Arten von Dispergierern und ihre Anwendungen – Der passende Dispergierer für Ihr Labor

Im Labor sind Dispergierer unverzichtbar, um Suspensionen oder Gemische gleichmäßig zu vermengen. IKA, gegründet 1910, dominiert in vielen Produktklassen. Dies ermöglicht eine zuverlässige Herstellung moderner Proben. Das richtige Gerät ermöglicht es, die gewünschte Phase problemlos zu bearbeiten und die Viskosität exakt anzupassen.

Wer Emulsionen oder homogene Gemische dispergieren möchte, muss über Probenvolumen und Einsatzgebiet Bescheid wissen. Suchen Sie nach dem passenden Dispergierer für Ihr Labor? Entdecken Sie unser umfangreiches Angebot an Dispergierer. Unsere Auswahl reicht von Handgeräten bis zu stationären Lösungen und deckt verschiedene Anwendungsbereiche ab.

Wichtige Erkenntnisse

• Die Auswahl des passenden Dispergierers hängt von Probe und Viskosität ab.
• IKA gilt als führende Marke mit variablen Drehzahlen und vielseitigen Modellen.
• Verschiedene Gerätearten decken breite Einsatzfelder vom Labor bis zur Industrie ab.
• Bei der Herstellung von Suspensionen oder Emulsionen sind stabile Prozessbedingungen relevant.
• Ein durchdachter Prozess kann die Ergebnisse deutlich verbessern.

Was sind Dispergierer?

Diese Geräte sind für die Homogenisierung von festen Partikeln mit flüssigen medium konzipiert. Ein Paradebeispiel ist der inline-dispergierer, der in Prozessanlagen integriert wird. Hersteller wie ystral bieten dispergiergeräte für diverse anwendungen an. So bleiben Partikel auch bei unterschiedlich viskosen Mischungen stabil verteilt. Ziel ist es, zu emulgieren oder feine Strukturen zu schaffen, die in einem geeigneten behälter kontrolliert verarbeitet werden.

Es gibt neben klassischen Rührsystemen auch spezialisierte Hochleistungsgeräte. Diese zerlegen agglomerate aus mehreren Primärteilchen. Im Gegensatz dazu werden aggregate oder reinste primärteilchen meist nur durch Mahlen aufbereitet. Die erreichbare Feinheit liegt unter 5 µm. Eine typische Dispergierdauer von zehn Minuten kann zur leichten Temperaturerhöhung führen, was als Anzeichen für eine effektive Durchmischung gilt.

Grundlagen und Funktionsweise

Die Wirkung basiert auf hohen Scherkräften. Eine Umfangsgeschwindigkeit von mindestens 20 m/sec steigert die Effizienz. Selbst bei großen Chargen bleibt der Energieverbrauch niedrig, da ein 110 kW-Dissolver bei 2000 kg nur rund 18 kWh für zehn Minuten benötigt. Ein optimierter Energieeinsatz senkt Kosten und steigert Produktqualität. Die Feinjustierung der Drehzahl ermöglicht eine Anpassung an wechselnde Viskositäten.

Besonderheiten und Einsatzgebiete

Moderne Dispergieransätze wie der inline-dispergierer sparen bis zu zwei Drittel an Strom und verringern Fertigungszeiten stark. Die Produktionsleistung wächst, da in kürzester Verweilzeit mikroschaumarme Mischungen entstehen. Die Farben- und Lackindustrie profitiert von fein verteilten Pigmenten, während in der Lebensmittelbranche dressings und Cremes ohne Klümpchen gelingen. CIP-Reinigungssysteme helfen beim schnellen Wechsel des medium und tragen zur hohen Prozesshygiene bei.

Tabelle: Partikelbegriffe und Eigenschaften

Der Prozess beim Dispergieren

Die Dispergierbarkeit bezeichnet die Fähigkeit eines Materials, sich beim Mischen und Dispergieren leicht zu verteilen. Ziel ist es, suspensionen und emulsionen zu formen, indem Feststoffe oder Flüssigkeitströpfchen kontinuierlich in eine andere Flüssigkeit eingefügt werden. Ein ultra-turrax erzeugt dabei hohe Scherkräfte, die Agglomerate bis zum Primärkorn zerkleinern. Ziel ist es, jedes Material gleichmäßig zu verteilen, was die Farbstärke erhöht und das Endprodukt stabil hält.

