DE3909732C1 - Method for determining the wetting properties of fine particles - Google Patents

Abstract

The invention relates to a method for determining the wetting properties of fine particles whose size is smaller than approximately 600 mu m, by measuring the angle of contact (dynamic and static advance and retreat angle of contact) between a first liquid fluid and a second liquid or gaseous fluid. The object of the invention is to increase the accuracy of the determination of the angle of contact and to avoid changes in the surface properties induced by the measuring method. To this end it is provided that the resulting angle of contact is determined for a monolayer of particles, which is fixed to a carrier substrate by means of a binder and whose surface porosity is preferably sufficiently high for capillary effects between adjacent particles to be precluded. The resulting angle is preferably determined on approximately from 40 to 60 particles simultaneously.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Benet­ zungseigenschaften von feinen Partikeln, deren Größe kleiner als etwa 600 µm ist, durch Messung des Randwinkels (dynamischer und statischer Vorrück- und Rückzugs-Randwinkel) zwischen einem ersten flüssigen Fluid und einem zweiten flüssigen oder gas­ förmigen Fluid, also an einer Flüssig/Gas- oder Flüssig/- Flüssig-Grenzschicht.The invention relates to a method for determining the Benet tion properties of fine particles, the size of which is smaller than about 600 µm, by measuring the contact angle (more dynamic and static advancement and retraction contact angle) between one first liquid fluid and a second liquid or gas shaped fluid, i.e. on a liquid / gas or liquid / - Liquid interface.

Neben der Grenzflächenspannung ist der Randwinkel ein wichtiger Parameter zur quatitativen Beschreibung von Benetzungsphänomenen.In addition to the interfacial tension, the contact angle is an important one Parameters for the quantitative description of wetting phenomena.

Die Benetzungseigenschaften von Partikeln spielen vor allem in der Aufbereitungsindustrie, wie z. B. bei der Aufbereitung von Kohle oder Erz sowie von Öl- und Teersanden eine sehr wichtige Rolle. In der Chemischen-, der Farbstoff- und der Pharmaindustrie ist der Randwinkel ebenfalls ein entscheidender Parameter, wenn es sich um die Benetzung oder Umbenetzung von Partikeln bzw. Pulvern handelt.The wetting properties of particles play especially in the processing industry, such as B. in the preparation of Coal or ore as well as oil and tar sands are very important Role. In the chemical, dye and pharmaceutical industries the contact angle is also a crucial parameter, if it is the wetting or rewetting of particles or Powders.

Die bekannten Verfahren zur Randwinkelbestimmung (H. L. Wolf, Physik und Chemie der Grenzflächen, Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1957) benötigen alle eine Kapillare oder eine größere ebene Fläche des zu untersuchenden Materials. Da­ bei wird auf die zu untersuchende Fläche entweder ein Flüssig­ keitstropfen aufgebracht, der dann vermessen wird, oder - wenn das Material als Kapillare vorliegt - die kapillare Steighöhe gemessen. Liegt das Material in Plattenform vor, so kann durch Neigen der Platte der Randwinkel d an der Phasengrenze bestimmt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Während das Fluid 1 immer flüssig ist, kann Fluid 2 entweder gasförmig oder flüssig sein.The known methods for determining the contact angle (HL Wolf, physics and chemistry of interfaces, Springer-Verlag, Berlin, Göttingen, Heidelberg, 1957) all require a capillary or a larger flat surface of the material to be examined. Since a drop of liquid is applied to the surface to be examined, which is then measured, or - if the material is in the form of a capillary - the capillary rise is measured. If the material is in plate form, the contact angle d at the phase boundary can be determined by inclining the plate, as shown in FIG. 1. While the fluid 1 is always liquid, the fluid 2 can be either gaseous or liquid.

Zur Bestimmung des Randwinkels an Partikeln oder Schüttgütern werden in der Literatur mehrere Methoden beschrieben. E. Weber und A. W. Neumann (Giesserei, 56 (1969), Nr. 21, October, S. 628-632), haben in diesem Zusammenhang benetzungskinetische Untersuchungen an Pulverschüttungen durchgeführt. Nach Aussage der beiden Autoren war eine direkte Messung des Randwinkels nicht möglich, so daß auf Phänomene zurückgegriffen wurde, die mit der Benetzung von Pulvern in Zusammenhang stehen. Propor­ tional zu den Benetzungseigenschaften verändert sich die Steig­ geschwindigkeit einer Flüssigkeit in Pulververschüttungen. Der Betrag dieses Wertes hängt aber zusätzlich von der Partikel­ größe und damit verbunden von der Kapillarradienverteilung ab. Mit dieser Methode können Veränderungen in den Benetzungseigen­ schaften einer Partikelfraktion erfaßt werden, eine Aussage über den Randwinkel der Partikel ist aber nicht möglich.For determining the contact angle on particles or bulk materials several methods are described in the literature. E. Weber and A. W. Neumann (Giesserei, 56 (1969), No. 21, October, Pp. 628-632), have wetting kinetics in this context Investigations carried out on powder spills. According to of the two authors was a direct measurement of the contact angle not possible, so that phenomena were used that are related to the wetting of powders. Propor The climb changes depending on the wetting properties speed of a liquid in powder spills. The The amount of this value also depends on the particle size and related to the capillary radius distribution. With this method, changes in the wetting properties can be made a particle fraction are detected, a statement However, it is not possible via the contact angle of the particles.

