Miniaturowe wytłaczarki laboratoryjne

Miniaturowe wytłaczarki laboratoryjne SiTech3D są przeznaczone do badań materiałowych, rozwoju formulacji i eksperymentów technologicznych prowadzonych przy ograniczonej ilości surowca. Oferta obejmuje jednoślimakowe LE-1S 12 i 16 mm, dwuślimakowe LE-2CC 2×12 i 2×16 mm, stożkową wytłaczarkę LEC-2CC z wymiennymi wkładkami cylindra o objętości 5–20 ml oraz specjalistyczne wykonania farmaceutyczne do procesów HME (Hot-Melt Extrusion).

Dobór urządzenia wynika z celu eksperymentu: uplastyczniania i formowania materiału, przygotowania wieloskładnikowego compoundu albo prowadzenia badań przy bardzo małej objętości roboczej. Zależnie od konstrukcji i wyposażenia stanowisko może obejmować konfigurowalny układ ślimakowy, dozowanie, pomiary parametrów procesu, rejestrację danych oraz urządzenia do formowania i odbioru produktu. Celem jest uzyskanie wartościowych, porównywalnych wyników przy racjonalnym wykorzystaniu dostępnego materiału.

Trzy skale rozwoju procesu SiTech3D

Wybór skali zależy od dostępnej ilości materiału, celu badań i warunków technologicznych, które należy odtworzyć. Urządzenia miniaturowe, laboratoryjne i pilotażowe odpowiadają różnym zadaniom badawczym. Nie jest konieczne przechodzenie kolejno przez wszystkie trzy skale.

Miniaturowe wytłaczarki – więcej informacji z mniejszej ilości materiału

W badaniach nowych polimerów, dodatków funkcjonalnych, kompozytów i formulacji specjalistycznych ilość dostępnego surowca często ogranicza zakres eksperymentów. Miniaturowe stanowiska pozwalają badać zachowanie materiału przy małych strumieniach przetwarzania, ograniczać zużycie kosztownych składników i porównywać różne warianty procesu.

Najważniejszym kryterium nie jest jednak sama wielkość urządzenia. Wartość eksperymentu zależy od możliwości kontrolowania operacji technologicznych, uzyskania reprezentatywnej próbki i powiązania jej właściwości z rzeczywistymi warunkami procesu.

Miniaturyzacja wymaga również uwzględnienia specyficznych ograniczeń. Znaczenie mają stabilność dozowania małych strumieni, objętość materiału pozostającego w układzie, czas rozruchu, sposób czyszczenia oraz ilość produktu potrzebna do dalszych analiz. Dlatego najmniejsza objętość robocza nie zawsze oznacza najmniejsze całkowite zużycie surowca podczas badania.

Trzy architektury miniaturowych wytłaczarek SiTech3D

LE-1S 12 i 16 mm – uplastycznianie, homogenizacja i formowanie

Miniaturowe wytłaczarki jednoślimakowe LE-1S 12 mm oraz LE-1S 16 mm są przeznaczone do badań transportu, topienia, homogenizacji i formowania materiałów polimerowych.

Umożliwiają analizowanie wpływu geometrii ślimaka, profilu temperatury, prędkości obrotowej, warunków zasilania i oporów głowicy na przebieg uplastyczniania oraz właściwości otrzymywanego stopu. W odpowiednio dobranych konfiguracjach ślimak może realizować także określone funkcje mieszające.

W LE-1S 16 mm zastosowano strefę karmienia dostosowaną do podawania standardowego granulatu oraz rozwiązanie umożliwiające wyjmowanie ślimaka od strony napędu bez demontażu głowicy. Ma to znaczenie podczas zmiany materiału, czyszczenia i kolejnych prób technologicznych. Dobór między modelami 12 i 16 mm powinien wynikać z materiału, wymaganej ilości produktu oraz warunków eksperymentu.

LE-2CC 2×12 i 2×16 mm – konfigurowanie mieszania i compoundingu

Miniaturowe wytłaczarki dwuślimakowe LE-2CC 2×12 mm oraz LE-2CC 2×16 mm umożliwiają prowadzenie badań nad formulacjami wieloskładnikowymi, compoundingiem i wpływem konfiguracji procesu na właściwości materiału.

