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Information für die Wissenschaft Nr. 48 | 28. August 2012
Dritte Förderperiode im Schwerpunktprogramm „Prozess-Spray“ (SPP 1423)

Herstellen funktionaler Feststoffpartikeln in Sprühverfahren – Von den Anforderungen an das Pulver und an seine Eigenschaften zum geeigneten Prozess

Feststoffe in Pulverform sind Produkte oder Produktionshilfsstoffe in der chemischen, pharmazeutischen, medizintechnischen Industrie oder artverwandten Industriebereichen. Das Anforderungsprofil an diese partikulären Systeme wird vorgegeben durch ihre chemische, biologische oder physikalische Wirkung, aber auch durch verarbeitungs- oder prozesstechnische Randbedingungen und Anforderungen wie zum Beispiel die Riesel- oder Fließfähigkeit, die Lösungskinetik, die Staubbildung, die Schüttdichte und vieles mehr. Somit werden die Eigenschaftsfunktionen von Pulvern auf der Basis von Merkmalen wie der Partikelstruktur, der geometrischen Struktur, der Haufwerkszusammensetzung und der chemischen Zusammensetzung definiert. Ein wesentlicher Prozess zur Generierung derartiger hochdisperser Pulversysteme mit einstellbaren Eigenschaften ist die Zerstäubung mittels geeigneter Sprühverfahren.

Gegenstand des Schwerpunktprogramms ist die gezielte Entwicklung und Anwendung von prozessintegrierten Zerstäubungsverfahren zur Generierung maßgeschneiderter Feststoffe in Pulverform mit definierten Eigenschaftsfunktionen. Ziel ist es, Maßnahmen zur Kontrolle und Steuerung der Elementarprozesse in Sprühverfahren wie beispielsweise der Zerteilung, dem Transport, der Verfestigung, der Reaktion und der Kollision zu entwickeln. Diese Untersuchungen müssen stets die Einstellung definierter Partikelformen und Partikelstrukturen beinhalten. Dabei liegt der Ausgangsstoff des Zerstäubungsprozesses als Fluid, zumeist jedoch als komplexes mehrphasiges System zum Beispiel einer Suspension oder Emulsion vor. Diese Ausgangsbedingungen stellen eine Herausforderung an den für bestimmte Eigenschaften des Endproduktes zu wählenden Prozess dar. Sie enthalten zugleich ein wesentliches Potenzial für die Entwicklung neuer Pulvermaterialien. Aus dieser Prozess/System-Konfiguration werden wesentliche Erkenntnisse zur Entwicklung von „tailor-made“ dispersen Systemen erwartet.

Im Rahmen des Schwerpunktprogramms „Prozess-Spray“ soll in einem rekursiven Designansatz aus den geforderten Partikeleigenschaften das Anforderungsprofil an den Desintegrationsvorgang und den Sprayprozess definiert werden, das in der technischen Anwendung in ein adaptiertes Zerstäubungs- und Anlagenkonzept umzusetzen und zu überprüfen ist. Es ergeben sich so im Forschungsansatz notwendige Verknüpfungen und Wechselwirkungen von Verfahrens- und Strömungstechnikern mit Anwendern aus der Pharmazie, der Metallurgie oder der Oberflächentechnik.

Das Forschungsprogramm des SPP ist in drei Bereichen aufgestellt:

  • Mikroebene: Elementarprozesse Untersuchungen der Elementarprozesse an den Phasengrenzen mehrphasiger Systeme in Sprayprozessen

  • Prozessanalyse: Skalierung und Modellbildung prozesstechnische Untersuchungen bei der Feststoffsynthese im Sprayverfahren physikalische Modellierung und Simulation von Sprayverfahren zur Partikelerzeugung und ihre experimentelle Validierung Ableitungen zur Prozessskalierung in Sprayverfahren

  • Makroebene: Prozessfunktionen und Partikeleigenschaften rekursives Design zur Definition und Auswahl geeigneter Formulierungen und Prozesse für die Herstellung von Feststoffpartikeln im Sprayverfahren

Als Feedmaterialien für die verschiedenen Zerstäubungsprozesse zur Feststoffsynthese sollen im Rahmen des SPP Systeme mit komplexem rheologischem Verhalten verwendet werden, also insbesondere Suspensionen, Emulsionen und Lösungen. Zu Vergleichszwecken innerhalb des SPP können hierfür, neben den eigenen, vorhabenspezifischen Feedmaterialien, Standard-Modellsysteme in die Untersuchungen einbezogen werden. Die Spezifikationen der Modellsysteme sind auf der Internetseite des SPP aufgeführt.