Die Kapillarwirkung einer Staubschicht wird auch von W. Gutowski (Eine neue Methode zur Messung des Benetzungswinkels von Stäuben, Staub-Reinhaltung der Luft, 35, 1975), zur Bestimmung von Randwinkeln benutzt. Zur Messung des Randwinkels wird der minimale Druck bestimmt, bei dem aus der flüssigkeitsgesättig­ ten Packung die erste Flüssigkeit austritt. Dieses Verfahren setzt eine homogene Kapillarradienverteilung und eine enge Partikelgrößenverteilung voraus, da sonst kein gleichmäßiger Flüssigkeitsaustritt beobachtet werden kann. Um Porenradienver­ teilungen feststellen zu können, wird in der Praxis die Queck­ silberporosimetrie angewandt, die die Radienverteilung in Abhän­ gigkeit vom angelegten Druck wiedergibt. Hier sollen sehr feine Stäube unter Vernachlässigung dieser Phänomene mit Flüssigkeit gesättigt und teilweise wieder entfeuchtet werden. Die der Mes­ sung zugrundeliegenden Berechnungen nutzen das Gesetz von Hagen-Poisseulle, das aber nur für laminare Rohrströmungen Gültigkeit besitzt. Übertragen auf Packungen müßten Durch­ strömungsmodelle von Carman und Kozeny, bzw. Rumpf und Gupte verwendet werden, die im mittleren Porositätsbereich und für gleichmäßige Zufallspackungen gleichgroßer Partikeln Gültigkeit besitzen. Um die Form der Kapillaren im Haufwerk zu berücksich­ tigen, verwendet Gutowski eine Konstante, die für benetzende Stäube den Wert 3 und für nicht benetzende Stäube den Wert 12 hat. Die Zahlenwerte ergaben sich aus der Annahme, daß Wasser Glaspartikeln mit 0° und Rußpartikeln mit 180° benetzt, beides Annahmen, die im realen Fall deutlich über- bzw. unterschritten werden.The capillary action of a layer of dust is also described by W. Gutowski (A new method for measuring the wetting angle of dusts, keeping the air clean, 35, 1975), for determination used from contact angles. To measure the contact angle, the determined minimum pressure at which the liquid saturated the first liquid escapes. This method sets a homogeneous capillary radius distribution and a narrow one Particle size distribution ahead, otherwise no uniform Liquid leakage can be observed. To pore radius ver In practice, being able to determine divisions becomes the mercury silver porosimetry applied, which depends on the radius distribution reproduces the applied pressure. Here are supposed to be very fine Dusts neglecting these phenomena with liquid  saturated and partially dehumidified again. That of the Mes based calculations use the law of Hagen-Poisseulle, but only for laminar pipe flows Is valid. Transferred to packs should be through flow models by Carman and Kozeny, or Rumpf and Gupte used in the medium porosity range and for uniform random packs of particles of the same size are valid have. To take into account the shape of the capillaries in the pile Gutowski uses a constant for wetting Dusts 3 and 12 for non-wetting dusts Has. The numerical values resulted from the assumption that water Glass particles wetted with 0 ° and soot particles with 180 °, both Assumptions that in the real case are significantly above or below will.

Das Flüssigkeitsniveau in der Staubpackung wird auf elektrischem Wege überprüft. Dazu setzt Gutowski den Flüssigkeiten geringe Mengen an Salzsäure zu, die zu einer Erhöhung der Leitfähigkeit führen, aber auch in geringsten Mengen die Benetzungseigenschaf­ ten der Partikeln beeinflussen und verändern. Diese Meßmethode ist nicht geeignet, den Randwinkel von unbeeinflußten Partikeln einfach und sicher zu beschreiben.The liquid level in the dust pack becomes electrical Paths checked. Gutowski lowers the liquids Amounts of hydrochloric acid too, leading to an increase in conductivity lead, but also in the smallest amounts the wetting properties influence and change the particles. This method of measurement is not suitable for the contact angle of unaffected particles easy and safe to describe.

