Vloeigedrag van granulaat bepaalt  het type verpakking

Veilig vloeien

Voor het verpakken van gevaarlijke goederen moet de verpakking in het ontwerpstadium getest worden volgens UN normen. Om niet met de gevaarlijke stof zelf te hoeven testen, mag deze vervangen worden door een andere stof. Voor vaste stoffen moet de vervangende stof dezelfde eigenschappen hebben, massa en korrelgrootte, als de te verpakken gevaarlijke stof.

De eigenschappen moeten worden opgenomen in het testrapport. Voor Duitse goedkeuring moet het rapport de hoek opnemen waaronder een granulaat gaat stromen. Deze parameter wordt dus gebruikt om het vloeigedrag van een bulkmateriaal te beschrijven. De gebruiker mag alleen die producten vervoeren in de goedgekeurde verpakking, waarvan de stroomhoek van het granulaat hoger is dan die uit de test. Hoe groter de stroomhoek, des te slechter het vloeigedrag.

Mechanische veiligheid

Het vloeigedrag van een granulaat beïnvloedt de mechanische veiligheid van de verpakking en het ongewenst vrijkomen van het product onder normale omstandigheden. Bij een impact, een plotselinge verandering van snelheid, laat onderzoek zien dat het vloeigedrag van het product zakken doet scheuren. Hoe minder vloeigedrag een product vertoont, des te minder het product de verpakking belast.

Ook trillingen hebben invloed, zoals op het ongewenst vrijkomen van stoffen uit bijvoorbeeld naden van zakken en ook dat wordt beïnvloed door het stroomgedrag van het product. Reden voor onderzoekers van het Federal Institute for Materials Research and Testing (BAM) uit Berlijn om zich te verdiepen in de testen die gebruikt worden om de stroomhoek van een granulaat vast te stellen.

BAM is een gerenommeerd instituut op het terrein van onderzoek naar transport van gevaarlijke stoffen dat regelmatig met onderzoeksresultaten komt en nagenoeg ieder jaar op een IAPRI conferentie een presentatie geeft van de laatste bevindingen.

Factoren

Stroomgedrag van een granulaat of poeder is een complex fenomeen, waarbij veel factoren van invloed zijn. De belangrijkste zijn korrelgrootte en -vorm, en de korrelgrootte en korrelvormverdeling. Dus of er een groot verschil zit tussen de kleinste en grootste korrels en hoe die verdeling eruit ziet. Andere factoren die een rol spelen zijn oppervlakte ruwheid van de korrel, materiaaldichtheid, elektrostatische eigenschappen, chemische samenstelling en vochtgehalte. In het algemeen neemt de stroomweerstand af met toename van de korrelgrootte. De zwaartekracht per korrel wordt dan groter dan de onderlinge krachten tussen korrels.

En omgekeerd, bij kleine korrelgrootte zijn de onderlinge krachten groter dan de zwaartekracht wat minder vloeigedrag oplevert.

“Angle of repose”

De onderzoekers noemen Marchetti en Hulme-Smith die aangeven dat er meerdere methoden bestaan om het vloeigedrag te meten en dat er behoefte is aan een snelle en reproduceerbare meetmethode voor het vaststellen van het vloeigedrag van bulkstoffen. De onderzoekers hebben daarom gekeken naar de methoden die in gebruik zijn om deze onderling te vergelijken. De zogenaamde “angle of repose”, de hoek waaronder een granulaat gaat stromen, is bijvoorbeeld de hoek die een hoeveelheid van het product maakt als deze uit een trechter op een vlak oppervlak stroomt. De waarde is de hoek van de driehoek van de doorsnede met het oppervlak.

Als een granulaat stroomt bij een hoek van 25-30 graden dan is het vloeigedrag uitstekend, als dit gebeurt bij een hoek 56-65 dan is dit erg slecht en boven 65 graden heel erg slecht. In de praktijk worden verschillende methoden gebruikt om de stromingshoek vast te stellen. De meeste gebruikten zijn het granulaat vanuit een trechter op een oppervlak laten stromen (fixed-funnel method) en dan de hoek bepalen; vanuit een trechter op een oppervlak met randen laten stromen (fixed-cone method) en ook hier de hoek opmeten; een gevulde bak met granulaat aan een zijde optillen en de hoek bepalen wanneer het granulaat gaat stromen (kinetic or dynamic method); en een gevulde cilinder met poeder draaien en bepalen bij welke hoek het granulaat stroomt (rotating cylinder method).

Hausner ratio

Een andere methode om het vloeigedrag van een granulaat vast te leggen is met de Hausner ratio. Deze ratio is de quotiënt tussen het poeder in verdichte vorm, na aanstampen, en in de vorm zoals het vrij stroomt. Dit getal begint bij 1 voor een zeer goed vloeiend granulaat dat zich niet laat verdichten en loopt op tot boven 1.60 voor een zeer slecht stromend granulaat. In feite is de Hausner ratio een eigenschap van een bulkmateriaal om het volume te reduceren onder mechanische invloed.

De ratio neemt toe als de korrelgrootte afneemt. Voor 12 verschillende, niet gevaarlijke bulkstoffen is onderzoek gedaan naar de stroomhoek en de Hausner ratio. De verschillende meetmethoden voor het vaststellen van de stroomhoek, zoals hiervoor uitgelegd, zijn gebruikt. De onderzoekers stellen vast dat de verschillende methoden waarden geven die uiteen lopen en afhankelijk zijn van het aantal uitgevoerde testen.

De Duitse instituten die de stroomhoek bepalen, gebruiken niet allemaal dezelfde methode. Bij het vaststellen van de Hausner ratio wordt geen grote variatie in waarde gevonden. De onderzoekers doen daarom de aanbeveling dat er een uniforme meetmethode komt die door alle instituten gebruikt gaat worden, dat de testmethode in het testrapport wordt opgenomen, dat er een toegankelijke testmethode wordt gekozen. Ze concluderen dat de Hausner ratio een betere waarde is om te gebruiken bij het onderzoeken van de geschiktheid van verpakkingen voor gevaarlijke goederen voor granulaten