng)用于各種要求嚴(yán)苛的應(yīng)用中，助力客戶取得成功。