Die Dispergierhärte misst die Energie, die zum Zerlegen von Agglomeraten benötigt wird. Die Pigmentpartikel werden durch Wasser, Lösemittel oder Bindemittel benetzt, was Luft entfernt und die Benetzung verbessert. Während Benetzung, Zerteilen und Stabilisieren parallel ablaufen, steigt die Farbstärke durch die kleineren Teilchen. Ein solider Aufbau der Geräte beschleunigt den Prozess und sorgt für gleichmäßige Ergebnisse.

Für eine reibungslose Herstellung von Suspensionen werden innovative Halterungen im snapin mode verwendet. Dies erleichtert das Einspannen und schützt das Gemisch vor Verrutschen. Sobald die Flüssigkeit alle Partikel gleichmäßig umschließt, entsteht eine widerstandsfähige Dispersion, die sich weder entmischt noch klumpt. Die richtigen Prozessparameter und leistungsstarke Dispergiergeräte wie Rührwerksmühlen oder Dreiwalzenstühle ermöglichen einen effizienten Skalierungsgrad, ohne die Produktqualität zu gefährden.

Einsatz von Inline-Dispergierern

Beim dispergieren geht es nicht nur um das Zerkleinern. Inline-Dispergierer ermöglichen es, Medien direkt zu emulgieren oder suspendieren. Dies ist besonders nützlich für komplexe Mischungen. Sie sind für geschlossene Produktionsabläufe konzipiert, um Komponenten sofort zu lösen oder zu verbinden.

Dadurch bleibt das Ergebnis besonders homogen. Dies unterstützt den kontinuierlichen Prozess.

Der integrierte Rotor-Stator-Mechanismus löst Stoffe effizient. Hohe Scherkräfte sorgen für das Homogenisieren. Eine moderne Vakuumexpansion erzeugt eine spezifische Flüssigkeitsoberfläche von bis zu einer Million Quadratmetern pro Minute.

Dies ist rund 10.000 Mal höher als bei herkömmlichen Dissolvern. Dies spart erheblich Energie und reduziert Fertigungszeiten spürbar.

Funktionsprinzip

Ein Inline-Dispergierer saugt das Produkt über eingebaute Pumpeneinheiten an und zerlegt es sofort. Hohe Rotationsgeschwindigkeiten sorgen für tausendfach stärkere Scherkräfte als konventionelle Methoden. Auf diese Weise bleibt der Prozess in einem Fluss, ohne Separate Chargen oder Umschichtungen.

Vorteile und Anwendungsbeispiele

Die hohe Leistung schafft interessante Potenziale bei Beschichtungen und Farben. Es lassen sich bis zu 80 Prozent Produktionszeit einsparen. Dies senkt die Kosten für Automobillacke und ähnliche Anwendungen stark.

Die schlanke Bauweise macht diese Maschine zu einer attraktiven Option. Sie ist ideal, wenn ein kontinuierliches und zugleich homogenes Ergebnis gefragt ist. Die Einbauten sind ohne großen Aufwand in bestehende Prozessketten integrierbar.

Der ULTRA-TURRAX als Klassiker

Der ULTRA-TURRAX von IKA-Werke GmbH & Co. KG repräsentiert den inbegriff moderner Laborlösungen. Dieses System zeichnet sich durch seine vielseitige dispergiermaschine-Funktion und hohe Drehzahlen aus. Es wird für das dispergieren das produkt verschiedenster Proben eingesetzt, einschließlich lebensmittel und kosmetischer Emulsionen.

Seine robuste Bauweise und niedrige energie-aufnahme machen ihn in vielen Laboren beliebt. Die inline-Variante ermöglicht abgeschlossene Abläufe unter vakuum oder Druck, was bei empfindlichen Prozessen zu besten ergebnissen führt. Das Gerät ist flexibel ausgestattet und passt sich unterschiedlichen Chargengrößen an.

Unterstützt wird er von Anbietern wie DataPhysics Instruments GmbH und Geniu GmbH, die ähnliche Technologien zur Homogenisierung anbieten. Der Ultra-Turrax UTL, ein einstufiges Rotor-Stator-System, übertrifft jedes Rühren. Seine konstant hohe Zerkleinerungs- und Homogenisierungsleistung fördert effiziente Ergebnisse in der Pharmakologie und Industrie.

Experten betonen, dass der ULTRA-TURRAX über Jahrzehnte hinweg kontinuierlich weiterentwickelt wurde. Dieses Gerät zeigt, wie hochklassige Technik die Laborwelt bereichert und stets neue Maßstäbe setzt. Viele Anwender in Deutschland und weltweit vertrauen auf diese bewährte Lösung.

