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Estabilização eletrostática

As estruturas iônicas dissociadas na superfície sólida e adsorção de íons seletiva faz com que as partículas sólidas dispersas numa fase líquida transportem carga elétrica. Uma vez que todo o sistema é eletricamente neutro, deve estar presente o número apropriado de íons de contagem no líquido adjacente. Falamos sobre uma camada elétrica dupla, constituída por uma camada de união de adsorção e uma camada difusa, de acordo com o modelo de Stern.

Quando duas partículas se aproximam, as camadas duplas se influenciam mutuamente; no caso de carga elétrica oposta, se atraem e, com cargas semelhantes, se repelem. A interação entre estas forças eletrostáticas e as forças atrativas London-van der Waal são descritas pela teoria DLVO.

Os aditivos podem influenciar significativamente a carga da superfície da partícula do pigmento: uma geração orientada de cargas fortes cria um potencial de repulsa elevado e, portanto, suprime a floculação. Os polieletrólitos são particularmente adequados como aditivos dispersantes que funcionam desta forma. A sua estrutura de polímero permite-lhes serem, pronta e sustentavelmente, adsorvidas na superfície do pigmento, e a seu grande número de grupos iônicos cria cargas de superfície consideráveis.

Este tipo de estabilização está basicamente restrita para sistemas aquosos, uma vez que somente aí (tendo em conta a elevada constante dielétrica da água) podem ser produzidas cargas suficientemente fortes. Em princípio, este mecanismo também funciona em solventes orgânicos, porém as cargas da superfície são muito menores, isto é, a espessura da camada elétrica dupla é consideravelmente reduzida e normalmente não é suficiente para evitar eficazmente a floculação na maioria dos casos.

Juntamente com a constante dielétrica, a concentração de íons e, acima de tudo, a valência dos íons, tem uma forte influência na camada elétrica dupla. As elevadas concentrações de íons e íons multivalentes (mesmo a uma baixa concentração) podem piorar significativamente a estabilização e até fazer com que falhe por completo.

Camada elétrica dupla ao redor de uma partícula de carga negativa

 
Camada de união de adsorção (camada Stern) e camada difusa

Poliacrilato de sódio como um polieletrólito típico

Os aditivos dispersantes standard usados na indústria de tintas que usam efeitos eletrostáticos são polifosfatos e poliacrilatos como o potássio, sódio ou sal amoníaco.

Juntamente com a influência na carga, em alguns casos, (dependendo da estrutura do polímero) pode ser observada uma combinação para a estabilização através de efeitos estéricos. A estrutura dos poliacrilatos é semelhante à das resinas, influenciando portanto os filmes secos menos do que fariam os polifosfatos. Os fosfatos têm a vantagem de serem também ideais para íons multivalentes quelantes (por ex. cálcio) no sistema e, portanto, eliminando a influência negativa desses íons no mecanismo de estabilização.

Os aditivos dispersantes deste tipo têm sido usados com êxito em tintas de emulsão aquosa durante décadas e continuam sendo usados com êxito nos nossos dias.

Os aditivos dispersantes baseados em polieletrólitos para sistemas aquosos são aditivos dispersantes puros e não possuem virtualmente propriedades umectantes de pigmento. Portanto, se a umectação de pigmento tiver também que ser melhorada, deve ser combinado com os aditivos de umectação apropriados.