След повече от двадесет и пет години, през които съм провеждал изпитвания за дисперсия и съм отстранявал проблеми при производствени партиди, научих, че качеството на крайното покритие често се определя още през първите тридесет минути от процеса на смесване на основата. Ако пигментите и пълнителите не се диспергират правилно още от самото начало, може да прекарате остатъка от деня в борба с резки скокове на вискозитета, лошо развитие на цвета или утаяване в опаковката. Именно тук диспергиращите агенти доказват своята полза. Те не само ускоряват омокрянето на пигментите — те поддържат частиците разделени, така че цялата система да остане стабилна по време на производството, съхранението и нанасянето.
Диспергиращият агент действа, като се адсорбира върху повърхността на пигмента и създава бариера, която предотвратява повторното агломериране. В системите на водна основа това често се дължи на електростатично отблъскване между заредените групи (като карбоксилатите върху полиакрилатите). В системите на базата на разтворители или с високо съдържание на твърди вещества обикновено по-голямо значение има стеричното препятствие, причинено от дългите полимерни вериги. Някои съвременни полимерни диспергатори съчетават и двата механизма. Резултатът е по-ниска вискозитет при по-високо съдържание на пигмент, по-кратко време за смилане, по-добра интензивност на цвета и по-малко утаяване с течение на времето.
Все още си спомням един проект с архитектурна боя на водна основа, при който разликата беше драматична. Разпръсквахме стандартен рутилов TiO₂ (20 % PVC) заедно с червен органичен пигмент в акрилна емулсионна система. Без никакъв диспергатор вискозитетът на сместа се повиши над 8000 mPa·s в рамките на десет минути при високоскоростно диспергиране, стойността по скалата на Хегман никога не падна под 4, а след три дни червеният пигмент започна да изплува и да се флокулира. Интензивността на цвета беше с около 15 % по-ниска от целевата, а гланцът при 60° върху изсъхналия филм беше само 42 единици.
След това изпробвахме същата формула с три различни диспергиращи агента в съотношение 1,2 % активно вещество спрямо теглото на пигмента:
- Обикновеният амониев полиакрилат показа вискозитет от 3200 mPa·s след диспергиране, стойност по скалата на Хегман 6,5 и стабилен цвят след 30 дни съхранение (Delta E < 0,8). Степента на гланц се подобри до 58 единици.
- Полиуретанов диспергатор с по-високо молекулно тегло допълнително понижи вискозитета до 2100 mPa·s, достигна ниво 7 по скалата на Хегман и осигури най-добрата интензивност на цвета (+12 единици интензивност на оттенъка % в сравнение с контролната проба). След 30 дни Delta E беше само 0,4, а гланцът се запази на 61 единици.
- Дисперсантът на фосфатна основа показа добри резултати по отношение на вискозитета (2400 mPa·s), но прояви лека несъвместимост с акрилното свързващо вещество — забелязахме появата на микрократери по повърхността при нанасяне и спад на гланца с 4 единици.
В този проект победи вариантът с полиуретан, тъй като осигуряваше най-добрия баланс между ниска вискозитет, бързо разпръскване и дългосрочна стабилност, без странични ефекти върху филма. В крайна сметка я използвахме в концентрация 0,9 % активно вещество след оптимизиране на дозировъчната крива. В завода също така забелязаха, че могат да увеличат съдържанието на TiO₂ с 8 % без проблеми с вискозитета, което подобри покриващата способност и намали общите разходи за формулата.
Този експеримент ми даде няколко практически урока. Първо, дозата има по-голямо значение, отколкото повечето хора очакват. Ако е твърде малка, по-късно се получава флокулация; ако е твърде голяма, всъщност може отново да се повиши вискозитета или да се влоши водоустойчивостта. Винаги провеждам серия от тестове с активно съдържание на пигмент от 0,5 % до 2,5 % и наблюдавам както кривата на смилане, така и стабилността при съхранение.
На второ място, химичният състав трябва да е съобразен със системата. Полиакрилатите са евтини и ефективни в много декоративни бои на водна основа, но могат да бъдат чувствителни към електролити и колебания в рН. Полимерните диспергатори (от полиуретанов или полиетеричен тип) струват повече, но осигуряват по-добри резултати при трудни органични пигменти и в системи, които изискват висок гланц или добра устойчивост при външна употреба. При алкидните или епоксидните бои на разтворителна основа все още по-често избирам типове на мастни киселини или модифицирани акрилни диспергатори.
Трето, истинският тест никога не се състои само от първоначалното смесване. Винаги проверявам вискозитета след 24 часа и след една седмица, провеждам тест за изтриване, за да преценя дали цветът е приемлив, и извършвам ускорено съхранение (при 50 °C в продължение на две седмици), за да видя дали се появяват флокулация или разтичане. Много “добри” лабораторни партиди се провалят на този етап.
От опит знаем, че най-големите ползи се постигат, когато се увеличава съдържанието на пигмент или се работи с трудно диспергиращи се пигменти, като например някои фталоцианини или сажди. При един проект за мастило преминаването към специално разработен полимерен диспергатор ни позволи да увеличим съдържанието на сажди от 12 % на 18 %, като същевременно поддържахме вискозитета под 1500 mPa·s. Тази единствена промяна подобри интензивността на черното и намали броя на преминаванията през перлената мелница от четири на две.
Разбира се, диспергиращите агенти не са панацея. Те няма да решат проблемите, свързани с лошото качество на пигмента, неподходящите смилащи средства или недостатъчното срязване. Освен това те увеличават разходите и понякога могат да повлияят на други свойства — образуването на пяна, водоустойчивостта или адхезията между слоевете, ако бъде избран неподходящ тип.
В крайна сметка изборът на подходящ диспергиращ агент остава едно от решенията с най-голямо влияние, които вземате при разработването на формулата. Когато той работи, получавате по-бързо производство, по-постоянни партиди, по-добър цвят и по-малко оплаквания от клиенти. Когато не работи, всеки ден се борите с основата на пастата. Заводите, които разглеждат избора на диспергатор като сериозна работа по формулирането — провеждайки подходящи сравнителни изпитвания и измервайки какво всъщност се случва след съхранение и нанасяне — са тези, които спират да гонят проблемите и започват да постигат целите си последователно.