Partikelcharakterisierung

Median, Mittelwert und kumulative/Dichte-Verteilung

• Partikelgrößenverteilung mittels STEP-Technologie^® in Suspensionen, gemäß ISO 13317 / 13318-2 mit LUMiSizer^® analytische Fotozentrifuge und LUMiReader^® PSA, typische Partikelgrößen von 10 nm bis 30 µm bzw. 500 nm bis 300 µm
• Partikelgrößenverteilung mittels Laserbeugung in Suspensionen, Anwendung von Mie- und Fraunhofer-Theorie typische Partikelgrößen von 0,1 µm bis 1200 µm
• Partikelgrößenverteilung mittels Laserlichtstreuung in Suspensionen, durch Einzelpartikel-Lichtstreu-Analysator (LUMiSpoc) typische Partikelgrößen von 0,2 µm bis 2 µm

Effektive Dichte, Skelettdichte, Dichteverteilung

 

Die Bestimmung der effektiven Dichte suspendierter Nano- und Mikroteilchen ist ein zentrales Verfahren in der Materialwissenschaft. Mithilfe spezieller Sedimentationsanalyseverfahren können wir die Dichteverteilung dieser Partikel präzise analysieren. Ein wichtiger Aspekt hierbei ist die Ermittlung der Partikelmigrationsgeschwindigkeit in kontinuierlichen Phasen mit unterschiedlichen Dichten.

 

Diese präzisen Methoden zur Bestimmung der effektiven Dichte tragen wesentlich zum Verständnis der Materialeigenschaften und zur Optimierung von Prozessen bei. Durch die genaue Charakterisierung der Dichteverteilung können wertvolle Einblicke in die Struktur und Funktionalität der Materialien gewonnen werden, was wiederum zur Entwicklung effizienterer und leistungsfähigerer Produkte beiträgt.

 

Zur Bestimmung der effektiven Dichte gibt es zwei bewährte methodische Vorgehensweisen:

 

• Methode der Isopyknischen Interpolation

Im Schwebezustand entspricht die Partikeldichte exakt der Dichte des flüssigen Suspensionsmediums, gemäß dem Archimedes-Prinzip. Bei dieser Methode werden die Teilchen in verschiedenen Lösungen mit Dichten, die knapp oberhalb und unterhalb der erwarteten Teilchendichte liegen, dispergiert. Durch die Bestimmung der Richtung und des Betrags der Geschwindigkeit der sich bewegenden Teilchen kann die effektive Teilchendichte ermittelt werden. Dies erfolgt durch die Interpolation der Flüssigkeitsdichte auf den Punkt, an dem die Partikelgeschwindigkeit null ist.

• Methode der Multiplen Geschwindigkeiten

Die Methode der Multiplen Geschwindigkeiten (englisch: Multiple Velocity Method) wird in der Physik verwendet, um die effektive Dichte von Partikeln zu bestimmen. Dabei wird die mittlere effektive Teilchendichte aus den experimentell ermittelten Separationsgeschwindigkeiten der Teilchen berechnet. Die Partikel werden in zwei oder mehr Flüssigkeiten mit unterschiedlicher Dichte, wie beispielsweise H₂O, D₂O und deren Mischungen, dispergiert. Mithilfe der Stokes-Gleichung wird aus den gemessenen Geschwindigkeiten die effektive Dichte der Partikel bestimmt.

Grundprinzip: Die Methode basiert darauf, die Geschwindigkeit eines Objekts in einem Medium zu messen und diese Messungen mit verschiedenen Werten der densitätsbestimmenden Größen (z.B. Masse oder Volumen) zu kombinieren, um die Dichte zu berechnen.

Vorgehen:

1. Die Geschwindigkeit des Objekts wird gemessen, während es sich durch das Medium bewegt.
2. Diese Messung wird für verschiedene Werte der densitätsbestimmenden Größe wiederholt (entweder verschiedene Massen bei konstantem Volumen oder verschiedene Volumina bei konstanter Masse).
3. Aus den aufgezeichneten Geschwindigkeiten bei verschiedenen Massen oder Volumina können Beziehungen abgeleitet werden, um die Dichte zu berechnen.

Berechnung der Dichte: Durch die Aufzeichnung einer Reihe von Geschwindigkeiten bei verschiedenen densitätsbestimmenden Größen kann eine Beziehung zwischen Geschwindigkeit und Dichte aufgestellt werden. Diese Beziehung wird analysiert, häufig durch Regression, um die Dichte des Objekts zu bestimmen.

 

Die Hansen-Solubility-Parameter (HSP) sind ein bewährtes Verfahren zur Analyse der Oberflächeneigenschaften von Partikeln. Die HSP-Theorie basiert auf dem Prinzip „Gleiches löst Gleiches“ und wird genutzt, um die Dispergierbarkeit, Benetzbarkeit und Adsorptionseigenschaften von Partikeloberflächen zu untersuchen.

Bestimmung der Hansen-Parameter für eine präzise Partikelcharakterisierung

Die HSP-Analyse erfolgt anhand von drei zentralen Parametern:
✔ δD (Dispersionskraft) – Wechselwirkungen durch Van-der-Waals-Kräfte
✔ δP (Polarität) – Dipol-Dipol-Wechselwirkungen zwischen Molekülen
✔ δH (Wasserstoffbrückenbindung) – Starke intermolekulare Kräfte

Zur Dispergierung der Partikel werden Testlösungsmittel aus dem 3D-Hansen-Raum als kontinuierliche Phasen eingesetzt. Anschließend wird die Separationskinetik der Partikel in jeder Flüssigkeit mithilfe der STEP-Technologie analysiert. Dabei werden die Testlösungsmittel je nach Partikelverhalten in „gut“ oder „schlecht“ dispergierbar eingestuft.

Optimierte Datenanalyse mit HSPiP-Software

Die gewonnenen Daten werden mit der HSPiP-Software ausgewertet, um die Hansen-Dispergierbarkeits-Parameter präzise zu berechnen. Dieses Verfahren ermöglicht eine zuverlässige Klassifizierung und Bewertung der Partikel, um deren Oberflächeneigenschaften gezielt zu optimieren.

Vorteile der HSP/HDP-Analyse für Forschung & Industrie

✅ Gezielte Optimierung der Partikeldispergierung
✅ Verbesserung der Benetzbarkeit & Adsorptionseigenschaften
✅ Effiziente Material- und Prozessentwicklung

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