流动助剂通常用于改善药品、食品配料、农业化学品、涂料、化妆品和许多其他重要的工业级粉体的流动特性。常用的添加剂包括气相二氧化硅，通常为粒径较小的纳米级颗粒。含量较少时，这些颗粒会粘附于粒径较大的辅料颗粒表面，形成一层薄薄的或稀疏的包覆，从而改善表面特性，使得颗粒之间更易于移动，堆积效率更高。然而，超过一定的含量后，粉体集合体中松散的纳米颗粒聚集于辅料颗粒的间隙中，由于助剂粒径较小、粘性作用较强而形成团聚。因此，过量的流动助剂就会对流动行为产生不利的影响，而确定特定应用场景下最佳的含量至关重要。

Micromeritics FT4 粉体流变仪

本项研究中，使用 Micromeritics FT4 粉体流变仪测量微晶纤维素（MCC-Avicel 101，Sigma—Aldrich公司）和疏水性胶态二氧化硅（Aerosil R972—赢创工业公司）混合物的整体、剪切和动态粉体特性。MCC 在制药行业中应用广泛，例如压片、制粒和挤出滚圆等。混合物的制备方法是将单批一公斤的 MCC 分成五份，然后加入胶态二氧化硅，制得质量含量为 0.25%、1.00%、 2.50% 和 4.00% 的样品。

FT4 粉体流变仪测试结果

FT4 粉体流变仪中进行的所有测试都要先经过预处理程序，确保测量流动特性之前样品的堆积状态一致。预处理程序消除了样品的历史记忆，减少了先前振动、加工和处理条件的影响。

· 充气

空气在颗粒间传输的能力与粉体内聚作用密切相关。当颗粒间的内聚力强于颗粒平均重力时，粉体就会表现出粘性行为，而当空气向上流经粉床时，无法达到完全流化的状态，即单独的颗粒难以在空气中悬浮。因此，粘性的粉体在充气时会形成停留区，粉体的粘性越大，粉床的停留比例就越大。当 FT4 桨叶在充气的粉体中移动时，如果粉床已经充分均匀地流化，那么桨叶在床层中移动时遇到的阻力将极小——流动能接近于零。相反，对于粘性的粉体，即使气流速度很高，桨叶移动过程中也会遇到阻力，流动能不会降至零。

充气测试的结果表明，当空气流经粉床时，桨叶通过粉床时所受到的阻力（实际测量的是发生精确流动状态所需的总能量）都有所下降。对于未添加助流剂的纯 Avicel，即使在较高的气流速度下仍然存在阻力，表明该样品是这组粉体中内聚和粘性作用最大的，与之相反，气相二氧化硅质量含量 0.25% 时能获得最低的残余充气能，也表明该样品内聚作用最小。

· 整体特性

松装密度的测量可以说明颗粒在重力作用下相互移动和排列的能力。由于二氧化硅的添加量很小，可以认为五个样品的平均颗粒密度近似。预处理松装密度（CBD）越高，说明 Avicel（MCC）颗粒的堆积效率越高。

此处纯 Avicel 的 CBD 值最低，混合物随着助流剂的添加量提高，整体的堆积效率降低。与充气测试中发现的内聚作用增加，趋势一致。0.25% 和 1% 样品的结果说明，在这些含量下，助流剂能有效地包覆颗粒，提高紧密堆积的能力。助流剂含量较高时，观察到堆积效率较低，与充气测试中内聚作用较强的二氧化硅易形成松散的团块，情况一致。

可压性量化了粉体对施加压缩应力的响应，反映了松装密度的变化趋势。低效的堆积可能受到颗粒间强粘性作用的影响，造成了粉床内部结构的变化和夹带空气含量的差异。在外部压缩载荷的作用下，这些堆积结构破坏，导致相对显著的体积变化，进而产生较高的可压性。

因此，这里观察到相对较高的可压性表明这些样品的粘性作用，尽管样品之间存在明显的差异。纯 Avicel 的内聚作用最强；0.25% 和 1% 的内聚作用最弱。

· 剪切特性

剪切特性量化了中、高应力下的流动行为，特别是粉体从静止过渡到流动的难易程度，与料斗卸料性能密切相关。

· 动态特性

基本流动能（BFE）是一种动态粉体特性，量化粉体在低至中等压力状态下基于体积的流动阻力，包括混合过程或压片机进料靴中强制施加应力这一类的条件。参考整体和剪切特性有助于理解观察到的 BFE 值趋势。

结论

综合以上充气、整体、剪切和动态特性的测量结果表明，评估助流剂的添加和优化含量时，多方面的粉体表征具有重要的价值。0.25% 或 1.0% 的含量足以提高堆积效率和重力作用下的无约束流动行为（SE），而更高的含量对这些方面的性能影响甚微。使用极少量的助流剂也能优化料斗卸料的表现。另一方面，BFE 值表明，在某些条件下，较低含量的助流剂反而不利于流动表现，只有将助流剂含量提高到4% 时，才能获得明显的改善。通过全面理解这些不同的影响因素，借助多方面的粉体表征技术，能够基于粉体知识来优化助流剂的使用，并对成本与性能提升进行特定应用方面的高效评估。

关于麦克默瑞提克

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