Després de més de vint-i-cinc anys realitzant proves de dispersió i solucionant problemes en lots de producció, he après que la qualitat del recobriment final sovint es decideix en els primers trenta minuts de la base de molí. Si els pigments i els cargas no es dispersen correctament des del principi, pots passar la resta del dia perseguint pics de viscositat, un mal desenvolupament del color o el sediment a la llauna. Aquí és on els agents dispersants demostren la seva utilitat. No només fan que els pigments s'humitegin més ràpidament, sinó que també mantenen les partícules separades perquè tot el sistema es mantingui estable durant la producció, l'emmagatzematge i l'aplicació.
Un agent dispersant actua adsorbint-se a la superfície del pigment i creant una barrera que evita la re-aglomeració. En sistemes aquosos, això sovint es deu a la repulsió electrostàtica de grups carregats (com els carboxilats dels poliacrilats). En sistemes amb solvent o d'alta concentració de sòlids, l'obstrucció estèrica de cadenes polímeres llargues sol ser més important. Alguns dispersants polimèrics moderns combinen ambdós mecanismes. El resultat és una menor viscositat amb càrregues de pigment més altes, temps de mòlta més ràpids, una millor intensitat de color i menys assentament amb el temps.
Encara recordo un projecte de pintura arquitectònica a base d'aigua en què la diferència va ser dramàtica. Estàvem dispersant un TiO₂ rutil estàndard (20 % PVC) més un pigment orgànic vermell en un sistema d'emulsió acrílica. Sense cap dispersant, la viscositat de la base de mòlta va pujar per sobre dels 8000 mPa·s en deu minuts de dispersió a alta velocitat, el grau de molturació Hegman mai no va baixar de 4 i, després de tres dies, el pigment vermell va començar a flotar i a flocular. La intensitat de color era d'uns 15 % per sota de l'objectiu, i el brillantor a 60° de la capa seca era de només 42 unitats.
A continuació vam realitzar la mateixa formulació amb tres agents dispersants diferents amb un 1,2 % d'actiu en pes de pigment:
- Un poliacrilat d'amonium convencional va proporcionar una viscositat de 3200 mPa·s després de la dispersió, Hegman 6,5, i un color estable després de 30 dies d'emmagatzematge (ΔE < 0,8). El brillantor es va millorar fins a 58 unitats.
- Un dispersant de poliuretà d'un pes molecular més elevat va reduir la viscositat fins a 2100 mPa·s, va assolir un Hegman 7 i va proporcionar la millor intensitat de color (+12 % de força de tint respecte al control). Després de 30 dies, el Delta E era només de 0,4 i el brillantor es va mantenir en 61 unitats.
- Un dispersant a base de fosfat va tenir un bon rendiment en viscositat (2400 mPa·s), però va mostrar una lleu incompatibilitat amb el ligant acrílic: vam observar micro-craterització en les proves de raspallada i una disminució de 4 unitats en el brillantor.
La versió de poliuretà va guanyar en aquell treball perquè oferia el millor equilibri de baixa viscositat, dispersió ràpida i estabilitat a llarg termini sense efectes secundaris sobre la pel·lícula. Finalment el vam utilitzar a 0,9 % actiu després d'optimitzar la corba de dosificació. La planta també va notar que podia augmentar la càrrega de TiO₂ en 8 % sense problemes de viscositat, cosa que va millorar l'opacitat i va reduir el cost global de la formulació.
Aquest assaig em va ensenyar diverses lliçons pràctiques. En primer lloc, la dosi és més important del que la majoria de la gent espera. Si n'hi ha massa poca, es produeix floculació més endavant; si n'hi ha massa, pots augmentar la viscositat de nou o perjudicar la resistència a l'aigua. Sempre faig una sèrie de proves des de 0,5 % fins a 2,5 % d'actiu sobre el pigment i observo tant la corba de mòlta com l'estabilitat d'emmagatzematge.
En segon lloc, la química ha de ser compatible amb el sistema. Els poliacrilats són barats i eficaços en moltes pintures decoratives a l'aigua, però poden ser sensibles als electròlits i a les oscil·lacions del pH. Els dispersants polimèrics (de tipus poliuretà o polièter) són més cars però ofereixen un millor rendiment amb pigments orgànics difícils i en sistemes que requereixen un alt brillantor o una bona durabilitat exterior. En alquids o epoxis amb solvent, encara opto més sovint per tipus d'àcids grassos o acrílics modificats.
En tercer lloc, la veritable prova mai no és només el treball inicial. Sempre comprovo la viscositat després de 24 hores i, després d'una setmana, realitzo una prova de fregament per avaluar l'acceptació del color i faig un emmagatzematge accelerat (50 °C durant dues setmanes) per veure si apareix floculació o inundació. Moltes tirades de laboratori “bones” fallen en aquesta fase.
Segons l'experiència, els guanys més grans es produeixen quan s'augmenta la càrrega de pigment o es treballa amb pigments de difícil dispersió, com certes ftalocianines o negres de carboni. En un projecte de tinta, el canvi a un dispersant polimèric a mida ens va permetre augmentar la càrrega de negre de carboni del 12 % al 18 % mentre manteníem la viscositat per sota dels 1500 mPa·s. Aquest únic canvi va millorar la jetness i va reduir el nombre de passades pel molí de perles de quatre a dues.
És clar que els agents dispersants no són una solució per a tot. No solucionaran una mala qualitat de pigment, un medi de molí inadequat ni una cisallada insuficient. A més, afegeixen cost i de vegades poden afectar altres propietats — l'escuma, la resistència a l'aigua o l'adherència entre capes si es tria el tipus equivocat.
Al capdavall, l'agent dispersant adequat continua sent una de les decisions amb més impacte que prens en una formulació. Quan funciona, obtens una producció més ràpida, lots més consistents, un color millor i menys queixes dels clients. Quan no funciona, lluites contra la base de molí cada dia. Les plantes que tracten la selecció del dispersant com una feina de formulació seriosa —realitzant assaigs comparatius adequats i mesurant el que realment passa després de l'emmagatzematge i l'aplicació— són les que deixen de perseguir problemes i comencen a assolir els objectius de manera constant.