Nicomp 388對PVC（聚氯乙烯）乳液的分析

在分析聚合物乳液的粒徑分布時，常用的方法是光散射法。一般來說，它們分為兩類:靜態和動態。靜態光散射，也稱為激光衍射，使用空間陣列探測器記錄散射光模式作為一個角度的函數。動態光散射測量，在一段時間內，散射光的振幅在一個角度。在這兩種技術中，需要專門的數學算法來反演散射光模式或散射光時間剖面，以得到顆粒大小分布(PSDs)。由于這兩種光散射方法的集成性質，它們是低分辨率和低靈敏度的技術，它們可能會受到偽影和不穩定性的影響。本文的數據表明，僅在Nicomp 380中使用的Nicomp算法，可以為分布較廣、給其他光散射儀器帶來麻煩的乳濁液樣品提供準確、真實的PSDs。

光散射技術，由于它們的集成性質(即，測量信號來自許多不同大小的粒子的同時貢獻)，需要數學算法來反演原始數據，以產生真實的，潛在的粒子尺寸分布或PSD的簡化估計。由于這些算法都存在一定程度的缺陷，因此所分析的乳劑的PSD越復雜或多分散，相應的測量結果必然缺乏分辨率和精度。具體地說，動態光散射(DLS)需要一個自相關函數的解釋。這種平滑的單調遞減的曲線通常通過獲得一個預先選擇的解析函數的最佳擬合來分析，該解析函數由一個明確的粒度分布導出。在選擇合理的初始條件后，有可能將相關函數逆化為顆粒粒度分布(例如，使用拉普拉斯變換)。另一方面,粒子計數方法,如AccuSizer 780(參見AN156和157)與光散射法相比，它有一個固有的優點，即對于與乳化液安全性和穩定性密切相關的部分，即乳化液中最大的小球，它們能夠提供更準確和明確的結果。

乳劑是光散射技術中一個有趣的難題。通常，制造目的是生產特定平均直徑和相對狹窄寬度或多分散性的乳液。不幸的是，不能依靠制造技術(均質化，見AN706)始終生產出固定的產品。原料的特性會發生變化，需要不斷調整工藝參數。這就要求在加工過程中和加工后對乳劑進行表征。重要的是，不僅要確定平均直徑在規格范圍內，而且要確定均質過程充分減少了大顆粒的數量，這將在以后引起穩定性問題?？梢酝ㄟ^光散射法快速、準確地測量平均直徑，除非乳液中有大量的大顆粒存在。這樣的多分散系統對于光散射儀器來說很難處理(見AN168)。其結果可能是不穩定的答案或不代表實際粒度的偽影。 大顆粒傾向于將分布“拉動”到較大的平均直徑，從而產生不真實的真實分布圖。

更常見的情況是，當均質化過程將絕大多數固體分數(99%)的尺寸減小到標準范圍內，但有1-2%的固體分數大于1微米的顆粒。大量的研究表明，少量的這種粒子仍然會造成穩定性問題(參見出版物列表，AN155)。然而，尾巴中物質的數量不足以用光散射技術觀察到。

我們需要的是一種能夠探測到少量大粒子的極其靈敏的技術。單顆粒光學傳感技術(SPOS)便是一種可以提供這種能力的粒度分析工具。SPOS技術，被應用在AccuSizer 780上，是一種能夠計數小到0.5微米的粒子的單一顆粒計數器，。在亞微米分布的粗粒子尾部需要量化的應用中，AccuSizer 780已經發現了相當大的效用(參見AN157、164、168和706)。不像光散射集合方法，AccuSizer 780不假定一個PSD形狀。該PSD是建立由計數和測量成千上萬放入非常狹窄的流通池的顆粒粒徑所得到的。由于SPOS不是一種集成方法，所以廣泛的分布是沒有問題的，而且由于分布也不是通過計算得到的，所以也不會產生偽影。

對比圖1中的數據。圖1a是使用Nicomp 380測得的PVC 乳劑所獲得的體積加權PSD。分析的結果是一個平均直徑約為0.68微米，寬度為18%的單高斯峰。圖1b是使用了AccuSizer 780測得的同一樣品的體積加權結果。首先要指出的是380和780的結果在質量上是一致的。它們都產生了主峰的平均直徑。當然，380測得的主峰略微寬一些，這是分辨率較低的結果。但是請注意，780能夠探測到大于30微米的粒子，而380則是無法探測到這些粒子的。這是由于低靈敏度固有的光散射技術所造成的的。事實上，根據780的結果，確定大于1微米的顆粒只占固體體積的0.5%。產生這些數據的乳劑是一個可以很容易地通過光散射裝置進行分析樣品例子。它的分布較窄，大顆粒的數量也相對較少。另一方面，圖2是一個分布廣泛的不穩定乳液的結果。圖2a是使用Nicomp 380測得的第二種乳劑所獲得的體積加權PSD的結果。分析產生了兩個峰值，一個是0.27微米，另一個是1.3微米。

第一個峰代表乳狀液的主峰，第二個峰是聚合體尾部的代理峰。重要的是要再次指出，這樣的分布可能會導致綜合測量的問題。較大的粒子傾向于掩蓋或改變主峰的貢獻。但是Nicomp算法能夠從較大的粒子中分離出貢獻，使主峰穩定到正確的平均直徑。通過分析得到的平均直徑與期望值相關。從圖2b中可以看出，其中包含了從AccuSizer 780中獲得的體積加權PSD, 380觀察到的第二個峰，實際上代表了真實的顆粒大小。這進一步驗證了Nicomp算法的準確性及其處理復雜分布的能力。當然，780個觀測到的大粒子(大于20微米以上)是380觀測不到的，但同樣，這是由于靈敏度的問題。重要的問題是，僅380就能夠產生乳狀液PSD的精確表示，這是大多數光散射設備無法做到的。它能夠確定正確的平均直徑的主峰，也準確地描述了聚集尾。

綜上所述，Nicomp 380采用專利的Nicomp擬合算法，能夠精確地確定狹窄的PVC乳劑和聚分散的乳液的尺寸。它能夠正確地識別聚分散乳狀液中存在的兩種模式。但是只有AccuSizer 780，一個單顆粒計數器，能夠檢測到最大的顆粒，并產生關于它們的定量信息。