Nanopartikel

Auf dem Gebiet der Nanopartikel befasst sich die Forschung mit einem breiten Interessenbereich der Chemie, Physik und Werkstoffkunde. Die Steuerung der Morphologie im Nanobereich gestattet eine sorgfältige Kontrolle des Endprodukts. Durch Veränderungen der Partikelgröße, Morphologie und Zusammensetzung lassen sich Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften produzieren, die alle die rheologischen Eigenschaften beeinflussen. Diese neuartigen Substanzen haben andere Eigenschaften als die ursprünglichen Produkte. Nanopartikel können beispielsweise die Festigkeit und Härte von Metallen und Keramik erhöhen und Schutzbeschichtungen transparent machen. Zu den Anwendungen im Nanopartikelbereich gehören kolloidale Dispersionen, metallische Nanopartikel, Biopolymere und Werkstoffe mit Nanostruktur.

Das Verfahren der dynamischen Lichtstreuung (DLS) ist für die Größenbestimmung von Partikeln im Nanometerbereich bestens geeignet. Der Zetasizer Nano serie von Malvern verwendet eine patentierte Optik mit außergewöhnlich hoher Empfindlichkeit, die selbst die Größenbestimmung von Proben ermöglicht, die sehr kleine Partikel und/oder Partikel in sehr geringen Konzentrationen enthalten. Darüber hinaus ermöglicht die Rückstreuoptik die Messung von Proben mit wesentlich höheren Konzentrationen, als das unter Verwendung herkömmlicher DLS-Instrumente mit einem Detektionswinkel von 90° möglich ist.

Wenn eine Nanopartikelprobe Aggregate enthält, dann kann ein Endprodukt, in dem diese Nanopartikel enthalten sind, Defekte aufweisen. Die Stabilität der Partikeldispersion hängt vom Gleichgewicht der abstoßenden und anziehenden Kräfte zwischen den sich annähernden Partikeln ab. Wenn sich alle Partikel gegenseitig abstoßen, bleibt die Dispersion stabil. Weisen die Partikel jedoch wenig oder keine abstoßenden Kräfte auf, kommt es schließlich zur Instabilität, z. B. Ausflockung, Aggregation usw. Mit den Bohlin Rheometern von Malvern Instruments lässt sich das Bulkmaterial testen, um über die Ermittlung der rheologischen Eigenschaften eine Aussage darüber zu machen, ob das Produkt ausreichend stabilisiert wurde.

Das Zetapotenzial eines Partikels versteht sich als die Gesamtladung, die das Partikel gegenüber dem umgebenden Medium aufweist, und kann mit einem Zetasizer gemessen werden. Die Größe des gemessenen Zetapotenzials ist ein Indikator für die vorhandene Abstoßungskraft und kann zur Vorhersage der langfristigen Stabilität des Produkts herangezogen werden. Wenn alle suspendierten Partikel ein hohes negatives oder positives Zetapotenzial haben, neigen sie zur gegenseitigen Abstoßung und es besteht keine Tendenz zur Annährung der Partikel. Wenn die Partikel jedoch niedrige Zetapotenzialwerte haben, dann ist keine Kraft vorhanden, die verhindert, dass die Partikel zusammenkommen und ausflocken. Die Auswirkung von pH-Wert, Additivkonzentration oder Ionenstärke des Mediums auf das Zetapotenzial und die rheologischen Eigenschaften können Hinweise für die Optimierung der Rezeptur eines Produkts im Hinblick auf maximale Stabilität geben. Mit einem Autotitrator kann die Auswirkung dieser Parameter auf die Stabilität der Partikeldispersion automatisch bestimmt werden. Der Malvern Multi Purpose Titrator (MPT-2) ist ein Gerät, das solche Titrationen in Kombination mit einem geeigneten Zetasizer (z. B. Zetasizer Nano ZS) durchführen kann. Außerdem kann man durch die Messung der rheologischen Eigenschaften mit einem der Bohlin Rheometer komplementäre nützliche Information gewinnen.