Nach einem anderen bekannten Verfahren (Heertjes P. M. und Cossen N. W. F., Measuring the Contact Angles of Powder-Liquid Systems, Power Technology, Jg. 1, 1967, S. 33-42) werden aus dem Schüttgut Tabletten gepreßt. Auf diese Tabletten wird dann ein Flüssigkeitstropfen aufgebracht, aus dessen Höhe über dem Tablettenniveau auf den Randwinkel geschlossen wird. Bei einer näheren Betrachtung dieses Meßverfahrens zeigt sich aber, daß durch den Preßvorgang eine frische, sehr aktive Partikelober­ fläche erzeugt wird. Diese hat im allgemeinen völlig andere Eigenschaften als die Oberfläche der ursprünglichen Partikeln, die bereits eine Alterung oder Vorbehandlung erfahren hat. According to another known method (Heertjes P. M. and Cossen N. W. F., Measuring the Contact Angles of Powder-Liquid Systems, Power Technology, vol. 1, 1967, pp. 33-42) are derived from tablets pressed into the bulk material. Then on these tablets a drop of liquid is applied, from the height of which Tablet level is closed on the contact angle. At a A closer look at this measuring method shows that a fresh, very active particle surface through the pressing process surface is generated. This generally has completely different ones Properties than the surface of the original particles, who has already undergone aging or pretreatment.  

Buckton (Buckton G., Assessment of the Wettability of Powders by Use of Compressed Powder Discs, Powder Technology Jg. 46, 1986, S. 201-208) hat den Einfluß der Preßkraft auf den Rand­ winkel bei diesem Meßverfahren untersucht und bei seinen Experimenten eine starke Abhängigkeit des Randwinkels von der Preßkraft nachgewiesen.Buckton (Buckton G., Assessment of the Wettability of Powders by Use of Compressed Powder Discs, Powder Technology Vol. 46, 1986, pp. 201-208) has the influence of the pressing force on the edge angle examined in this measurement method and in its Experiments show a strong dependence of the contact angle on the Press force demonstrated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren der oben genannten Art dahingehend zu verbessern, daß eine sehr viel genauere Randwinkelbestimmung möglich und diese nicht durch vom Meßverfahren induzierte Änderungen der Oberflächen­ eigenschaften verfälscht wird.The invention has for its object a measurement method of to improve the above type in that a very much more precise determination of contact angle possible and not by changes in the surface induced by the measuring method properties is falsified.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei dem eingangs genannten Verfahren vor, daß der resultierende Randwinkel an einer auf ein Trägersubstrat mit einem Bindemittel befestigten Monoschicht von Partikeln bestimmt wird. To achieve this object, the invention provides at the outset mentioned methods before that the resulting contact angle one attached to a carrier substrate with a binder Monolayer of particles is determined.  

Bei diesem Meßverfahren tritt die oben beschriebene Problematik nicht in Erscheinung. Grundlage des neuen Meßverfahrens ist, die Partikeloberfläche bei der Vorbereitung der Messung und bei der Messung selbst nicht zu beeinflussen. Deshalb werden nur Verfahrensschritte angewandt, die keine Veränderung der Ober­ fläche, weder eine chemische noch eine mechanische, nach sich ziehen. Dadurch kann der reale Randwinkel der Partikel be­ stimmt werden, wie er auch bei der Handhabung der Partikeln in einem technischen Prozeß in Erscheinung tritt.The problem described above occurs with this measuring method not in appearance. The basis of the new measuring procedure is the particle surface when preparing the measurement and at not influence the measurement itself. Therefore only Process steps applied that do not change the upper surface, neither chemical nor mechanical, by itself pull. This can be the real contact angle of the particles be correct, as he is also handling the particles in occurs in a technical process.

Zur Messung des Randwinkels der Partikeln wird bei dem neuen Meßverfahrens eine Monoschicht von Partikeln auf ein Träger­ substrat am einfachsten geklebt, wobei sich die Art der Klebung nach den Partikeln und deren Größe richtet. Zweckmäßigerweise wird der resultierende Randwinkel an einer Monoschicht bestimmt, deren Flächenporosität so hoch ist, daß Kapillareffekte zwischen benachbarten Partikeln ausgeschlossen sind. Vor allem, wenn das zweite Fluid flüssig ist müssen Kapillareffekte ausgeschlossen werden, da sonst das Fluid, das die Partikeln zuerst benetzt hat, nicht vom zweiten Fluid verdrängt werden kann, was zu einer fehlerhaften Randwinkelbestimmung führen würde.To measure the contact angle of the particles with the new Measuring method a monolayer of particles on a support The easiest way to glue the substrate, depending on the type of gluing depends on the particles and their size. Conveniently the resulting contact angle is determined on a monolayer, whose surface porosity is so high that capillary effects between neighboring particles are excluded. Especially if that second fluid is liquid, capillary effects must be excluded otherwise the fluid that wets the particles first has, can not be displaced by the second fluid, which leads to would lead to an incorrect contact angle determination.

