Zrozumienie zwilżalności proszków jest ważne w wielu obszarach zastosowań, takich jak tusze i farby, a także w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. Zwilżalność to preferencja cieczy do kontaktu z ciałem stałym otoczonym innym płynem. Zwilżanie jest pierwszym etapem dyspersji i rozpuszczania proszku, dlatego jego pełne zrozumienie jest ważne na przykład przy ocenie biodostępności leku lub przydatności pigmentu do farby.
Zwilżalność powierzchni ciała stałego jest powszechnie mierzona za pomocą tensjometru optycznego, wykorzystując metodę kropli spoczywającej. Kropla wody jest umieszczana na powierzchni, a utworzony kąt zwilżania jest mierzony od granicy trzech faz, gdzie przecinają się ciecz, gaz i ciało stałe. Zwilżalność proszków można również mierzyć za pomocą tensjometru optycznego, ale może być to trudne ze względu na porowatą i luźną strukturę proszków, która sprawia, że kropla często rozprzestrzenia się i natychmiast tonie w proszku. Najczęstszym sposobem pomiaru zwilżalności proszku jest użycie metody Washburna z tensjometrami siłowymi. Jednak najlepsza metoda charakteryzowania zwilżalności proszku zależy od właściwości proszku i celów zastosowania.
Metoda Washburna
Metoda Washburna jest najczęściej stosowaną i najbardziej atrakcyjną metodą określania zwilżalności proszków, ponieważ jest szybka, zautomatyzowana i ekonomiczna. Metoda ta opiera się na zwilżaniu kapilarnym, w którym proszek zapakowany do określonego pojemnika jest traktowany jako wiązka równoległych kapilar o stałym promieniu. W metodzie Washburna pojemnik z przepuszczalnym dnem jest doprowadzany do kontaktu z cieczą, a masa cieczy wchłoniętej przez proszek jest mierzona w czasie. Powstała krzywa dostarcza informacji o ilości absorpcji i kinetyce, które zależą od kąta zwilżania proszku i właściwości cieczy.
Kąt zwilżania, θ, można zdefiniować na podstawie równania Washburna
cosθ=η/(Cρ2 γl) *m2/t,
gdzie C jest stałą materiałową, ρ jest gęstością cieczy, η jest lepkością cieczy, γl jest napięciem powierzchniowym cieczy, a m2/t jest nachyleniem krzywej absorpcji. Stała materiałowa jest nieznana przed pomiarem, ale można ją zdefiniować za pomocą całkowicie zwilżającej cieczy, takiej jak heptan, która daje kąt zwilżania równy zero. Stała materiałowa zależy od upakowania proszku i wielkości cząstek, dlatego ważne jest, aby dla każdej próbki stosować tę samą technikę upakowania. Po uzyskaniu stałej materiałowej można określić kąt zwilżania za pomocą interesującej cieczy. Metoda Washburna nie nadaje się do proszków hydrofobowych, ponieważ proszek musi zostać zwilżony, aby ciecz mogła unieść się do złoża proszku.
Kropla spoczywająca
Bezpośrednie pomiary kropli siedzącej za pomocą tensjometru optycznego są szybkie w wykonaniu i wymagają jedynie niewielkiej ilości cieczy pomiarowej, ale mogą być trudne w przypadku proszków. Kropla często wnika w proszek natychmiast. Dlatego często potrzebna jest szybka kamera , aby uchwycić początkowy kąt kontaktu przed absorpcją.
Jeśli proszek jest ściśliwy, można go skompresować do formatu tabletki poprzez zastosowanie nacisku, po czym kroplę można umieścić na wierzchu. Jednak zastosowanie nacisku i skompresowanie proszku do zwartej formy może zmienić właściwości powierzchniowe cząstek proszku i pozostawić powierzchnię tabletki chropowatą. W związku z tym skompresowana tabletka może nie odzwierciedlać rzeczywistych właściwości powierzchniowych proszku. Z drugiej strony skompresowana tabletka może lepiej reprezentować produkt końcowy w przypadku niektórych zastosowań. Bezpośrednia metoda kropli spoczywającej może być również stosowana do pomiaru kąta zwilżania z luźnych proszków. Proszek można po prostu rozprowadzić na powierzchni z klejem lub bez. W ten sposób proszek pozostaje nienaruszony i reprezentuje rzeczywiste właściwości powierzchniowe proszku. Bezpośrednie pomiary kropli siedzącej są najwygodniejsze w przypadku proszków hydrofobowych.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o pomiarach zwilżalności proszku, pobierz dokument.
na podstawie tekstu Susanny Laurén
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz