DE2725754A1

DE2725754A1 - Makrosphaerische teilchen, verfahren und vorrichtung zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE2725754A1
Application number: DE19772725754
Authority: DE
Inventors: James F Kozischek
Original assignee: Armour Pharmaceutical Co
Current assignee: Armour Pharmaceutical Co
Priority date: 1976-06-09
Filing date: 1977-06-07
Publication date: 1977-12-22
Also published as: JPS638083B2; AU2476377A; US4089120A; FR2354129A1; FR2354129B1; JPH0244808B2; ZA772538B; US4147766A; JPS62277315A; AU509012B2; JPS52151719A; BR7703534A; DE2725754C2; GB1584787A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf hohle, dickwandige makrosphärische Teilchen, die hauptsächlich als Antiperspirantien (schweißverhütende oder schweißheitunende Mittel) verwendet werden sollen, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu ihrer Herstellung. Die makrosphärischen Teilchen können auch in Pigmenten, Harzen, Katalysatoren usw. eingesetzt werden.

In den letzten 10 oder 15 Jahren sind Aerosolsprays zur zunehmenden Anwendungsform für zahlreiche Erzeugnisse, wie Haarspray, Farbe, schweißverhütende Pulver und zahllose weitere geworden. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung bedeutet "Aerosol" eine Suspension feiner fester Teilchen in einem Gas. Letzteres muß nicht notwendigerweise ein Halogenkohlenwasserstoff, wie Freon, sein,

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wie sie als Treibmittel breite Verwendung gefunden haben, kann aber Luft oder irgendein anderes gasförmiges Treibmittel umfassen.

In einer Veröffentlichung aus jüngerer Zeit, G.V/. Cambridge, "Inhalation Toxicity Studies", Aerosol Age, Mai 1973, S. 32, richtete der Verfasser sein Augenmerk auf das derzeitige öffentliche und regelnde Bewußtsein der Ablagerung in der Lunge und möglichen Verbleibs inhalierter Aerosolerzeugnisse. Die Untersuchung weist darauf hin, daß, während das Eindringen und die Ablagerung im Atmungssystem in gewissem Umfang von der Häufigkeit und der Atrnungss tiefe beeinflußt wird, der Hauptfaktor Größe und Form des Teilchens .ist, das das inhalierte teilchenförmige Material darstellt. Die Nase als Primärfilter hält tatsächlich alle Teilchen über 10 um Durchmesser zurück. Etwa 50 % der Teilchen von 5 um werden zurückgehalten, während nahezu alle Teilchen von 1 - 2 um über die Nase hinaus eindringen. Teilchen unter 5 um können eingeatmet werden und dringen in die Lunge ein, wenn die Teilchen eine Dichte von 1 oder darunter aufweisen.

T.P. Hatch und P. Groß definieren in Pulmonary Deposition and Retention of Inhaled Aerosols, Academic Press, N.Y., 1964 die aerodynamische Teilchengröße als "den Durchmesser einer Kugel der Dichte eins mit der gleichen Absitzgeschwindigkeit wie ein fragliches Teilchen unabhängig von Form und Dichte". Diese Autoren haben gezeigt, daß das Ausmaß des atmungsbedingten Eindringens und der Zurückhaltung eine direkte Funktion der aerodynamischen Teilchengröße ist. Tatsächlich ist ein Teilchen, je dichter es ist, um so schwerer einzuatmen, selbst bei Teilchendurchmessern unter 10 um, wenn die Dichte hoch ist.

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J.J. Sciarra, P. McGinley und L. Izzo, "Determination of Particle Size Distribution of Selected Aerosol Cosmetics. I. Hair Sprays", J. Soc. Cosra. Chem. 20, 385-394, 27. Mai 1969, berichten, daß, während die meisten Teilchen unter 50 um relativ lange in Luft suspendiert bleiben, nur solche Teilchen unter 10 um leicht in das Atmungssystem gelangen. Die meisten Teilchen dieser Größe verbleiben in den oberen Teilen des Atmungssystems, während Teilchen im Bereich von 2 - 5 um im Bereich der Endbronchien und Alveolen abgeschieden werden.

So wird klar, daß bestimmte, in einem Aerosol suspendierte Teilchen für das Atmungssystem schädlich sein können. Im Hinblick hierauf wurde die Erfindung konzipiert. Die erfindungsgemäßen Teilchen sind makrosphärische Hohlteilchen einer Größe überwiegend zwischen etwa 10 und 74 um und vor zugsweise zwischen etwa 14 und 74 um Durchmesser und einer Dichte über 1. Diese Teilchen sind von genügender Größe und Dichte, um von der Nase praktisch herausgefiltert zu werden und ein tiefes Eindringen und eine Ablagerung im Atmungssystem zu vermeiden.

Teilchen nach dem Stand der Technik waren entweder so klein, daß sie eingeatmet wurden und in den Lungen blieben, oder sie waren so groß, daß die verschiedenen Ab-, sperrorgane, Tauchrohre und Düsen von Aerosol-Sprühvorrichtungen durch Agglomeration in den sehr kleinen Öffnungen verstopften, durch die die Mittel hindurchtreten müssen. Diese Agglomerationsneigung machte es notwendig, die Teilchen vor ihrer Zusammenstellung als Suspension zu zerkleinern oder zu vermählen, aber selbst mit einer solchen Vorbehandlung blieb die Agglomeration ein Problem.

In jüngerer Zeit wurde in Drug & Cosmetic Industry, Sep-

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tember 1975» S. 132, berichtet, daß manche Firmen "versuchen, das Problem der Zirkon-Inhalation zu umgehen, indem sie ihre schweißverhütenden Aerosolpräparate erneut zusammenstellen, um Sprayteilchen auf mehr als 10 μπι zu begrenzen, wozu Altmeister des Aerosolgebiets feststellen, dies sei besonders schwierig wegen der Scherwirkung und dem Aufbrechen in dem oberen Absperrorgan oder Ventil und in der Betätigungseinrichtung".

Die (eigene) US-PS 3 887 692 offenbart basische Aluminiumhalogenide in mikrosphärischer Form und diese enthaltende schweißverhütende Aerosole, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Halogenide in mikrosphärischer Form. Solche kugeligen Mikroteilchen sind bei gleichmäßig kugeliger Form fest und erfordern daher mehr Material zu ihrer Herstellung.

Die in der US-PS 3 887 692 offenbarten kugeligen Mikroteilchen werden nach einem Verfahren hergestellt, bei dem eine wässrige Lösung der basischen Aluminiumhalogenide durch ein hohles Röhrchen oder eine Nadel in feinem Strom gegen die Seite eines Wirbels organischen Alkohols gelenkt wird. Mit dem Umlaufen des Wirbels nehmen die sehr feinen Tröpfchen des Halogenids sphärische oder kugelige Form an. Sie werden dann vom Alkohol abgetrennt und in ein schweißverhütendes Aerosolmittel eingearbeitet.

Der Stand der Technik kennt mehrere verschiedene Verfahren zur Herstellung von Teilchen durch Zentrifugalkraft und zum Trocknen; vgl. z.B. US-PS'en 1 352 623, 2 043 378 und 3 259 171. Die letztgenannte Druckschrift offenbart eine Schleudervorrichtung zur Herstellung von sprühzutrocknenden Teilchen. Die Schleudervorrichtung umfaßt ein Sieb mit einer Vielzahl von Öffnungen, durch die Ton durch Zen-

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trifugalkraft extrudiert wird, der als Ausgangsmaterial verwendet wird. Wenn die Druckschrift auch offenbart, daß die Teilchen von praktisch gleicher Größe und Form sind, so sind sie doch weder hohl noch kugelig. Die hergestellten Teilchen haben keinen Durchmesser, der wesentlich größer als die Öffnungen des Siebes ist.