Für die Bestimmung des Randwinkels von sehr feinen Partikeln, deren Durchmesser kleiner als etwa 200 µm ist, ist es zweck­ mäßig, wenn die Partikeln auf dem Trägersubstrat mit Abstand voneinander befestigt sind. Auf diese Weise lassen sich Kapillareffekte zwischen benachbarten Partikeln besonders leicht ausschließen. Zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit werden die Partikeln vorzugsweise zu weniger als 50% ihres Durchmessers in das Bindemittel eingetaucht bzw. eintauchen gelassen.For the determination of the contact angle of very fine particles, whose diameter is less than about 200 microns, it is appropriate moderate if the particles are spaced on the carrier substrate are attached from each other. This way Capillary effects between neighboring particles in particular easily exclude. To achieve high measuring accuracy the particles are preferably less than 50% of their Diameter immersed or immersed in the binder calmly.

Eine ausreichend hohe Flächenporosität kann vorteilhafter Weise dadurch gewährleistet werden, daß die Partikeln durch einzeln auf das Trägersubstrat aufgebrachte Bindemittelpunkte, z. B. durch ein Siebdruckverfahren, gehalten werden. So wird nicht nur eine ausreichend hohe Flächenporosität gewährleistet, sondern werden auch Kapillareffekte zwischen benachbarten Partikeln ausgeschlossen. A sufficiently high surface porosity can advantageously thereby ensuring that the particles are separated by on the carrier substrate applied binder points, e.g. B. by a screen printing process. It won't only ensures a sufficiently high surface porosity, but also capillary effects between neighboring ones Particles excluded.  

Alternativ zu dieser Methode können die Partikeln vor dem Aufbringen auf die Bindemittelschicht elektrostatisch aufge­ laden werden. Durch Variation der Feldstärke kann der Abstand der Partikeln so eingestellt werden, daß Kapillareffekte zwischen benachbarten Partikeln ausgeschlossen werden können.As an alternative to this method, the particles can be cleaned before Applied electrostatically to the binder layer will load. The distance can be varied by varying the field strength of the particles are adjusted so that capillary effects between neighboring particles can be excluded.

Als Mittel zur Erzielung einer ausreichend großen freiliegenden Oberfläche der Partikeln kann die Viskosität des Bindemittels beim Aufbringen der Partikeln entsprechend hoch gewählt werden. Dadurch läßt sich dann auch vermeiden, daß Partikeln von dem Bindemittel überzogen werden. Eine Größe zur Beeinflussung der Viskosität des Bindemittels beim Befestigen der Partikeln ist auch dessen Verarbeitungszeitpunkt. Bei aushärtenden Bindemit­ teln ist die Viskosität zeitabhängig. Die Viskosität beeinflußt den Grad der Benetzung der Partikeln, so daß ein geeigneter Zeitpunkt für das Aufbringen der Partikeln zu wählen ist. Auch die Dicke der Bindemittelschicht ist so zu wählen, daß nur der zulässige Grad der Benetzung der Partikeln entsteht.As a means of achieving a sufficiently large exposed Surface of the particles can be the viscosity of the binder be appropriately high when applying the particles. This then also prevents particles from the Binders are coated. A size to influence the Viscosity of the binder when attaching the particles is also its processing time. With hardening bindemite The viscosity is time-dependent. The viscosity affects the degree of wetting of the particles, so that a suitable The time for applying the particles is to be selected. Also the thickness of the binder layer should be chosen so that only the permissible degree of wetting of the particles arises.

Die verwendeten Bindemittel dürfen beim Aushärten bzw. Abbinden keine Molekülgruppen abspalten, die von den Partikeln absor­ biert werden könnten, da hierdurch eine Veränderung der Ober­ flächeneigenschaften der Partikeln die Folge wäre. Ebensowenig darf das Bindemittel mit den Fluiden für die Randwinkelbestim­ mung reagieren oder angelöst werden, weil auch dies zur Adsorp­ tion von Bestandteilen des Bindemittels an den Partikeln führen könnte, was eine Meßwertverfälschung zur Folge hätte.The binders used may be used during curing or setting do not split off groups of molecules that are absorbed by the particles could be beer, because this changes the waiter surface properties of the particles would be the result. Just as little may determine the binder with the fluids for the contact angle reaction or be dissolved, because this also leads to adsorption tion of constituents of the binder on the particles could, which would result in a falsification of measured values.

