Walzencoating Neuer Labor-Walzencoater für die Entwicklung von Food- und Pharma-Beschichtungen

Im Rahmen einer Kooperation entstand an der Beuth Hochschule für Technik ein Laborgerät zur Herstellung von großflächigen Filmen im Sprühverfahren. Dieses Gerät ermöglicht durch die reproduzierbare Herstellung von Sprühfilmen die Untersuchung von Filmbildung und Filmeigenschaften außerhalb eines Coaters. Erfahren Sie mehr über Konstruktion und erste Testergebnisse.

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Beuth Hochschule

Coatings werden für Lebensmittel und pharmazeutische Produkte eingesetzt, u.a. um Geschmack zu maskieren, die Farbgebung zu steuern oder auch als Schutz vor mechanischem Abrieb, Feuchte und Oxidation. Der Trend geht zur Entwicklung wasserbasierter oder lösungsmittelfreier Coatings mit Biopolymeren als Filmbildnern (1). Die Untersuchung des Filmbildungsverhaltens und der Filmeigenschaften ist in Laborcoatern oft nur unzureichend darstellbar. Die Variabilität bei der Befilmung und die Größe der Filme reichen für eine komplexe Charakterisierung häufig nicht aus.

Erhebliche Unterschiede zwischen den Verfahren

Im Gegensatz zu gegossenen Filmen, bei denen der Film aus einer konzentrierten Lösung durch Verdampfen des Lösungsmittels entsteht, ist über gesprühte Filme nur wenig Literatur zu finden. Das liegt hauptsächlich an dem höheren technischen Aufwand bei bisher geringer Reproduzierbarkeit (2). Die Methode des gegossenen Filmes unterscheidet sich in den Randbedingungen, dem Trocknungsverhalten und der Dispersionsstabilität erheblich vom Sprühverfahren. Gerade die Phasentrennung in Dispersionen kann beim Gießverfahren zu Artefakten im Film führen. Ein reproduzierbar herstellbarer Sprühfilm kann bei der Entwicklung neuer Coatings sehr hilfreich sein.

Die Untersuchungen von Obara, McGinity (2) und Linda, Felton (3) zu Sprühfilmen wurden an eigenen Laboraufbauten gemacht und zeigten bereits, dass die Ergebnisse deutlich näher an realen Coatings liegen als die von gegossenen Filmen.

Hohe Anforderungen

Der Entwicklung des Labor-Walzencoaters LWC 1 lag somit die Vorgabe zugrunde, im Sprühverfahren definierte und reproduzierbare Filme aus Polymeren, Pseudolatex oder auch Emulsionen auf frei wählbaren Substratoberflächen herstellen zu können. Weiterhin sollte ein Prototyp geschaffen werden, der nach der experimentellen Erprobung kommerziell erhältlich ist.

Der LWC 1 (Abb. 1) ist mit einem Gewicht von 25 kg und den Maßen L x H X T = 600 x 180 x 300 mm ein kompaktes Tischgerät. Es besteht aus einer drehbaren Walze, die nach Vorgabe der gewünschten Substratoberfläche einfach ausgewechselt werden kann. Für den Auftrag der Lösung kommt eine pressluftbetriebene Venturidüse zum Einsatz. Flüssigkeit und Luft werden bereits im Inneren des Zerstäubers gemischt und erzeugen eine Zweiphasenströmung. Die Düse arbeitet selbstansaugend. Es kann aber auch eine Pumpe zur Förderung der Coatinglösung aus einem Vorratsgefäß verwendet werden. Die Düse bewegt sich axial zur Walze, um eine gleichmäßige Verteilung der Coatingflüssigkeit zu gewährleisten.

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