Die vorerwähnten Druckschriften offenbaren auch Vorrichtungen zur Herstellung von Teilchen durch Zentrifugalkraft. Keine jedoch lehrt die Verwendung eines porösen, gesinterten Metallfilters, das hohle, kugelige Makroteilchen gemäß der Erfindung herzustellen gestattet.

Die US-PS 2 829 710 offenbart einen Zerstäubungstrockner, doch von erheblich anderem Aufbau als gemäß der Erfindung.

Die Beeco Products Company vertreibt eine Reihe von Sprühkopf-Zerstäubern unter der Bezeichnung Beecomist-Sprühköpfe. Diese Vorrichtungen verwenden gesteuert-poröse Sintermetallmanschetten zum Versprühen von Flüssigkeiten, gewöhnlich flüssigen Lösungen, zur Steuerung von landwirtschaftlichen Seuchen und Erkrankungen unter Einsatz von Tröpfchen von 10 bis 1000 um Durchmesser. Die Beecomist-Sprühköpfe werden im allgemeinen an einem Flugzeug zum Besprühen der Ernten oder an landwirtschaftlichen Fahrzeugen befestigt, statt in einer Sprühtrocknungsvorrichtung angebracht zu sein.

Herkömmliche Sprühtrockner verwenden einen Zerstäuber, der einfach eine Drehscheibe darstellt, gegen deren Unterseite die in Strömen zugeführte flüssige Lösung gerichtet wird. Die Flüssigkeit wird von der Scheibe oder Platte durch Zentrifugalkraft weggeschleudert, was zur Bildung von Flüssigkeitströpfchen führt, die dann in der Luft durch einen hei-

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Ben Luftstrom getrocknet werden. Vgl. Bulletin 33-3 der Bowen Engineering Inc., North Branch, New Jersey, zur Beschreibung eines herkömmlichen Sprühtrocknungssystems. Eine weitere herkömmliche Sprühtrocknungsvorrichtung umfaßt einen Zerstäuber mit ausgebohrtem Loch und einem zylindrischen oder korbähnlichen Aufbau zur Aufnahme der Lösung sowie mit Bohrlöchern von beispielsweise etwa 4,8 mm (3/16 Zoll) Durchmesser in den Seitenwandungen, um Lösungsstrahlen in die Trockenkammer zu entlassen. Beide herkömmlichen Verfahren verlassen sich im wesentlichen auf die hydrodynamische Zentrifugalzerstäubung aufgrund des Rayleigh-Strahl-Trennphänomens. Solche herkömmlichen Systeme führen nicht zu makrosphärischen Teilchen, wie sie erfindungsgemäß offenbart werden.

Gegenstand der Erfindung sind hohle, makrοsphärische, in einem Aerosol zu verwendende Teilchen mit Durchmessern überwiegend zwischen etwa 10 und 74 um, vorzugsweise zwischen 15 und 44 pm, und mit einer Dichte über 1. Die Wandstärke der Teilchen ist ausreichend, um der üblichen Behandlung zu widerstehen, der sie beim Versand und der Handhabung ausgesetzt sind, ohne wesentlich in kleinere Teilchen auseinanderzubrechen, die eingeatmet und in der Lunge zurückgehalten werden könnten.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung der hohlen, makrosphärischen Teilchen, bei dem eine Lösung bereitgestellt wird, die die Materialien enthält, aus denen die Teilchen hergestellt werden, wobei die Lösung durch kleine Poren durch Zentrifugalkraft so fein zerteilt wird, daß der Durchmesser der Teilchen größer als der Nenndurchmesser der Poren ist, und bei dem die Lösung in einem Heißluftstrom getrocknet wird, nachdem sie die Poren verlassen hat. Etwa 85 % der durch die Poren diffun-

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dierten Teilchen haben Durchmesser zwischen etwa 15 und 74 μια.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung der trocknen, hohlen, makrosphärischen Teilchen umfaßt einen Zentrifugalzerstäuber mit einem Filterring aus porösem Sintermetall von im wesentlichen gleichmäßiger Porengröße, der in einer Sprühtrocknungskaramer angebracht ist. Die Außenfläche des porösen Sintermetallfilters ist geschliffen oder poliert und geätzt, um eine glatte Oberfläche mit scharfen Porenausgängen zu schaffen, zur Herstellung hohler, dickwandiger, kugeliger Maler ο teilchen mit einem Durchmesser über dem der Poren.

An dieser Stelle ist es wichtig, den Ausdruck "makrosphärische Teilchen", wie er hier verwendet wird, zu definieren und sie von den mikrosphärischen Teilchen des Standes der Technik zu unterscheiden. A.M. Rubino, "Microspherical Powder aerosol antiperspirant systems", Aerosol Age, Bd. 19, Nr. 5, S. 21-25 (Mai 1974) beschreibt mikrosphärische schweißverhütende Mittel, die sphärische oder kugelige Hohlteilchen enthalten, die auf einen relativ engen Bereich beschränkt sind, 70 % oder mehr der Teilchen besitzen nämlich Durchmesser zwischen etwa 15 und 44 um, wobei tatsächlich keine Teilchen über 45 um Durchmesser vorliegen und Teilchen unter 5 bis 10 um mengenmäßig auf einem Minimum gehalten werden. Diese mikrosphärische Teilchengrößeverteilung wird durch mechanisches Sortieren der Teilchen nach dem Sprühtrocknen erhalten. Die Teilchen besitzen eine scheinbare Dichte von etwa 0,8 g/ml.

Obgleich die malerosphärisehen Teilchen gemäß der Erfindung ebenfalls eine Größenverteilung mit einer Konzentration im Bereich von 15 bis 44 umaufweisen, gibt es doch eine Reihe

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wichtiger Unterschiede. Zunächst sind wenigstens etwa 85 % der Teilchen größer als 15 um im Durchmesser, wobei nur wenige über 74 μΐη liegen, was bedeutet, daß nur höchstens etwa 10 bis 15 % Feinanteile (unter 15 μΐη) sind und nur einige wenige Prozent unter 10 um liegen. Dies steht im Gegensatz zu den 15 bis 30 % Peinanteilen bei der mikrosphärischen Qualität. Zweitens wird die makrosphärische Qualität gemäß der Erfindung direkt durch Sprühtrocknen ohne anschließendes mechanisches Sortieren zum Entfernen größerer Teilchen gebildet. Drittens sind die makrosphärischen Teilchen verhältnismäßig dickwandig und haben eine Dichte über 1,0 und typischerweise e*twa das Doppelte der der raikrosphärischen Qualität. Dieses letztere Merkmal war gänzlich unerwartet, und es ist von Vorteil wegen der größeren "in Erscheinung tretenden Größe" gemäß der Einheitsdichtetheorie von Hatch und Groß, s.o.

Dem Fachmann ist klar, daß Teilchengrößemessungen in Abhängigkeit von der besonderen Meßmethode Schwankungen unterworfen sind. Daher sind alle hier genannten Teilchengrößen, sofern nicht anders angegeben, nach der Naßsiebmethode erhalten worden.