Mit der Kenntnis des Randwinkels des reinen Bindemittels gegen die Fluide und der Flächenporosität kann der Randwinkel der Partikeln in einfacher Weise berechnet werden, wie nachfolgend noch gezeigt wird.With knowledge of the contact angle of the pure binder against the fluids and the surface porosity can be the contact angle of the Particles can be easily calculated as below is still shown.

Wesentlich ist die Struktur der Partikeln-Monoschicht und ferner, daß die Partikeln so aufgebracht werden, daß Kapillar­ effekte zwischen den Partikeln keine Rolle spielen. Vor allem bei der Messung des Randwinkels in einer Flüssig/Flüssig-Phasen­ grenzschicht besteht sonst die Gefahr, daß die besser benetzende Phase die schlechter benetzende Phase nicht verdrängen kann und eine fehlerhafte Bestimmung des Randwinkels die Folge ist.The structure of the particle monolayer and is essential further that the particles are applied so that capillary effects between the particles play no role. Especially when measuring the contact angle in a liquid / liquid phase  otherwise there is a risk that the better layer Phase which cannot displace the poorly wetting phase and the result is an incorrect determination of the contact angle.

Auch wenn die zu untersuchenden Partikeln normalerweise durch ein Bindemittel auf dem Trägersubstrat fixiert werden, kann dieses auch selbst aus dem Bindemittel bestehen.Even if the particles to be examined normally pass through a binder can be fixed on the carrier substrate this also consist of the binder itself.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist an Hand von Fig. 2 näher erläutert, welche einen Querschnitt durch ein Trägersubstrat mit einer daran befestigten Monoschicht aus einzelnen Partikeln zeigt.The method according to the invention is explained in more detail with reference to FIG. 2, which shows a cross section through a carrier substrate with an attached monolayer of individual particles.

Auf einem Trägersubstrat 1 wird eine Monoschicht aus Partikeln 3 mittels einer Bindemittelschicht 2 befestigt. Um eine Mono­ schicht derart aufzubringen, muß die Bindemittelschicht 2 selbst ausreichend dünn und die Viskosität des Bindemittels hinreichend hoch sein, damit die Partikel nur so weit benetzt werden, daß der Durchmesser der Kleberfläche weniger als 50% des Partikeldurchmessers trägt. Sinnvoll ist die Realisierung einer Klebefläche von weniger als 20% des größten Partikel­ querschnitts. Werden die Partikeln im Vergleich zum Bindemittel sehr schlecht benetzt, kann es sinnvoll sein, die Partikeln zu mehr als 50% mit dem Bindemittel zu benetzen, um so ein ein­ deutiges Meßergebnis zu erhalten. Durch die Höhe der Bindemit­ telschicht bzw. der Viskosität des Bindemittels kann die Benetzung der Partikeln durch das Bindemittel gesteuert werden.A monolayer of particles 3 is attached to a carrier substrate 1 by means of a binder layer 2 . In order to apply a mono layer in this way, the binder layer 2 itself must be sufficiently thin and the viscosity of the binder must be sufficiently high so that the particles are wetted only to such an extent that the diameter of the adhesive surface is less than 50% of the particle diameter. It makes sense to realize an adhesive surface of less than 20% of the largest particle cross section. If the particles are very poorly wetted compared to the binder, it can make sense to wet the particles with more than 50% of the binder in order to obtain a clear measurement result. The wetting of the particles by the binder can be controlled by the height of the binder layer or the viscosity of the binder.

Zur Bestimmung der Flächenporosität der Monoschicht stehen ver­ schiedene bekannte Verfahren zur Verfügung, wobei die Ermittlung zweckmäßigerweise automatisch erfolgt, beispielsweise durch eine digitale Bildanalyse. Derartige Verfahren sind aus dem Bereich der Korngrößenanalyse bekannt.To determine the surface porosity of the monolayer, ver Various known methods are available, the determination expediently takes place automatically, for example by a digital image analysis. Such methods are from the Known range of grain size analysis.

Photographische Aufnahmen von mit Partikeln beschichteten Trägersubstraten ergaben, daß die Partikeloberfläche bei rich­ tiger Präparation nicht von dem gefärbten Bindemittel überzogen worden war. Damit steht für die Randwinkelmessung eine Partikel­ oberfläche zur Verfügung, die weder beim Aufbringen der Parti­ keln auf das Trägersubstrat noch durch den Meßvorgang selbst beeinflußt wird.Photographs of particles coated Carrier substrates showed that the particle surface at rich preparation not covered by the colored binder  had been. This means that a particle represents the contact angle measurement surface available neither when applying the parti still on the carrier substrate by the measuring process itself being affected.

