Neuartiger Containermischer zum Herstellen von Masterbatches, Compounds oder Pulverlacken. (Bild: Zeppelin Systems)
In der Rohstoffherstellung für die Kunststoffindustrie werden häufig Mischungen hergestellt, um den eigentlichen Verarbeitungsprozess produktionstechnisch einfacher zu gestalten. Dabei werden dem Rohstoff Additive, Farben und Füllstoffe zugegeben, die im Mischprozess zum einen homogen verteilt werden und zum anderen für den Prozess so aufgearbeitet werden, dass sich die gewünschten Eigenschaften des Endprodukts einstellen. Ein bekanntes Beispiel ist der PVC-Aufbereitungsprozess, bei dem chargenweise in vertikalen Mischern in einem zweistufigen Prozess das sogenannte Dryblend hergestellt wird. Ein bekannter alter Mischertyp ist der Henschel-Mischer, der nun von Zeppelin Systems, Kassel, gefertigt wird. Ein anderer Typ, der ebenfalls zum Produktportfolie des Kasseler Unternehmens zählt, ist der Containermischer, bei dem der eigentliche Mischbehälter außerhalb befüllt und entladen werden kann.
Homogene Durchmischung ist wichtig
Parameter, die die Mischqualität beeinflussen. (Bildquelle: Zeppelin Systems)
Die Homogenisierung von zwei oder mehr Zutaten zu einer homogenen Charge ist bei vielen Mischprozessen, wie auch bei Pulverlacken, sehr wichtig, dabei ist eine kurze Mischzeit essentiell. Da bei jedem Mischprozess eine Temperaturerhöhung durch den Prozess selbst und durch die Reibung innerhalb des Materials stattfindet, sollte die Aufheizrate sehr niedrig sein. Ein weiterer, sehr wichtiger Parameter ist die Dispersion, da alle Teile innerhalb der Charge fein verteilt und entkristallisiert sein müssen, um beispielsweise hohe Farbstärken zu erzielen. Bei den Pulverlacken gibt es folgende beispielhafte Inhaltsstoffe: Bindemittel, Pigmente, Additive, Füllstoffe. Die wichtigsten Bindemittel sind Polyesterharz, Epoxidharz und Hybride. Pigmente können organischen und anorganischen Ursprungs sein. Weiterhin werden Additive zugegeben, um zum Beispiel die Verarbeitung zu verbessern oder fungieren als Füllstoff.
Komponenten für das Herstellen eines Pulverlacks. (Bildquelle: Zeppelin Systems)
Die eingesetzten Mischer für die Pulverlackvormischungen sind typischerweise Containermischer. Für das Erzielen einer guten Produktqualität sind nachfolgende Aspekte wichtig: Eine sehr gute Dispersion und Mischqualität, reproduzierbare Ergebnisse, kein Verlust von Rezepturbestandteilen, keine Materialschäden durch zu hohe Temperaturen oder Temperaturspitzen. Um einen hohen Durchsatz zu erzielen, sind kurze Misch- oder Prozesszeiten, keine Materialkorrekturen und geringste Ausfallzeiten anzustreben, sodass die Möglichkeit besteht, wirklich schnell von einer Farbe zur nächsten zu wechseln. Dafür ist eine gute Reinigbarkeit des Mischers notwendig.
Auf den Mischer kommt es an
Vergleich der Mischertypen (Bildquelle: Zeppelin Systems)
Es gibt 30 unterschiedliche Typen von Mischern auf dem Markt, um Pulver zu mischen. In der Tabelle sind die Mischer nach Dispergierleistung, Temperatureintrag, Mischzeit und Reinigungszeit verglichen. Die beiden ersten Mischertypen sind Intensiv- oder Hochgeschwindigkeitsmischer mit Werkzeugumfangsgeschwindigkeiten von über 20 m/s. Einer davon ist mit einem zusätzlichen Zerhacker ausgestattet, der für eine bessere Dispergierung sorgt. Die beiden nächsten Mischertypen basieren auf einem Kühlmischer mit Werkzeugumfangsgeschwindigkeiten von kleiner 10 m/s. Hier gibt es Universalmischer mit und ohne Zerhacker. Der Universalmischer mit zusätzlichem Dispergierwerkzeug wird häufig bei der Pulverlackherstellung eingesetzt. Intensivmischer dispergieren sehr gut und mischen in kurzer Zeit. Der Zerhacker unterstützt die Dispergierungleistung und führt bei richtiger Prozessführung zu geringerem Temperatureintrag. Mischer mit Zerhackern lassen sich zudem schlechter reinigen.