Zur v/eiteren Veranschaulichung der Erfindung wird diese unter Bezugnahme auf die Figuren, die eine derzeit bevor zugte Ausführungsform wiedergeben, beschrieben, ohne sie jedoch auf die genauen Anordnungen und Konstruktionen zu beschränken; von ihnen zeigt

Fig. 1 einen Teil-Seitenaufriß des erfindungsgemäßen Zer stäubers, wie er in der Mitte der oberen Wandung der Sprühtrocknungskammer befestigt ist;

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Fig. 2 eine Draufsicht auf den Zerstäuber, teilweise im Schnitt entlang der Linie 2-2 der Fig. 1, und

Fig. 3einen Seitenaufriß des Zerstäubers, teilweise im Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern auch gleiche Bauteile. In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäß gebaute Sprühtrοcknungsvorrichtung 10 dargestellt. Zur Beschreibung eines herkömmlichen Sprühtrocknungssystems und zur Veranschaulichung der in Verbindung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Sprühtrocknungskammer vgl. Bulletin 33-3 der Bowen Engineering Inc.

Die Sprühtrocknungsvorrichtung 10 umfaßt eine Sprühtrocknungskammer (nicht vollständig dargestellt) mit einer obe ren Wandung 11, in deren Mitte der Antriebsmotor 12 für den Zerstäuber angebracht ist. Die Sprühtrocknungskammer weist im allgemeinen die Form eines invertierten, im wesentlichen konischen Gehäuses mit verengtem Luftweg 13 unmittelbar über dem Zerstäuber 20 auf. Der Zerstäuber ist mit dem Motor über die Motorantriebswelle 14 verbunden. Zum Einführen einer Lösung des Materials, aus dem die Teilchen hergestellt v/erden, in den Zerstäuber ist eine Öffnung 15 vorgesehen.

Der Zerstäuber selbst ist in den Figuren 2 und 3 deutlicher dargestellt. Der Zerstäuber 20 umfaßt ein kreisförmiges Oberteil 22 mit einem abgestumpft konischen Teil 24, der eine Einlaßöffnung 26 festlegt, durch die die Lösung in den Zerstäuber eingeführt wird. Das Oberteil 22 ist durch eine Anzahl Schrauben 36, die durch Schraubenlöcher 37 ragen, mit dem kreisförmigen Bodenteil 28 verbunden.

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Das Bodenteil 28 hat einen erhöhten Mittelteil 34, an dem die Antriebsmotorwelle 14 mit irgendeinem geeigneten Mittel befestigt ist. Beispielsweise kann der untere Teil der Antriebswelle 14 unter die Bodenplatte 28 hinausragen. Dieser untere Teil kann mit Gewinde versehen sein oder eingepaßt sein, und Muttern und Gegenmuttern können eingesetzt werden, um den Zerstäuber auf der Antriebswelle zu halten. Die Antriebswelle 14 hat einen Anti-Rutsch-Splint 16, der an ihr befestigt ist, um eine Drehung der Welle relativ zum Zerstäuber zu verhindern.

Das Oberteil 22 und das Bodenteil 28 haben ringförmige Planschteile 30 bzw* 32. Im Flanschteil 30 ist eine Ausnehmung 43 und im Planschteil 32 eine Ausnehmung 45 ausgebildet. Die Ausnehmungen fluchten vertikal miteinander. Zwischen dem Oberteil 22 und dem Bodenteil 28 innerhalb der Ausnehmungen 43 bzw. 45 ist ein zylindrisches Filter 44 angeordnet. Geeignete Dichtungen 46 und 48, z.B. Teflonband, dichten den Raum zwischen Filter 44 und dem Oberteil 22 und dem Bodenteil 28 ab.

Das Filter 44 ist porös und tubusartig und verträgt hohe Rotationsgeschwindigkeiten, ohne auseinanderzubrechen. Aufgrund der auftretenden hohen Umfangsgeschwindigkeiten, etwa 38,1 bis 152,4 m/sec· (1500 bis 6000 in/sec), vorzugsweise etwa 53,34 bis 129,54 m/sec (2100 bis 5100 in/ see) sind poröse Standard-Keramikrohre erfindungsgemäß nicht besonders brauchbar.

Im Hinblick auf die auftretenden hohen Geschwindigkeiten besteht das Filter vorzugsweise aus porösem Sintermetall, wie Monelmetall oder rostfreiem Stahl 316. Zur Herstellung

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von Teilchen mit enger Teilchengrößenverteilung, d.h. zwischen etwa 10 und 74 um Durchmesser, vorzugsweise zwischen etwa 15 und 44 um Durchmesser, ist ein Rohr mit hohem Maß an gleichförmiger Porosität erforderlich oder wünschenswert. Poröse Sintermetallrohre, die nach einigen bekannten Verfahren hergestellt wurden, besitzen häufig Bereiche größerer oder kleinerer Dichte. Diese Rohre werden erfindungsgemäß nicht bevorzugt, da sie wesentliche Mengen an Teilchen mit Durchmessern unter etwa 10 um Durchmesser erzeugen können, die einzuatmen sind und tief in die Lunge einzudringen vermögen.

Erfindungsgemäß besonders brauchbare Filter sind die porösen Sintermetallfilter, die beispielsweise gemäß den Lehren der US-PS»en 2 792 302 und 3 313 621 hergestellt v/erden. Filter dieser Art werden z.B. von der Mott Metallurgical Corporation, Farmington, Connecticut, hergestellt. Andere Verfahren zur Herstellung poröser Sintermetallelemente mit gleichmäßiger Porosität sind z.B. offenbart in den US-PS'en 2 157 596, 2 398 719, 3 052 und 3 700 419. Eine gleichmäßige Porosität kann durch Verwendung kugeliger Pulvermetallteilchen zum Sintern und zur Herstellung des Filterrings 44 verstärkt werden.

Die Dicke des Filterrings 44 ist nicht kritisch, solange er dick genug ist, daß er bei den höheren Rotationsgeschwindigkeiten, denen er beim Einsatz unterworfen ist, nicht auseinander bricht. Eine Dicke von 9,52 mm (3/8 Zoll) hat sich als brauchbar erwiesen. Ebenso ist die Höhe des Filters 44 nicht kritisch. Sie sollte eine Funktion der Zufuhrgeschwindigkeit der flüssigen Lösung sein, aus der die hohlen, makrosphärischen Teilchen hergestellt v/erden. Eine geeignete Zufuhrgeschwindigkeit ist 0,227

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bis 1,133 kg/min/6,452 cm² (0,5 bis 2,5 lb/min/inch²) der inneren Oberfläche des Pilterrings. Es ist zu erkennen, daß die wirksame Höhe des Filters sowie sein Umfang Paktoren sind, die die zulässige Zufuhrgeschv/indigkeit der Flüssigkeit bestimmen. Die wirksame oder effektive Höhe ist definiert al3 die Höhe des Filters 44 zwischen den inneren Oberflächen des Oberteils 22 und dem Bodenteil 28. Natürlich muß die volle Höhe des Filters 44 größer sein als die effektive Höhe, so daß es in Ausnehmungen 43 und 45 gehalten werden kann. Eine Zufuhrgeschwindigkeit von etwa 0,544 kg/min/6,452 cm² (1,2 lb/min/inch²) wird bevorzugt, wenn ein Filterring 44 mit einer effektiven Höhe von 2,54 cm und einem Durchmesser von 20,32 cm verwendet wird. '

Um äußerst wirksam zu sein, ist die äußere Oberfläche des Filters 44 bevorzugt geschliffen und dann chemisch geätzt, um der Ausgangsdüsenöffnung einer jeden Pore eine scharfe Kante zu verleihen. Die Poren mit scharfen Kanten lassen den Flüssigkeitsstrom abreißen und führen zu Teilchen mit gleichförmigerer Größe als bei einer Oberfläche ohne eine solche Behandlung. Typischerweise wird die äußere Oberfläche des porösen Metallrings zuerst auf die geeignete Abmessung bearbeitet und dann nach jeder geeigneten Technik glattgeschliffen. Das Schleifen führt zu einer Schärfung der Austrittsöffnungen der Poren in dem porösen Filter. Das Bearbeiten und Schleifen jedoch führen zu teilwelsem oder gänzlichem Verstopfen eines Teils der Porenöffnungen durch abgeschliffenes Metall. Es ist daher notwendig, die Poren zu reaktivieren oder sie wieder von dem Hindernis zu befreien, und zwar durch eine gesteuerte Ätzung. Viele chemische Ätzlösungen sind bekannt, die zu diesem

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Zv/eck verwendet werden können, in Abhängigkeit von dem besonderen, für das Filter gewählten Metall und v/eiteren Paktoren, die der Fachmann kennt.

