Nicomp 388對PVC（聚氯乙烯）乳液的分析

Nicomp 388對PVC（聚氯乙烯）乳液的分析

在分析聚合物乳液的粒徑分布時，常用的方法是光散射法。一般來說，它們分為兩類:靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)光散射，也稱為激光衍射，使用空間陣列探測器記錄散射光模式作為一個角度的函數(shù)。動態(tài)光散射測量，在一段時間內(nèi)，散射光的振幅在一個角度。在這兩種技術(shù)中，需要專門的數(shù)學(xué)算法來反演散射光模式或散射光時間剖面，以得到顆粒大小分布(PSDs)。由于這兩種光散射方法的集成性質(zhì)，它們是低分辨率和低靈敏度的技術(shù)，它們可能會受到偽影和不穩(wěn)定性的影響。本文的數(shù)據(jù)表明，僅在Nicomp 380中使用的Nicomp算法，可以為分布較廣、給其他光散射儀器帶來麻煩的乳濁液樣品提供、真實的PSDs。

光散射技術(shù)，由于它們的集成性質(zhì)(即，測量信號來自許多不同大小的粒子的同時貢獻)，需要數(shù)學(xué)算法來反演原始數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生真實的，潛在的粒子尺寸分布或PSD的簡化估計。由于這些算法都存在一定程度的缺陷，因此所分析的乳劑的PSD越復(fù)雜或多分散，相應(yīng)的測量結(jié)果必然缺乏分辨率和精度。具體地說，動態(tài)光散射(DLS)需要一個自相關(guān)函數(shù)的解釋。這種平滑的單調(diào)遞減的曲線通常通過獲得一個預(yù)先選擇的解析函數(shù)的擬合來分析，該解析函數(shù)由一個明確的粒度分布導(dǎo)出。在選擇合理的初始條件后，有可能將相關(guān)函數(shù)逆化為顆粒粒度分布(例如，使用拉普拉斯變換)。另一方面,粒子計數(shù)方法,如AccuSizer 780(參見AN156和157)與光散射法相比，它有一個固有的優(yōu)點，即對于與乳化液安全性和穩(wěn)定性密切相關(guān)的部分，即乳化液中大的小球，它們能夠提供更和明確的結(jié)果。

乳劑是光散射技術(shù)中一個有趣的難題。通常，制造目的是生產(chǎn)特定平均直徑和相對狹窄寬度或多分散性的乳液。不幸的是，不能依靠制造技術(shù)(均質(zhì)化，見AN706)始終生產(chǎn)出固定的產(chǎn)品。原料的特性會發(fā)生變化，需要不斷調(diào)整工藝參數(shù)。這就要求在加工過程中和加工后對乳劑進行表征。重要的是，不僅要確定平均直徑在規(guī)格范圍內(nèi)，而且要確定均質(zhì)過程充分減少了大顆粒的數(shù)量，這將在以后引起穩(wěn)定性問題。可以通過光散射法快速、地測量平均直徑，除非乳液中有的大顆粒存在。這樣的多分散系統(tǒng)對于光散射儀器來說很難處理(見AN168)。其結(jié)果可能是不穩(wěn)定的答案或不代表實際粒度的偽影。 大顆粒傾向于將分布“拉動”到較大的平均直徑，從而產(chǎn)生不真實的真實分布圖。

更常見的情況是，當(dāng)均質(zhì)化過程將絕大多數(shù)固體分數(shù)(99%)的尺寸減小到標準范圍內(nèi)，但有1-2%的固體分數(shù)大于1微米的顆粒。的研究表明，少量的這種粒子仍然會造成穩(wěn)定性問題(參見出版物列表，AN155)。然而，尾巴中物質(zhì)的數(shù)量不足以用光散射技術(shù)觀察到。

我們需要的是一種能夠探測到少量大粒子的靈敏的技術(shù)。單顆粒光學(xué)傳感技術(shù)(SPOS)便是一種可以提供這種能力的粒度分析工具。SPOS技術(shù)，被應(yīng)用在AccuSizer 780上，是一種能夠計數(shù)小到0.5微米的粒子的單一顆粒計數(shù)器，。在亞微米分布的粗粒子尾部需要量化的應(yīng)用中，AccuSizer 780已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了相當(dāng)大的效用(參見AN157、164、168和706)。不像光散射集合方法，AccuSizer 780不假定一個PSD形狀。該PSD是建立由計數(shù)和測量成千上萬放入非常狹窄的流通池的顆粒粒徑所得到的。由于SPOS不是一種集成方法，所以廣泛的分布是沒有問題的，而且由于分布也不是通過計算得到的，所以也不會產(chǎn)生偽影。

對比圖1中的數(shù)據(jù)。圖1a是使用Nicomp 380測得的PVC 乳劑所獲得的體積加權(quán)PSD。分析的結(jié)果是一個平均直徑約為0.68微米，寬度為18%的單高斯峰。圖1b是使用了AccuSizer 780測得的同一樣品的體積加權(quán)結(jié)果。首先要指出的是380和780的結(jié)果在質(zhì)量上是一致的。它們都產(chǎn)生了主峰的平均直徑。當(dāng)然，380測得的主峰略微寬一些，這是分辨率較低的結(jié)果。但是請注意，780能夠探測到大于30微米的粒子，而380則是無法探測到這些粒子的。這是由于低靈敏度固有的光散射技術(shù)所造成的的。事實上，根據(jù)780的結(jié)果，確定大于1微米的顆粒只占固體體積的0.5%。產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的乳劑是一個可以很容易地通過光散射裝置進行分析樣品例子。它的分布較窄，大顆粒的數(shù)量也相對較少。另一方面，圖2是一個分布廣泛的不穩(wěn)定乳液的結(jié)果。圖2a是使用Nicomp 380測得的第二種乳劑所獲得的體積加權(quán)PSD的結(jié)果。分析產(chǎn)生了兩個峰值，一個是0.27微米，另一個是1.3微米。

首峰代表乳狀液的主峰，第二個峰是聚合體尾部的代理峰。重要的是要再次指出，這樣的分布可能會導(dǎo)致綜合測量的問題。較大的粒子傾向于掩蓋或改變主峰的貢獻。但是Nicomp算法能夠從較大的粒子中分離出貢獻，使主峰穩(wěn)定到正確的平均直徑。通過分析得到的平均直徑與期望值相關(guān)。從圖2b中可以看出，其中包含了從AccuSizer 780中獲得的體積加權(quán)PSD, 380觀察到的第二個峰，實際上代表了真實的顆粒大小。這進一步驗證了Nicomp算法的性及其處理復(fù)雜分布的能力。當(dāng)然，780個觀測到的大粒子(大于20微米以上)是380觀測不到的，但同樣，這是由于靈敏度的問題。重要的問題是，僅380就能夠產(chǎn)生乳狀液PSD表示，這是大多數(shù)光散射設(shè)備無法做到的。它能夠確定正確的平均直徑的主峰，也地描述了聚集尾。

綜上所述，Nicomp 380采用Nicomp擬合算法，能夠確定狹窄的PVC乳劑和聚分散的乳液的尺寸。它能夠正確地識別聚分散乳狀液中存在的兩種模式。但是只有AccuSizer 780，一個單顆粒計數(shù)器，能夠檢測到大的顆粒，并產(chǎn)生關(guān)于它們的定量信息。