Tiga Fase Beda Bubuk
Serbuk merupakan material tiga fase yang unik. Serbuk terdiri dari fase padat dalam bentuk partikel, fase gas di antara partikel, dan fase cair pada permukaan partikel atau di dalam strukturnya.
A bubuk adalah kumpulan lepas dari fase padat, cair, dan gas. Ada kesalahpahaman umum bahwa perilaku serbuk dapat dijelaskan hanya dengan memahami sifat alirnya. Sifat-sifat ini adalah terpisah, yang dapat diukur dengan satu angka. Sayangnya, kedua gagasan ini tidak benar. Inilah sebabnya, bahkan di abad ke-21, kita masih belum sepenuhnya memahami perilaku serbuk.
Bayangkan sebuah toples kaca berisi bubuk tabur. Pikirkan tentang bagaimana bubuk tabur akan berperilaku jika toples tersebut terguling. Pertimbangkan bagaimana bubuk tabur akan berperilaku berbeda jika toples tersebut diangkat dan diketuk berulang kali pada permukaan yang keras. Perbedaan apa pun dalam perilaku bubuk tabur dalam keadaan tabur dibandingkan dengan keadaan padat disebabkan oleh sifat-sifatnya. Misalnya, jika bubuk tabur seperti pasir kering, perilakunya mungkin kira-kira sama sebelum dan sesudah pemadatan. Namun, jika bubuk tabur seperti tepung, sifat aliran yang sangat berbeda dapat diamati setelah pemadatan. Ini adalah sifat penting dan umum bubuk tabur.
Meskipun sifat-sifat ini penting untuk memahami perilaku bubuk, variabel eksternal—seperti tingkat aerasi atau konsolidasi—sama pentingnya. Sifat kimia dan fisik partikel tidak berubah dalam keadaan ini. Jumlah udara dan tekanan kontak antara partikellah yang menyebabkan aliran berbeda secara signifikan.
Pengaruh Variabel Eksternal
Seperti yang ditunjukkan pada contoh sebelumnya, serbuk berperilaku sangat berbeda saat diangin-anginkan, dilonggarkan, atau dipadatkan. Beberapa serbuk sangat sensitif terhadap variabel ini, sementara yang lain tidak. Beberapa serbuk dapat mengalir dengan baik saat diangin-anginkan dan dilonggarkan, tetapi menyebabkan masalah saat dipadatkan (seperti toner). Serbuk lain mungkin memiliki aliran yang wajar (baik) saat dilonggarkan, dan tidak banyak berpengaruh saat dipadatkan, tetapi memiliki peningkatan aliran yang nyata saat diangin-anginkan (seperti serbuk keramik, lihat video). Berdasarkan pengamatan ini, tidak mungkin satu angka saja akan cukup menggambarkan bagaimana serbuk akan bereaksi terhadap sejumlah besar aerasi atau tingkat konsolidasi yang tinggi selama pemrosesan dan aplikasi.
Dalam hal sifat alir, tegangan konsolidasi dan kandungan udara adalah dua variabel yang memiliki pengaruh terbesar. Namun, perilaku serbuk juga dipengaruhi oleh kecepatan pemrosesan, seperti kecepatan pencampuran atau kecepatan pengisian saluran, serta faktor lain seperti tingkat kelembapan sekitar dan waktu penyimpanan. Serbuk dengan sifat yang sangat baik dapat menunjukkan kinerja yang buruk saat disimpan atau diproses di lingkungan dengan kelembapan yang sedikit lebih tinggi dari biasanya.
Perilaku bubuk
| Variabel eksternal | Kapan dan dimana hal itu terjadi | Memengaruhi |
| Konsolidasi | Getaran / Tekanan Langsung (hopper, IBC, tong) | Peningkatan tekanan, area kontak, dan jumlah titik kontak antar partikel. Pengurangan kandungan udara antar partikel (penurunan porositas). |
| Aerasi | Pembongkaran gravitasi, pencampuran, pengangkutan pneumatik, atomisasi | Tekanan, area kontak, dan jumlah titik kontak antar partikel berkurang. Kandungan udara antar partikel meningkat (porositas meningkat). |
| Laju aliran (geser) | Di dalam bubuk, Antara bubuk dan dinding peralatan, Pencampuran | Terutama aliran non-Newtonian Peningkatan resistensi terhadap aliran pada laju aliran rendah |
| Kelembaban | Penyimpanan Pengolahan Penambahan Manusia (granulasi) | Meningkatkan daya rekat antar partikel Meningkatkan daya rekat antar partikel Meningkatkan konduktivitas |
| Listrik statis | Pengeluaran dari hopper Pengangkutan pneumatik Pencampuran geser tinggi | Meningkatkan kekuatan ikatan antar partikel Bubuk menempel pada peralatan |
| Waktu penyimpanan | Bahan baku/bahan antara | Konsolidasi, aglomerasi, dampak permanen pada kinerja hilir |
Situasi lain untuk properti partikel
Meskipun mungkin relatif mudah untuk mengendalikan beberapa variabel, perubahan kandungan udara dan tekanan konsolidasi selama pemrosesan sering kali sulit dihindari. Bahkan saat bubuk melewati saluran konveyor dasar, udara dapat masuk, dan konsolidasi dapat terjadi. Bubuk mengembang dan partikel menjadi lebih renggang saat diangin-anginkan. Hal ini terjadi dalam banyak proses, termasuk operasi pencampuran, pengisian, dan pembuangan. Bahkan saat pengangkutan pneumatik tanpa pasokan udara eksternal tidak digunakan.
Mengenali bahwa salah satu dari variabel eksternal ini dapat mengubah perilaku serbuk merupakan langkah pertama menuju pemahaman yang lebih baik tentang kinerja proses. Selanjutnya, mengukur respons serbuk terhadap berbagai variabel eksternal dapat memberikan wawasan tentang mengapa serbuk berperilaku dengan cara tertentu dan memberikan peluang untuk mengoptimalkan efisiensi formulasi dan produksi.
Pengaruh Sifat Partikel
Selain variabel eksternal, ada banyak lagi sifat partikel yang memengaruhi perilaku serbuk lepas. Partikel itu kompleks, dan ada terlalu banyak parameter untuk menggambarkannya secara lengkap. Ukuran partikel dan distribusi ukuran sering dipertimbangkan, dan kedua parameter ini masih penting.
Akan tetapi, ada banyak sifat partikel lain yang memengaruhi perilaku serbuk secara keseluruhan. Sifat partikel utama meliputi:
Catatan: Masing-masing sifat ini lebih merupakan distribusi daripada nilai tunggal. Beberapa dapat diukur secara langsung, sementara yang lain lebih sulit untuk diukur. Namun, semuanya dapat memengaruhi cara serbuk berperilaku. Mengingat kompleksitas dan keragaman sifat partikel dan variabel eksternal, memprediksi perilaku serbuk menggunakan metode matematika dasar sangatlah sulit, jika tidak berada di luar kemampuan kita saat ini.