Mischablauf bei einem „nickenden“ Containermischer. (Bildquelle: Zeppelin Systems)
Am Markt sind seit langem zwei Containermischertypen verfügbar. Bei der ersten Variante wird der mit dem Mischgut gefüllte Container am Mischkopf angekoppelt und schwenkt auf 180°, sodass das Dispergierwerkzeug im Mischkopf mischen oder dispergieren kann. Da das kleine Werkzeug weit vom Boden entfernt und dadurch ein Homogenisieren schwierig ist, werden zusätzliche Schwenkbewegungen (Nicken) von Mischkopf und Behälter nötig. Bei der zweiten Variante schwenkt der mit dem Mischgut gefüllte und am Mischkopf angekoppelte Behälter auf 120°. Dadurch wird die Homogenisierung durch ein zusätzliches Drehen des Containers und Mischkopf verbessert. Ablagerungen an den Wandungen werden so ebenfalls vermieden. Auch hier ist das Dispergierwerkzeug weiter von dem Boden entfernt.
Diese Mischertypen haben gute Dispergierwirkung und sehr geringen Temperatureintrag. Sie werden deshalb häufig bei wechselnden Mischungen eingesetzt. Durch den rotierenden Behälter sind die Mischzeiten bei der zweiten Variante wesentlich kürzer und die Reinigung wird durch weniger Ablagerungen an den Wänden verbessert. Der große Abstand zwischen Boden und Dispergierwerkzeug erleichtert das Reinigen.
Die Flügelform ist entscheidend
Das Flügelwerkzeug sorgt für gute Dispergierung und geringen Wärmeeintrag. (Bildquelle: Zeppelin Systems)
In den letzten Jahren sind speziell für bessere Dispergierungen neue, beziehungsweise abgewandelte Versionen auf den Markt gekommen. So gibt es eine Neuentwicklung von Zeppelin Systems, bei der der Mischkopf als Platte ausgebildet ist und ein spezielles tragflügelförmiges Dispergierwerkzeug verwendet wird. Dieses ist gut für Mischungen von Pulverlacken, Masterbatches und Compounds geeignet, sofern häufig die Rezepturbestandteile oder Farben gewechselt werden. Durch viele Versuche wurde diese Flügelform optimiert. Dieses Flügelwerkzeug ist wie ein Flugzeugflügel gestaltet, der eine konkave Form auf der Oberseite hat. Zu den Seiten bestehen rechtwinklig angeordnete Winglets. Diese sind wichtig für das Verteilen des Materials im Behälter. Es wird dadurch mit höherer Werkzeuggeschwindigkeit jedoch ohne Temperaturerhöhung eine niedrige Mischzeit erreicht. Dies ist auf die hohen Hubkräfte zurückzuführen, die der Tragflächeneffekt bewirkt. Durch den großen Spalt zwischen Werkzeug und Mischkopf wird das Material sozusagen aufgesaugt, ohne dass Turbulenzen entstehen. Dadurch wird die geringe Temperaturerhöhung maßgeblich positiv beeinflusst. Ansonsten entspricht das Prinzip dem Standardmischer. Das Flügelwerkzeug ist weiter vom Boden entfernt, eine Containerdrehung wird nicht ausgeführt. Durch den ebenen Mischkopf, dem großen Abstand zwischen Werkzeug und Boden und das geringe Gewicht des Werkzeugs, das zum Reinigen entnommen werden muss, ist die Reinigung einfach möglich.
Eine zusätzliche Dispergierung wird auch durch den Einbau von Zerhackern ermöglicht. Es gibt jedoch auch Mischer, bei denen nur Zerhacker in den Mischkopf eingebaut werden, um größtmögliche Dispergierung zu erreichen. Beide Typen erzielen eine sehr gute Dispergierung, tragen wenig Temperatur ein und besitzen kurze Mischzeiten. Die Zerhacker der zweiten Variante bedingen jedoch, dass die Maschine aufgrund der Werkzeugkomplexität aufwendig zu reinigen ist. Zudem haben sehr schnelllaufende Zerhacker einen hohen Verschleiß, dadurch wird die Reproduzierbarkeit schlechter und punktuell können Temperaturspots auftreten.
Durch den ebenen Mischkopf können Container mit sehr unterschiedlichen Größen an demselben Mischer benutzt werden. Beispielsweise können an einem 2.000 l Mischer (CMQ2000) auch Container mit 1.000 l verwendet werden, auch wenn sie einen kleineren Durchmesser haben. Es muss lediglich ein Mischwerkzeug ausgewechselt werden. Weiterhin konnte mit dem ebenen Mischkopf die Absaugung des Staubes beim Ablassen des Containers so weit optimiert werden, dass eine 100-prozentige Staubfreiheit garantiert werden kann.
Halle/Stand 9/B41
