Aggiunta di polvere. L'aggiunta di polvere è irta di una serie di problemi che dipendono dal fatto che la polvere sia solubile, insolubile o idratante.
I problemi con l'aggiunta di polvere solubile spesso si risolvono automaticamente quando la polvere si dissolve, sebbene possano essere necessari tempi di miscelazione prolungati. Ogni scioglimento richiede un po' di tempo in più; le particelle che si dissolvono lentamente possono richiedere tempi di miscelazione da minuti a, al limite, ore. Il tempo necessario per dissolvere le polveri dipende principalmente dalla solubilità e dalla dimensione delle particelle e meno dall'intensità della miscelazione, purché le particelle siano sospese. Le polveri insolubili e le polveri idratanti possono formare agglomerati o grumi che richiedono un'intensa lavorazione per rompersi e disperdersi.
Una delle difficoltà dell'aggiunta di polvere è far bagnare completamente la polvere. La bagnatura coinvolge sia le proprietà superficiali delle particelle che la tensione superficiale del liquido. Le caratteristiche elettriche superficiali di alcune polveri le rendono idrofobe, quindi non si bagnano bene con l'acqua. Ciò potrebbe richiedere la modifica del materiale, se possibile, o il pretrattamento del materiale per alterare le sue proprietà di bagnatura. Alterare la tensione superficiale del liquido, magari aggiungendo un tensioattivo, può migliorare le caratteristiche di bagnabilità del liquido e facilitare l'aggiunta della polvere. Anche la dimensione delle particelle influisce sulla bagnatura.
Le particelle più grandi hanno maggiori probabilità di penetrare nella superficie rispetto alle particelle fini. Le particelle fini e le particelle a bassa densità tendono a galleggiare sulla superficie del liquido, rendendo estremamente difficile l'aggiunta della polvere.
La velocità di aggiunta e il movimento superficiale possono peggiorare o migliorare l'aggiunta di polvere. Molte polveri devono essere aggiunte abbastanza lentamente da avere il tempo di essere bagnate e incorporate nel liquido. Alcuni addensanti idratanti, come i polimeri cellulosici, devono essere aggiunti rapidamente, mentre il fluido è ancora a bassa viscosità e turbolento per favorire l'aggiunta e la dispersione della polvere. Pertanto, è necessario trovare un equilibrio tra aggiunta rapida e lenta per ottenere la miscelazione migliore e più completa. Il controllo della velocità di addizione può richiedere più di una semplice istruzione che afferma "aggiungi lentamente". Solo perché esiste una specifica per il tasso di addizione non significa che il processo venga sempre eseguito di conseguenza. Per controllare la velocità di aggiunta, potrebbe essere aggiunta una porzione della polvere, seguita da una miscelazione per un tempo prolungato, prima di aggiungere altra polvere.
Il movimento della superficie deve essere sufficiente per bagnare singolarmente le particelle in superficie o per portarle rapidamente dalla superficie alla regione di intensa miscelazione vicino alla girante. Un modesto vortice sulla superficie può aiutare a spostare il liquido attraverso la superficie. Un vortice profondo attirerà aria nel liquido. Un forte vortice è probabilmente un segno di cattiva miscelazione (come discusso più avanti).
Gli spazi tra le particelle di polvere sono riempiti d'aria. L'aggiunta di polvere a un liquido può causare l'aggiunta di bolle d'aria. Una volta che le bolle d'aria sono in un liquido, in particolare un liquido viscoso, possono essere difficili da rimuovere.
Il modo migliore per risolvere un problema di bolle in un liquido è limitare la loro formazione o evitare in primo luogo di farle entrare nel liquido. Per ridurre l'intrappolamento d'aria e la formazione di bolle, evitare spruzzi sulla superficie da parte di una girante parzialmente sommersa e assicurarsi che un vortice profondo non raggiunga una girante. Alcune aggiunte di polvere richiedono un'attrezzatura di miscelazione in linea speciale per combinare e disperdere rapidamente le polveri in un flusso liquido. L'aggiunta di polveri sotto vuoto è difficile, ma può essere l'unico modo per ridurre le bolle in un prodotto viscoso.
Emulsione. L'emulsione è quasi un'arte, poiché implica sia l'intensità della miscelazione che l'uso di agenti stabilizzanti.
La maggior parte delle emulsioni sono una combinazione di una fase oleosa e una fase acquosa, una dispersa nell'altra. Tuttavia, alcune emulsioni comportano più di due fasi liquide o la presenza di polveri disperse. Se le goccioline della fase dispersa sono sufficientemente piccole, la dispersione non si separerà, specialmente se è presente un tensioattivo che agisca da stabilizzatore. Prodotti comuni come la maionese, la vernice al lattice e la lozione per la pelle sono emulsioni.
In generale, una miscelazione più intensa può ridurre la quantità di stabilizzante necessaria, oppure una maggiore quantità di stabilizzante può ridurre l'intensità di miscelazione richiesta per formare un'emulsione. La formazione dell'emulsione richiede quasi sempre una miscelazione ad alto taglio, spesso fornita da speciali pale della girante. In alcuni casi è sufficiente una lama a dente di sega operante ad alta velocità per formare un'emulsione. In altri casi è necessario un miscelatore rotore-statore.
Per formare un'emulsione stabile, la fase dispersa deve essere impedita dalla coalescenza, il che richiede la creazione di un'area superficiale e una tensione superficiale sufficienti tra le goccioline immiscibili e la fase liquida continua. Le differenze tra le viscosità delle due fasi possono alterare il processo e complicare ulteriormente la formazione di un'emulsione. Poiché la viscosità è una funzione della temperatura e tutta la potenza aggiunta da un miscelatore alla fine diventa calore, la temperatura e la viscosità possono cambiare durante il processo di emulsionamento.
Un'attenta osservazione e comprensione dei fattori che influenzano un'emulsione sono necessarie per migliorare un processo di emulsionamento. L'emulsione finale avrà spesso una viscosità maggiore di uno dei due liquidi immiscibili. Le proprietà e la stabilità dell'emulsione possono essere il risultato del processo desiderato.