Laserbeugung für die Größenbestimmung in Pigmentsystemen

Pigmente und Farben werden in zahlreichen Industriebereichen verwendet. Die Eigenschaften eines bestimmten Pigmentsystems, wie beispielsweise die Färbungsstärke oder die Farbtiefe, werden hauptsächlich durch die Partikelgrößenverteilung bestimmt. Physikalische Faktoren wie diese können eine essenzielle Rolle für die Integrität und Qualität des endgültigen Produkts spielen. Die Messung der Partikelgröße ist daher für die Qulität einer großen Vielzahl von Pigmentapplikationen entscheidend.

Laserbeugungsanalyse für die Größenbestimmung von Pigmenten

Laserbeugung ist die am häufigsten verwendete Technologie zur Messung der Partikelgrößenverteilungen in Farbensystemen. Mit einer typischen Analysezeit von weniger als einer Minute wird diese Methode für viele Applikationen in der Fertigungskontrolle verwendet. Aber die Laserbeugung stellt auch Herausforderungen für die Größenbestimmung von Materialien im Submikrometerbereich dar, wie beispielsweise Materialien, die in Pigmentsystemen zu finden sind. Kleine Partikel mit einer Größe von weniger als 1 μm stellen aufgrund schwacher Streuungssignale und glatter Winkelmuster, die kein unterscheidbares Merkmal im Streuungsmuster zur Bestimmung der tatsächlichen Partikelgröße bieten, einzigartige Herausforderungen bei der Messung dar.

Bei einer kürzeren Wellenlänge steigt das Verhältnis von Partikelgröße und Lichtwellenlänge allerdings an, was eine genaue Messung kleinerer Partikel ermöglicht. Eine von der Mie-Theorie abgeleitete Technik namens PIDS oder Polarization Intensity Differential Scattering nutzt die Polarisierungseffekte gestreuten Lichts. Mit PIDS werden die Informationen zu Intensität versus Streuungswinkel aus den PIDS-Signalen mit den Daten zu Intensität versus Streuungswinkel kombiniert, um eine kontinuierliche Größenverteilung vom Submikrometer- bis zum Millimeterbereich bereitzustellen (0,04 μm bis 2.000 μm, LS™ 13 320 Laserbeugungs-Partikelgrößenanalysator).

LS 13 320

Genaue Größenbestimmung in Pigmentteilchensystemen

Pigmente stellen bei der Verwendung von Laserbeugung für die Partikelgrößenmessung ganz eigene Herausforderungen dar. Für die exakte Größenbestimmung von farbigen Pigmentproben müssen der tatsächliche Brechungsindex sowie die prädiktiver Komponente bekannt sein. Die Herausforderung liegt nicht im echten Brechungsindexwert, sondern in der Bestimmung der „imaginären“ Komponente. Weiße oder transparente Materialien zeigen keine Absorption, während Pigmente vorzugsweise bestimmte Wellenlängen absorbieren. So interagiert beispielsweise ein blaues Pigment mit einem Absorptionsmaximum bei 640 nm mit einem Helium-Neon-Laser bei 633 nm, und wird als schwarzen Körper dargestellt. Zur Berechnung der Partikelgröße muss dies berücksichtigt werden, besonders wenn die Partikel klein sind.

Aufspüren von kleinen Partikeln

Die imaginäre Komponente eines Pigments kann mit einem UV/Vis-Spektralphotometer bestimmt werden, der die relative Absorption eines Materials pro jeweiliger Wellenlänge misst. Es sollte eine Flüssigkeit verwendet werden, die Pigmentpartikel in Moleküle auflöst, um die Streuung zu minimieren und damit die Absorption genau zu messen. Für farbige Materialien muss die imaginäre Komponente für jede Wellenlänge bestimmt und selektiv verwendet werden, um ein vollständiges optisches Modell für die Probe gemäß der Mie-Theorie zu berechnen. Zu den zusätzlichen Quellen für die Koordinierung und Bestätigung der Ergebnisse gehören Mikroaufnahmen von optischen Mikroskopen und Elektronenmikroskopen. Diese können kleine, aber problematische Mengen von Materialien mit Übergrößen erkennen. Ein geeignetes optisches Modell für ein Pigment wird am besten durch Verfolgung eines Mahlungsprozesses über die Zeit bestimmt.

Und was ist mit der Form?

Ein Nachteil bei der Laserbeugungstechnik ist, dass sie die Form der zu prüfenden Materialien nicht berücksichtigt. Die zugrunde liegenden Annahmen, die in Berechnungen der Größenverteilung verwendet werden, gehen davon aus, dass alle Verteilungen gleichwertige kugelförmige Verteilungen des untersuchten Materials sind. Dies ist häufig ausreichend, außer in Fällen, in denen das Material lang und dünn und nicht rundlich ist.

Zusammenfassung

Der berichtete Wert für die mittlere Größe mithilfe des Beckman Coulter LS 13 320 beträgt 78 nm, was innerhalb des erwarteten Bereichs liegt und nachweist, dass die verbesserte Multiwellenlängen-Laserbeugung erfolgreich zur Größenbestimmung von Teilchenpigmentproben eingesetzt werden kann. Der Brechungsindex kann in mehreren Vorgehensweisen bestimmt werden. Es ist auch erwägenswert, andere Techniken für eine anfängliche Bestätigung der Ergebnisse zu verwenden.

Erfahren Sie mehr darüber, wie wichtig PIDS für die Messung kleiner Partikel ist.

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