In den letzten 30 Jahren hat sich der Einsatz von gewerblichen und industriellen Druckverfahren erheblich verändert. Insbesondere hat die Weiterentwicklung der Tintenstrahltechnologie die Druckindustrie revolutioniert – von Bürodruckern über industrielle Codierungs- und Markierungssysteme bis hin zu Keramik-, Karton- und 3D-Druckanwendungen. Ebenso ist die Nachfrage nach Tonern weiter gestiegen, da die Kosten für Fotokopierer und Laserdrucker gesunken sind und diese immer häufiger in Büros und zu Hause eingesetzt werden.

Um der steigenden Nachfrage nach hochwertigen Tinten, Beschichtungen und Tonern gerecht zu werden, müssen Hersteller ihre Eigenschaften sorgfältig optimieren. Malvern Panalytical bietet hierfür verschiedene Analysegeräte an.

Warum ist die Charakterisierung wichtig?

Um die beste Leistung ihrer Endprodukte zu erzielen, müssen Hersteller von Tinten und Beschichtungen die Eigenschaften ihrer Rohstoffe optimieren. Tinten sind beispielsweise komplexe Dispersionen oder Emulsionen aus Farbstoffen, Pigmenten und anderen Komponenten, die in einer kontinuierlichen Phase suspendiert sind. Die Eigenschaften dieser Komponenten wirken sich auf mehrere Aspekte der Tintenleistung aus. Beispielsweise bestimmt die Partikelgröße von suspendierten Pigmenten den Farbton, Glanz und die Witterungsbeständigkeit der fertigen Beschichtung. Ebenso wirkt sich die kontinuierliche Polymerphase auf die rheologischen und filmbildenden Eigenschaften der Formulierung aus, die für das Versprühen, die Verteilung und die Filmstabilität entscheidend sind.  

Im Gegensatz zu Tinten sind Toner Pulverformulierungen, die elektrisch geladen sind, um an gegengesetztlich geladenen Trommeln, Platten oder Papierstücken zu haften und bei erhöhten Temperaturen zu schmelzen, wenn sie einem Laser ausgesetzt werden. Tonerpartikel enthalten eine Mischung aus Pigmenten, Polymeren und Ladungssteuerungsmitteln (CCA). Bei magnetischen Tonern können sie auch Ferrite (FexOy) enthalten. Die optimale Größe dieser Partikel beträgt 3 bis 10 μm, und eine kugelförmige oder fast kugelförmige Form ermöglicht eine verbesserte Farbqualität und -effizienz.

Daher ist die Charakterisierung von Tinten- und Beschichtungsmaterialien in der gesamten Wertschöpfungskette von Tinten und Tonern von entscheidender Bedeutung – ob bei der Entwicklung, Herstellung und Qualifizierung von Rohstoffen für die Verwendung in einer Formulierung oder bei der Formulierung dieser Komponenten, um ein robustes Produkt mit den besten Leistungs- und Qualitätsmerkmalen zu schaffen. 

Welche Lösungen bietet Malvern Panalytical zur Charakterisierung an?

Partikelgröße

Die Partikelgrößenanalyse ist entscheidend für die Leistung jedes Produkts, das Partikelmaterialien enthält – unabhängig davon, ob es sich um eine Dispersion, eine Suspension, ein Pulver oder ein Spray handelt.

Die Laserbeugung ist das beliebteste Verfahren dafür, und unser Mastersizer 3000 gilt als Industriestandard für eine Vielzahl von Anwendungen. Er bietet Trocken- und Nassdispergierungsfunktionen und einen großen Dynamikbereich. Er kann zur Überwachung der Pulverzerkleinerung oder Fällung, zur Prüfung der Partikelgrößenverteilung in Endprodukten oder zur Entwicklung und Erforschung neuer Produkte verwendet werden.

Wir bieten zudem Spraytec, ein Laserbeugungsprodukt, das speziell für die Sprayanalyse entwickelt wurde, und unser Insitec-Online-Analysegerät an, das in Prozesse für die Echtzeit-Partikelgrößenmessung und automatisierte Steuerung integriert werden kann. Für eine genaue Analyse von Nanopartikeldispersionen (< 1 µm) eignet sich die Zetasizer Advance-Serie möglicherweise besser. Sie nutzt die dynamische Lichtstreuung, um dispergierte Partikel mit einem Durchmesser von weniger als 1 nm zu messen.

