Pärast enam kui 25 aastat dispersioonikatsete läbiviimist ja tootepartiide probleemide lahendamist olen õppinud, et lõpliku kattekihi kvaliteet otsustub sageli juba esimesel poolel tunnil pärast pastakontsentraadi valmistamist. Kui pigmendid ja täiteained ei dispergeeru algusest peale korralikult, võite veeta ülejäänud päeva viskoossuse kõikumiste, kehva värvi arengu või kannus settimise jälitamisega. Just siin tulevad mängu dispersandid. Nad ei aita mitte ainult pigmente kiiremini märjaks muuta – nad hoiavad osakesed eraldi, nii et kogu süsteem püsib stabiilne tootmise, ladustamise ja kasutamise ajal.
Dispersant toimib nii, et see adsorbeerub pigmendi pinnale ja moodustab barjääri, mis takistab uuesti aglomeerumist. Veepõhistes süsteemides on tegemist sageli laetud rühmade (nagu polüakrülaatide karboksülaadid) vahelise elektrostaatilise tõukejõuga. Lahustipõhistes või kõrge kuivainesisaldusega süsteemides on tavaliselt olulisem pikkade polümeerahelate põhjustatud steriline takistus. Mõned kaasaegsed polümeersed dispersandid ühendavad mõlemat mehhanismi. Selle tulemuseks on madalam viskoossus suurema pigmendisisalduse juures, lühemad jahvatusajad, parem värvitugevus ja vähem settimist aja jooksul.
Mäletan siiani ühte veepõhise arhitektuurivärvi projekti, kus erinevus oli silmatorkav. Me segasime akrüülemulsioonisüsteemis tavalist rutiil-TiO₂ (20 % PVC) ja punast orgaanilist pigmenti. Ilma dispersandita tõusis dispersioonibaasi viskoossus kümne minuti jooksul kiirdispergeerimisel üle 8000 mPa·s, Hegmani hõõrdetegur ei langenud kunagi alla 4 ning kolme päeva pärast hakkas punane pigment pinnale ujuma ja flokkulatsiooni tekitama. Värvi intensiivsus oli sihtmärgist umbes 15 % madalam ning kuivanud kile läige 60° nurga all oli vaid 42 ühikut.
Seejärel katsetasime sama koostist kolme erineva dispersandiga, mille kogus oli 1,2 % aktiivainet pigmendi massi suhtes:
- Tavalise ammooniumpolüakrülaadi viskoossus oli pärast dispersioonimist 3200 mPa·s, Hegmani väärtus 6,5 ning värv püsis stabiilseks 30-päevase ladustamise järel (Delta E < 0,8). Läige paranes 58 ühikuni.
- Kõrgema molekulmassiga polüuretaan-dispersant alandas viskoossust veelgi, 2100 mPa·s-ni, saavutas Hegmani skaalal taseme 7 ning andis parima värvitugevuse (+12 % värvitugevust võrreldes kontrolliga). 30 päeva pärast oli Delta E vaid 0,4 ja läige püsis 61 ühikul.
- Fosfaadil põhinev dispersant näitas head viskoossust (2400 mPa·s), kuid oli akrüülsideainega veidi kokkusobimatu – märkasime pealekandmisel mikrokraatreid ja läike vähenemist 4 ühiku võrra.
Selle projekti puhul valiti polüuretaanversioon, kuna see pakkus parimat tasakaalu madala viskoossuse, kiire dispersiooni ja pikaajalise stabiilsuse vahel, ilma et see oleks mõjutanud kilet kõrvalmõjudega. Pärast annustamiskõvera optimeerimist kasutasime seda lõpuks kontsentratsiooniga 0,9 % aktiivainet. Tehases märgati ka, et TiO₂ sisaldust oli võimalik suurendada 8 % võrra ilma viskoossusprobleemideta, mis parandas kattevõimet ja vähendas koostise üldkulusid.
See katse õpetas mulle mitu praktilist õppetundi. Esiteks on annus olulisem, kui enamik inimesi arvab. Liiga väike annus ja hiljem tekib flokulatsioon; liiga suur annus võib aga viskoossust hoopis suurendada või veekindlust halvendada. Ma katsetan alati pigmendiga annuste vahemikku 0,5–2,5 % aktiivainet ning jälgin nii jahvatamiskõverat kui ka ladustamisstabiilsust.
Teiseks peab keemiline koostis sobima süsteemiga. Polüakrülaadid on odavad ja tõhusad paljudes veepõhistes dekoratiivvärvides, kuid võivad olla tundlikud elektrolüütide ja pH-taseme kõikumise suhtes. Polümeersed dispersandid (polüuretaan- või polüeetertüüpi) on kallimad, kuid annavad paremaid tulemusi keeruliste orgaaniliste pigmentide puhul ning süsteemides, mis nõuavad kõrget läiget või head väliskestvust. Lahustipõhistes alküüd- või epoksüvaikudes kasutan ikka veel sagedamini rasvhapete või modifitseeritud akrüülvaikude tüüpe.
Kolmandaks ei piirdu tõeline test kunagi ainult esialgse segamisega. Ma kontrollin alati viskoossust 24 tunni ja ühe nädala möödudes, viin läbi hõõrdetesti värvi vastuvõetavuse hindamiseks ning teen kiirendatud ladustamise katse (50 °C kahe nädala jooksul), et näha, kas tekib flokulatsioon või üleujutamine. Paljud “head” laboripartiid kukuvad selles etapis läbi.
Kogemuste põhjal on suurim kasu saavutatav siis, kui suurendatakse pigmendi sisaldust või töötatakse raskesti dispergeeruvate pigmentidega, nagu teatud ftaloatsüaniinid või süsinikmustad. Ühes trükivärvi projektis võimaldas üleminek spetsiaalselt kohandatud polümeersele dispersandile suurendada süsinikmustade sisaldust 12 %-lt 18 %-ni, hoides samal ajal viskoossuse alla 1500 mPa·s. See üksainus muudatus parandas mustust ja vähendas läbimiste arvu helmeveskis neljalt kahele.
Loomulikult ei ole dispersandid imeravim. Need ei paranda halba pigmendi kvaliteeti, valet jahvatusmaterjali ega ebapiisavat lõikamisjõudu. Samuti suurendavad need kulusid ja võivad mõnikord mõjutada teisi omadusi – vahutamist, veekindlust või kihtidevahelist haardumist, kui valitakse vale tüüp.
Lõppkokkuvõttes on õige dispersandi valik ikkagi üks mõjukamaid otsuseid, mida teete koostise väljatöötamisel. Kui see toimib, saavutate kiirema tootmise, ühtlasemad partiid, parema värvi ja vähem kliendikaebusi. Kui see ei toimi, peate iga päev võitlema alusainega. Need tehased, mis suhtuvad dispersandi valikusse kui tõsisesse koostisainete väljatöötamisse – viivad läbi nõuetekohaseid võrdluskatsetusi ja mõõdavad, mis tegelikult juhtub pärast ladustamist ja kasutamist –, on need, mis lõpetavad probleemide tagaajamise ja hakkavad järjekindlalt eesmärke saavutama.