Caratterizzazione della sedimentazione nell'industria dei rivestimenti

Nell'industria dei rivestimenti, la sedimentazione dei pigmenti e delle cariche ha un impatto significativo sulle proprietà dei rivestimenti al momento dell'uso. La capacità di caratterizzare accuratamente la sedimentazione è fondamentale per lo sviluppo di rivestimenti conservabili, ma la maggior parte dei test di sedimentazione viene ancora effettuata mediante ispezione visiva. In questo articolo esaminiamo i fondamenti della sedimentazione, i motivi per cui la sedimentazione è importante nell'industria dei rivestimenti e il modo in cui gli analizzatori di stabilità consentono un'accurata ottimizzazione delle formulazioni dei rivestimenti.

La sedimentazione è il processo attraverso il quale le particelle solide, inizialmente sospese in una fase liquida, si depositano sul fondo di un contenitore nel corso del tempo. La sedimentazione avviene fondamentalmente a causa di una differenza di densità tra le due fasi. Le particelle solide relativamente dense affonderanno naturalmente sul fondo di un fluido meno denso per le stesse ragioni per cui un sasso affonda sul fondo di un lago o la polvere trasportata dall'aria finisce per depositarsi al suolo.

Una descrizione di base della sedimentazione è data dalla legge di Stokes, che considera la caduta di particelle sferiche in un fluido semplice. La legge di Stokes fornisce un'equazione per la velocità (v) con cui una particella solida cade dalla sospensione:

v = (Δρ_p gd^2)/18η

In questa equazione, Δρ_p è la differenza tra le densità delle fasi solida e liquida, g è la forza di gravità, d è il diametro della particella in questione e η è la viscosità della fase liquida. Questa trattazione matematica ci dice che la velocità di sedimentazione dipende dalle dimensioni delle particelle, dalla viscosità della fase liquida e dalla differenza di densità tra la fase solida e quella liquida: una pietra affonda rapidamente nell'acqua, mentre la polvere da costruzione può impiegare minuti o ore per depositarsi, a seconda delle dimensioni delle particelle.

È importante ricordare, tuttavia, che questo modello è solo un'approssimazione del primo ordine. La sedimentazione nelle vernici, nei rivestimenti e in altri prodotti del mondo reale è molto più complessa, e in genere comporta una concentrazione di particelle di dimensioni e forme distribuite che cadono attraverso fluidi complessi con proprietà viscoelastiche.

Caratterizzazione della sedimentazione

Per limitare efficacemente la sedimentazione e produrre prodotti stabili, i produttori devono essere in grado di caratterizzare accuratamente questi comportamenti durante lo sviluppo e la produzione del prodotto.

L'ispezione visiva rimane il metodo più comune di verifica della sedimentazione nel settore. Indubbiamente facili da implementare, i test visivi non richiedono praticamente alcuna spesa di capitale, ma questi metodi sono sempre soggetti a congetture e imprecisioni. Oltre a essere impreciso, il processo può richiedere molto tempo, poiché qualsiasi variazione deve essere visibile all'occhio per essere rilevata.

La tecnologia Turbiscan offre un'alternativa. Basati sullo Static Multiple Light Scattering (SMLS), i nostri analizzatori di stabilità forniscono misure rapide, accurate e quantificate della sedimentazione e di altri processi di destabilizzazione dei rivestimenti.

Questi strumenti funzionano inviando rapidamente impulsi di luce attraverso un campione a intervalli di 20 μm lungo la sua altezza. Una testina di lettura misura la retrodiffusione e la trasmissione in ogni posizione, e ciascuna di queste quantità si riferisce alla concentrazione e alle dimensioni delle particelle in quella posizione. Ripetendo queste misure in un intervallo di tempo specifico, i sistemi Turbiscan forniscono una visione senza precedenti del comportamento di sedimentazione senza alcuna diluizione o stress meccanico.

La tecnologia Turbiscan è in grado di rilevare la sedimentazione fino a 1.000 volte più velocemente rispetto all'occhio nudo, ma soprattutto fornisce un profilo preciso e quantificato della distribuzione delle particelle lungo l'altezza del campione nel tempo. In questo modo i produttori di rivestimenti possono ottenere rapidamente misure utili del comportamento di sedimentazione. Per semplici confronti, l'indice di stabilità Turbiscan (TSI) somma tutte le destabilizzazioni in un unico valore. Molti altri parametri possono essere calcolati automaticamente per fornire una comprensione più approfondita della cinetica di sedimentazione di qualsiasi campione.

Queste misurazioni consentono ai produttori di determinare in modo oggettivo la strategia migliore per superare la sedimentazione e altri processi destabilizzanti, migliorando così la qualità del rivestimento e accelerando lo sviluppo di nuovi rivestimenti stabili.

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