Dispersionsstabilität

Neben der Messung der Partikelgrößenverteilung kann die Zetasizer Advance-Serie auch das Zetapotenzial einer Dispersion messen. Zusätzlich zur Beeinflussung der Tintenstabilität kann das Zetapotenzial verwendet werden, um Interaktionen innerhalb einer Formulierung zu untersuchen, oder auf einer Oberfläche gemessen werden, um Substratinteraktionen zu untersuchen.

Partikelform

Darüber hinaus können wir Sie bei der Analyse der Partikelform unterstützen. Mit unserem automatisierten Bildgebungssystem Morphologi 4 können Sie die Größe und Form von kugelförmigen und unregelmäßig geformten Partikeln bestimmen, indem Sie Zehntausende Partikel in einer Probe analysieren und entsprechend klassifizieren. Des Weiteren kombiniert unser Morphologi 4-ID die automatisierte Bildgebung mit der Raman-Spektroskopie und liefert so partikelspezifische chemische Informationen.

Elementaranalyse

Unser primäres Verfahren für die Elementaranalyse ist die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA), die für die Analyse und Herstellung von Pigmenten und Tonern verwendet wird. Die RFA kann auch verwendet werden, um die Konzentration eines bestimmten Elements oder einer bestimmten Verbindung, z. B. Titandioxid, zu bestimmen oder um Spuren von toxischen Elementen zu erkennen, z. B. in Lebensmittelverpackungen. Wir bieten sowohl RFA-Stand-Spektrometer wie das Zetium als auch RFA-Tischsysteme wie das Epsilon 4 an. 

Polymeranalyse

Druckertinten und Toner verfügen in der Regel über eine Polymerkomponente, die als Filmbildner oder Bindemittel fungiert. Die makromolekulare Struktur dieses Polymers wirkt sich direkt auf die filmbildenden Eigenschaften, Schmelzeigenschaften und das rheologische Verhalten der Tinte oder des Toners aus. Die Polymeranalyse kann Hersteller von Tinten oder Tonern dabei unterstützen, diese Eigenschaften zu optimieren.

Zur Bestimmung des Molekulargewichts von Makromolekülen ist die Gelpermeationschromatographie (GPC) ein beliebtes Verfahren. In Kombination mit der erweiterten Detektion kann sie auch zusätzliche Informationen zur Molekülgröße und -struktur bereitstellen, z. B. Verzweigungen. Durch die Kombination von GPC und erweiterter Detektion kann unser GPC-System OMNISEC zur Analyse von Materialien mit geringem Molekulargewicht wie Oligomeren, lichthärtenden Harzen und Epoxidharzen verwendet werden sowie von Polymeren mit höherem Molekulargewicht, die in Tonern zum Einsatz kommen.

Mikrostruktur in Bulkmaterialien und an Oberflächen

Bei vielen Pigmenten, die in Beschichtungen verwendet werden, handelt es sich um mehrphasige kristalline oder teilkristalline Materialien. Bei der Herstellung dieser Materialien ist es wichtig, dass Pulver die richtige Struktur und Phase aufweisen. Beispielsweise kann Titandioxid (TiO2) je nach relativer Menge an Rutil und Anatas und ihren Kristallitgrößen unterschiedliche Eigenschaften haben.

Zur Bestimmung der wichtigsten mikrostrukturellen Eigenschaften von Metall und anorganischen Materialien, die häufig in Farben verwendet werden, wie z. B. Phasenzusammensetzung und Kristallitgröße, eignen sich unsere Röntgendiffraktionssysteme (XRD) wie unser Aeris und Empyrean ideal. Darüber hinaus kann das Empyrean – unser Mehrzweck-Diffraktometer – auch zur Untersuchung der Struktur und der Restspannungen von Dünnschichten eingesetzt werden. Somit eignet es sich ideal für die Untersuchung der Eigenschaften der Beschichtung selbst.

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