W procesie produkcji pigmentu, bez względu na to, jak drobno zmielony jest proszek pigmentowy, zawsze będą występować pewne zagregowane i sflokulowane cząstki. W procesie transportu i przechowywania pigment będzie dalej flokulowany do dużych cząstek z powodu wytłaczania i wilgoci, a im drobniejszy pigment, im większa powierzchnia i wyższa energia powierzchniowa, tym łatwiej jest flokulować razem. W przypadku potraktowania odpowiednimi środkami powierzchniowo czynnymi, te sflokulowane duże cząstki są łatwo rozpraszane podczas użytkowania, a mechanizm dyspersji jest głównie następujący:
1. Zwilżanie
Dyspersja nieorganicznego proszku pigmentowego w płynie przebiega głównie przez następujące trzy etapy:
① Aby zwilżyć proszek, płyn powinien nie tylko zwilżyć powierzchnię proszku, ale także zastąpić powietrze i wilgoć między cząstkami proszku;
② Po przejściu przez mokry proszek i wyparciu powietrza i wilgoci między cząstkami, kłaczki i agregaty w proszku pigmentowym ulegają zniszczeniu;
③ Zwilżone i zniszczone kłaczki i proszki kruszywa utrzymują stabilny stan dyspersji w cieczy. Oznacza to, że dyspersja jest procesem zwilżania-dyspergowania-utrzymywania stabilności dyspersji.
W normalnych warunkach pigmenty nieorganiczne rzadko są suszone przed użyciem, a powierzchnia pigmentu nie tylko miesza się z powietrzem, ale także wchłania warstwę filmu wodnego. Ilość wody zwykle adsorbowanej na powierzchni pigmentu jest równoważna ilości wody potrzebnej do utworzenia monomolekularnej błony na powierzchni ciała stałego. Na przykład pole powierzchni na gram TiO2 wynosi 10m22, grubość warstwy adsorpcyjnej cząsteczki wody wynosi 10×10-10m, a ilość wody wymagana przez błonę jednocząsteczkową wynosi około 0,3 procent masy pigmentu , więc zawartość wilgoci w pigmencie jest również jednym z głównych czynników wpływających na jego wydajność dyspersji. jeden. To, czy ciało stałe jest zwilżone, czy nie, można ocenić na podstawie jego kąta zwilżania. Kąt zwilżania 0 stopni oznacza, że jest on całkowicie mokry, a ciecz jest całkowicie rozprowadzona po powierzchni ciała stałego; kąt zwilżania 180 stopni oznacza, że w ogóle nie jest mokry, a ciecz przylega do powierzchni w postaci kropelek wody. twarda powierzchnia.
To, czy ciało stałe można dobrze zwilżyć w cieczy, można ocenić nie tylko na podstawie wielkości kąta zwilżania, ale także mierząc wielkość jego ciepła zwilżania. Generalnie proszki hydrofilowe (takie jak TiO2) mają duże ciepło zwilżania w cieczach polarnych, a w cieczach niepolarnych Ciepło zwilżania w cieczach polarnych jest małe, natomiast ciepło zwilżania proszków hydrofobowych w cieczach polarnych i niepolarnych jest mniej więcej stała.
Szybkość osiadania i objętość osiadania stałego proszku w cieczy mogą również oceniać stopień zwilżenia. Ciało stałe o dużej polarności, takie jak TiO2, ma małą objętość sedymentacyjną w silnie polarnym roztworze, a małe ciało stałe w roztworze o niskiej polarności. jest wielki; niepolarne proszki stałe mają na ogół duże objętości sedymentacji. Po dodaniu środka powierzchniowo czynnego, ponieważ cząsteczki środka powierzchniowo czynnego są silnie zorientowane i adsorbowane na powierzchni ciała stałego, pomaga to zmniejszyć napięcie powierzchniowe cieczy i poprawić jej właściwości zwilżające i dyspergujące.
2. Odpychanie elektryczne (potencjał ξ)
Dyspersja i stabilność dyspersji pigmentów nieorganicznych w roztworze wodnym jest determinowana głównie ich odpychaniem elektrycznym w wodzie, czyli potencjałem ξ.
Odpychanie elektryczne to wykorzystanie odpychania ładunku w celu utrzymania stabilności dyspersji.
Środki powierzchniowo czynne mogą jonizować dużą liczbę ujemnie naładowanych (lub dodatnio naładowanych) jonów w roztworze wodnym, które są mocno adsorbowane na powierzchni cząstek pigmentu, dzięki czemu cząstki te mają ten sam ładunek, a inne jony o przeciwnych ładunkach swobodnie dyfundują do cieczy średni. Wokół tworzy się warstwa dyfuzyjna (podwójna warstwa elektryczna) naładowanych jonów. Różnica potencjałów między dwiema warstwami jonów od powierzchni ciała stałego do najdalszego punktu warstwy dyfuzyjnej (tj. miejsca, w którym przeciwny ładunek wynosi 0) nazywana jest potencjałem ξ. Z tego wynika odpychanie elektrostatyczne między cząstkami, a te cząstki o tym samym ładunku będą się odpychać, gdy wejdą w kontakt, aby utrzymać stabilność rozproszonego układu, co jest słynną teorią DLVO.
W przypadku odpychania elektrycznego środek powierzchniowo czynny musi charakteryzować się wysoką wydajnością jonizacji, a zwykle stosuje się anionowe środki powierzchniowo czynne i niektóre dielektryki nieorganiczne, takie jak: polifosforan tripotasu, pirofosforan potasu, polifosforan sodu, alkiloarylosulfonian Naftalenosulfonian sodu, Metylenonaftalenosulfonian sodu, Polikarboksylan sodu itp.
3. Efekt przeszkody sterycznej (lub efekt entropii)
Gdy pigment jest rozproszony w środowisku niewodnym, możliwość wyżej wspomnianej reakcji jonowej jest znacznie wyeliminowana, a niejonowy środek powierzchniowo czynny nie ulega jonizacji w wodzie. W tym przypadku efekt środka powierzchniowo czynnego nazywany jest efektem przeszkody przestrzennej lub efektem entropii. Ponieważ środek powierzchniowo czynny może być adsorbowany kierunkowo na powierzchni cząstek pigmentu, tworząc jednocząsteczkową warstwę adsorpcyjną, ta kierunkowa warstwa buforowa może zapobiegać agregacji cząstek, utrzymując w ten sposób stabilność układu dyspersyjnego (znanego również jako koloid ochronny lub micela) .
Grupy cząsteczkowe środka powierzchniowo czynnego na powierzchni pigmentu, wraz ze wzrostem stężenia środka powierzchniowo czynnego, jego entropia będzie się zmniejszać, a jego ruch będzie ograniczony. Im bliższe i bardziej skompresowane są cząstki pigmentu, tym bardziej zmniejsza się ich entropia, co jest korzystne dla stabilności układu dyspersyjnego.
