Dispersante
O que é dispersante
Um dispersante ou um agente dispersante é uma substância, tipicamente um surfactante, que é adicionado a uma suspensão de partículas sólidas ou líquidas em um líquido (como um colóide ou emulsão) para melhorar a separação das partículas e evitar sua sedimentação ou aglomeração. Os dispersantes são amplamente usados para estabilizar vários produtos industriais e artesanais, como tintas, ferrofluidos e molhos para salada. Os plastificantes ou superplastificantes, usados para melhorar a trabalhabilidade de pastas como concreto e argila, são tipicamente dispersantes. O conceito também se sobrepõe amplamente ao de detergente, usado para trazer contaminação oleosa para a suspensão aquosa, e de emulsificante, usado para criar misturas homogêneas de líquidos imiscíveis como água e óleo. Suspensões naturais como leite e látex contêm substâncias que agem como dispersantes.
Vantagens do dispersante
Adsorvido na superfície de partículas sólidas para reduzir a tensão interfacial entre líquido-líquido ou sólido-líquido. Torna a superfície de partículas sólidas aglomeradas fácil de molhar.
Os dispersantes de polímeros formam uma camada de adsorção na superfície das partículas sólidas, o que aumenta a carga na superfície das partículas sólidas e aumenta a força de reação entre as partículas, formando um obstáculo tridimensional.
Forma uma estrutura de bicamada na superfície das partículas sólidas. A extremidade polar do dispersante externo tem uma forte afinidade com a água, o que aumenta o grau de molhamento das partículas sólidas pela água. As partículas sólidas são mantidas separadas devido à repulsão eletrostática.
Torne o sistema uniforme, aumente o desempenho da suspensão, evite a precipitação e torne as propriedades físicas e químicas de todo o sistema iguais.
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Tipos de dispersantes
Surfactantes são um dos tipos mais comuns e amplamente utilizados de dispersantes. Inclui surfactantes aniônicos, surfactantes catiônicos, surfactantes não iônicos e surfactantes anfotéricos. Esses dispersantes são capazes de facilitar a dispersão de partículas sólidas regulando a tensão superficial do líquido e fornecem boas propriedades de emulsificação. Surfactantes são amplamente utilizados em indústrias como pigmentos, revestimentos, tintas, detergentes e produtos de cuidados pessoais.
Dispersantes coloidais são uma classe de dispersantes que formam soluções coloidais e permanecem dispersos. Eles permitem que partículas sólidas formem partículas coloidais, proporcionando melhor dispersão e estabilidade. Dispersantes coloidais são amplamente usados em produtos farmacêuticos, alimentos, revestimentos e cosméticos, por exemplo, prata coloidal em produtos antimicrobianos médicos e dispersantes de nanopartículas em materiais eletrônicos.
Dispersantes de polímero são uma classe de dispersantes que consistem em compostos de polímero. Eles são capazes de fornecer boa dispersão e estabilidade por adsorção na superfície de partículas sólidas para formar uma camada de cobertura. Dispersantes de polímero são amplamente usados em indústrias como exploração de campos petrolíferos, tintas, adesivos e fabricação de papel, por exemplo, a poliacrilamida é usada como dispersante no tratamento de água.
Os dispersantes de partículas e enchimentos são uma classe de dispersantes para partículas e enchimentos específicos. Eles podem melhorar a dispersibilidade e a molhabilidade dos enchimentos e partículas, e melhorar a qualidade e o desempenho dos produtos. Esses dispersantes são amplamente usados em indústrias como borracha, plásticos, cerâmica e compósitos.
Biodispersantes são uma classe de dispersantes ecologicamente corretos desenvolvidos nos últimos anos. Eles geralmente são baseados em produtos naturais ou produtos produzidos por fermentação microbiana e têm boa biodegradabilidade e sustentabilidade ambiental. Biodispersantes são cada vez mais usados em cosméticos, alimentos, produtos farmacêuticos e energia renovável.
