Pigmente, Toner, Tinten

Pigmente, Toner, Tinten

Ob in Malerfarben, Lacken, Buntstiften oder auch Kosmetika, bunte Pigmente kommen in zahlreichen Industrien zum Einsatz. Üblicherweise werden dabei unlösliche, organische oder anorganische Pigmente in einem flüssigen Medium dispergiert, verarbeitet oder für trockene Anwendungen mit anderen Pulvern gemischt. Industriell spielen dabei Weißpigmente eine sehr große Rolle: Für die Papierindustrie ist hier insbesondere Calciumcarbonat zu erwähnen, von dem jährlich ca. 3 Mio Tonnen allein in diesem Sektor verarbeitet werden. Noch größer ist der Bedarf für Titandioxid vor allem im Gebäude- und Lackbereich: hier geht es um ein jährliches Einsatzvolumen von ca. 5-6 Mio Tonnen.

Unabhängig vom Einsatzgebiet und der Verarbeitungsart: Die finalen optischen Eigenschaften eines Farbpigmentes hängen insbesondere von der Partikelmorphologie (Größenverteilung, Teilchenform) und – bei flüssiger Verarbeitung – von den Dispersionseigenschaften der Pigmentsuspension ab. Genau für die Überprüfung und Optimierung dieser Parameter bietet Ihnen 3P Instruments eine Reihe von sehr hilfreichen Analyseverfahren.

Partikelgröße und -form der Pigmentpartikel

Während die Grundfarbe einer Farbbeschichtung von der Art des Pigments bestimmt wird, so hat insbesondere die Korngröße aber auch die Form der einzelnen Pigmentpartikel generell einen großen Einfluss auf die optischen Eigenschaften insgesamt und darüber hinaus auch auf die weitere Verarbeitung der Farbträger. Vor allem bei anorganischen Pigmenten wird die Korngröße dabei durch Mahlung eines entsprechenden Ausgangsstoffs (häufig ein Mineral) kontrolliert. In sogenannten Dispersionsfarben hängt deren Farbintensität und Deckkraft vor allem von der Größe der Pigmentpartikel ab: Je kleiner die Teilchen, desto höher ist grundsätzlich die Deckkraft. Zudem können zu große Partikel zu sichtbaren Unebenheiten, z.B. auf einer gestrichenen Wand, führen.

In Anwendungen wie Farbsprühdosen oder Tintenstrahldruckern ist die Partikelgröße ebenfalls ein entscheidender Qualitätsfaktor, da übergroße Partikel zu Verstopfung der Düsen führen können und das Produkt so nicht nutzbar wäre. Im Fall von nanopartikulären Pigmenten hat aber auch die Größe direkten Einfluss auf die Farbigkeit, Grund dafür ist die sogenannte Plasmonenresonanz von Licht an Nanopartikeln. Hier kann die Farbe direkt über die Größe der Nanopartikel kontrolliert werden. Ein bekanntes Beispiel ist nanokolloidales Gold, welches beispielsweise historisch zum Färben von Gläsern verwendet wurde und je nach Partikelgröße verschiedene Farbtöne zwischen Rot und Violett erzeugen kann. Eine exakte Kontrolle der Partikelgröße ist dabei unerlässlich.

In der Automobilanwendung ist bei sogenannten Effektpigmenten neben der Teilchengröße auch die Kornform entscheidend: Metalleffektlackierungen zeichnen sich dadurch aus, dass sie in Abhängigkeit vom Lichteinfall das Licht reflektieren und einen metallenen Glanz erzeugen. Möglich wird dies durch eine plättchenartige Morphologie der Pigmentteilchen, die in der Farbbeschichtung parallel orientiert sind. Exakt diese Morphologieeigenschaften können mit unseren Geräten der Bettersizer-Linie, insbesondere Bettersizer S3– und Bettersizer 2600-Serie durch die einzigartige Kombination aus Laserbeugung und dynamischer Bildanalyse präzise und schnell analysiert werden. Für die Teilchengröße von Nanopigmenten eigenen sich – je nachdem, ob es sich um hochdichte, anorganische Teilchen oder weiche organische Pigmente handelt, entweder unsere akustischen Spektrometer der DT-Serie oder die DLS-Systeme der BeNano-Serie.

Untersuchung von Pigmentsuspensionen: Zetapotential, elektrische Leitfähigkeit, Stabilität

Für Farben und Tinten müssen Pigmente in eine stabile Dispersion gebracht werden. Die Stabilität einer Pigmentsuspension wird nicht nur von der Größe der Partikel beeinflusst, sondern auch von den Eigenschaften des Mediums, vor allem von der Viskosität, elektrischen Leitfähigkeit und der Ladungs-Wechselwirkung des Mediums mit den Pigmenten. Hier kann das Zetapotential als einfacher Parameter verwendet werden, um die Ladungsverhältnisse an der Grenzfläche zwischen Teilchen und Medium zu bewerten. Dieser Parameter kann, je nach System, direkt als Stabilitätsparameter verwendet werden und liefert indirekt Aussagen zu den rheologischen Eigenschaften aber auch dem Beschichtungsverhalten der vorliegenden Suspension. Ideal eignet er sich auch für die qualitative und quantitative Optimierung des Systems mit einem Additiv oder einer Binderlösung. Für die Bestimmung des Zetapotentials bietet 3P – je nach Anwendung – zwei Messmethoden: Elektrophoretische Lichtstreuung (ELS) implementiert in unseren Geräten der BeNano-Serie und Elektroakustik, verwendet in der DT-Spektrometerserie.

Die wesentlichen Pigment-Suspensionseigenschaften wie Stabilität, Benetzung und Haftung sowie Schichtbildung sind mit der elektrischen Leitfähigkeit verbunden. 3P Instruments bietet hier die Möglichkeit, auch unpolare, organische Systeme mit dem DT-700 hinsichtlich dieses Parameters zu charakterisieren.

Analysemethoden für Pigmente, Toner und Tinten