Medición de partículas de pigmento con difracción láser

Los pigmentos y las pinturas se utilizan ampliamente en numerosas industrias. Las propiedades de un sistema de pigmentos determinado, como la fuerza tintórea o la profundidad de color, se determinan principalmente mediante la distribución del tamaño de las partículas. Factores físicos como éstos pueden desempeñar un papel esencial en la integridad y calidad del producto final, por lo que la medición del tamaño de las partículas es fundamental para el rendimiento de una amplia variedad de aplicaciones de pigmentos.

Análisis de difracción láser

La difracción láser es la tecnología de uso más común para medir las distribuciones de tamaño de las partículas en los sistemas de pintura. Con un tiempo de análisis típico de menos de un minuto, este método se utiliza ampliamente para muchas aplicaciones de control de procesos. Pero la difracción láser plantea desafíos para medir los materiales submicrónicos, como los que se encuentran en los sistemas de pigmentos. Las partículas pequeñas por debajo de 1 μm plantean desafíos de medición únicos debido a las débiles señales de dispersión y a los suaves patrones angulares que no ofrecen ninguna característica distinguible en el patrón de dispersión para determinar el tamaño real de las partículas.

Sin embargo, con una longitud de onda más corta, el tamaño de las partículas y la relación de longitudes de onda de la luz aumentan, lo que permite la medición precisa de las partículas más pequeñas. Derivado de la teoría de Mie, la PIDS o dispersión diferencial de intensidad de polarización emplea los efectos de polarización de la luz dispersa. la información de intensidad en función del ángulo de dispersión de las señales PIDS se combina con los datos de intensidad en función del ángulo de dispersión para proporcionar una distribución de tamaño continua desde el submicrón hasta el milímetro.

El problema con los pigmentos

Los pigmentos presentan su propio conjunto de desafíos únicos al utilizar la difracción láser para medir el tamaño de las partículas. Para dimensionar con precisión las muestras de pigmentos de color, debe conocer el índice de refracción real, así como el componente predictivo. El desafío no está en el valor del índice de refracción real sino en determinar el componente "imaginario". Los materiales blancos o transparentes no mostrarán absorbancia donde los pigmentos absorban preferentemente ciertas longitudes de onda. Por ejemplo, un pigmento azul con una absorbancia máxima a 640 nm interactuará con un láser de helio-neón a 633 nm para presentarse como un cuerpo negro. Para calcular el tamaño de las partículas, debe considerarse, especialmente si las partículas son pequeñas.

Detección de partículas pequeñas

El componente imaginario de un pigmento se puede determinar utilizando un espectrofotómetro UV/Vis, que mide la absorbancia relativa de un material por una longitud de onda dada. Se debería utilizar un líquido que disuelva las partículas de pigmentos en moléculas y se debe minimizar la dispersión para medir con precisión la absorción. Para los materiales de color, tendrá que determinar el componente imaginario para cada longitud de onda y utilizarlo selectivamente para calcular un modelo óptico según la teoría de Mie para su muestra. Otras fuentes para correlacionar y confirmar sus resultados incluyen las fotomicrografías de los microscopios ópticos o electrónicos. Estos pueden detectar cantidades pequeñas pero problemáticas de materiales sobredimensionados. Un modelo óptico idóneo para un pigmento se determina mejor siguiendo un proceso de molienda en el tiempo.

La cuestión de la forma

Un inconveniente de la difracción láser es que no tiene en cuenta la forma de los materiales probados. Las hipótesis subyacentes que se utilizan en los cálculos de distribución de tamaños suponen que todas las distribuciones son distribuciones esféricas equivalentes del material que se estudia. Esto suele ser adecuado, excepto en los casos en que el material es largo y delgado, no de forma redondeada.

Resumen

Si se adopta el enfoque correcto, se puede emplear con éxito la difracción láser mejorada de longitudes de onda múltiples para dimensionar las muestras de pigmentos de partículas. El índice de refracción se puede determinar utilizando diferentes medios. También vale la pena considerar la posibilidad de utilizar otras técnicas para corroborar inicialmente los resultados obtenidos.

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