Die Nenngröße der Poren im Filter 44- kann zwischen 15 und 30 um im Durchmesser betragen. Ist die Nenngröße der Poren kleiner, neigen die Poren leicht zum Verstopfen, und die Teilchen können eingeatmet v/erden. Liegt die Porengröße weit über 30 um, sind die gebildeten Teilchen zu groß und zu grob, wodurch sie zum Agglomerieren und zum Festkleben an den Seiten der Trocknungskammer neigen. Eine Nenngröße der Poren von 20 um wird derzeit bevorzugt. Der Begriff "Nenngröße der Poren" wird hier in der Bedeutung der gewollten Größe der überwiegenden Hehrzahl der Poren verwendet. So haben bei einem Filter mit einer Nenngröße der Poren von 20 um nahezu alle Poren diese Größe, doch werden einige unweigerlich größer und einige andere kleiner sein.

Ein Filter mit einer Nenngröße der Poren von 20 um erzeugt Teilchen mit einer durchschnittlichen oder Nenngröße von etwa 30 μια Durchmesser. Die getrockneten makrosphärischen Teilchen sind größer als die Nenngröße der Poren des Filters, da sich aufgrund eines unbekannten Phänomens die getrockneten Teilchen aufblasen, da bzw. wenn sie hohl werden. Bei diesem Vorgang nehmen die Wandungen der hohlen, raakrosphärisehen Teilchen an Dicke auch zu. Auch hierfür sind die genauen Gründe bisher unbekannt.

Die Endteile der ringförmigen Flansche 30 und 32 des Oberteils 22 und des Unterteils 20 sind abgewinkelt, wie am besten in Fig. 3 bei 52 und 54 zu erkennen.

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Durch Abwinkein dieser innenseitigen Endteile bei etwa 45 wird eine Ansammlung von Teilchen an den inneren Oberflächen der Planschteile 30 und 32 und der Außenseite des Filterrings 44 entweder beseitigt oder stark herabgesetzt. Das Oberteil 22 und das Bodenteil 28 können aus irgendeinem Material, wie rostfreiem Stahl, bestehen, das den hohen Geschwindigkeiten zu widerstehen vermag, mit denen der Zerstäuber rotiert, und das auch jeglicher Neigung zu Korrosion durch die Flüssigkeiten zu widerstehen vermag, aus denen die makrosphärischen Teilchen hergestellt werden.

Nachfolgend 3ei die Arbeitsv/eise des Zerstäubers beschrieben. Zuerst wird die Sprühtrocknungsvorrichtung eingeschal tet. Dann wird, wenn der Zerstäuber mit Umfangsgeschwindig keiten von etwa 53,34 bis etwa 129,5 m/sec (etwa 2100 bis etv/a 5100 in/sec) zu drehen beginnt, Lösung, aus der die makrosphärischen Teilchen hergestellt werden, dem Zerstäuber 20 durch die Einlaßöffnung 26 von einer Lösungs-Zufuhröffnung 15 her zugeführt. Die Zufuhrgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß die Lösung sofort durch den Filterring 44 diffundiert. So wird also die Zufuhrgeschwindigkeit so eingestellt, daß sich im Zerstäuber, wenn überhaupt, nur sehr wenig Lösung bildet. Der Strom der Lösung durch die Einlaßöffnung 26 zum Filter 44 und aus dem Zerstäuber in die Luftströme der Sprühtrocknungsvorrichtung ist in Fig. 3 durch Pfeile dargestellt. Aufgrund der raschen Drehung des Zerstäubers, der gleichmäßig kleinen Poren des Filterrings und der Behandlung der äußeren Oberfläche des Filterrings wird der Strom der durch das Filter 44 diffundierenden Flüssigkeit in v/inzige Tröpfchen zerteilt. So wie die Tröpfchen vom Zerstäuber in die Luftströme des Sprühtrockners geschleudert werden, v/erden sie getrocknet und dehnen sich zu hohlen, dickwandigen, ma-

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krosphärischen Teilchen aus. Der Sprühtrockner trocknet die Tröpfchen, indem er Wasser aus ihnen mit einem Heißluftstrom verdampft, wenngleich auch andere Gase verwendet werden könnten, bei einer Eintrittstemperatur von beispielsweise etwa 232 bis etwa 282⁰C (450 bis 54O⁰P) und einer Auslaßtemperatur von beispielsweise etwa 91 bis etwa 121⁰C (195 bis 25O⁰P). Der Flüssigkeitsstrom sollte eine klare Lösung sein, im Unterschied zu einer Emulsion, einer Suspension oder einem Gemisch, um ein Verschließen der Filterporen zu verhindern.

Die sich ergebenden makrosphärischen Teilchen sind trocken, hohl und dickwandig. Die Wände sind dick genug, so daß die rnakrosphärischen Teilchen die üblicherweise beim Versand, bei der Handhabung und beim Austragen auftretenden Behandlungen überstehen können. Die Hohlteilchen besitzen eine Dichte über eins und typischerweise etwa vom Doppelten der normalen, bei herkömmlicher Sprühtrocknung erhaltenen Dichte. Dieser Gesichtspunkt ist von Bedeutung, indem nämlich sehr kleine Teilchen, die sonst eingeatmet v/erden würden, sich sehr rasch absetzen, wenn sie in die Luft gesprüht werden. Dies wirkt der Neigung zum Einatmen der Teilchen entgegen. So sind die Teilchen nicht nur im allgemeinen groß genug, so daß ein tiefes Eindringen in die Lunge vermieden wird, sondern auch die kleineren Teilchen, die theoretisch tief in die Lungen eingeatmet werden könnten, sich nach dem Einsprühen in die Luft rasch absetzen. Teilchen mit einer Größe von weniger als etwa 15 pm Durchmesser werden durch Öle und andere Bestandteile im Endprodukt agglomeriert, wenn aber nicht, so besitzen die Teilchen mit einer Dichte über 1 eine effektive Größe von über 15 um Durchmesser für die Zwecke der Respirationskinetik.

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Die Teilchen werden im Sprühtrockner gründlich getrocknet, wobei die erforderlichen Arbeitsbedingungen von den besonderen Bestandteilen der Lösung abhängen, aus denen die Teilchen hergestellt v/erden, jedoch vom Fachmann auf dem Gebiet des Sprühtrocknens leicht zu bestimmen sind. Da die Hygroskopizität ein starker Paktor bei schweißverhütenden Materialien ist, sollten die Teilchen übertrocknet werden (bis zu einem Ausmaß, das möglich ist, ohne die schweißverhütenden Eigenschaften zu beeinträchtigen), d.h. über ihre Kapazität in einen metastabilen Zustand getrocknet werden, so daß sie eine sehr hohe Affinität zu V/asser haben. Da das menschliche Atmungssystem 100 %ige relative Feuchtigkeit aufweist, tritt starke Agglomeration der kleineren Teilchen ein, die die Chancen der Teilchen unter 15 μπι Durchmesser auf ein Minimum drückt, tatsächlich tief in die Lungen einzudringen.