Ich istotnym wyróżnikiem jest segmentowa konstrukcja ślimaków. Dobór elementów transportujących, ugniatających i mieszających pozwala kształtować kolejne strefy procesu, intensywność mieszania, stopień wypełnienia oraz historię termomechaniczną materiału. Dzielony cylinder i wymienne powierzchnie robocze ułatwiają zmianę konfiguracji, inspekcję i czyszczenie układu.

W odpowiednich wykonaniach możliwa jest praca współbieżna lub przeciwbieżna, z geometrią ślimaków dobraną do wybranego sposobu transportu i mieszania. Stanowisko może być także konfigurowane z dodatkowymi dozownikami, portami procesowymi i odgazowaniem.

Takie rozwiązanie pozwala traktować geometrię ślimaków jako zmienną eksperymentalną. SiTech3D udostępnia techniczną bazę segmentów ślimakowych, przedstawiającą przykłady geometrii i funkcji elementów roboczych.

LEC-2CC 5–20 ml – stożkowy układ z recyrkulacją materiału

LEC-2CC jest miniaturową wytłaczarką dwuślimakową o stożkowej geometrii układu uplastyczniającego. Wyróżnia się możliwością stosowania wymiennych wkładek cylindra o objętościach 5, 10, 15 i 20 ml oraz kanałem cyrkulacyjnym z obiegiem powrotnym materiału.

Rozwiązanie to umożliwia prowadzenie badań formulacyjnych przy bardzo małej objętości roboczej, a także analizowanie wpływu recyrkulacji i czasu oddziaływania na przebieg mieszania, uplastyczniania oraz właściwości materiału. Jest szczególnie interesujące przy kosztownych surowcach i eksperymentach wymagających wielu kolejnych wariantów formulacji.

W układzie z recyrkulacją istotne jest kontrolowanie historii cieplnej i mechanicznej materiału. Wydłużenie czasu jego przebywania może wpływać zarówno na stopień wymieszania, jak i na niepożądane przemiany lub degradację. Dlatego warunki próby należy dobierać do właściwości badanego materiału.

Objętość wkładki cylindra nie jest tożsama z całkowitą ilością materiału potrzebną do eksperymentu. Rzeczywiste zapotrzebowanie zależy również od sposobu zasilania, przebiegu próby, pobierania materiału i czyszczenia stanowiska.

Miniaturowe wytłaczarki farmaceutyczne – HME

W farmaceutycznym wytłaczaniu na gorąco, określanym jako HME (Hot-Melt Extrusion), ograniczenie ilości surowca ma szczególne znaczenie ze względu na koszt i dostępność substancji aktywnych (API) oraz składników pomocniczych. Miniaturowe stanowiska pozwalają rozwijać formulacje i porównywać warunki procesu bez konieczności przygotowywania dużych partii materiału.

SiTech3D oferuje miniaturowe wytłaczarki jednoślimakowe farmaceutyczne oraz miniaturowe wytłaczarki dwuślimakowe farmaceutyczne. Wybór architektury zależy między innymi od właściwości formulacji, sposobu przygotowania mieszaniny, wymaganych operacji mieszania i formowania oraz dopuszczalnej historii termomechanicznej materiału.

W badaniach HME istotne są temperatura materiału, intensywność oddziaływania mechanicznego, czas przebywania i warunki dozowania. Należy je analizować z uwzględnieniem właściwości substancji aktywnej oraz nośnika. Wymagania dotyczące materiałów części kontaktujących się z produktem, czyszczenia, dokumentowania procesu i ewentualnej kwalifikacji urządzenia ustala się dla konkretnego zastosowania.

Jak zaplanować wiarygodny eksperyment w małej skali?

Podczas badań miniaturowych znaczenie ma nie tylko odczyt parametrów maszyny, ale również właściwa organizacja eksperymentu. Małe ilości surowca powodują, że rozruch, niestabilne dozowanie lub materiał pozostający w układzie mogą istotnie wpływać na wynik i bilans całej próby.

W zależności od wyposażenia stanowiska można rejestrować temperatury, ciśnienie stopu, obciążenie napędu, moment obrotowy, prędkość ślimaków oraz parametry dozowania. Żaden pojedynczy sygnał nie opisuje samodzielnie stanu materiału. Wartość wyników rośnie, gdy dane procesowe analizuje się łącznie z recepturą, konfiguracją urządzenia i właściwościami produktu.