Aufbau und Bauarten moderner Dispergiergeräte

Moderne Dispergiergeräte reichen von kleinen labormaßstäben bis zu großen industriellen Anlagen. Sie nutzen eine hohe drehzahl, um fest oder flüssig zu verteilen. Dies ermöglicht eine schnelle und stabile suspension bei verschiedenen betriebsbedingungen. Besonders in der kosmetik sind solche Geräte gefragt, da sie empfindliche Formulierungen effektiv mischen.

Ein Dispergiergerät in der richtigen Größe ist für nahezu jedes Medium geeignet. Es zerkleinert und homogenisiert präzise. Dies ist entscheidend für die Qualität der Mischungen.

Bei der Mischung von Silikonmischungen ist das Verhältnis der Komponenten entscheidend. Ein Beispiel zeigt 33,33% Komponente A und 66,67% Komponente B. Die Gesamtmenge beträgt 600 g, wobei 200 g Komponente A und 400 g Komponente B entfallen. Die Berechnung der Mengenanteile erfolgt durch:

• (Menge der Komponente A / Gesamtmenge) * 100

Die Mischzeit hängt von Viskosität und gewünschter Konsistenz ab. Sie lässt sich durch Experimentieren finden.

Studierende der Ingenieurwissenschaften beschäftigen sich mit Themen wie Thermodynamik und Messverfahren. Im Bachelorstudium gibt es Pflichtmodule über 4 bis 6 Semester mit mindestens 18 Leistungspunkten im Bereich Energie- und Prozesstechnik. Im Masterstudium sind es 56 Leistungspunkte, wobei 36 für Wahl- und Pflichtfächer vorgesehen sind.

Rotor-Stator-Prinzip und weitere Konzepte

Ein Rotor-Stator-System nutzt Unterdruckzonen, um Bestandteile zu saugen und zu zerkleinern. Dieses Prinzip ist in jeder Größe einsetzbar, da es sich leicht skalieren lässt. Es erzeugt gleichmäßige Ergebnisse, auch bei Dauerbetrieb. Ein bewährtes Modell zeigt die Effizienz bei der Emulgieierung von Mischungen.

Wichtige Faktoren für ein homogenes Endergebnis

Ein ideales Resultat entsteht, wenn die disperse phase gleichmäßig verteilt ist. Dabei versucht eine möglichst kleine grenzfläche sich auszubilden, damit die phasengrenzen der zu mischenden stoffe so gering wie möglich bleiben.

Die Grenzflächenspannung strebt danach, eine möglichst kleine grenzfläche zu bilden und verhindert ein erneutes Entmischen. Hohe Scherkräfte bringen flüssigkeitströpfchen und feststoffpartikel auf möglichst gleiche größen. Passende dispergierwerkzeugen helfen dabei, pulver effizient einzusetzen und ein stabiles Gemisch zu erzeugen.

Eine gleichmäßige Partikelverteilung wird durch Nassmahlen begünstigt. Dieser Prozess verringert Hitze und Reibung, was ein Überhitzen des Materials hemmt.

• Wasserzugabe fördert die feine Partikelstruktur und senkt das Risiko von Staubentwicklung.
• Die Verteilung von Zusatzstoffen gelingt präziser und erzeugt stabile Endergebnisse.

Einfluss von Grenzflächenspannung und Scherkräften

Um optimale Ergebnisse zu erreichen, sollten sowohl Grenzflächenspannung als auch Scherkräfte kontrolliert werden. Verbesserte Stabilität zeigt sich, wenn Oberflächenkräfte reduziert werden, während hohe Scherbeanspruchung die Teilchen effektiv verkleinert.

Wahl der richtigen Prozessparameter

Sowohl Rührgeschwindigkeit als auch Mischzeit spielen eine Rolle bei der Feinheit des Endprodukts. Eine Anpassung dieser Variablen gewährleistet, dass Konsistenz und Teilchenverteilung den geforderten Standards entsprechen.

In Branchen wie der Pharma- oder Lebensmittelindustrie nutzt man Nassmahlen, um Wirkstoffe gleichmäßig zu verteilen. Diese Vorgehensweise erleichtert die Handhabung hochviskoser Flüssigkeiten und minimiert mögliche Staubrisiken.

Regelmäßige Wartung des Equipments entfernt Rückstände und sichert den gleichmäßigen Ablauf. Hohe Viskosität erfordert oft spezielle Laufräder, damit der Mischbehälter vollständig durchströmt werden kann. Eine präzise Temperaturkontrolle verhindert Qualitätseinbußen.