Princípio de funcionamento do dispersante
Dispersantes, também chamados de agentes dispersantes, são agentes químicos usados para quebrar o óleo em gotículas menores na coluna de água. Os dispersantes podem ser aplicados no óleo da superfície ou abaixo da superfície, mais perto de uma liberação descontrolada de óleo bruto de uma fonte de explosão de poço. Em um derramamento de óleo, essas gotículas menores de óleo se dispersam na coluna de água, onde são transportadas por correntes e submetidas a outros processos naturais, como dissolução e biodegradação. O uso de dispersantes é uma das várias ferramentas de resposta que podem ser consideradas em águas costeiras para minimizar os impactos ambientais gerais de um derramamento de óleo.
O óleo liberado no ambiente passa por uma variedade de processos físicos, químicos e biológicos que começam a transformar ou "desgastar" o óleo quase imediatamente. Os dispersantes são mais eficazes quando aplicados imediatamente após um derramamento, antes que o óleo tenha se desgastado.
Vários fatores ambientais influenciam a eficácia dos dispersantes, incluindo salinidade da água, temperatura da água e condições no mar. O tipo de óleo também influenciará a eficácia dos dispersantes; óleos brutos pesados geralmente não se dispersam tão bem quanto óleos leves a médios.
O Processo de Dispersão
O processo de dispersão envolve três etapas:
Umedecimento de partículas (pré-mistura)
Separação de partículas (obtida por meios mecânicos)
Estabilização de partículas (para superar as forças de atração de Van der Waals)
O primeiro e o terceiro estágios podem ser melhorados pelo uso de agentes dispersantes/estabilizadores eficazes, sendo o terceiro estágio o mais crítico para otimizar o desempenho de um sistema. Isso porque o terceiro estágio controla a qualidade final e a estabilidade do sistema de dispersão.
Os dispersantes alcançam estabilidade por meio da estabilização estérica, que é baseada na adsorção de materiais poliméricos a superfícies de partículas para superar as forças atrativas de Van der Waals. As propriedades necessárias para estabilização efetiva são:
Forte adsorção de polímero estabilizador na superfície da partícula
Comprimento ideal da cadeia (muito longa e pode dobrar para trás e comprimir a barreira estérica; muito curta e não superará as forças de Van der Waals)
Boa solubilidade no meio utilizado durante a dispersão
Compatibilidade com a resina após a evaporação do solvente
Como os dispersantes são adicionados
A maioria dos dispersantes são líquidos derramáveis, com alguns sendo sólidos cerosos ou granulares. Idealmente, o dispersante deve ser adicionado antes do processo mecânico que quebra tudo — antes de aplicar energia mecânica. O melhor momento para adicionar o dispersante é durante a fase de base do moinho (onde os principais ingredientes são resina e solvente ou água), garantindo que o dispersante seja dissolvido antes de adicionar o pigmento.
Os melhores resultados vêm do dispersante indo para a superfície da partícula, pois os meios mecânicos expõem a superfície. O dispersante circunda a área de partícula disponível e impede que as partículas se juntem novamente, resultando em uma viscosidade mais baixa.
Dito isso, há casos em que dispersantes podem ser adicionados posteriormente para melhorar a estabilização ou a cor no final do processo, mas eles não passarão pelo moinho original.
Melhorar a qualidade e a estabilidade da dispersão também leva à melhoria da qualidade do revestimento. Uma redução no tamanho médio das partículas de pigmento aumenta a força da cor. Um benefício semelhante é visto em brilho, transparência e luminosidade. No entanto, se a estabilidade das partículas não for mantida na dispersão, as melhorias finais de desempenho podem ser revertidas.
Dispersantes são aditivos altamente especializados usados para molhar, dispersar e estabilizar partículas sólidas em uma variedade de fases contínuas, como solventes, água e plásticos. Dispersantes são projetados para reduzir a viscosidade e aumentar a estabilidade de uma dispersão, ao mesmo tempo em que melhoram as propriedades estéticas do revestimento final.