Ist die gewünschte Menge an sprühgetrocknetem Material hergestellt und aufgefangen worden, wird der Trockner abgeschaltet. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Vorrichtung haben die Wände der Trockenkammer im allgemeinen höchstens einen geringen Überzug getrockneter malerosphäriseher Teilchen. Verglichen mit den Sprühtrocknungstechniken nach dem Stand der Technik ist dies ein erheblicher Vorteil, da die Vorrichtungen und Verfahren, die ähnliche Arbeitsbedingungen anwenden, häufig zu einem Überzug der Wandungen der Trocknungskammer mit einer schweren nassen Schicht des zu trocknenden Produkts führen. So wird erfindungsgemäß die Menge des brauchbaren Materials, die aus der Sprühtrocknungskammer gewonnen werden kann, stark gesteigert. Offensichtlich können die Arbeitsbedingungen unter Verwendung herkömmlicher Vorrichtungen und Verfahren variiert werden, um diesen Ansatz

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in der Kammer zu reduzieren oder zu beseitigen, jedoch lediglich auf Kosten der Teilchengröße, d.h., die hergestell ten Teile werden zu klein sein, um in den gewünschten Bereich zu fallen und das Einatmen und das tiefe Eindringen in die Lunge zu vermeiden.

V/enngleich die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung hergestellten makrosphärischen Teilchen viele Anwendungsgebiete haben können, z.B. bei Pigmenten, Harzen, Katalysatoren usw., so ist doch die bevorzugte Verwendung die Herstellung von Teilchen für schweißverhütendes Material. Da schweißverhütende Mittel in der Öffentlichkeit breite Verwendung finden, ist es wichtig, daß die Teilchengröße so gesteuert wird, daß gesundheitliche Risiken so weit wie möglich reduziert werden. Aufgrund der Erfindung fällt die Teilchengröße überwiegend in einen engen Bereich von Sicherheit und Wirksamkeit, nämlich zwischen etwa 10 und 74 um und bevorzugt zwischen etwa 15 und 44 um Durchmesser.

Die lösung, aus der die hohlen, dickwandigen, makrosphärischen Teilchen schweißverhütenden Materials hergestellt werden, kann aus einer großen Zahl bekannter schweißverhütender Bestandteile gewählt werden, wozu - ohne hierauf beschränkt zu sein — folgende gehören: basische Aluminiumverbindungen, basische Aluminium-Zirkon-Komplexe, basische Aluminium-Magnesium-Komplexe, basische Aluminium-Polyol-Komplexe, Magnesium-Zirkon-Komplexe und deren Gemische. V/enngleich bestimmte Verbindungen innerhalb dieser breiten Klasse dem Fachmann auf dem Gebiet der schweißverhütenden Mittel bekannt sind, so sind die folgenden spezielleren Zusammensetzungen Beispiele für die vorstehend erwähnten Verbindungsklassen.

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Die basischen Aluminiumhalogenide sind Beispiele basischer Aluminiumverbindungen, die sich zur erfindungsgemäßen Verwendung eignen. Eine repräsentative Formel ist

Al_n(OH)_xA_y.X H₂O

worin χ und y nicht ganze Zahlen sein müssen, aber χ + y = 3n, X ist eine Menge von 2 bis 4, nicht notwendigerweise ganzzahlig, und A ist Chlor, Brom und/oder Jod. Verbindungen, die unter diese allgemeine Formel fallen, sind z.B. 5/6 basisches Aluminiumhaiogenid der Formel /AIp(OH)₁-A/ und die 2/3 basischen Halogenide /Al(OH)₂Ay. Bequemerweise werden Klammern verwendet, um Gruppen chemischer Elemente zu umfassen, die nicht notwendigerweise den Gesamtanteil der Elemente der Molekülstruktur darstellen und HpO-Gruppen nicht ausschließen sollen.

Ein schweißverhütender Komplex mit breiter Verwendung ist Aluminiumchlorhydroxid oder 5/6 basisches Aluminiumchlorid, das im Handel erhältlich ist (von Reheis Chemical Company division der Armour Pharmaceutical Company unter "CHLORHYDROL") Viele andere schweißverhütende Materialien und Zusätze, die erfindungsgemäß brauchbar sind, ergeben sich für den Fachmann.

Die vorstehenden Verbindungen können in v/ässriger Lösung verwendet werden, die dem Zerstäuber zugeführt v/ird. Die wässrige Lösung enthält genügend V/asser oder ein anderes Verbindungsmittel, um es durch die Zerstäuberporen diffundieren zu lassen. Typischerweise hat sich eine 50 gewichtsprozentige wässrige Lösung der Verbindungen als zufriedenstellend erwiesen, wenn aber eine noch geringere Viskosität erwünscht ist, kann die Lösung erwärmt oder mit V/asser oder Alkohol zu beispielsweise 25 Gewichtsprozent der Verbindung in Lösung verdünnt werden. Wie oben bemerkt, sollte die Lösung eine echte Lösung

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sein, um ein Verstopfen der Filterporen zu vermeiden.

An dieser Stelle ist es vorteilhaft, sich kurz die Faktoren in Erinnerung zurückzurufen, die die Teilchengrößenverteilung von Drehscheibenzerstäubern beeinflussen. Vergleiche hierzu W.R. Marshall, Jr., "Atomization and Spray Drying" (Chemical Engineering Process Monograph Series Bd. 50, Nr. 2, 1954, American Institute of Chemical Engineers, New York). In Kapitel VIII, "Drop-Size Distribution from Spinning Disc Atomizers", fassen die Autoren die Arbeit zahlreicher Forscher auf diesem Gebiet zusammen und zeigen, daß für eine große Zahl von Drehscheibenzerstäubern, die bei verschiedenen Bedingungen betrieben werden, die Tröpfchengrößenverteilung (und offensichtlich auch die Trockenteilchengrößenverteilung) eine Funktion ausschließlich der Zufuhrgeschwindigkeit, des Zerstäuberdurchmessers und der Rotationsgeschwindigkeit ist. Die letzteren beiden Faktoren zusammengenommen ergeben die Umfangsgeschwindigkeit (vgl. die obige Druckschrift, insbesondere Seiten 68 - 71 und Figuren 98 und 100 - 102).

Damit ein Zerstäuber Teilchen einer Größe und eines Bereichs erzeugt, die nicht mit den mit einem herkömmlichen Drehscheibenzerstäuber bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit und Zufuhrgeschwindigkeit hergestellten Teilchen übereinstimmen, müßte der Schluß gezogen werden, daß sich der Zerstäubungsraechanismus von dem der herkömmlichen Art unterscheidet. Wenngleich sich die Anmelderin nicht an irgendeine bestimmte Theorie gebunden sehen möchte, wird angenommen, daß das erfindungsgemäße Zerstäuben in geeigneter Weise als "mechanisch" charakterisiert werden kann, im Gegensatz zur "hydrodynamischen" Zerstäubung, wie sie bei herkömmlicher Zentrifugalzerstäubung anfällt. D.h., während sich die herkömmliche Zerstäubung ausschließlich oder zu-

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2 7 2 5 V b

mindest überwiegend auf die Zentrifugalkraft und das Rayleigh-Strahl-Trennphänomen stützt, scheint die erfindungsgemäße Zerstäubung durch mechanisches Abreißen der Tröpfchen vom Lösungsstrom zu erfolgen. So wird unter Anwendung der durch den rotierenden Zerstäuber gemäß der Erfindung erzeugten Zentrifugalkraft die Zufuhrlösung gegen die Innenwand des zylindrischen porösen Metallfilters geschleudert, v/o sie dann durch die Poren des Filters in Form feiner Flüssigkeits-"Stäbe" ausgepreßt wird. Die scharfen Porenkanten "schneiden die Stäbe oder Stangen ab", so wie sie aus der Außenwand des Zylinders austreten, worauf sich die abgeschnittenen Tröpfchen aufgrund der Oberflächenspannung zu kleinen Kugeln umbilden.