In vielen Fällen ist die Kontrolle von pH-Wert und Feuchtigkeitsgehalt entscheidend. So lässt sich ein stabiles Verfahren gewährleisten, ohne das Endprodukt zu übermischen.

Häufige Anwendungsbereiche in der Industrie

Farben und Lacke, Nahrungsmittel, Kosmetik und Pharmazeutika sind eng mit modernen dispergierern verbunden. In diesen Branchen wird das bewährte rotor-stator-prinzip oft eingesetzt, wenn Partikel gezielt verarbeitet und verteilt werden müssen. Dabei spielt die Teilchengröße eine wichtige Rolle, da sie Farbstärke, Glanz und Deckkraft beeinflussen kann. Pigmentpulver besteht aus Primärteilchen, die zu Agglomeraten verklumpen. Das Aufbrechen dieser Strukturen erfordert Energie, doch es führt zu einer gleichmäßigen homogenisierung der Mischung.

Viele Rezepturen enthalten verschiedene Phasen, denn beide sind gemische, die im Laufe der verarbeitung miteinander vereint werden. Emulgatoren und stabilisatoren kommen hinzu und sorgen für eine stabile Emulsion. Es werden rotierende teile eingebracht, wodurch sich hohe Scherkräfte entwickeln. Dadurch erzielt man eine optimale Verteilung, was den gesamten misch-Prozess beschleunigt. Ein Dissolver mit hoher Umfangsgeschwindigkeit kann sogar Großmengen effizient rühren, ohne unnötige Lösemittelverluste zu verursachen. In der Praxis sind Feinheiten unter 5 µm gut erreichbar, was eine exakte Produktqualität gewährleistet.

Der Energieaufwand für das Trennen von Aggregaten ist wesentlich höher als für das Dispergieren von Agglomeraten. Doch die Ergebnisse rechtfertigen diesen Einsatz, denn frisch verarbeitete Pasten, Farben oder Cremes überzeugen durch Stabilität und gleichmäßige Eigenschaften. Diese Methoden finden sich in jeder Produktionslinie wieder, von industrieller Lackherstellung bis zu empfindlichen Anwendungen in der pharmazeutischen Forschung. Eine präzise Prozesskontrolle ist überall unverzichtbar, um auf individuelle Anforderungen reagieren zu können.

Beispiele für typische Einsatzgebiete:

Tipps für den optimalen Betrieb

Ein effizienter Dispergierprozess spart nicht nur Zeit, sondern auch Ressourcen. Die Nass-Dispergierung eignet sich für eine Vielzahl von Proben, da das Material kontinuierlich in einen geschlossenen Flüssigkeitskreislauf eingespeist wird. Dies ermöglicht eine gleichmäßige Verteilung der Pulverpartikel, was bei empfindlichen Stoffen wie Polymeren oder Backkakao von großer Bedeutung ist. Bei Sand trennt sich der Feinanteil schnell von der Partikeloberfläche und bildet nach kurzer Zeit eine trübe Lösung.

Diese Methode liefert zuverlässige Ergebnisse und verhindert unvollständig benetzte Pulver. Die Energiezufuhr bleibt dabei gering, da Ultraschallgeräte nur wenige Minuten für den Löseprozess benötigen. Eine Probe von 20 bis 30 ml kann im Ultraschallbad schnell dispergiert werden, während traditionelle Rührwerke oft Stunden brauchen.

Die vollzogene Dispergierung fördert eine reproduzierbare Partikelgrößenverteilung und erleichtert die anschließende Messung. Statische Aufladung oder unerwünschte Aggregation sinken deutlich. Einige Anwender setzen die Conti-TDS von ystral ein, die Pulverpartikel unter Vakuum einzieht und in der Dispergierzone gründlich benetzt.

Durch diese Methode wird die Temperaturerhöhung deutlich reduziert, was zusätzliche Kühlphasen erspart. Ein solcher Prozess beugt strukturellen Schäden vor und senkt den Energiebedarf auf ein Minimum. Wer den benetzten Zustand präzise kontrolliert, kann feine Agglomerate schneller auflösen.

Betriebe profitieren von einem Dispergierer mit modular aufgebauten Komponenten, da Bauteile für unterschiedliche chargengrößen flexibel getauscht werden können. Die meisten Behälter sollten free headroom bieten, damit das Medium ohne Überfüllung zirkuliert und sich alles fein verteilt. Stabile schergradienten tragen zum zuverlässigen Zerlegen der Partikel bei.

