Charakterisierung der Sedimentation in der Beschichtungsindustrie

In der Beschichtungsindustrie hat die Sedimentation von Pigmenten und Füllstoffen einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften von Beschichtungen am Einsatzort. Die Fähigkeit, Sedimentation genau zu charakterisieren, ist entscheidend für die Entwicklung lagerstabiler Beschichtungen – dennoch wird der Großteil der Sedimentationsprüfungen nach wie vor durch visuelle Inspektion durchgeführt. In diesem Artikel betrachten wir die Grundlagen der Sedimentation, warum Sedimentation in der Beschichtungsindustrie wichtig ist und wie Stabilitätsanalysatoren eine genaue Optimierung von Beschichtungsformulierungen ermöglichen.

Sedimentierung ist der Prozess, bei dem feste Partikel, die zunächst in einer flüssigen Phase suspendiert sind, im Laufe der Zeit auf den Boden eines Behälters absinken. Sedimentierung tritt im Wesentlichen aufgrund eines Dichteunterschieds zwischen den beiden Phasen auf. Relativ dichte Feststoffpartikel sinken natürlicherweise zum Boden einer weniger dichten Flüssigkeit, aus denselben Gründen, aus denen ein Stein zum Grund eines Sees sinkt oder in der Luft befindlicher Staub letztlich zu Boden fällt.

Eine grundlegende Beschreibung der Sedimentation wird durch das Stokes'sche Gesetz gegeben, das das Absinken sphärischer Partikel in einer einfachen Flüssigkeit betrachtet. Das Stokes'sche Gesetz ergibt eine Gleichung für die Geschwindigkeit (v), mit der ein Feststoffpartikel aus der Partikelsuspension sedimentiert:

v = (Δρ_p gd^2)/18η

In dieser Gleichung ist Δρ_p der Dichteunterschied zwischen den festen und flüssigen Phasen, g die Stärke der Schwerkraft, d der Durchmesser des betreffenden Partikels und η die Viskosität der flüssigen Phase. Diese mathematische Betrachtung zeigt uns, dass die Sedimentationsgeschwindigkeit von der Partikelgröße, der Viskosität der Flüssigphase und dem Dichteunterschied zwischen der festen und der flüssigen Phase abhängt: Ein Stein sinkt schnell in Wasser, während Bauschuttstaub je nach Partikelgröße Minuten oder Stunden benötigen kann, um sich abzusetzen.

Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass dieses Modell nur eine Näherung erster Ordnung ist. Die Sedimentierung in Farben, Beschichtungen und anderen realen Produkten ist deutlich komplexer und umfasst typischerweise eine Konzentration von Partikeln unterschiedlicher Größen und Formen, die durch komplexe, viskoelastische Flüssigkeiten fallen.

Charakterisierung der Sedimentation

Um Sedimentation wirksam zu begrenzen und stabile Produkte herzustellen, müssen Hersteller in der Lage sein, diese Verhaltensweisen während der Produktentwicklung und Fertigung genau zu charakterisieren.

Die visuelle Inspektion bleibt die am häufigsten verwendete Methode des Sedimentationstests in der Branche. Zweifellos einfach umzusetzen, erfordert die visuelle Prüfung praktisch keine Investitionen – jedoch sind solche Methoden stets mit Schätzungen und Ungenauigkeiten behaftet. Neben der Ungenauigkeit kann die Prozesszeit auch zeitaufwändig sein, da Abweichungen nur dann erkennbar sind, wenn sie mit dem Auge sichtbar sind.

Die TURBISCAN-Technologie bietet eine Alternative. Basierend auf statischer Mehrfachlichtstreuung (SMLS) bieten unsere Stabilitätsanalysatoren schnelle, genaue und quantifizierte Messungen der Sedimentation und anderer Destabilisierungsprozesse in Beschichtungen.

Diese Geräte arbeiten, indem sie Lichtimpulse in schnellen Abfolgen durch eine Probe in 20-μm-Intervallen entlang ihrer Probenhöhe senden. Ein Lesekopf misst an jeder Position die Rückstreurichtung und Transmission, wobei jede dieser Größen mit der Partikelkonzentration und -größe an dieser Position in Zusammenhang steht. Durch die wiederholte Durchführung dieser Messungen über ein definiertes Zeitintervall liefern Turbiscan-Systeme unvergleichliche Einblicke in das Sedimentationsverhalten ohne jegliche Verdünnung oder mechanische Beanspruchung.

Die TURBISCAN-Technologie kann Sedimentation bis zu 1.000-mal schneller als das bloße Auge erkennen – noch wichtiger aber ist, dass sie ein präzises, quantifiziertes Profil der Partikelverteilung entlang der Probenhöhe im Zeitverlauf liefert. Dies ermöglicht es Herstellern von Beschichtungen, schnell nützliche Messungen des Sedimentationsverhaltens zu erhalten. Für einfache Vergleiche fasst der TSI alle Destabilisierungen in einem einzigen Wert zusammen. Viele zusätzliche Parameter können automatisch berechnet werden, um ein tieferes Verständnis der Sedimentationskinetik in jeder Probe zu ermöglichen.

Diese Messungen ermöglichen es Herstellern, objektiv die beste Strategie zur Überwindung von Sedimentation und anderen destabilisierenden Prozessen zu bestimmen, wodurch die Beschichtungsqualität verbessert und die Entwicklung neuer stabiler Beschichtungen beschleunigt wird.

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