A partícula sólida que está sendo dispersa é normalmente um pigmento, mas também pode ser um agente de fosqueamento de sílica, uma cera, uma partícula condutora (carbono, grafeno, nanotubos de carbono), cargas inorgânicas (carbonato de cálcio, talco, barita) ou até mesmo um metal precioso (ouro, prata e platina) — qualquer partícula sólida dispersa em uma fase contínua (líquida ou sólida).
Ao reduzir a viscosidade, os dispersantes tornam a dispersão mais trabalhável, ao mesmo tempo em que ajudam a melhorar a economia de produtividade ao aumentar a carga de pigmento e a taxa de dispersão. Isso proporciona vantagens de envio: com mais pigmento na dispersão, a quantidade de água é reduzida, tornando-a mais fácil de manusear e transportar. A flexibilidade da formulação também pode ser melhorada com a capacidade de adicionar dispersões a uma gama mais ampla de acabamentos de base.
Um dispersante típico é uma estrutura de dois componentes, consistindo de um grupo de ancoragem capaz de ser fortemente adsorvido na superfície da partícula, e uma cadeia polimérica, que é anexada ao grupo de ancoragem e fornece a estabilização. Os grupos de ancoragem circundam a partícula e as cadeias a estabilizam estericamente para evitar que as partículas na dispersão floculem ou se transformem em um gel.
Existem muitas estruturas projetadas para atingir essa estabilidade porque todas as partículas têm diferentes naturezas de superfície e há muitos meios — água, solvente, monômeros UV, resinas — que têm ainda mais variações de polaridade. Diferentes grupos de ancoragem são mais receptivos a diferentes superfícies de partículas. É a combinação particular de grupo de ancoragem e cadeia polimérica que leva à eficácia dos dispersantes.
As formulações dispersantes modernas facilitam os processos naturais que removem o óleo do ambiente por meio da biodegradação. Elas são compostas principalmente de surfactantes que reduzem a tensão interfacial entre o óleo e a água para permitir a formação de micron-size.
Gotículas de óleo que são arrastadas para a coluna de água pela energia das ondas. Para efeito de comparação, sem dispersantes, manchas espessas de óleo geram gotículas de tamanho milimétrico quando impactadas por ondas. Essas gotículas maiores tendem a subir rapidamente de volta à superfície, onde se coalescem e reformam a mancha. As gotículas menores (por exemplo, 70 mícrons) formadas após a aplicação de dispersantes permanecem na coluna de água e se tornam uma fonte de energia concentrada para bactérias degradadoras de óleo. Ambientes marinhos ao redor do mundo contêm bactérias degradadoras de óleo que evoluíram para consumir óleo liberado por vazamentos naturais.
Formulações baseadas no método de aplicação
Os dispersantes de derramamento de óleo também podem ser divididos em duas formulações principais com base em seu modo de aplicação:
Tipo convencional
Consistindo principalmente de solventes de hidrocarbonetos não aromáticos, esses dispersantes são comumente usados para operações de limpeza de litoral. Eles são aplicados sem diluição no local da aplicação, com dosagens típicas variando de 30% a 100% por unidade de derramamento de óleo.
Tipo Concentrado
Contendo oxigenados como glicol e hidrocarbonetos não aromáticos, dispersantes concentrados podem ser usados após diluição ou diretamente de navios e aeronaves. Normalmente, a dosagem de dispersantes concentrados varia de 5% a 15% por unidade de derramamento de óleo.
A escolha do dispersante depende de vários fatores, incluindo o tipo de óleo, condições climáticas, distância da costa e a presença de espécies marinhas na região afetada. Testes de laboratório são frequentemente empregados para comparar a eficácia dos dispersantes contra tipos específicos de óleo, garantindo a seleção ideal para cada situação única.
Limpeza usando dispersantes convencionais de derramamento de óleo
A limpeza de derramamentos de óleo requer uma abordagem estratégica envolvendo múltiplas técnicas, incluindo o uso de dispersantes do tipo convencional. Esses dispersantes, feitos de solventes de hidrocarbonetos não aromáticos, são particularmente úteis para lidar com derramamentos de óleo sob condições desafiadoras, como correntes fortes e mares agitados.
