Stabilność zawiesin TiO2, CaCO3 i kaolinu

Stabilność zawiesin TiO2, CaCO3 i kaolinu
Agnieszka Przastek
Kierujący pracą: dr hab. inż. Kamil Wojciechowski
Wprowadzenie
W ostatnich latach odnotowuje się wzrost zainteresowania produkcją farb
wodorozcieńczalnych. Podstawowym czynnikiem determinującym rozwój tego typu farb jest
wydana w 1999 r. przez Unię Europejską dyrektywa, która nakazuje ograniczenie stosowania
lotnych związków organicznych w wielu sektorach przemysłu.
Za stabilność farby wodorozcieńczalnej podczas przechowywania odpowiada
zdyspergowanie cząstek pigmentów i napełniaczy. Proces ich dyspergowania jest złożony pod
względem fizykochemicznym. Ma on znaczący wpływ na właściwości i jakość
wytworzonych farb. Proces ten opiera się na rozpraszaniu skupisk cząstek pigmentów
i napełniaczy oraz na trwałym zawieszeniu ich w roztworze. Układy dyspersyjne są
termodynamicznie nietrwałe ze względu na ich wysoką energię powierzchniową. Obniżenie
napięcia powierzchniowego przez dodatek środków powierzchniowo czynnych ułatwia
zdyspergowanie układu.
Wyniki i dyskusja
W ramach niniejszej pracy badano wpływ buforu fosforanowego i dodatków stabilizatorów
na zdolność dyspergowania oraz na stabilność dyspersji cząstek TiO2 (pigmentu) oraz cząstek
CaCO3 i kaolinu (napełniaczy). Ponadto określono wzajemne oddziaływanie pomiędzy
cząstkami TiO2 i CaCO3. Jako stabilizatory wykorzystano sole sodowe kwasu
poliakrylowego: Orotan 731 A ER oraz Dispex N40, a także surfaktanty: anionowy (sól
sodowa kwasu dodecylosiarkowego(VI), SDS), kationowy (bromek cetylo-trimetyloamoniowy, CTAB) oraz niejonowy (eter polimeru glikolu polietylenowego i paratetra-oktylofenolu, Triton X–100).
W trakcie wykonywania części eksperymentalnej pracy wykorzystano techniki
umożliwiające pomiar rozkładu wielkości cząstek oraz potencjału zeta, a także skaningową
mikroskopię elektronową. Stabilność próbek była poddawana również ocenie wizualnej.
Wnioski
Prowadzone w ramach pracy badania dowiodły, że obecność buforu fosforanowego
w układzie dyspersyjnym ma istotny wpływ na zdolność dyspergowania tego układu. Pomiary
wielkości cząstek wykazały, że w porównaniu z innymi użytymi ośrodkami (woda
dejonizowana, roztwór NaCl) bufor fosforanowy zapewnia najlepsze zdyspergowanie cząstek
pigmentu i napełniaczy.
Na trwałość przygotowanych zawiesin miała wpływ również obecność stabilizatorów
dyspersji. Na podstawie pomiarów wielkości cząstek i potencjału zeta stwierdzono, że
stabilność dyspersji ułatwiały dodatki stabilizatorów przemysłowych Orotanu 731 A ER oraz
Dispexu N40, a także dodatek SDS. Ocena wizualna zawiesin pozwoliła ustalić, że wszystkie
próbki po okresie jednego tygodnia wykazywały trwałość. Analogiczne zawiesiny
przygotowane dla cząstek CaCO3 wykazywały częściową trwałość w przypadku próbek
z dodatkiem Orotanu 731 A ER, Dispexu N40 oraz SDS. Niestabilne okazały się zawiesiny
cząstek CaCO3 z dodatkiem CTAB i Tritonu X–100.
Analiza próbek z zastosowaniem skaningowej mikroskopii elektronowej pozwoliła na
potwierdzenie skłonności cząstek TiO2 do tworzenia aglomeratów, co tłumaczy wzrost
wielkości ich cząstek w czasie. Ponadto potwierdzono, że cząstki CaCO3 ulegały
rozpuszczaniu, co powodowało zmniejszenie się ich wielkości w czasie. Oprócz tego
wykazano także, że cząstki kaolinu mają postać płatków.
Analizowanie zawiesin mieszanin CaCO3 i TiO2 pozwoliło na określenie wzajemnych
oddziaływań między ich cząstkami. Wykazano, że cząstki TiO2 w zawiesinie adsorbują się na
większych od nich cząstkach CaCO3. W przypadku mieszanin CaCO3 i TiO2 przygotowane
zawiesiny wykazywały największą stabilność z dodatkami stabilizatorów: Orotanu 731 A ER,
Dispexu N40 oraz SDS.
Literatura
1. Spychaj T., Spychaj S.: Farby i kleje wodorozcieńczalne, Warszawa WNT, 1996
2. Sonntag H.: Koloidy, Warszawa PWN, 1982