Für die Bestimmung des Randwinkels der Partikeln wird zunächst der Randwinkel eines mit dem Bindemittel bestrichenen Träger­ substrates bestimmt. Anschließend ist der Randwinkel eines mit Partikeln in Form einer Monoschicht versehenen Trägersubstrats zu messen. Die Bestimmung des Randwinkels eines beschichteten Trägersubstrats kann erleichtert werden, wenn der Randwinkel des Bindemittels nahe bei dem zu erwartenden Randwinkel der Partikeln liegt. In diesem Fall wird das Grenzflächenprofil 4 nur schwach durch die unterschiedlichen Randwinkel verzerrt.To determine the contact angle of the particles, the contact angle of a carrier substrate coated with the binder is first determined. The contact angle of a carrier substrate provided with particles in the form of a monolayer is then to be measured. The determination of the contact angle of a coated carrier substrate can be facilitated if the contact angle of the binder is close to the expected contact angle of the particles. In this case, the interface profile 4 is only slightly distorted by the different contact angles.

Der Einfluß des Bindemittels auf den gemeinsamen Randwinkel von Partikeln und Bindemittel kann mit Kenntnis der Flächenporosi­ tät e _F eliminiert werden, so daß mit der folgenden Beziehung der Randwinkel der Partikeln berechnet werden:The influence of the binder on the common contact angle of particles and binder can be eliminated with knowledge of the surface porosity e _F , so that the contact angle of the particles can be calculated with the following relationship:

d _P = (d _bT - e _Fd_K) / (1 - e _F) (1) d _P = (d _bT - e _F d _K ) / (1 - e _F ) (1)

Mit
d _P = Kontaktwinkel der Partikeln,
d _bT = Kontaktwinkel des belegten Trägersubstrates,
d _K = Kontaktwinkel des Bindemittels.With
d _P = contact angle of the particles,
d _bT = contact angle of the occupied carrier substrate,
d _K = contact angle of the binder.

Handelt es sich um ein System mit einem gasförmigen Fluid 2, so kann die Flächenporosität nicht immer so gering eingestellt werden, daß keine Kapillareffekte zu verzeichnen sind. In diesem Fall steigt der Flüssigkeitsspiegel an einem senkrecht eingetauchten belegten Trägersubstrat bis an einen Wert, der der kapillaren Steighöhe entspricht. Der Randwinkel des Binde­ mittels tritt dann nicht mehr in Erscheinung, da der Raum zwischen zwei Partikeln mit Flüssigkeit gefüllt ist. Da der Randwinkel zwischen zwei identischen Flüssigkeiten (Flüssigkeit zwischen den Partikeln und Fluid 1) 0 Grad entspricht, wird in Gl. (1) d _K=0° eingesetzt.If it is a system with a gaseous fluid 2 , the surface porosity cannot always be set so low that there are no capillary effects. In this case, the liquid level on a vertically immersed, coated substrate increases to a value that corresponds to the capillary rise. The contact angle of the bandage then no longer appears because the space between two particles is filled with liquid. Since the contact angle between two identical liquids (liquid between the particles and fluid 1 ) corresponds to 0 degrees, Eq. (1) d _K = 0 ° used.

Als Trägersubstrat kommen alle Materialien mit einer definier­ ten geometrischen Form in Betracht. Sinnvoll ist vor allem die Verwendung von Platten- oder Röhrenmaterial. Die Dimensionie­ rung des Trägersubstrates sollte so gewählt werden, daß mehr als 10 Partikeln, in einem optimalen Fall etwa 50 Partikeln, in einer Ebene gleichzeitig zur Bestimmung des Randwinkels heran­ gezogen werden. Außerdem sollte an mehreren Positionen auf dem Trägersubstrat (z-Achse) gemessen werden, um den Meßwert statistisch ausreichend abzusichern.All materials with a defined geometric shape can be considered as the carrier substrate. The use of plate or tube material is particularly useful. The dimensioning of the carrier substrate should be chosen so that more than 10 particles, in an optimal case about 50 particles, are simultaneously pulled up in one plane to determine the contact angle. In addition, measurements should be carried out at several positions on the carrier substrate ( z axis) in order to ensure that the measured value is sufficiently statistically valid.

Die Auswahl des Bindemittels richtet sich nach dem zu unter­ suchenden System. Um Rückwirkungen des Bindemittels auf die Randwinkelmessung auszuschließen, müssen die oben genannten Bedingungen (inert, chemisch stabil) erfüllt sein.The choice of binder depends on the below searching system. To repercussions of the binder on the To exclude contact angle measurement, the above mentioned Conditions (inert, chemically stable) must be met.