MiniLab – kompletny proces w miniaturowej skali

Miniaturowa wytłaczarka może stanowić część kompletnej linii badawczej. Przykładem rozwiązania SiTech3D jest MiniLab – miniaturowa linia laboratoryjna, konfigurowana z jednoślimakową LE-1S 12 mm lub dwuślimakową LE-2CC 2×12 mm.

W zależności od projektu stanowisko może integrować kolejne operacje technologiczne:

Dozowanie → wytłaczanie → formowanie → chłodzenie i kalibracja → pomiar produktu → odciąg i nawijanie.

Uzupełnieniem procesu mogą być rejestracja danych, receptury technologiczne i odpowiednio skonfigurowane funkcje automatycznej regulacji. Pozwala to analizować nie tylko zachowanie materiału w wytłaczarce, lecz również wpływ dalszych operacji na geometrię i jakość produktu.

MiniLab pokazuje, że ograniczona ilość materiału nie musi oznaczać ograniczenia eksperymentu do samego uplastyczniania. W odpowiednio wyposażonej linii można badać powiązania pomiędzy formulacją, parametrami procesu a właściwościami otrzymywanego wyrobu.

Od badań miniaturowych do dalszego rozwoju technologii

Wyniki eksperymentów miniaturowych mogą być wykorzystane podczas rozwoju formulacji, wyboru konfiguracji procesu i planowania badań w większej skali. Nie oznacza to jednak możliwości prostego przeniesienia prędkości obrotowej, temperatur lub wydajności na większą wytłaczarkę.

Zmiana skali wpływa na transport materiału, wymianę ciepła, stopień wypełnienia, intensywność mieszania i rozkład czasu przebywania. Dlatego celem badań miniaturowych powinno być przede wszystkim ustalenie, które warunki procesu odpowiadają za uzyskane właściwości materiału i produktu.

Dobór miniaturowej wytłaczarki SiTech3D

Dobór stanowiska warto rozpocząć od informacji o materiale i planowanych badaniach. Najważniejsze są:

• rodzaj materiału, jego postać, właściwości i ilość dostępna do prób;
• skład formulacji oraz wymagany sposób dozowania komponentów;
• cel eksperymentu: uplastycznianie, mieszanie, compounding, HME lub formowanie produktu;
• wymagana ilość i postać próbek, zakres pomiarów oraz planowany dalszy rozwój technologii.

Na tej podstawie SiTech3D może dobrać odpowiednią architekturę jednoślimakową, dwuślimakową lub stożkową, sposób konfiguracji procesu, wyposażenie pomiarowe oraz ewentualną integrację z dalszymi urządzeniami linii.

Miniaturowe stanowisko badawcze powinno być dobierane do informacji, które ma dostarczyć eksperyment, a nie wyłącznie do najmniejszej możliwej średnicy ślimaka. Skontaktuj się z SiTech3D, aby omówić materiał, zakres badań i konfigurację stanowiska.

FAQ – miniaturowe wytłaczarki laboratoryjne

Czy objętość robocza 5 ml oznacza, że do próby wystarczy 5 ml materiału?

Nie. Objętość robocza wkładki cylindra jest parametrem konstrukcyjnym. Całkowite zapotrzebowanie na materiał zależy również od sposobu zasilania, przebiegu eksperymentu, uzyskiwanej próbki, pozostałości materiału i czyszczenia układu.

Czym różni się stożkowa LEC-2CC od miniaturowej LE-2CC?

LE-2CC wykorzystuje równoległy układ dwuślimakowy z segmentami umożliwiającymi konfigurację kolejnych stref procesu. LEC-2CC stosuje stożkową geometrię, wymienne wkładki o określonej objętości oraz kanał recyrkulacyjny. Wybór zależy od ilości materiału, celu badania i wymaganego sposobu oddziaływania na formulację.

Czy wyniki z miniaturowej wytłaczarki można wykorzystać do skalowania procesu?

Tak, zwłaszcza do identyfikacji zależności pomiędzy formulacją, warunkami przetwarzania i właściwościami produktu. Przenoszenie technologii do większej skali wymaga jednak uwzględnienia zmian geometrii, wymiany ciepła, ścinania, transportu i czasu przebywania, a następnie odpowiednio zaprojektowanych prób walidacyjnych.