Los dispersantes proporcionan numerosos beneficios para muchos tipos distintos de aplicaciones. Por ese motivo, los estaremos presentando en una serie de publicaciones de blog. Esta es la primera publicación de la serie, que proporciona un panorama general de alto nivel de los dispersantes; por qué se utilizan y cómo se utilizan. Las futuras publicaciones se enfocarán en su uso en mercados específicos.
Los dispersantes consisten en aditivos altamente especializados utilizados para humedecer, dispersar y estabilizar partículas sólidas en diversas fases continuas, como disolventes, agua y plásticos. Los dispersantes están diseñados para reducir la viscosidad, aumentar la estabilidad de una dispersión y, a la vez, mejorar las propiedades estéticas del recubrimiento final.
Por lo general, la partícula sólida que se dispersa es un pigmento, pero también podría ser un agente mateante a base de sílice, una cera, una partícula conductiva (carbono, grafeno, nanotubos de carbono), rellenos inorgánicos (carbonato de calcio, talco, baritas) o, incluso, un metal precioso (oro, plata y platino); cualquier partícula sólida dispersada en una fase continua (líquida o sólida).
Al reducir la viscosidad, los dispersantes hacen que la dispersión sea más maleable y, a la vez, ayudan a mejorar la economía de la productividad, ya que aumentan la carga pigmentaria y la tasa de dispersión. Así se obtienen ventajas en el envío: al haber más pigmento en la dispersión, se reduce la cantidad de agua, lo que facilita la manipulación y el transporte. También puede mejorarse la flexibilidad de la formulación, a través de la capacidad de agregar dispersiones a una gama más amplia de acabados de base.
Estructura de un dispersante
La estructura típica de un dispersante consta de dos componentes: un grupo de anclaje capaz de ser adsorbido con fuerza en la superficie de la partícula y una cadena polimérica, que se acopla al grupo de anclaje y brinda la estabilización. Los grupos de anclaje rodean la partícula y las cadenas la estabilizan mediante el efecto estérico con el fin de evitar la floculación o gelificación de las partículas en la dispersión.
Existen muchas estructuras diseñadas para lograr esta estabilidad porque todas las partículas tienen superficies de distinta naturaleza y porque hay muchos medios distintos, como agua, disolvente, monómeros UV, resinas, que tienen aún más variaciones de polaridad. Los distintos grupos de anclaje son más receptivos a distintas superficies de partículas. Es la combinación específica de un grupo de anclaje y una cadena polimérica la que originó la efectividad de los dispersantes.
Puede ver el video de tecnología y beneficios de los dispersantes para obtener más detalles sobre la estructura de estos.
El proceso de dispersión
El proceso de dispersión implica tres etapas:
- Humectación de las partículas (premezclado)
- Separación de las partículas (a través de medios mecánicos)
- Estabilización de las partículas (para superar las fuerzas de atracción de Van der Waals)
La primera y la tercera etapas pueden mejorarse por medio del uso de agentes dispersantes/estabilizantes efectivos, y la tercera etapa es la más crucial para optimizar el rendimiento de un sistema. Esto se debe a que esta etapa controla la calidad y la estabilidad finales del sistema de dispersión.
Los dispersantes alcanzan la estabilidad a través de la estabilización estérica, que se basa en la adsorción de materiales poliméricos en las superficies de las partículas para superar las fuerzas de atracción de Van der Waals. A continuación, se indican las propiedades requeridas para lograr una estabilización efectiva:
- Adsorción fuerte del polímero estabilizante en la superficie de las partículas
- Largo de cadena óptimo (si es demasiado larga, puede plegarse y comprimir la barrera estérica; si es demasiado corta, no superará las fuerzas de Van der Waals)
- Buena solubilidad en el medio que se utiliza durante la dispersión
- Compatibilidad con la resina después de la evaporación del disolvente
¿Cómo se agregan los dispersantes?
La mayoría de los dispersantes son líquidos vertibles, pero algunos son sólidos cerosos o granulares. Idealmente, el dispersante debería agregarse antes del proceso mecánico que descompone todo, es decir, antes de aplicar energía mecánica. El mejor momento para agregar el dispersante es durante la fase de la mezcla base (en la que los ingredientes principales son resina, y un disolvente o agua), ya que se garantiza la disolución del dispersante antes de agregar el pigmento.
Los mejores resultados se obtienen cuando el dispersante se dirige hacia la superficie de las partículas a medida que los medios mecánicos exponen esa superficie. El dispersante rodea el área de las partículas disponible e impide que estas vuelvan a unirse, lo que genera una menor viscosidad.
Dicho esto, existen instancias en las que los dispersantes pueden agregarse posteriormente para mejorar la estabilización o el color al final del proceso, sin agregarse a la mezcla original.
Al mejorar la calidad y la estabilidad de la dispersión, también se obtiene una mejora en la calidad del recubrimiento. Si se reduce el tamaño promedio de las partículas de pigmento, se incrementa la intensidad del color. Se observan beneficios similares en cuanto a brillo, transparencia y luminosidad. No obstante, si no se mantiene la estabilidad de las partículas en la dispersión, las mejoras en el rendimiento final pueden revertirse.
Hiperdispersantes de Lubrizol
Como se mencionó anteriormente, todas las dispersiones tienen un ancla y una cadena. La mayoría de los hiperdispersantes de Lubrizol son dispersantes de ancla única y cadena única con bajo peso molecular, buenos para humectación, o dispersantes con una estructura de "peine" o múltiples anclas, que brindan una mejor estabilización. La elección del dispersante correcto debe basarse en el nivel de experiencia y conocimiento de los dispersantes que ofrece el fabricante.
De más está decir que el dispersante debe ser capaz de cumplir su cometido sin generar propiedades de rendimiento negativas, como una resistencia química deficiente o suavidad de la superficie, ni tener un impacto en la adherencia y la durabilidad del recubrimiento.
Los dispersantes de Lubrizol son utilizados por especialistas en desarrollo de fórmulas de todo el mundo para satisfacer una amplia gama de necesidades en muchas aplicaciones, como en aplicaciones de pinturas y recubrimientos, impresión, embalaje, plásticos y compuestos, y electrónica.