Bei Verwendung von Partikeln, die größer als 100 µm sind, bei gewissen Stoffen größer als 200 µm, kann das Trägersubstrat direkt mit den Partikeln beschichtet werden. Im anderen Fall, wenn die Teilchen also kleiner als 200 µm, gegebenenfalls kleiner als 100 µm sind, müssen auf das Trägersubstrat, z. B. mittels eines Siebdruckverfahrens, zunächst die einzelnen beabstandeten Bindemittelpunkte und auf diese Partikeln aufge­ bracht werden, um Kapillarkräfte zwischen benachbarten Parti­ keln auszuschließen. Die Partikeln können auch durch elektro­ statische Aufladung vereinzelt und dann so an der Bindemittel­ schicht befestigt werden.When using particles larger than 100 µm, at certain substances larger than 200 µm, the carrier substrate coated directly with the particles. Otherwise, if the particles are smaller than 200 µm, if necessary are smaller than 100 microns must on the carrier substrate, for. B. using a screen printing process, first the individual spaced binder points and applied to these particles are brought to capillary forces between neighboring parts rule out. The particles can also be electro static charge isolated and then so on the binder layer can be attached.

Die Messung des Randwinkels d kann bei Verwendung von Platten als Trägersubstrat einfach nach der in Fig. 1 und von K. L. Wolf dargestellten bekannten Methode erfolgen. Dabei kann die Nei­ gung der Trägerplatte entweder digital über ein Präzisions- Potentiometer abgegriffen und angezeigt werden, oder es wird in das Mikroskop, in dem das Grenzflächenprofil betrachtet wird, ein 180° Maßstab eingeblendet, an dem der Randwinkel laufend durch Tangentenbildung an das Grenzflächenprofil und das Träger­ substrat abgelesen werden kann. Die Neigung des Trägersubstrats kann auch automatisch erfolgen, wenn das Grenzflächenprofil mit einem Laserstrahl abgetastet wird. Parameter für die Neigung des Trägersubstrats ist die maximale Reflexion parallel zur Einstrahlungsrichtung, die auftritt, wenn das Grenzflächenprofil waagerecht am Trägersubstrat anliegt. Neben dieser Möglichkeit kann bei einem senkrecht eingetauchten Trägersubstrat der Ver­ lauf des Grenzflächenprofils bestimmt werden, indem ein Laser­ strahl das Profil in x- und y-Richtung abtastet. Der Winkel des gestreuten Lichtes ist dann mit den x- und y-Koordinaten korre­ liert, so daß der Verlauf des Granzflächenprofils im Rechner erzeugt und ausgewertet werden kann. Aus diesem Verlauf kann dann auch die Flächenporosität ermittelt werden.The measurement of the contact angle d can be carried out simply using the known method shown in FIG. 1 and by KL Wolf when using plates as the carrier substrate. The inclination of the support plate can either be tapped and displayed digitally via a precision potentiometer, or a 180 ° scale is displayed in the microscope in which the interface profile is viewed, at which the contact angle is continuously formed by tangent formation with the interface profile and the carrier substrate can be read. The inclination of the carrier substrate can also take place automatically if the interface profile is scanned with a laser beam. The parameter for the inclination of the carrier substrate is the maximum reflection parallel to the direction of irradiation, which occurs when the interface profile lies horizontally on the carrier substrate. In addition to this possibility, the course of the interface profile can be determined for a vertically immersed carrier substrate by a laser beam scanning the profile in the x and y directions. The angle of the scattered light is then corrected with the x and y coordinates, so that the course of the boundary surface profile can be generated and evaluated in the computer. The surface porosity can then also be determined from this profile.

Bei Kenntnis der Grenzflächenspannung ga, die mit einem Tensio­ meter bestimmt werden kann, ist der Randwinkel auch an Hand einer Kraftmessung bei bekannten benetztem Umfang U zu ermit­ teln. Das beschichtete Platten- oder Röhrenmaterial wird in die Grenzschicht gebracht und die Kraft F mit einer empfindlichen Waage bestimmt. Mit der BeziehungWith knowledge of the interfacial tension ga , which can be determined with a tensio meter, the contact angle must also be determined using a force measurement with a known wetted circumference U. The coated plate or tube material is brought into the boundary layer and the force F is determined with a sensitive balance. With the relationship

F/U = ga · cos d (2) F / U = ga · cos d (2)

kann der Randwinkel des Bindemittels d _k und der Randwinkel des beschichteten Trägersubstrats d _bT berechnet werden. Nach der Gleichung (1) wird bei Kenntnis der Flächenporosität e _F der Randwinkel der Partikeln d _p ermittelt.the contact angle of the binder d _k and the contact angle of the coated carrier substrate d _bT can be calculated. According to equation (1), if the surface porosity e _{F is known,} the contact angle of the particles d _{p is} determined.