Im Rahmen des SPP besteht die Möglichkeit, verschiedene Zerstäubungsanlagen im Technikums- beziehungsweise Pilotmaßstab in verschiedenen Instituten und bei Industriepartnern in den Arbeitsplan einzubeziehen. Hierdurch werden für alle Teilnehmer vergleichbare und standardisierte Versuchsbedingungen gewährleistet. Informationen über die zur Verfügung stehenden Zerstäubungsanlagen und ihre Spezifikationen sind für potenzielle Antragsteller auf den Webseiten des SPP im Internet hinterlegt. Auch die Einrichtung von Transferprojekten mit Industriebeteiligung ist wünschenswert.

Die Schwerpunkte der Arbeiten in den einzelnen Teilprojekten sollen sich innerhalb der gesamten Projektlaufzeit von der Methodenentwicklung und der Betrachtung von Einzelprozessen und Prozessschritten zunehmend auf die integrale Prozessbetrachtung für die Pulverproduktion in Sprayverfahren verlagern. Die verallgemeinernde Modellbildung und die integrale Prozessbetrachtung im Hinblick auf das rekursive Prozessdesign von Sprayprozessen für die Pulvergenerierung sollen deshalb insbesondere im Fokus der Projekte in der dritten Förderperiode sein.

Um die Kohärenz der Forschungsprojekte im Schwerpunktprogramm zu gewährleisten, sollen die Arbeiten im SPP weiterhin auf die folgenden Bedingungen und Prozesse eingeschränkt beziehungsweise fokussiert werden:

  • Im Fokus des SPP sind Zerstäubungsverfahren zur Herstellung von Partikeln mit gezielten Eigenschaften, die ausschließlich in einer Gasumgebung ablaufen, das heißt, Syntheseprozesse in flüssiger Umgebung sind ausgeschlossen. Auch sollen Partikelbildungsprozesse durch Kondensations- und Desublimationsvorgänge aus der Gasphase ausgeschlossen werden. Eine gewünschte Ausnahme bilden hier Beschichtungen von Partikeln in ihrer Bildungsphase zum Beispiel durch Kondensationsvorgänge.

  • Die mittleren Tropfen- beziehungsweise Partikelgrößen sollen sich auf die bei üblichen Sprayprozessen im technischen Rahmen erreichbaren Abmessungen zwischen 1 µm und 1000 µm beschränken. Beschichtungsvorgänge dieser Partikeln mit noch kleineren Subpartikeln sind zugelassen.

  • Die Aufbauagglomeration von Partikeln, zum Beispiel in Wirbelschichten, ist nicht Thema des Programms.

  • Sprayprozesse mit Verbrennung sollen im Rahmen des SPP nicht untersucht werden.

Das Schwerpunktprogramm „Prozess-Spray“ wird seit März 2009 gefördert.

Anträge für die dritte und letzte Förderperiode sollten in zweifacher Ausfertigung und in elektronischer Form auf CD-ROM mit allen Anlagen (vorzugsweise im PDF-Format) möglichst früh, spätestens bis 6. November 2012 (Deadline), bei der Geschäftsstelle der Deutschen Forschungsgemeinschaft, Dr.-Ing. Bernd Giernoth, unter dem Kennwort „Prozess-Spray, SPP 1423/3“ eingehen. Eine Kopie als PDF-Version senden Sie bitte per E-Mail an

Das Begutachtungskolloquium des SPP wird voraussichtlich am 23. Januar 2013 stattfinden.

Weiterführende Informationen

Die DFG-Merkblätter für Anträge im Rahmen eines Schwerpunktprogramms finden Sie unter:

Inhaltliche Fragen beantwortet Ihnen der Koordinator des SPP:

  • Professor Dr.-Ing. Udo Fritsching
    IWT Stiftung Institut für Werkstofftechnik
    Badgasteiner Straße 3
    28359 Bremen
    Tel. +49 421 218 36 63
    ufri@iwt.uni-bremen.de 

Ansprechpartner in der DFG:

  • Dr.-Ing. Bernd Giernoth
    Deutsche Forschungsgemeinschaft
    Kennedyallee 40
    53175 Bonn
    Tel. +49 228 885-2284
    Bernd.Giernoth@dfg.de

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