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 a sedimentação de forma eficaz e produzir produtos estáveis, os fabricantes precisam ser capazes de caracterizar com precisão esses comportamentos durante o desenvolvimento e a fabricação do produto.

A inspeção visual continua sendo o método mais comum de teste de sedimentação na indústria. Sem dúvida, fáceis de implementar, os testes visuais também não requerem praticamente nenhum gasto de capital – no entanto, tais métodos estão invariavelmente sujeitos a suposições e imprecisões. Além de ser impreciso, o processo também pode ser demorado, uma vez que quaisquer variações devem ser visíveis a olho nu para serem detectáveis.

A tecnologia Turbiscan oferece uma alternativa. Com base no Múltiplo Espalhamento Estático de Luz (SMLS), nossos analisadores de estabilidade fornecem medições rápidas, precisas e quantificadas de sedimentação e outros processos de desestabilização em revestimentos.

Esses instrumentos funcionam enviando rapidamente pulsos de luz através de uma amostra em intervalos de 20 "μm" ao longo de sua altura. Um cabeçote de leitura mede o retroespalhamento e a transmissão em cada posição, com cada uma dessas quantidades relacionadas à concentração e ao tamanho das partículas nessa posição. Ao repetir essas medições durante um intervalo de tempo especificado, os sistemas Turbiscan fornecem uma visão incomparável do comportamento da sedimentação sem qualquer diluição ou estresse mecânico.

A tecnologia Turbiscan pode detectar sedimentação até 1.000 vezes mais rápido do que a olho nu – mas, mais importante, fornece um perfil preciso e quantificado da distribuição de partículas ao longo da altura da amostra ao longo do tempo. Esta facilita para os produtores de revestimentos obterem rapidamente medições úteis do comportamento de sedimentação. Para comparações simples, o Índice de Estabilidade Turbiscan (TSI) soma todas as desestabilizações em um único valor. Muitos parâmetros adicionais podem ser calculados automaticamente para fornecer uma compreensão mais profunda da cinética de sedimentação em qualquer amostra.

Estas medições permitem que os fabricantes determinem objetivamente a melhor estratégia para solucionar a sedimentação e os outros processos desestabilizadores, melhorando assim a qualidade do revestimento e acelerando o desenvolvimento de novos revestimentos estáveis.

A Microtrac fabrica uma linha completa de sistemas Turbiscan, adequados para todas as aplicações, desde escala de laboratório até alta capacidade de produção. Se deseja melhorar a estabilidade dos seus revestimentos, entre em contato conosco hoje mesmo.