Preparação
Antes de aplicar dispersantes, certifique-se de ter todos os equipamentos e materiais necessários prontos, incluindo equipamentos de proteção individual, recipientes apropriados para mistura e armazenamento e quantidades adequadas de dispersantes.
Avaliação
Avalie a extensão do derramamento de óleo, sua localização e as condições climáticas predominantes. Determine se os dispersantes seriam adequados para as circunstâncias dadas, considerando fatores como o tamanho do derramamento, o tipo de óleo e a proximidade de habitats e populações sensíveis.
Seleção do dispersante apropriado
Escolha o dispersante mais adequado para o tipo de óleo específico e condições ambientais. Familiarize-se com as propriedades e características do dispersante selecionado, incluindo sua concentração, taxa de aplicação e quaisquer requisitos especiais de manuseio.
Mistura e diluição
Misture o dispersante escolhido de acordo com as instruções do fabricante, tomando cuidado para não exceder as concentrações recomendadas. Se necessário, dilua a solução dispersante com água antes da aplicação. Certifique-se de que o produto final atenda aos critérios especificados para viscosidade, pH e temperatura.
Aplicativo
Aplique a solução dispersante na mancha de óleo usando equipamento apropriado, como barras de pulverização montadas em barcos ou plataformas fixas. Procure atingir uma cobertura uniforme em toda a mancha de óleo sem criar espuma excessiva. Ajuste o método de aplicação e a taxa dependendo do tamanho do derramamento e das condições ambientais.
Monitoramento e avaliação
Monitore o progresso da aplicação do dispersante continuamente, rastreando mudanças na aparência, espessura e movimento da mancha de óleo. Avalie regularmente a eficácia da aplicação do dispersante, ajustando a estratégia se necessário. Documente os resultados das atividades de monitoramento para fins de análise e relatórios posteriores.
Gestão Pós-Aplicação
Após concluir a aplicação inicial do dispersante, monitore o óleo disperso e quaisquer resíduos restantes. Implemente medidas de limpeza secundárias, como skimming ou recuperação mecânica, para remover qualquer óleo restante da superfície da água. Continue a observar o óleo disperso até que ele tenha se dissipado ou atingido níveis aceitáveis.
Importância do uso adequado
O uso adequado de dispersantes de derramamento de óleo é essencial para maximizar sua eficácia e minimizar os danos ambientais. É essencial aplicar dispersantes no início do esforço de resposta, quando as manchas de óleo ainda estão relativamente frescas e antes que se espalhem extensivamente. Além disso, a aplicação de dispersantes deve ser direcionada a áreas específicas onde pode ter o maior impacto na redução dos danos ambientais.
Aplicação de Dispersante
Automotivo
Óleos de motor automotivos contêm detergentes e dispersantes. Detergentes de base metálica previnem o acúmulo de verniz como depósitos nas paredes do cilindro. Eles também neutralizam ácidos. Dispersantes mantêm contaminantes em suspensão.
Dispersantes adicionados à gasolina evitam o acúmulo de resíduos pegajosos.
Biodispersão
Dispersantes são usados para prevenir a formação de bioincrustação ou biofilmes em processos industriais. Também é possível dispersar lodo bacteriano e aumentar a eficiência de biocidas.
Concreto e estuque
Dispersantes são usados como plastificantes ou superplastificantes em formulações de concreto para diminuir o uso de água, mantendo a propriedade de abatimento (fluxo) necessária. Um menor teor de água torna o concreto mais forte e mais impermeável à penetração de água.
Similarmente, dispersantes são usados como plastificantes na pasta de gesso durante a fabricação de placas de gesso, para reduzir a quantidade de água usada. O menor uso de água permite menor uso de energia para secar a placa de gesso.
Detergentes
Dispersão é o principal objetivo no uso de detergentes, cujo banho líquido é água (detergentes também são usados como emulsificantes em algumas aplicações). Detergentes para lavanderia envolvem sujeira e fuligem em miscelâneas, que se dispersam naturalmente.
