El Laboratorio de Caracterización de Partículas y Microsuperficies (LCPM) presenta una gran versatilidad debido a que su equipamiento y técnicas disponibles son capaces de abarcar un amplio espectro de aplicaciones de gran interés en sectores industriales estratégicos como el farmacéutico, biomédico y químico, así como ser de especial relevancia para el estudio de materiales de construcción, caracterización de polímeros, adhesivos, productos alimenticios, ingeniería de materiales, conservación y restauración del Patrimonio, energías renovables y en el tratamiento y reutilización de aguas, entre otros.
El LCPM pretende cubrir una parte importante de la caracterización microestructural de superficies y sólidos pulverulentos de distinta naturaleza en cuanto a tamaño de partícula, potencial Z, porosidad, distribución de tamaño de poro y superficie específica.
Entre los análisis de propiedades físico-químicas de materiales que oferta el LCPM están:
- Análisis de tamaño de partícula y potencial Z
El tamaño de las partículas y la distribución del tamaño tienen una influencia directa en las propiedades del material. El LCPM dispone de las siguientes técnicas:
- La tecnología de difracción láser determina la distribución de tamaño de partícula (rango 0,02 – 2000 µm) midiendo la variación angular en la intensidad de luz dispersada cuando un haz láser pasa a través de la muestra. Dependiendo de la cantidad y de la naturaleza de la muestra se puede usar una unidad de dispersión para vía seca o para vía húmeda.
- La tecnología DLS (Dynamic Light Scattering) se basa en fluctuaciones de intensidad de luz debidas al movimiento browniano de las nanopartículas en medio líquido. Permite medir distribuciones de tamaño de partícula en el rango nanométrico (0,6 – 6.000 nm).
- El potencial Z es una medida de la magnitud de la repulsión o atracción electrostática (o de carga) entre las partículas por dispersión de luz electroforética (ELS), y es uno de los parámetros fundamentales que afectan a la estabilidad. Su medición aporta información detallada de las causas de la dispersión, agregación o floculación, y se puede aplicar para mejorar la formulación de dispersiones, emulsiones y suspensione
- Picnometría de gas
La densidad de un material sólido es otra propiedad textural de alta importancia que está directamente relacionada con sus propiedades físicas y su aplicación final. Hay muchos tipos de densidad para sólidos en función del volumen que se considere. Con esta técnica se mide la densidad del esqueleto de sólidos utilizando gas helio como fluido picnométrico. Es un sistema automático, no destructivo de la muestra que permite analizar muestras sólidas de cualquier tipo (polvo, pastillas, fibras…) así como muestras semisólidas, siempre que su presión de vapor sea inferior a 25 µm de Hg. - Porosimetría de mercurio
La porosimetría de intrusión de mercurio (MIP) es una técnica utilizada para la evaluación de la porosidad, la distribución del tamaño de los poros y el volumen de los poros (entre otros) para caracterizar una amplia variedad de materiales sólidos. La intrusión de mercurio en una sustancia está basada en el equilibrio de las presiones tras introducir el mercurio en los poros de la misma, siendo el tamaño de poro inversamente proporcional a la presión aplicada. De esta manera, con esta técnica se puede determinar el tamaño y distribución de tamaño de poro en un intervalo total (entre baja y alta presión) de 0,0036 – 360 µm, así como las densidades aparentes y de empaquetamiento. El proceso reverso, la extrusión permite obtener datos adicionales incluyendo la caracterización de poros complejos. Además, puede proporcionar otras propiedades como la permeabilidad, la tortuosidad, el volumen total de poros, el % de porosidad, la fractalidad… - Adsorción física de gases
La adsorción física de gases y vapores (adsorbatos) en sólidos (adsorbentes) es una de las técnicas más utilizadas para el estudio de la textura porosa de sólidos de todo tipo. Pueden determinarse parámetros como el área superficial (o superficie específica), el volumen y la distribución de tamaño de micro y mesoporos.
El área superficial indica la cantidad de un material que está disponible para reaccionar con otras partículas componentes y/o el entorno circundante. Las partículas con superficies rugosas o porosidad interna generalmente exhibirán áreas superficiales específicas más altas. El área superficial, por lo tanto, es una herramienta fundamental para investigar la cinética del proceso de sinterización y las propiedades del producto final. - Reología
La reología es el estudio del flujo y la deformación de los materiales bajo la aplicación de una fuerza externa. La medida de las propiedades reológicas es aplicable a todo tipo de materiales, desde fluidos como soluciones diluidas de polímeros y surfactantes hasta semisólidos como pastas y cremas. Permite determinar la relación de la viscosidad frente a la velocidad de deformación, o frente a la temperatura para obtener un perfil avanzado de viscosidad de la formulación.
Aplicaciones
El Laboratorio de Caracterización de Partículas y Microsuperficies (LCPM) presenta diversas aplicaciones de elevado interés para diferentes sectores:
- Sectores enfocados al crecimiento verde, sostenibilidad y energías renovables: entre las aplicaciones destaca la caracterización de los catalizadores utilizados en la producción de nuevos combustibles y, en consecuencia, en la reducción de la dependencia energética de los combustibles fósiles. En este caso, la determinación de la superficie específica, la porosidad y la superficie químicamente activa es de gran importancia para la caracterización de estos catalizadores y su rendimiento. Otro ejemplo, es la caracterización de las nanopartículas presentes en sistemas relacionados con la obtención de energía, como son las placas solares, las pilas de combustible y los electrolizadores. Para ello, es esencial vincular la microestructura de estos componentes con el rendimiento productivo, con el fin de obtener una optimización de los recursos y mayor eficiencia energética.
- Sector de la biotecnología y biomedicina: el diseño de estrategias tecnológicas para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades basadas en la utilización de materiales requiere el estudio a nivel submicrónico. La determinación del tamaño de partícula en estructuras poliméricas y lipídicas, así como la medición del potencial Z son imprescindibles en los estudios de liberación de fármacos. Otro ejemplo de aplicación es la caracterización de nanopartículas magnéticas poliméricas con aplicaciones analíticas como sensores.
- Sector de restauración y conservación del patrimonio: la acción de micropartículas aplicables como agentes potenciadores de las propiedades anticorrosivas de sistemas de protección de metales se estudia mediante el análisis de tamaño de partícula y la caracterización superficial. Este análisis es de gran importancia en el mantenimiento y restauración de construcciones arquitectónicas antiguas con un alto valor cultural y turístico. También destacan los análisis en pigmentos, para pinturas y recubrimientos, ya que la distribución del tamaño de partículas influye en el brillo, la textura y la saturación del color.
Equipamiento:
- Analizador de tamaño de partícula y potencial Z Zetasizer Nano ZS de Malvern Instruments.
- Analizador de tamaño de partícula vía húmeda y vía seca Mastersizer 2000 de Malvern Instruments. (1)
- Picnómetro de gas Accupyc 1330 de Micromeritics. (2)
- Porosímetro de mercurio Autopore IV de Micromeritics (2)
- Analizadores de fisisorción Gemini V y ASAP 2020 de Micromeritics.(3)
- Reómetro Bohlin CVO 100 de Malvern Instruments.
Financiación
La infraestructura de este servicio ha sido parcialmente financiada por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).
(1) Número de proyecto: UNLL08-3E-009
(2) Número de expediente. n 091-030.I/04
(3 )Número de expediente. n 090-029.I/04.
