Page 41 - PITTURE E VERNICI EUROPEAN COATINGS Issue 3/May-June 2017

LABORATORY
LABORATORIO
costs. With regard to the dispersion of the filler materials and the resulting product quality, two characteristics of the powder in particular must be highlighted: firstly, their wettability by the bulk matrix and, secondly, the size and morphology of the particles. Loss of quality due to these aspects leads to inhomogeneous distribution of the particles and, as a consequence, to negative product properties, e.g. reduced impact resistance[1]. The wetting behavior, which is associated with the surface free energy of the filler material particles, can be determined by means of the Washburn method for powder samples[2]. Preliminary investigations on the powder samples discussed here were carried out by customer using this method. However, as the contact angle measured by the Washburn method depends only on the surface free energy of the powder and not on its porosity, the results for the chemically identical samples were the same, as expected. Consequently, the established different behavior of the powders in the production process must have been due to the particle size. Experimental methods for exactly investigating the particle structure, e.g. electron microscopy, are often very laborious. In contrast, we show how distinction can be made between different particle samples with only a little effort by measuring the sedimentation behavior. A major advantage is the experiment’s setup, which is very similar to a Washburn measurement. This enables the wetting and sedimentation behavior of powders to be measured independently of one another, but with one and the same measuring instrument.
SEDIMENTATION AND PARTICLE SIZE
Various forces, which affect sedimentation, act on particles in a suspension. Gravity is counteracted by buoyancy and a friction component. Equilibrium is established between these forces so that particles sink at a constant speed ν (Stokes’ law)[3]:
Here, mp is the mass of the settling particles, f is the friction factor which depends on the size and shape of the particles and on the viscosity of the bulk medium, ρl is the density of the bulk liquid, ρp is the effective density of the particles, and g is the acceleration due to gravity. The sedimentation rate differs for particles of different density, size and shape and, assuming a constant concentration, is proportional to the detected increase in mass over time:
produzione della carta e anche per adesivi e pitture. Que- sti contribuiscono a migliorare e a controllare le proprietà meccaniche e reologiche del prodotto e a ridurre i costi del materiale. Per quanto riguarda la dispersione dei materiali riempitivi e la qualità del prodotto risultante, devono esse- re messe in risalto in particolare due caratteristiche della polvere: in primo luogo la loro bagnabilità nella matrice in volume e, in secondo luogo, la dimensione e la morfologia delle particelle. La perdita di qualità dovuta a questi aspetti determina una distribuzione non omogenea delle particelle e, di conseguenza, proprietà del prodotto negative, ad esempio una minore resistenza all’urto[1]. La risposta alla bagnabilità, che è associata alla tensione superficiale delle particelle del materiale riempitivo può essere determinata con il metodo Washburn per i campioni in polvere[2].
Le ricerche preliminari sui campioni in polvere, discusse in questa sede, sono state eseguite dalla clientela adottando questo metodo. Tuttavia, dal momento che l’angolo di con- tatto misurato con il metodo Washburn dipende solamente dalla tensione superficiale della polvere e non dalla sua po- rosità, la risposta dei campioni identici chimicamente è stata la medesima, come previsto.
Ne consegue che il comportamento differente delle polveri nel processo produttivo deve essere attribuito alla granu- lometria. Le tecniche sperimentali per compiere ricerche precise sulla struttura della particella, ad esempio la micro- scopia elettronica, sono spesso molto laboriose. Per contro, si dimostra come sia possibile distinguere differenti cam- pioni di particelle compiendo un minimo sforzo, vale a dire misurando la risposta alla sedimentazione. Un vantaggio rile- vante è l’impostazione dell’esperimento che è molto simile a quella delle misure Washburn. Ciò dà luogo alla risposta alla bagnabilità e alla sedimentazione delle polveri da misurare indipendentemente l’una dall’altra, ma con un unico e uguale strumento di misura.
SEDIMENTAZIONE E DIMENSIONE DELLA PARTICELLA
Diverse forze che interessano la sedimentazione, agiscono sulle particelle nella sospensione. La gravità è controbilan- ciata dal galleggiamento e dall’attrito. L’equilibrio si stabilisce fra queste forze così che le particelle si depositano ad una velocità costante ν (legge di Stokes)[3]:
mp sta per la massa delle particelle che sedimentano, f per il fattore di attrito che dipende dalla dimensione e dalla forma
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