レーザー回折式粒子径分布測定装置　マスターサイザー 3000+ Lab

粉体流動性は、多くのプロセスで製造効率を維持する上で重要です。一貫性のない粉体流は、薬の剤形の含有量均一性などの製品の品質変数に直接影響を与える可能性があります。また、粉末の供給の不均一によって粒子サイズの減少プロセスの効果が変化するため、プロセスの変動につながる可能性があります。積層造形技術や3Dプリント技術を用いた焼結製品の製造においては、粉体流が重要な検討事項となります。ここでは、粉末床の堆積中の流量が不十分な場合、粉末床密度が変動し、欠陥が発生することで完成品の強度が低下する可能性があります。

粒子サイズ と粒子径分布の分析は、粉体の流動特性を理解する上で重要です。これらの特性は、粉体内の粒子がどのように凝集して固定されるかを予測するのに役立ちます。粒子サイズが大きく、粒度分布が狭い粉末は、良好な流動性を示す傾向があります。粒子サイズが小さい粒子、または粒度分布が広い粒子の場合、粒子間の接触表面積が大きくなり、空隙を埋めるために存在する微粒子の能力が大きくなるため、流動性が低下する傾向があります。

粒子の充填密度は、セラミックおよび金属部品の製造における金型充填、粉体塗装、浮遊物の固体負荷など、多くのプロセスの成功に影響を与えます。粒子サイズと粒度分布の両方の関数により、粒子が互いに凝集します。大きな粒子は小さい粒子よりも効率的に凝集しないため、大きな空隙ができます。粒度分布を広げることで、大きな粒子の隙間に小さな粒子が入り込むため、凝集効率が向上します。欠陥のない焼結部品を製造するには、空隙率を最小限に抑えることが重要です。粉体塗装では、充填密度が濃いため低温で効率的に溶解できるため、ポリマー粒子間の架橋反応に多くの時間をかけることで、より優れた仕上げを実現します。

粒子充填は、懸濁液のレオロジー（特にその粘度）にも影響します。大きな粒子と小さな粒子を混合すると、凝集効率が向上するため、システムの粘度への影響が最小限に抑えられます。これは、塗料やセラミックなどの浮遊物の固体負荷を増加させるために利用できる現象です。

医薬品 や 食品 などの産業で使用/生産される懸濁液やエマルションの安定性は、製品の有効性、受容性、成功を確保する上で重要です。  分散安定性と重力分離は、両方とも重要な要素です。

分散安定性：安定した分散を実現するには、媒体内の粒子間に存在する異種間/同種間の凝集力を制御する必要があります。これらの力はエマルションの凝集や、懸濁液および粉末中に凝集体を形成する可能性があります。粒子サイズが小さくなると、分散安定性が低下するリスクが高まり、処理に大きな影響を与える可能性があります。製造工程における粉末搬送の問題や、最終的な製品性能の問題(コーティングや塗料の完成度を低下させる凝集体の形成など)につながる可能性があります。分散安定性リスクの管理や、製品の性能と適合に対する安定性問題の影響の特定には、粒子サイズおよび粒度分布分析を使用します。

重力分離：重力分離に対する懸濁液やエマルジョンの安定性を向上させるには、粒子に対する重力(粒子サイズと密度の関数)と粘度に依存する懸濁液の押し上げのバランスをとる必要があります。エマルションでは、粒子サイズ分析を使用して、クリーム化の可能性を評価し、液滴が大きくなるようにして、経時的に凝集や合体の安定性を監視します。液滴の大きさや凝集の程度は食品の口当たりや飲料の粘度などの特性にも影響を与える可能性があるため、エマルション処方を最適化して製造する際には、粒子サイズを定期的に測定する必要があります。

懸濁液とスラリーの粘度と流動性は、粒子サイズや粒子径分布など、さまざまな物理特性に依存します。粒子サイズが低下したり(一定の体積分率の場合)、粒子径分布が大きくなったりすると、サンプルの粘度が増加して流動性が低下します。粘度は、塗料、化粧品、電池製造などの多くの用途で重要です。例えば電池では、懸濁された粒子のスラリーを金属箔に塗布することによって電池電極が製造されます。スラリーの粘度が高すぎると、コーティングプロセスが困難になる可能性があります。

材料の溶解速度は、微粒子の比表面積の影響を受けます。粒子のサイズを小さくして粒子の比表面積を大きくすると、溶解プロセスが促進されます。この相関関係は、溶解が製剤原料の生物学的利用に直接影響を与える医薬製品において特に重要です。また、農薬および洗剤メーカーは、製剤内の活性成分の溶解および放散速度を制御するために、粒子サイズを管理する必要があります。

吸入のしやすさは、有害な粒子の吸入を防止し、気道内の薬物投与を最適化するための重要な基準です。すべての経口吸入および鼻孔薬(OINDP)では、粒子サイズは重要なパラメータであり、鼻腔内での沈着と貯留、および肺のさまざまな部位への浸透に適した明確なサイズ範囲が指定されています。一方、洗浄剤やヘアスプレーなどのメーカーは、吸入を防止するために微粒子を管理する必要があり、安全性試験には粒子サイズ分析が不可欠です。

固体系の反応速度は、多くの場合、関与する粒子の比表面積の関数です。粒子が細かくなるほど、表面積対体積比が大きくなり、反応速度が速まります。これは、粒子サイズがセメント製品の硬化速度に影響を与えるセメント産業や、反応速度を最適化したり、汚染物質を効率的に除去したりするために粒子サイズを調整しなければならない触媒製造産業、電力密度、充電時間、電池の耐久性のバランスを取るために粒子サイズを制御する必要がある電池製造産業など、さまざまな産業で重要です。

光学特性(粒子の光散乱能力など)は、塗料、コーティング、顔料メーカーが利用しています。粒子が光を散乱させる方法は、そのサイズによって異なるため、表面コーティングで粒子サイズを操作すると、色相や着色力、製品の範囲や光沢などの性能パラメータに影響します。

食品などの製品に対する消費者知覚は、多くの場合、粒子サイズの影響を受けます。例えば、コーヒー豆の粒子サイズと挽き具合は、風味と抽出時間の両方に影響します。チョコレートの微粒子は、なめらかな口当たりをもたらし、多くの場合、粒状感よりも優れていると認識されます。

セメント などの材料の硬化特性は、粒子径の影響を受けます。セメントの硬化品質とその結果得られる圧縮強度は、粒子サイズが小さくなると表面積が増加するため、高まります。レーザ回折では、平均粒子サイズと同様に重要な粒子径分布を測定します。2つのセメントサンプルの平均サイズか表面積が同じ場合、サンプルの粒子径分布が狭いほど圧縮強度が高まります。