Exploração de petróleo
Dispersantes na perfuração de petróleo auxiliam na quebra de sólidos ou líquidos como partículas finas ou gotículas em outro meio. Este termo é frequentemente aplicado incorretamente a defloculantes de argila. Dispersantes de argila previnem a formação de glóbulos "olho de peixe". Para dispersão (emulsificação) de óleo em água (ou água em óleos), surfactantes selecionados com base no número de equilíbrio hidrofílico-lipofílico (HLB) podem ser usados. Para fluidos de perfuração de espuma, detergentes sintéticos e sabões são usados, junto com polímeros, para dispersar bolhas de espuma no ar ou gás.
Derramamento de óleo
Dispersantes podem ser usados para dissipar manchas de óleo. Eles podem dispersar rapidamente grandes quantidades de certos tipos de óleo da superfície do mar, transferindo-os para a coluna de água. Eles farão com que a mancha de óleo se quebre e forme micelas solúveis em água que são rapidamente diluídas. Então, efetivamente se espalham por um volume maior de água do que a superfície de onde o óleo foi disperso. Eles também podem atrasar a formação de emulsões persistentes de óleo em água. No entanto, experimentos de laboratório mostraram que os dispersantes aumentaram os níveis de hidrocarbonetos tóxicos em peixes por um fator de até 100 e podem matar os ovos de peixe.
Frequentemente ouvimos agentes umectantes e dispersantes mencionados juntos, quase como uma categoria aditiva. No entanto, agentes umectantes e dispersantes não desempenham o mesmo papel na formulação.
A dispersão de pigmentos na tinta ocorre em 3 etapas:
Os agentes umectantes facilitam a molhagem de partículas sólidas,
Os agentes dispersantes garantem a estabilidade da dispersão ao longo do tempo e
As forças mecânicas garantem a separação das partículas
Agentes umectantes nem sempre são necessários - eles são usados principalmente no caso de você trabalhar com pigmentos hidrofóbicos em um sistema à base de água. Determine se você precisa de agentes umectantes em sua formulação.
A necessidade de contribuir para a umectação depende das características da fase líquida do pigmento. Pigmentos facilmente umedecidos, como o dióxido de titânio (TiO2) em água, não requerem suporte de umectação adicional, então enfatize que a contribuição do dispersante é muito mais no efeito de estabilização.
O principal grupo de dispersantes usado em tintas de dispersão à base de água branca é o policarboxilato de sódio. De fato, esse dispersante fornece excelente estabilização eletrostática, mas fornece apenas atividade de molhagem limitada.
Pigmentos difíceis de dispersar
Outro pigmento importante - Carbon Black - é difícil de dispersar e estabilizar, principalmente devido à sua carga superficial notoriamente baixa e às características de molhagem ruins. Os pigmentos de carbono preto fornecem excelente cor e poder de cobertura e podem, em última análise, melhorar o desempenho do revestimento.
Mas, ao mesmo tempo, o negro de fumo é geralmente considerado o pigmento mais demorado e difícil de dispersar. Isso é especialmente verdadeiro para sistemas à base de água porque a água é muito polar, tem alta tensão superficial e há pouca interação entre o ligante e o pigmento. Essas propriedades exigem o uso de um agente umectante e dispersante altamente eficiente.
Pigmentos orgânicos têm alta intensidade de coloração e brilho, mas são muito difíceis de dispersar e estabilizar devido ao tamanho pequeno das partículas. O tamanho pequeno das partículas causa os seguintes problemas que inibem a umectação e a adsorção do dispersante:
Aumento da floculação
Estrutura de superfície não uniforme
Baixa energia de superfície
Dispersantes como oferecidos para pigmentos orgânicos em água demonstram forte suporte de umectação, bem como atividade de estabilização. Uma ampla gama de produtos é oferecida, no entanto, tendo em comum oferecer surfactante (redução da tensão interfacial do pigmento e fase líquida), bem como fortes propriedades de estabilização.
Perguntas frequentes