用张力仪测量碳酸钙粉末的沉降

良好分散的无机填料通常用于优化材料的力学和物理性能。除了可以通过Washburn测量来研究此类颗粒的润湿行为外，它们的大小分布在最终产品的质量中也起着重要的作用。在这里所述的情况下，使用Washburn测量，我们的一位客户无法确定各种碳酸钙样品之间的细微差异，这可能解释了粉末在生产过程中的不同行为。在我们的应用实验室中，我们对这些批次的粉末在异丙醇中的沉降进行了测量，并观察了它们在沉降行为方面的差异。

基于一个简单的模型，我们已经能够从测得的图中得出与样品中粒径分布有关的结论，并且同时可以区分单分散和多分散样品。因此，沉降测量使颗粒形态得以快速，轻松地进行研究，并且除了使用一台相同的测量仪器，即力学张力仪– K100进行润湿分析外，还可以进行颗粒形态测量。

背景

填料的质量控制

无机颗粒的大小从纳米到微米不等，用作建筑结构，造纸，粘合剂和涂料中的聚合物和功能材料的填充材料。

它们有助于改善和控制产品的机械和流变性能，并降低材料成本。

关于填料的分散性和最终产品质量，必须特别强调粉末的两个特征：首先，其被本体基质润湿的能力；其次，颗粒的尺寸和形态。品质的缺失导致颗粒的不均匀分布，并因此导致负面的产品性能，例如，降低的抗冲击性[1]。

与填充材料颗粒的表面自由能有关的润湿行为可以通过用于粉末样品的Washburn方法来确定[2]。 我们的客户使用此方法对此处讨论的粉末样品进行了初步研究。但是，由于用Washburn方法测得的接触角仅取决于粉末的表面自由能，而不取决于其孔隙率，化学上相同的样品的结果与预期相同。因此可以确定，粉末在生产过程中不同行为必定是由于粒度引起的。

精确研究颗粒结构的实验方法，例如电子显微镜通常很费力。相比之下，我们展示了如何通过测量沉降行为仅需一点点工作就可以区分不同的颗粒样品。一个主要优势是实验设备准备，与Washburn测量非常相似。这使得粉末的润湿性和沉降行为可以彼此独立地进行测量，但又可以使用同一台测量仪器进行。

沉降和粒度

影响沉降的各种力作用于悬浮液中的颗粒。重力由浮力和摩擦分量抵消。在这些力之间建立平衡，以使粒子以恒定速度  下沉(斯托克斯定律) [3]:

这里，mp是沉降颗粒的质量，f是取决于颗粒尺寸和形状以及本体介质粘度的摩擦系数，ρl是本体液体的密度，ρp是颗粒的有效密度，g是重力加速度。

对于不同密度，大小和形状的颗粒，沉降速率会有所不同，并且假设浓度恒定，则与检测到的质量随时间的增加成比例：

关于引力常数的归一化会得出沉降系数S [s或Svedberg = 10-13 s]，这在技术文献中经常用于描述沉降行为[4]：

通过这种方式，可以容易地将单分散样品，即具有均匀颗粒形状和尺寸的样品与多分散样品区分开。前者对于质量的增加仅具有恒定的上升速度，而后者可以表现出较宽的分布或几种确定的上升速度。