Um den Unterschied zwischen den durch herkömmliche Zentrifugalzerstäubung hergestellten Teilchen und den unter Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellten Teilchen zu zeigen, wurden mehrere Lösungen hergestellt und unter gleichen Bedingungen der Umfangsgeschwindigkeit und Zufuhrgeschwindigkeit unter Einsatz eines Bowen-Laborsprühtrockners von 76,2 cm (30 Zoll) Durchmesser getestet. Bei jedem der Beispiele wurde bei der herkömmlichen Zentrifugalzerstäubung ein Drehscheibenverteiler verwendet, und bei der Zerstäubung durch das poröse Metall wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgeraäße Verfahren eingesetzt. Messung und Vergleich der Ergebnisse zwischen dem herkömmlichen System und dem erfindungsgemäßen System wird nachfolgend im einzelnen unter Bezugnahme auf die folgenden speziellen, doch nicht begrenzenden Beispiele veranschaulicht:

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2725764

Beispiel I

Vergleich zwischen herkömmlicher Zentrifugalzerstäubung und Zerstäubung durch poröses Metall mit Sprühtrocknen einer 50 96igen Lösung 5/6 basischen Aluminiuinchlorids (Aluminiumchlorhydrat)

In einen 1893 1 (500 gallons) fassenden Reaktor, ausgestattet mit Rühreinrichtung und Wärmeaustauscher, wurden 1338 kg (2950 lbs) AlCl, von 24° Baume und 780 kg (1720 lbs) Wasser gebracht. Nach dem Vorerhitzen wurden 263 kg (580 lbs) Aluminiumpulver in Anteilen von 4,54 kg (10 lbs) zugesetzt, wobei die durchschnittliche Reaktionstemperatur bei etwa 85⁰C gehalten wurde. Nach etwa 6 h, wenn sich alles Aluminium gelöst hatte, wurden weitere 15,88 kg (35 lbs) Aluminiumpulver zugesetzt und der Ansatz filtriert. Die Zusammensetzung hatte eine Analyse von 12,6 % Al und 8,5 % Cl. Zwei Ansätze der Lösung wurden wie folgt sprühgetrocknet:

1) Art der Zerstäubung

2) Arbeitsbedingungen:

A) Zufuhrgeschwindigkeit, ml/min

B) Gesamtgewicht der Zufuhr, g

C) Dauer in min

D) Einlaßtemperatur, °C (op)

E) Auslaßtemperatur, ⁰C (⁰F)

P) Zerstäuberdurchmesser, mm (")

G) Zerstäubergeschvrindigkeit, UpH

H) Zerstäuber-Umfangsgeschwindigkeit, m/sec (in/sec)

I) Ansatz in der Kammer

herkömmlich
zentrifugal

100

durch poröses Metall

100

4 000	4 000
30	30
230 (445)	230 (445)
90,6(195)	93,3(200)
50,8 (2")	38,1(1-1/2»)
20 000	27 000
53,19(2094)	53,85(2120)
stark	schwach

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12	,6	1	12	,6
25	,6	1	26	,0
969			938
821		699
41	,7	87	,7

3) % Al in der Zufuhrlösung

4) % Al im Trockenpulver

5) theor. Ausbeute, bezogen
auf Al, g

6) tatsächl. Ausbeute
(Zylclonprodukt), g

7) % Gewinnung (6)^(5) χ 100

8) Gewicht des Kammer-

ansatzes in g 877 wenig

9) Teilchengrößenverteilung

des Zyklonprodukts (Naßsieb):

A)^+o/S + 74 um 2,2 0,3

B) % + 44 um 25,2 12,9

C) % + 15 um 94,4 91,4

⁺ "+" bedeutet zurückgehalten auf Sieben der angegebenen Größe und darüber (d.h. kumulative Verteilung)

Beispiel II

Vergleich zwischen herkömmlicher Zentrifugalzerstäubung und Zerstäubung durch poröses Metall mit Sprühtrocknen einer 42 ?6igen Lösung eines Zirkon-Aluminium-chlorhydroxids-Glycin-Komplexes

Zu 2000 g der basischen Aluminiumchloridlösung wurden 840 g Wasser gegeben. Bei Raumtemperatur wurden in diesem Gemisch 190 g Glycin, Güteklasse N.F., unter mildem Rühren gelöst. Als alles Glycin gelöst war, wurden 1650 g Zirkonyl-hydroxychlorid-Lösung (14,2 % Zr) bei Raumtemperatur über eine halbe Stunde zugesetzt. Die klare Lösung enthielt 6,2 % Al. Zwei Ansätze der Lösung wurden wie folgt sprühgetrocknet:

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272b7b4

1) Art der Zerstäubung

2) Arbeitsbedingungen:

A) Zufuhrgeschwindigkeit, ml/min

B) Gesamtgewicht der Zufuhr, g

C) Dauer in min

D) Einlaßtemperatur oc (op)

E) Auslaßtemperatur, o_C (O)

herkömmlich durch porözentrifugal ses Metall

P) Zerstäuberdurchmesser, mm (")

G) Zerstäubergeschwindigkeit, UpM

H) Zerstäuber-Umfangsgeschwindigkeit , m/sec (in/sec)

I) Ansatz in der Kammer,

3) % Al in der Zufuhrlösung

4) % Al im Trockenpulver

5) theor. Ausbeute, bezogen auf Al, g

6) tatsächl. Ausbeute (Zyklonprodukt), g

7) % Gewinnung (6)f(5) x

8) Gewicht des Kammeransatzes

9) Teilchengrößenverteiluhg des Zyklonprodukts (Naßsieb)

A) % + 74 um

B) % + 44 pm

C) % + 15 um

100

4 000	4 000
29	28
282 (540)	282 (540)
110 (230)	110 (230)
50,8 (2»)	38,1(1-1/2»)
20 000	27 000
53,19 (2 094)	53,85 (2 120)
stark, naß	schwach
6,2	6,2
14,4	14,7
1 722	1 687
453	1 387
26,3	82,2
zum Wiegen zu naß	gering
0,8	0,3
24,7	7,8
98,1	91,3

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18

Beispiel III

Vergleich zwischen herkömmlicher Zentrifugalzerstäubung und Zerstäubung durch poröses Metall mit Sprühtrocknen einer 33 %igen Lösung eines Alurainium-Zirkon-chlorhydroxid-Komplexes

Zu 2720 g Wasser wurden 2662 g basisches Aluminiumchlorid gegeben und auf 90⁰C unter gutem Rühren erhitzt. Als die Lösung 90⁰C erreicht hatte, wurden 2070 g Zirkonyl-hydroxychlorid-Lösung (13,7 % Zr) über 1 h zugesetzt. Danach wurde der Ansatz 0,5 h(bei 100 bis 105°C) rückflußgekocht, dann auf Raumtemperatur abgekühlt. Die Analyse der klaren Lösung ergab 5,8 % Al. Zwei Ansätze der Lösung wurden wie folgt sprühgetrocknet:

1) Art der Zerstäubung

2) Arbeitsbedingungen:

A) Zufuhrgeschwindigkeit, ml/min

B) Gesamtgewicht der Zufuhr, g

C) Dauer in min

D) Einlaßtemperatur, oc (°F)

