Schudden voor gebruik – over stabiliteit en zetapotentiaal

Bezinking of sedimentatie is een bekend verschijnsel waarbij vaste deeltjes in een vloeistof naar de bodem zakken onder invloed van de zwaartekracht. Bekende voorbeelden van dergelijke vloeistof-vaste stof mengsels of suspensies zijn verven, cement, crèmes voor cosmetische en farmaceutische toepassingen, inkten, bouwkundige mortels, kalk-oplossingen etc. Bij een aantal van deze producten zijn de vaste deeltjes vrij groot, en kan men deze door het bekende “schudden voor gebruik” opnieuw homogeen verdelen.

Het verhaal wordt heel wat complexer wanneer men metaaloxide nanodeeltjes van ongeveer 1 nm tot 200 nm in een vloeistof wil dispergeren. Dergelijke dispersies zijn algemeen bekend als nanovloeistoffen. De stabiliteit van nanovloeistoffen is uiterst belangrijk voor hun toepassing op verschillende gebieden, zoals coating, drug delivery, warmteoverdracht, biomedische toepassingen en smering. Voor waterzuiveringstoepassingen worden dan net weer stoffen toegevoegd waardoor coagulatie of flocculatie en bezinking optreden. 

Hier volstaat het “schudden voor gebruik” meestal niet meer omdat de stabiliteit afhangt van verschillende factoren zoals deeltjesconcentratie, pH van de dispersie, deeltjesgrootte, aanwezigheid van surfactanten, de productietechniek en de deeltjeslading.

Bepaling van de stabiliteit van suspensies en dispersies

Zetapotentiaalmeting is een gekende en algemeen aanvaarde techniek om de stabiliteit van dispersies en suspensies te bepalen. De zetapotentiaal is een maat voor de ladingen die aanwezig zijn op een deeltje. Deze ladingen zijn ervoor verantwoordelijk dat de deeltjes elkaar afstoten en niet gaan coaguleren en uiteindelijk sedimenteren. Wordt de zetapotentiaal te laag, of gaan de deeltjes te dicht tegen elkaar zitten door een hoge concentratie, dan is er opnieuw kans op sedimentatie. Vaak vormen de deeltjes hierbij agglomeraten en kunnen ze niet door mengen of opschudden opnieuw als aparte deeltjes in suspensie worden gebracht. 

Tijdens een zetapotentiaalmeting worden de geladen deeltjes in een elektrisch veld gebracht waardoor ze gaan bewegen naar één van de geladen polen. De snelheid of “mobiliteit” waarmee dit gebeurt is een maat voor de lading van de deeltjes.

Optisch of electro-acoustisch?

De snelheid waarmee de deeltjes bewegen kan gemeten worden via een optische techniek waarbij door het monster wordt gekeken of gewerkt wordt via een gereflecteerd signaal afkomstig van het monster. Dergelijke technieken zijn zeer geschikt voor meting van suspensies met lage concentraties, maar schieten tekort wanneer de concentratie boven 0.1% uitstijgt.

Reden hiervoor is dat de lichtbron/laser niet meer door het monster dringt, of dat het gereflecteerde signaal in feite een complex is van meervoudige weerkaatsing van signalen op deeltjes.

Voor materialen met hoge concentraties, zoals deze uit de inleiding of nanovloeistoffen, schiet de optische techniek tekort. Verdunning van het monster is hierbij geen optie omdat dit de samenstelling van de suspensie en ook de concentratie van deeltjes en surfactanten, pH en de afstand tussen de deeltjes wijzigt.

Hier kan men echter gebruik maken van de akoestische zetapotentiaalmeting. Hierbij worden de deeltjes in een snel oscillerend elektrisch veld gebracht waardoor ze heen en weer bewegen. De ultrasone golf die hierdoor ontstaat in de vloeistof, eenvoudig te vergelijken met een steen die men in het water gooit, wordt doorgegeven aan de detector, en de amplitude van deze golf is een maat voor de mobiliteit en zetapotentiaal van de deeltjes. De hoge concentratie en hoge dichtheid die typisch zijn voor deze materialen, zullen beide aanleiding geven tot een hoger signaal. 

Benelux Scientific verdeelt de Colloidal Dynamics electro-acoustische analysers Zetaprobe voor bepaling van zetapotentiaal, en Acoustosizer voor de simultane bepaling van Zetapotentiaal en deeltjesgrootte distributie. Klik hieronder om de brochures van deze producten te bekijken.

De zetapotentiaalmeter als pilot plant

De electro-acoustische bepaling van de zetapotentiaal gebeurt in een beker of monsterhouder die sterk geroerd wordt. Hierdoor wordt de sedimentatie van deeltjes met hoge dichtheid tegengegaan. Het is ook mogelijk om tijdens de meting surfactanten of andere additieven toe te voegen, de temperatuur te regelen en tegelijkertijd parameters zoals de conductiviteit en pH te meten en bij te regelen, tot een stabiele formulatie met de gewenste zetapotentiaal is bereikt. Hier worden de Colloidal Dynamics analysers dus als echte pilot plants voor productontwikkeling en kwaliteitscontrole gebruikt.

 

Meer weten?

Contacteer ons via onze website of download hier de technical note over electro-acoustische metingen.

Gerelateerde berichten

Mechanische eigenschappen van isolatiemateriaal: duurder én sterker

Je kan er vandaag nog moeilijk naast kijken. Naast de enorme stijging van de energieprijzen nemen ook de prijzen van bouwmaterialen een enorme vlucht. En net nu we wegens klimaatverandering en de stijging van de energieprijzen massaal moeten isoleren, gaan ook de prijzen voor isolatiematerialen pijlsnel de lucht in… Dat leek ons reden genoeg om [...]

Karakterisering van lithium-ionbatterijen met de Thermo Scientific Phenom XL G2 benchtop SEM

Van mobiele telefoon en andere mobiele toestellen tot elektrische wagens. We kunnen de batterijen die hiervoor gebruikt worden niet meer wegdenken uit het dagelijkse leven. Onderzoek en ontwikkeling van nieuwe batterijen is bovendien van essentieel belang om de milieueffecten van bijvoorbeeld elektrische voertuigen op termijn te verminderen. Lithium-ion batterijen, zijn zeer efficiënte energie-opslagapparaten. Momenteel worden [...]

Bouwen op Fritsch A28 voor ongeëvenaarde beeldanalyse

De uitdrukking “op iemand kunnen bouwen” is niet uit de lucht gegrepen. Iets of iemand waarop je kunt bouwen, biedt vertrouwen, zekerheid en kwaliteit. Voor de bouwsector mogen dit zeker geen loze begrippen zijn. Om het onderscheid te maken met de (talrijk aanwezige) concurrentie en om je plek als gevestigde waarde binnen de bouwsector te [...]

mei 16, 2022