در فرآیند تولید رنگدانه، مهم نیست که پودر رنگدانه چقدر ریز آسیاب شود، همیشه مقداری ذرات انباشته و لخته شده وجود خواهد داشت. در فرآیند حمل و نقل و ذخیره سازی، رنگدانه به دلیل اکستروژن و رطوبت بیشتر به ذرات بزرگ لخته می شود و هر چه رنگدانه ریزتر، مساحت سطح بزرگتر و انرژی سطح بالاتر باشد، لخته شدن با هم آسانتر می شود. در صورت درمان با سورفکتانت های مناسب، این ذرات بزرگ لخته شده به راحتی در حین استفاده پراکنده می شوند و مکانیسم پراکندگی عمدتاً به شرح زیر است:
1. خیس کردن
پراکندگی پودر رنگدانه معدنی در مایع عمدتاً سه مرحله زیر را طی می کند:
① برای خیس کردن پودر، مایع نه تنها باید سطح پودر را خیس کند، بلکه هوا و رطوبت بین ذرات پودر را نیز جایگزین کند.
② پس از عبور از پودر مرطوب و جابجایی هوا و رطوبت بین ذرات، لخته ها و دانه های موجود در پودر رنگدانه از بین می روند.
③ لخته های خیس شده و تخریب شده و پودرهای سنگدانه حالت پراکندگی پایداری را در مایع حفظ می کنند. به این معنا که پراکندگی فرآیند خیس کردن - پراکندگی - پایدار نگه داشتن پراکندگی است.
در شرایط عادی، رنگدانه های معدنی به ندرت قبل از استفاده خشک می شوند و سطح رنگدانه نه تنها با هوا مخلوط می شود، بلکه لایه ای از فیلم آب را نیز جذب می کند. مقدار آبی که معمولاً روی سطح رنگدانه جذب می شود، معادل مقدار آب مورد نیاز برای تشکیل یک فیلم تک مولکولی روی سطح جامد است. به عنوان مثال، سطح در هر گرم TiO2 10 متر است2ضخامت لایه جذب مولکول آب 10×10-10 متر است و مقدار آب مورد نیاز لایه تک مولکولی حدود 0.3 درصد وزن رنگدانه است. بنابراین میزان رطوبت موجود در رنگدانه نیز یکی از عوامل اصلی موثر بر عملکرد پراکندگی آن است. یکی خیس شدن یا نبودن جامد را می توان با توجه به زاویه تماس آن قضاوت کرد. زاویه تماس 0 درجه به این معنی است که کاملاً مرطوب است و مایع کاملاً روی سطح جامد پخش می شود. زاویه تماس 180 درجه به این معنی است که اصلا خیس نیست و مایع به صورت قطرات آب به سطح می چسبد. سطح جامد
اینکه آیا یک جامد می تواند به خوبی در یک مایع خیس شود، نه تنها با اندازه زاویه تماس، بلکه با اندازه گیری اندازه گرمای خیس شدن آن نیز قابل قضاوت است. به طور کلی، پودرهای آبدوست (مانند TiO2) دارای گرمای خیس شدن زیادی در مایعات قطبی هستند و در مایعات غیر قطبی گرمای خیس شدن در مایعات قطبی کم است، در حالی که گرمای خیس شدن پودرهای آبگریز در مایعات قطبی و غیر قطبی. تقریبا ثابت است
سرعت ته نشینی و حجم ته نشینی پودر جامد در مایع نیز می تواند میزان رطوبت را قضاوت کند. یک جامد با قطبیت بالا مانند TiO2 دارای حجم ته نشینی کمی در محلول بسیار قطبی و یک جامد کوچک در محلول با قطب پایین است. بزرگ است؛ پودرهای جامد غیرقطبی معمولاً دارای حجم رسوب زیادی هستند. پس از افزودن سورفکتانت، به دلیل اینکه مولکولهای سورفکتانت به شدت جهتگیری میکنند و روی سطح جامد جذب میشوند، به کاهش کشش سطحی مایع و بهبود خواص مرطوب کنندگی و پراکندگی آن کمک میکند.
2. دافعه الکتریکی (پتانسیل ξ)
پراکندگی و پایداری پراکندگی رنگدانه های معدنی در محلول آبی عمدتاً با دافعه الکتریکی آنها در آب تعیین می شود، یعنی پتانسیل ξ.
دافعه الکتریکی استفاده از دافعه بار برای حفظ پایداری پراکندگی است.
سورفکتانت ها می توانند تعداد زیادی از یون های دارای بار منفی (یا با بار مثبت) را در محلول آبی یونیزه کنند، که به طور محکم روی سطح ذرات رنگدانه جذب می شوند، به طوری که این ذرات دارای بار یکسانی هستند و یون های دیگر با بارهای مخالف آزادانه در مایع پخش می شوند. متوسط. در اطراف، یک لایه انتشار (لایه دوگانه الکتریکی) از یون های باردار تشکیل می شود. اختلاف پتانسیل بین دو لایه یون از سطح جامد تا دورترین نقطه لایه انتشار (یعنی جایی که بار مخالف 0 است) پتانسیل ξ نامیده می شود. دافعه الکترواستاتیکی بین ذرات از این امر ناشی میشود و این ذرات با بار یکسان پس از برخورد یکدیگر یکدیگر را دفع میکنند تا پایداری سیستم پراکنده را حفظ کنند، که نظریه معروف DLVO است.
در مورد دافعه الکتریکی، سورفکتانت باید عملکرد یونیزاسیون بالایی داشته باشد و معمولاً از سورفکتانت های آنیونی و برخی دی الکتریک های معدنی استفاده می شود، مانند: پلی فسفات تری پتاسیم، پیروفسفات پتاسیم، پلی فسفات سدیم، آلکیل آریل سولفونات سدیم نفتالن سولفونات، نفتالن سدیم. سدیم پلی کربوکسیلات و غیره
3. اثر مانع استریک (یا اثر آنتروپی)
هنگامی که رنگدانه در یک محیط غیر آبی پراکنده می شود، امکان واکنش یونی فوق به شدت از بین می رود و سورفکتانت غیر یونی در آب یونیزه نمی شود. در این حالت، اثر سورفکتانت را اثر بازدارندگی فضایی یا اثر آنتروپی می نامند. از آنجایی که سورفکتانت می تواند به صورت جهت روی سطح ذرات رنگدانه جذب شود تا یک لایه جذب تک مولکولی تشکیل دهد، این لایه بافر جهت دار می تواند از تجمع ذرات جلوگیری کند و در نتیجه پایداری سیستم پراکندگی را حفظ کند (همچنین به عنوان کلوئید محافظ یا میسل نیز شناخته می شود). .
گروه های مولکولی سورفکتانت در سطح رنگدانه، با افزایش غلظت سورفکتانت، آنتروپی آن کاهش می یابد و حرکت آن محدود می شود. هرچه ذرات رنگدانه نزدیک تر و فشرده تر باشند، آنتروپی آنها بیشتر کاهش می یابد که برای پایداری سیستم پراکندگی مفید است.
