Caracterización de partículas nanométricas por técnicas de dispersión de luz. Estimación de distribuciones de tamaños en látex poliméricos

Abstract

This thesis proposes new methods for estimating the particle size distribution (PSD) of polymeric latex that involve spherical particles with both homogeneous and non-homogeneous core-shell morphology, based on light scattering measurements. In particular, it is presented a new method for estimating PSDs in latex of homogeneous particles on the basis of multiangle dynamic light scattering (MDLS), from which improved estimates can be obtained when compared to classical estimation methods. In the case of latex with core-shell particles, a novel estimation method is proposed for acceptable estimating the bivariate size distribution (i.e., core and particle size distribution) on the basis of light scattering measurements. Also, two alternative methods for estimating PSDs of latex with unknown composition based on elastic light scattering and MDLS are evaluated. Finally, an analysis of the capillary hidrodynamic fractionation (CHDF) technique with turbidity detection is carry out. A study on the uncertainties of: i) the calibration curve: particle diameter vs elution time; and ii) the refractive index of the particles, is performed. Aditionally, a method to quantify and correct the instrumental broadening in CHDF is proposed, that is able to improve the obtained estimates.

En este trabajo de tesis se proponen nuevas metodologías para estimar la distribución de tamaños de partícula (PSD) en látex poliméricos con partículas esféricas tanto homogéneas como no-homogéneas de morfología núcleo-coraza, sobre la base de mediciones de dispersión de luz. En particular, se presenta un nuevo método de estimación de PSDs en látex de partículas homogéneas basado en mediciones de dispersión de luz dinámica a múltiples ángulos (MDLS), a partir del cual pueden obtenerse estimaciones mejoradas respecto de los métodos clásicos. Para el caso de partículas con morfología núcleo-coraza, se presenta un método novedoso, lográndose obtener estimaciones aceptables de la distribución bivariable de tamaños (distribución de tamaños de núcleos y de tamaños de corazas), sobre la base de mediciones de dispersión de luz. Por otra parte, se evalúan dos métodos alternativos de estimación de la PSD en látex de composición desconocida, a partir de mediciones de dispersión de luz elástica (ELS) o MDLS. Por último, se estudian algunos detalles específicos de la técnica de fraccionamiento hidrodinámico capilar (CHDF) con detección mediante turbidez. Se evalúa la influencia sobre la PSD obtenida de incertidumbres en: i) la curva de calibración: diámetro de partícula vs. tiempo de elución; y ii) el índice de refracción de las partículas. Adicionalmente, se presenta un método para cuantificar y corregir el ensanchamiento instrumental propio de la técnica CHDF, lográndose mejorar notablemente las PSDs estimadas.