E) Auslaßtemperatur, o_c (o_P)

P) Zerstäuberdurchmesser, mm (")

G) Zerstäubergeschwindigkeit, UpM

H) Zerstäuber-Umfangsgeschwindigkeit , m/sec (in/sec)

I) Ansatz in der Kammer

herkömmlich durch porözentrifugal ses Metall

100

4 000	4 000
32	40
260 (500)	260 (500)
121 (250)	121 (250)
50,8 (2»)	31,75(1-1/4")
20 000	27 000
, 53,19 (2 094)	53,85 (2 120)
stark	sehr schwach

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-xr-

27257b4

3)	% Al in der Zufuhrlösung	• Beispiel IV	5,8	5,8
4)	% Al im Trockenpulver	17,4	18,0
5)	theor. Ausbeute, bezogen auf Al, g	1 333	1 259
6)	tatsächl. Ausbeute (Zyklonprodukt), g	227	906
7)	% Gewinnung (6)-=-(5) χ 100	17,0	70,3
8)	Gewicht des Kammer ansatzes	509	gering
9)	Teilchengrößenverteilung des Zyklonprodukts (Naßsieb):
	A) % + 74 um	1,4	0,4
	B) % + 44 μπι	26,9	5,2
	C) % + 15 pi	96,5	86,7

Vergleich zwischen herkömmlicher Zentrifugalzerstäubung und Zerstäubung durch poröses Metall mit Sprühtrocknen einer 50 %igen Lösung eines 2/3 basischen Aluminiumchlorid-Glycin-Komplexes

Zu 2000 g 50 %iger wässriger Lösung basischen Aluminium-Chlorids wurden 1000 g Aluminiumchlorid von 32 Baume gegeben. Dieses Gemisch wurde umgesetzt, indem es (bei 100 bis 105°C) 1 h unter Rückfluß gesetzt wurde. Der heißen Lösung wurden 140 g Glycin, Güteklasse N.P., zugesetzt, das sich vollständig lösen konnte. Anschließend wurde die Lösung auf Raumtemperatur gekühlt. Die klare Lösung enthielt 10,1 % Al. Zwei Ansätze der Lösung wurden wie folgt sprühgetrocknet:

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272b/b4

1) Art der Zerstäubung

2) Arbeitsbedingungen:

A) Zufuhrgeschwindigkeit, ml/min

Β) Gesamtgewicht der Zufuhr, g

C) Dauer in min

D) Einlaßtemperatur, ⁰C (⁰P)

E) Auslaßtemperatur, o_c (o_F)

F) Zerstäuberdurchmesser, ium (")

G) Zerstäubergeschwindigkeit, UpH

H) Zerstäuber-Umfangsgeschwindigkeit, m/sec (in/sec)

I) Ansatz in der Kammer

3) % Al in der Zufuhrlösung

4) % Al im Trockenpulver

5) theor. Ausbeute, bezogen auf Al, g

6) tatsächl. Ausbeute (Zyklonprodukt), g

7) % Gewinnung (6)f(5) x

8) Gewicht des Kammeransatzes

9) Teilchengroßenverteilung des Zyklonprodukts (Naßsieb)

A) % + 74 um

B) % + 44 pm

C) % + 15 μια

herkömmlich durch porözentrifugal ses Metall

100

4 000	4 000
30	35
260 (500)	260 (500)
121 (250)	121 (250)
50,8 (2")	31,75(1-1/4")
20 000	27 000
53.19 (2 094)	53.85 (2 120)
stark, naß	schwach
10,1	10,1
20,9	21,5
1 933	1 879
566	1 359
29,3	72,3
zu naß zum Wiegen	gering
3,4	0,3
32,3	28,2
98,1	99,1

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272b7bi»

Beispiel V

Vergleich zwischen herkömmlicher Zentrifugalzerstäubung und Zerstäubung durch poröses Metall mit Sprühtro denen einer 40 %igen Lösung eines Zirkon-Aluminium-chlorhydroxid-G-lycin-Komplexes

In einem v/eiteren Beispiel wurde die überlegene Zerstäubungsfähigkeit unter konstanten Bedingungen der Umlauf- und Zufuhrgeschwindigkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Drehscheibenzerstäubern gezeigt. Dabei war der Sprühtrockner ein handelsübliches Gerät, Modell M1A1 (der Bowen Engineering, Inc.) von 4,27 m (14 Fuß) Durchmesser, mit konischem Boden, gleichlaufend, Handelsgröße. Die Lösung wurde in der gleichen V/eise wie in obigem Beispiel II hergestellt, mit der Ausnahme, daß ein größerer Ansatz erfolgte.

1) Art der Zerstäubung

2) Zerstäuber

3) Zerstäubergeschwindigkeit,

UpM

4) Zerstäuber-Umfangsgeschwindigkeit, m/sec (in/sec)

5) Lösungszufuhrgeschwindigkeit, kg/min (lbs/min)

6) Teilchengrößenverteilung des Produkts % + 74 um % + 44 um % + 15 um % + 10 pm

herkömmlich zentrifugal	durch porö ses Metall	400
20,32 cm (8 η) Durch messer mit 0,48 cm (3/16 " bohr löchern	20,32 cm (8 ")Durch messer, po röses Metall	129.54 100)
12 400	12	13,56 (29,9)
129.54 (5 100)	(5	1,8
13,61 (30,0)		15,7
22,2		90,2
49,7		93,6
97,6
98,6

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Auch hier zeigt sich eine beträchtliche Zunahme der Menge an Teilchen im Größenbereich zwischen 15 und 74 um unter Verwendung des Zerstäubers mit porösem Metall. Bei der herkömmlichen Zerstäubung ergab sich auch ein starker Produktansatz an den Trocknerwandungen, jedoch nur ein geringer Ansatz bei Zerstäubung mit porösem Metall. Es kann nicht gefolgert werden, daß die Teilchengrößenverteilung, die mit dem herkömmlichen Zerstäuber erzielt wird, nicht durch Verändern der Arbeitsbedingungen verbessert werden könnte. Es folgt aber, daß weitere Optimierung des Endprodukts aus dem Zerstäuber mit dem porösen Metall auch verwirklicht werden könnte.

Eine Analyse der in den obigen Beispielen enthaltenen Daten führt zu den folgenden Schlüssen:

(1) In allen Fällen hinterließ der herkömmliche Zentrifugalzerstäuber einen schweren (und nassen) Ansatz des Materials in der Trocknungskammer. Dies legt nahe, daß ein großes Übergewicht der Zufuhrlösung zu Tröpfchen zerstäubt wurde,,zu groß, um vor dem Auftreffen auf die Kammerwandung getrocknet zu sein, und daher an ihr haftend. Als Folge hiervon schwankten die im Zyklon gesammelten Trockenpulverausbeuten zwischen 17,0 und 41,7 % (Beispiele I-IV).

In allen Fällen hinterließ der Zerstäuber mit porösem Metall einen sehr leichten Kammeransatz, was nahelegt, daß die Lösung in angemessener Weise zum Trocknen zerstäubt wurde. Als Folge hiervon betrugen die Trockenpulverausbeuten im Zyklontrockner 70,3 bis 87,7 % (Beispiele I-IV).

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2) 7)

(2) In allen Fällen führte der Zerstäuber mit porösem Metall zu einem Metallgehalt der Teilchen, der an Aluminium und/oder Zirkon höher lag als bei dem herkömmlichen Zentrifugalzerstäuber. Dies läßt überlegene Zerstäubung des Zerstäubers mit porösem Metall vermuten, da große und unregelmäßig geformte Teilchen schwieriger zu trocknen sind und folglich dazu neigen würden, einen höheren Endfeuchtigkeitsgehalt und damit einen geringeren Metallgehalt zu haben.

