Characterizing Sedimentation in the Coatings Industry

In the coatings industry, the sedimentation of pigments and fillers has a significant impact on the properties of coatings at the point of use. Being able to accurately characterize sedimentation is crucial to the development of shelf-stable coatings – yet the majority of sedimentation testing is still carried out by visual inspection. In this article, we take a look at the fundamentals of sedimentation, why sedimentation is important in the coating industry, and how stability analyzers enable accurate optimization of coating formulations.

Sedimentation is the process by which solid particles, initially suspended in a liquid phase, settle to the bottom of a container over time. Sedimentation fundamentally occurs because of a difference in density between the two phases. Relatively dense solid particles will naturally sink to the bottom of a less dense fluid for the same reasons that a stone will sink to the bottom of a lake, or that airborne dust will eventually settle to the ground.

A basic description of sedimentation is given by Stokes’ Law, which considers spherical particles falling through a simple fluid. Stokes’ Law yields an equation for the speed (v) at which a solid particle will fall out of suspension:

v = (Δρ_p gd^2)/18η

In this equation, Δρ_p is the difference between the densities of the solid and liquid phases, g is the strength of gravity, d is the diameter of the particle in question and η is the viscosity of the liquid phase. This mathematical treatment tells us that the sedimentation rate depends on particle size, the viscosity of the liquid phase, and the difference in density between the solid and liquid phases: a stone sinks quickly in water, while construction dust can take minutes or hours to settle depending on particle size.

It is important to remember, though, that this model is just a first-order approximation. Sedimentation in paints, coatings, and other real-world products is much more complex, typically involving a concentration of particles of distributed sizes and shapes falling through complex fluids with viscoelastic properties.

Characterizing sedimentation

Para limitar eficazmente la sedimentación y elaborar productos estables, los fabricantes deben ser capaces de caracterizar con precisión estos comportamientos durante el desarrollo y la fabricación del producto.

La inspección visual sigue siendo el método más habitual de los ensayos de sedimentación en la industria. Sin duda es fácil de aplicar y prácticamente no requiere inversiones de capital. Sin embargo, estos métodos están siempre sujetos a suposiciones e imprecisiones. Además de impreciso, el proceso puede llevar mucho tiempo, ya que las variaciones deben ser visibles a simple vista para ser detectables.

La tecnología Turbiscan ofrece una alternativa. Basados en la dispersión de luz múltiple estática (SMLS), nuestros analizadores de estabilidad realizan mediciones rápidas, precisas y cuantificadas de la sedimentación y otros procesos de desestabilización en los revestimientos.

Estos instrumentos funcionan enviando rápidamente pulsos de luz a través de una muestra a intervalos de 20 "μm" a lo largo de su altura. Un cabezal de lectura mide la retrodispersión y la transmisión en cada posición, relacionando cada una de estas magnitudes con la concentración y el tamaño de las partículas en esa posición. Repitiendo estas mediciones a lo largo de un intervalo de tiempo especificado, los sistemas Turbiscan ofrecen una visión sin precedentes del comportamiento de la sedimentación sin necesidad de dilución ni esfuerzo mecánico.

La tecnología Turbiscan puede detectar la sedimentación hasta 1.000 veces más rápido que a simple vista, pero, lo que es más importante, ofrece un perfil preciso y cuantificado de la distribución de las partículas a lo largo de la altura de la muestra en el transcurso del tiempo. Esto facilita a los productores de revestimientos obtener rápidamente mediciones útiles del comportamiento de sedimentación. Para comparaciones sencillas, el Índice de Estabilidad Turbiscan (TSI) suma todas las desestabilizaciones en un único valor. Pueden calcularse automáticamente muchos parámetros adicionales para obtener una comprensión más profunda de la cinética de sedimentación de cualquier muestra.

Estas mediciones permiten a los fabricantes determinar objetivamente la mejor estrategia para sortear la sedimentación y otros procesos desestabilizadores, mejorando así la calidad del recubrimiento y acelerando el desarrollo de nuevos recubrimientos estables.

Microtrac fabrica una gama completa de sistemas Turbiscan, aptos para todas las aplicaciones, desde la escala de laboratorio hasta la de alto rendimiento. Si desea mejorar la estabilidad de sus revestimientos, póngase en contacto con nosotros hoy mismo.