Durch unterschiedliche Eintauchgeschwindigkeiten können auch dynamische Randwinkel bestimmt werden. Ebenfalls kann auch der Rückzugsrandwinkel mit diesen Meßmethoden gemessen werden.Due to different immersion speeds, too dynamic contact angles can be determined. The can also Retraction contact angle can be measured with these measurement methods.

Die Bestimmung der Flächenporosität des beschichteten Träger­ subtrates erfolgt zweckmäßigerweise durch eine automatische Auswertung an vergrößerten Papierbildern. Bei durchsichtigen Trägersubstraten kann allerdings die Extinktion eines Licht­ strahls gemessen werden, wobei der Einfluß des Bindemittels zu berücksichtigen ist. Direkt auf dem Trägersubstrat kann die Flächenporosität durch eine digitale Bildanalyse bestimmt werden.The determination of the surface porosity of the coated carrier Subtrates are conveniently done by an automatic Evaluation on enlarged paper pictures. With clear Carrier substrates can, however, absorb light be measured with the influence of the binder is considered. This can be done directly on the carrier substrate Surface porosity determined by digital image analysis will.

Eine Kopplung der automatischen Randwinkelmessung mit auto­ matischer Bestimmung der Flächenporosität ermöglicht eine rationelle Berechnung von realen Randwinkeln an unbeeinflußten Partikeloberflächen.A coupling of the automatic contact angle measurement with auto A mathematical determination of the surface porosity enables rational calculation of real contact angles on unaffected Particle surfaces.

Claims (9)

1. Verfahren zur Bestimmung der Benetzungseigenschaften von Partikeln, deren Größe kleiner als etwa 600 µm ist, durch Messung des Randwinkels an einer Phasengrenzschicht zwischen einem ersten flüssigen Fluid und einem zweiten flüssigen oder gasförmigen Fluid, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Randwinkel an einer auf ein Trägersub­ strat mit einem Bindemittel befestigten Monoschicht von Partikeln bestimmt wird.1. A method for determining the wetting properties of particles whose size is less than about 600 microns, by measuring the contact angle at a phase boundary layer between a first liquid fluid and a second liquid or gaseous fluid, characterized in that the resulting contact angle at a Carrier substrate strat with a binder attached monolayer of particles is determined. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Randwinkel an einer Monoschicht bestimmt wird, deren Flächenporosität so hoch ist, daß im Falle eines flüssigen zweiten Fluides Kapillareffekte zwischen benachbarten Partikeln ausgeschlosssen sind.2. The method according to claim 1, characterized, that determines the resulting contact angle on a monolayer whose surface porosity is so high that in the case of a liquid second fluids capillary effects between adjacent ones Particles are excluded. 3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Randwinkel von Partikeln, deren Größe kleiner als 200 µm ist, an einer Monoschicht von beabstandeten Partikeln bestimmt wird.3. The method according to claim 1 and 2, characterized, that the resulting contact angle of particles, their size is less than 200 microns on a monolayer of spaced Particles is determined. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Randwinkel an mehr als 10 Partikeln, vorzugsweise etwa 40 bis 60 Partikeln, gleichzeitig bestimmt wird. 4. The method according to claim 1 to 3, characterized, that the resulting contact angle on more than 10 particles, preferably about 40 to 60 particles, determined simultaneously becomes.   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst einzelne Bindemittelpunkte auf das Trägersubstrat und dann auf diese die Partikeln aufgebracht werden, bevor der resultierende Randwinkel an der so befestigten Monoschicht be­ stimmt wird.5. The method according to claim 2, characterized, that first individual binder points on the carrier substrate and then the particles are applied to this before the resulting edge angle on the monolayer thus attached is true. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikeln zunächst elektrostatisch aufgeladen und dann auf die Bindemittelschicht aufgebracht werden, bevor der resultierende Randwinkel an der so befestigten Monoschicht bestimmt wird.6. The method according to claim 1, characterized, that the particles are first electrostatically charged and then be applied to the binder layer before the resulting contact angle on the monolayer attached in this way is determined. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der resultierende Randwinkel an einer Monoschicht bestimmt wird, deren Partikeln zu weniger als 50% ihres Durchmessers in das Bindemittel eingetaucht sind.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized, that determines the resulting contact angle on a monolayer whose particles are less than 50% of their diameter in the binder is immersed. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel verwendet wird, dessen Viskosität beim Auf­ tragen der Partikeln so hoch ist, daß die Partikeln nicht von dem Bindemittel überzogen werden.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that a binder is used, the viscosity of the on carrying the particles is so high that the particles are not of be coated with the binder. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bindemittel verwendet wird, dessen Randwinkel nahe bei dem Randwinkel der Partikeln liegt.9. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized, that a binder is used, the contact angle close to the contact angle of the particles.