(3) In allen Fällen führte der Zerstäuber mit porösem Metall zu einem beträchtlich größeren Prozentsatz an Teilchen mit Durchmessern zwischen 15 und 74 um. Die Prozentsätze schwankten zwischen etwa 8 und 13 % mehr Teilchen innerhalb dieses Größenbereichs als bei Verwendung des herkömmlichen Zentrifugalzerstäubers. Zudem kann alles Material, das an den Kammerwandungen geblieben ist, als Teilchen größer als 74 um enthaltend angesehen werden.

Es kann daher der Schluß gezogen werden, daß der Zerstäuber mit porösem Metall zu einem Material mit beträchtlich engerer Teilchengrößenverteilung führt als ein herkömmlicher Zentrifugalzerstäuber, und daß der Zerstäubungsmechanismus einzigartig und unterschiedlich ist.

Da in allen Fällen sowohl die Ausbeute höher als auch die Teilchengrößenverteilung für den Zerstäuber mit porösem Metall größer war als für den herkömmlichen Zentrifugalzerstäuber, ergibt sich eine größere Menge an brauchbaren makrosphärischen Teilchen pro Einheit der verarbeiteten Lösung bei Verwendung des Zerstäubers mit porösem Metall.

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2 7 2 5 7 b

Bei den vorstehenden Beispielen wurde kein Versuch unternommen, die Teilchengrößenverteilung gegenüber einer fertigen Handelsprodukt-Spezifikation zu optimieren. Die Ansätze sollten lediglich die Unterschiede zwischen den beiden Zerstäubungsarten aufzeigen. So weit wie möglich wurden die Arbeitsbedingungen, wie Zufuhrgeschwindigkeit, Einlaß- und Auslaßtemperatur, Ansatzdauer usw., konstant gehalten, um zu aussagekräftigen Vergleichen zu führen.

Die Beispiele zeigen die quantitativen Vorteile der Erfindung. Zu den qualitativen Vorteilen gehören hohle, dickwandige, makrosphärische Teilchen mit einer größeren scheinbaren Dichte, die eher geeignet sind, zerstörerischen Kräften zu widerstehen, wie sie mit der Weiterverarbeitung, Handhabung, dem Versand und der Abgabe verbunden sind. So führt die erhöhte Widerstandsfähigkeit gegenüber Bruch zu geringeren Mengen an Teilchen unter 10 pm Größe.

Die Erfindung kann sich auch in anderen speziellen Formen verkörpern, ohne den Grundgedanken oder wesentliche Teile hiervon zu verlassen.

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Claims

4890HWlMi₁ FreiligrathstraSe 19 Postfach 1140

■W.-An«. HtIiIiI Trwitepohl Fernsprecher: S1013 $1014

Telegrammanschrift: Bahrpatente Herne Telex OS 229

Dlpl.-Ing. R. H. Bahr

Dlpl.-Phys. Eduard Betzier

Dlpl.-Ing, W. Herrmann-Trentepohl

•νρλίτ HJk MTkLT E

8000 München 40,

Eisenacher Straße 17

Pat.-Anw. Betzier Fernsprecher: 36 30 11 36 3012 36 3013

Telegrammanschrift: Babetzpat München Telex 5 215 360

Bankkonten:

Bayerische Vereinsbank Mflnchen 952 287 Dresdner Bank AG Herne 7-520 499 Postscheckkonto Dortmund 558 68-467

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^Ref-^: MO 594 9 Dr.Pr/G

In der Antwort bitte angeben

Zuschrift bitte nach:

München

Armour Pharmaceutical Company Phoenix, Arizona 85077, V.St.A.

Makrosphärische Teilchen, Verfahren und Vorrichtung zu ihrer

Herstellung

Patentansprüche

T) Hohle, dichwandige, makrosphärische Teilchen schweißverhütenden Materials mit Durchmessern überwiegend zwischen etwa 10 und 74 pm und einer Dichte über etwa 1.
2. Teilchen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Wände dick genug sind, um der üblichen Behandlung bei Versand und Handhabung ohne wesentlichen Bruch zu widerstehen.
3. Teilchen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schweißverhütende Material basische Aluminiumverbindungen, basische Aluminium-Zirkon-Komplexe, basische

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ORIGINAL INSPECTED

Aluminium-Magnesium-Komplexe, basische Aluminium-Polyol-Komplexe und/oder Magnesium-Zirkon-Komplexe sind.
4. Teilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine glatte äußere Oberfläche und wenigstens 85 % von ihnen Durchmesser zwischen etwa 10 und 74 μπι aufweisen.
5. Teilchen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Nenndurchmesser von etwa 30 μΐη aufweisen.
6. Verfahren zur Herstellung der hohlen, makrosphärischen Teilchen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine das Material, aus dem die Teilchen hergestellt werden, enthaltende Lösung bereitgestellt, diese Lösung mit Hilfe der Zentrifugalkraft durch kleine Poren diffundiert, wobei die Poren einen Nenndurchmesser kleiner als der der gewünschten Teilchen haben, daß die diffundierte Lösung in einem Heißluftstrom getrocknet wird, nachdem sie die Poren verlassen hat, so daß Teilchen mit einem Durchmesser überwiegend zwischen etwa 10 und 74 μΐη gebildet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens etwa 85 % der Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 15 und 74 μπ\ hergestellt werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zentrifugalkraft durch Drehen einer zylindrischen Diffusionseinrichtung mit einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 38,1 bis etwa 152,4 m/sec (1500 bis 60O0 in/sec) erzeugt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung einer Diffusionseinrichtung mit kleinen Poren

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_ 3 _ 2 7 2 b 7 b 4

in einer Zufuhrgeschwindigkeit von etwa 0,227 bis

2 7

1,134 kg/min/6,45 cm (0,5 bis 2,5 lb/min/in ) der inneren Oberfläche der diffundierenden Einrichtung zugeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung durch einen Luftstrom mit einer Einlaßtemperatur von etwa 229 bis etwa 282 C (445 bis etwa 540 °F) und einer Auslaßtemperatur von etwa 91 bis etwa 121 ⁰C (195 bis 250 ⁰F) getrocknet wird.
11. Vorrichtung zur Herstellung trockener, hohler, makrosphärischer Teilchen aus einer das Material, aus dem die Teilchen hergestellt werden, enthaltenden Lösung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Sprühtrocknungskammer und einen in der Sprühtrocknungskammer angebrachten Zentrifugalzerstäuber, der einen peripheren Ring aus porösem Material aufweist, welcher zwischen einem Oberteil (22) und einem Bodenteil (28) angebracht ist, durch eine Antriebseinrichtung, die mit dem Zerstäuber zu dessen Rotation mit hohen Umfangsgeschwindigkeiten befestigt ist, wobei das Oberteil eine öffnung in seiner Mitte zum Durchgang der Lösung zum Inneren des Rings aus porösem Material aufweist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus porösem Material ein Ring aus porösem Sintermetall ist, der makrosphärische Teilchen mit Durchmessern überwiegend zwischen 10 und 74 um zu erzeugen vermag.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring aus porösem Sintermetall eine Nenngröße der Poren von etwa 20 μΐη aufweist und hohle makrosphärische Teilchen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von etwa 30 pm erzeugt.

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14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Sintermetall Monelmetall oder rostfreier Stahl 316 ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Rings aus porösem Sintermetall geschliffen und zur Ausbildung scharfer Kanten an den äußeren Porenöffnungen geätzt ist.

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