BENEFÍCIOS DOS HIPERDISPERSANTES DE PIGMENTOS

BENEFÍCIOS DOS HIPERDISPERSANTES DE PIGMENTOS

04/10/2023

O objetivo principal da dispersão de pigmentos em um meio de moagem mecânica, é separar os aglomerados que são formados durante o processo de secagem na fabricação dos pigmentos. À medida que o tamanho das partículas é reduzido, a área superficial assim criada aumenta, levando a uma melhoria nas propriedades ópticas, como força tintorial, brilho, intensidade, opacidade ou transparência.

Os hiperdispersantes, como os da linha Solsperse™ têm dois papéis fundamentais em revestimentos de superfície: eles proporcionam uma melhor dispersão dos pigmentos e reduzem a atração entre as partículas dentro dessa dispersão.

Melhor dispersão significa obter um menor tamanho médio de partícula ou uma redução do tamanho de partícula em um tempo de moagem mais curto. Partículas pequenas são geralmente mais propensas a reaglomeração ou floculação. No entanto, com hiperdispersantes reduzindo a atração entre as partículas, as dispersões se tornam significativamente mais estáveis à floculação e aglomeração do que aquelas produzidas com dispersantes convencionais.

Uma redução na atração entre partículas tem outra consequência importante.

Entre os principais contribuintes para a viscosidade de um sistema altamente pigmentado, como uma base de moagem ou um revestimento com alto teor de sólidos, são as forças de atração entre as partículas de pigmento. Ao reduzir essas forças, os hiperdispersantes Solsperse™ reduzem a contribuição para a viscosidade total associada com o pigmento, produzindo assim sistemas de menor viscosidade ou de maior conteúdo de pigmento com igual viscosidade. Além disso, muitas formulações contendo pigmentos apresentam reologia pseudoplástica ou tixotrópica, com queda de viscosidade por cisalhamento. Dispersões à base de hiperdispersantes geralmente apresentam comportamentos reológicos mais newtonianos que os sistemas convencionais.

Existem dois mecanismos principais para a estabilização de dispersões pigmentadas: a estabilização eletrostática e a estabilização estérica. Ambos os mecanismos requerem a absorção de moléculas estabilizadoras à superfície dos pigmentos.

A estabilização eletrostática é originária de uma dupla camada elétrica. Uma carga é gerada na superfície do pigmento e uma nuvem mais difusa de íons com cargas opostas se desenvolve em torno dela. À medida que duas partículas se aproximam entre si, a carga efetivamente fornece uma barreira para interações mais próximas entre partículas. A estabilização eletrostática é eficaz em meios de constante dielétrica razoavelmente alta, principalmente aquosos. Contudo, ela não será eficaz em meios de baixa constante dielétrica, como a grande maioria dos solventes orgânicos e plastificantes. Nesses meios, será mais efetivo o mecanismo de estabilização estérica para manter as partículas dispersas em um estado não floculado estável. Ela depende da adsorção de uma camada de resina ou cadeia polimérica na superfície do pigmento. À medida que as partículas de pigmento se aproximam entre si, essas cadeias poliméricas adsorvidas se misturam, reduzindo a entropia e a liberdade molecular, o que fornece a barreira necessária para evitar mais atração.

Os hiperdispersantes são estruturas de dois componentes. O grupo de ancoragem fornece forte adsorção na superfície do pigmento. As cadeias poliméricas que estão anexadas ao grupo âncora fornecem a estabilização. É a combinação dessas duas estruturas que leva à eficácia dos hiperdispersantes Solsperse™.

A natureza da cadeia polimérica é crítica para a desempenho dos dispersantes. Se as cadeias não forem suficientemente solvatadas, elas podem colapsar na superfície do pigmento, permitindo que as partículas se agreguem ou floculem. Esta necessidade de compatibilidade com o meio se estende por todos os estágios finais de secagem de qualquer revestimento aplicado e na película seca. Se o sistema deixa de ser compatível, pode ocorrer floculação levando a perdas no brilho e força tintorial. A incompatibilidade com a resina pode levar a névoa no filme.

Para atender à necessidade de boa compatibilidade, vários tipos diferentes de cadeias poliméricas são utilizados na linha de hiperdispersantes Solsperse™, cobrindo efetivamente a variedade de solventes e resinas aglutinantes encontradas. Os pesos moleculares dos produtos Solsperse™ são suficientes para fornecer cadeias poliméricas de comprimento ideal para superar as forças de atração de Van der Waals entre as partículas de pigmento. Se as cadeias forem muito curtas, elas não fornecem uma barreira suficientemente espessa para evitar floculação, o que por sua vez leva a um aumento na viscosidade e perda de propriedades tintoriais. Geralmente existe um comprimento de cadeia ideal para garantir a eficácia da estabilização. O requisito essencial é que as cadeias poliméricas estejam ancoradas com sucesso à superfície do pigmento, e que a superfície das partículas esteja coberta com uma densidade suficiente de cadeias para garantir mínima interação partícula-partícula.

Como a natureza da superfície de um pigmento depende do seu tipo químico, muitos grupos químicos diferentes são usados como grupos âncora. Naqueles desenhados para sistemas aquosos o grupo âncora é hidrofóbico em relação ao restante da estrutura e também contém funcionalidades específicas para interagir com o pigmento.

Com pigmentos não polares particularmente difíceis, uma abordagem de ancoragem muito bem-sucedida é o uso de sinérgicos Solsperse™, usados em combinação com um dispersante polimérico. Eles são derivados de pigmentos e por isso possuem uma forte afinidade com eles, aumentando a ancoragem.