Trong quá trình sản xuất sắc tố, cho dù bột sắc tố được nghiền mịn đến đâu, sẽ luôn có một số hạt kết tụ và kết bông. Trong quá trình vận chuyển và bảo quản, sắc tố sẽ tiếp tục được kết tụ thành các hạt lớn do quá trình ép đùn và độ ẩm, sắc tố càng mịn thì diện tích bề mặt càng lớn và năng lượng bề mặt càng cao thì càng dễ kết tụ lại với nhau. Nếu được xử lý bằng chất hoạt động bề mặt thích hợp, các hạt lớn kết bông này sẽ dễ dàng phân tán trong quá trình sử dụng và cơ chế phân tán chủ yếu như sau:
1. Làm ướt
Quá trình phân tán bột màu vô cơ trong chất lỏng chủ yếu trải qua ba giai đoạn sau:
① Để làm ướt bột, chất lỏng không chỉ làm ướt bề mặt bột mà còn phải thay thế không khí và độ ẩm giữa các hạt bột;
② Sau khi đi qua bột ướt và thay thế không khí và độ ẩm giữa các hạt, các khối và tập hợp trong bột sắc tố bị phá hủy;
③ Các bông và bột cốt liệu bị ướt và bị phá hủy duy trì trạng thái phân tán ổn định trong chất lỏng. Điều đó có nghĩa là, sự phân tán là một quá trình làm ướt-phân tán-giữ cho sự phân tán ổn định.
Trong những trường hợp bình thường, các sắc tố vô cơ hiếm khi được làm khô trước khi sử dụng và bề mặt của sắc tố không chỉ được trộn với không khí mà còn hấp thụ một lớp màng nước. Lượng nước thường được hấp phụ trên bề mặt sắc tố tương đương với lượng nước cần thiết để tạo thành màng đơn phân tử trên bề mặt chất rắn. Ví dụ, diện tích bề mặt mỗi gam TiO2 là 10m2, độ dày của lớp hấp phụ phân tử nước là 10×10-10m và lượng nước cần thiết cho màng đơn phân tử là khoảng 0.3 phần trăm trọng lượng của sắc tố , vì vậy độ ẩm trong sắc tố cũng là một trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất phân tán của nó. một. Chất rắn có bị ướt hay không có thể được đánh giá theo góc tiếp xúc của nó. Góc tiếp xúc bằng 0 độ có nghĩa là nó hoàn toàn ướt và chất lỏng được trải hoàn toàn trên bề mặt chất rắn; góc tiếp xúc 180 độ có nghĩa là nó hoàn toàn không bị ướt và chất lỏng bám vào bề mặt dưới dạng giọt nước. bề mặt rắn.
Việc một chất rắn có thể được làm ướt tốt trong chất lỏng hay không có thể được đánh giá không chỉ bằng kích thước của góc tiếp xúc mà còn bằng cách đo kích thước nhiệt làm ướt của nó. Nói chung, bột ưa nước (chẳng hạn như TiO2) có nhiệt độ làm ướt lớn trong chất lỏng phân cực và trong chất lỏng không phân cực. Nhiệt làm ướt trong chất lỏng phân cực nhỏ, trong khi nhiệt làm ướt bột kỵ nước trong chất lỏng phân cực và không phân cực gần như không đổi.
Tốc độ lắng và thể tích lắng của bột rắn trong chất lỏng cũng có thể đánh giá mức độ ướt. Một chất rắn có độ phân cực cao như TiO2 có thể tích lắng nhỏ trong dung dịch có độ phân cực cao và chất rắn nhỏ trong dung dịch có độ phân cực thấp. là lớn; bột rắn không phân cực thường có thể tích lắng đọng lớn. Sau khi bổ sung xử lý chất hoạt động bề mặt, do các phân tử chất hoạt động bề mặt được định hướng mạnh và hấp phụ trên bề mặt chất rắn nên giúp giảm sức căng bề mặt của chất lỏng, đồng thời cải thiện tính chất thấm ướt và phân tán của chất lỏng.
2. Lực đẩy điện (ξ thế năng)
Độ ổn định phân tán và phân tán của các sắc tố vô cơ trong dung dịch nước chủ yếu được xác định bởi lực đẩy điện của chúng trong nước, nghĩa là điện thế ξ.
Lực đẩy điện là việc sử dụng lực đẩy điện tích để duy trì sự ổn định phân tán.
Chất hoạt động bề mặt có thể ion hóa một số lượng lớn các ion tích điện âm (hoặc tích điện dương) trong dung dịch nước, được hấp phụ chắc chắn trên bề mặt của các hạt sắc tố, do đó các hạt này có cùng điện tích và các ion khác có điện tích trái dấu tự do khuếch tán vào chất lỏng trung bình. Xung quanh, một lớp khuếch tán (lớp kép điện) của các ion tích điện được hình thành. Hiệu điện thế giữa hai lớp ion từ bề mặt chất rắn đến điểm xa nhất của lớp khuếch tán (nghĩa là tại đó điện tích trái dấu 0) được gọi là điện thế ξ. Lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt xuất phát từ điều này và các hạt có cùng điện tích này sẽ đẩy nhau khi chúng tiếp xúc với nhau, để duy trì sự ổn định của hệ phân tán, đó là lý thuyết DLVO nổi tiếng.
Trong trường hợp lực đẩy điện, chất hoạt động bề mặt phải có hiệu suất ion hóa cao, và chất hoạt động bề mặt anion và một số chất điện môi vô cơ thường được sử dụng, chẳng hạn như: tripotassium polyphosphate, kali pyrophosphate, natri polyphosphate, alkyl aryl sulfonate Natri Naphthalene Sulfonate, Natri Methylene Naphthalene Sulfonate, Natri Polycarboxylate, v.v.
3. Hiệu ứng cản trở không gian (hay hiệu ứng entropy)
Khi sắc tố được phân tán trong môi trường không có nước, khả năng xảy ra phản ứng ion nói trên bị loại bỏ rất nhiều và chất hoạt động bề mặt không ion không bị ion hóa trong nước. Trong trường hợp này, hiệu ứng của chất hoạt động bề mặt được gọi là hiệu ứng cản trở không gian hoặc hiệu ứng entropy. Do chất hoạt động bề mặt có thể được hấp phụ định hướng trên bề mặt của các hạt sắc tố để tạo thành lớp hấp phụ đơn phân tử, lớp đệm định hướng này có thể ngăn chặn sự kết tụ của các hạt, do đó duy trì sự ổn định của hệ phân tán (còn được gọi là chất keo bảo vệ hoặc micelle) .
Các nhóm phân tử chất hoạt động bề mặt trên bề mặt sắc tố, khi nồng độ của chất hoạt động bề mặt tăng lên, entropy của nó sẽ giảm và chuyển động của nó sẽ bị hạn chế. Các hạt sắc tố càng gần và càng bị nén thì entropy của chúng càng giảm, điều này có lợi cho sự ổn định của hệ phân tán.