Wer die grenzflächenspannung beachtet und die entstehenden grenzoberflächen beobachtet, erzielt saubere Ergebnisse. Der kleine “yay”-Moment entsteht, wenn Abläufe störungsfrei gelingen.

Wartung und Pflege

Langfristige Prozesssicherheit erfordert frühzeitige Wartung. Eine gründliche Reinigung direkt nach der Dispergierung verhindert Ablagerungen. Dichtungen und bewegliche Teile benötigen regelmäßige Kontrollen, damit keine Leckagen auftreten. Schläuche behalten ihre Elastizität, wenn sie trocken gelagert und vor rauen Chemikalien geschützt werden.

Rotor-Stator-Bauteile sollten exakt ausgerichtet bleiben, um störende Vibrationen zu vermeiden. Eine systematische Pflege zahlt sich aus und bewahrt die Anlage vor ungeplanten Stillständen.

Der folgende Überblick fasst wesentliche Prüfpunkte zusammen:

Ausführliche Tests mit unterschiedlichen Chargen bestätigen, dass bereits kleine Anpassungen eine große Wirkung zeigen. Wer konsequent reinigt, erhält eine gleichbleibende Produktqualität. Bei problematischen Proben, beispielsweise speziellen Metalllegierungen, ist eine optimierte Dispergierstrategie sinnvoll.

Tenside können das Benetzen erleichtern, doch nur eine Probephase klärt die tatsächliche Wirksamkeit. Ultraschallbehandlung führt bei den meisten Materialien zur enddispergierten Phase, was die Partikelmessung präziser macht. Lastly bietet ein gut gewartetes System mehr Sicherheit für kommende Produktionsabläufe und vermeidet zeitintensive Fehleranalysen. Eine lückenlose Dokumentation aller Einstellungen rundet das Bild ab und schafft Vertrauen in die Resultate.

Selbst Harzpulver oder Harzgranulate lösen sich oft binnen Sekunden, wenn ein starker Rotor-Stator-Effekt im Spiel ist. Ein traditioneller Dissolver benötigt dafür teilweise mehrere Stunden. Die YSTRAL Conti-TDS schafft es häufig in drei Minuten, was die Effizienz nochmals erhöht. Mit solch leistungsstarken Geräten arbeiten Experten in der Kosmetik-, Pharma- oder Lebensmittelbranche äußerst produktiv.

Fazit

Die zerkleinerungswirksame energie spielt eine zentrale Rolle in der Homogenisierung von Materialien im Labor und in der Industrie. Durch den Einsatz eines Dispergators können Suspensionen und Emulsionen präzise verarbeitet werden. Dies ist insbesondere in der Farbherstellung und der Papierindustrie von großer Bedeutung.

Die Integration in eine prozessanlage eröffnet ein breites Spektrum an Anwendungen für verschiedene Branchen. Eine effiziente Dispergierung setzt auf spezifische Verfahren und geeignete Dispersionsmittel. Der Twin-Tank-Prozess ermöglicht die kontinuierliche Verarbeitung großer Mengen.

Die Qualität und Stabilität von Suspensionen hängen stark von der Partikelgröße ab. Moderne Dispergiertechnologien, insbesondere Rotor-Stator-Systeme, sind hierfür unerlässlich. Die Ystral Coflow, zum Beispiel, verarbeitet bis zu 80% Feststoffgehalt mit minimaler Anlagenfläche. Zusätzlich wird die Prozesssicherheit durch die Entfernung von Restluft und Blasen erhöht.

Die Ystral Conti-TDS zerlegt agglomerierte Pulver durch Vakuumexpansion. Unternehmen wie Epple Druckfarben AG setzen auf automatisierte Linien für die Produktion von 10,000 Tonnen Farbe pro Jahr. Galledia Group AG erreicht mit 300 Bögen pro Minute hohe Druckfarbqualität, die auf optimale Dispergierung angewiesen ist.

Bühler entwickelt innovative Mühlentechnologie, die für die Herstellung von Materialien mit kleinen Partikelgrößen konzipiert ist. Durch die Kombination von Trocknung, Filtration und Homogenisierung wird die Produktstabilität signifikant verbessert. Dies ermöglicht die Herstellung hochwertiger Produkte für anspruchsvolle Märkte.

Ein durchdachtes Anlagenkonzept ist essentiell für Wartungsarmut und Flexibilität. Dispergierlösungen bieten einen Wettbewerbsvorteil durch die Verarbeitung verschiedener Rezepturen in hoher Qualität. Dies schafft die Grundlage für ständige Weiterentwicklung, die neue Herausforderungen meistern kann.