O que é dispersão? Desenvolvimento de métodos para otimizar a dispersão úmida-1

Para a medição do tamanho de partículas por difração a laser 

Desenvolvimento de métodos de dispersão úmida ou líquida  

 

 

Se os resultados obtidos a partir de técnicas de análise de características das partículas são reproduzíveis depende de três fatores principais. 

 


 Amostragem representativa
 Estabilidade do estado disperso
 Condições de medição adequadas

 


A importância de cada um desses fatores varia de acordo com o tamanho das partículas a serem medidas. Para partículas finas, os dispersantes e a energia de dispersão são mais importantes, enquanto para materiais mais grossos, a amostragem é mais relevante.

Figura 1 mostra os fatores de risco relacionados à medição de partículas finas ou grossas em dispersão úmida.  


 


 

 

Dispersão 

 


O método de dispersão de amostras varia de acordo com o que se deseja medir. Se é importante quantificar o tamanho e o alcance da aglomeração contida no material, pode ser necessário medir em estado parcialmente disperso. Quando o tamanho da partícula primária é importante, a amostra deve ser completamente dispersa para remover os aglomerados.  

Na primeira etapa deste processo, seleciona-se um dispersante apropriado. Para a medição por difração a laser, o dispersante deve atender aos seguintes critérios: 

 

    –  Mantém a amostra bem umedecida para permitir a dispersão. 

 –  Não dissolve a amostra. 


 –  Não cria espuma. 


 –  Apresenta viscosidade adequada. 


 –  Permite a passagem do feixe de laser. 


 –  Possui um índice de refração diferente do da amostra. 


 –  É quimicamente compatível com os materiais usados no equipamento. 

 


O dispersante mais amplamente utilizado é a água. No entanto, a água não é adequada para todas as amostras devido à baixa molhabilidade ou baixa solubilidade da amostra.  

 

A regra prática é que a solubilidade da amostra no dispersante pode ser minimizada usando um dispersante com polaridade oposta à da amostra, mas para isso as partículas devem ser molhadas, o que se torna mais difícil com grandes diferenças de polaridade sem a ajuda de surfactantes. 

 

A lista de dispersantes ordenados por alta polaridade está na Tabela 1. 

Tabela 1 :  Polaridade do dispersante

  

Pó disperso em líquido

 


As três etapas básicas para dispersar pó em líquido são as seguintes. 

 


 Molhar a amostra
 Adicionar energia para uma boa dispersão
 Estabilizar a dispersão

 


Molhar a amostra 

 


Ao testar novos materiais, é recomendável realizar um teste em bequer com vários dispersantes para verificar se a amostra molha bem. Esses testes visuais são mais rápidos do que realizar medições de tamanho de partícula em vários dispersantes.

 

Se o contato entre as partículas e o dispersante for bom, uma suspensão homogênea das partículas no líquido é observada; se o contato for ruim, as gotas do líquido sobre o pó podem aparecer ou grandes aglomerados e sedimentação podem ocorrer.  

 


Se o pó é bem molhado pelo dispersante ou não, depende da tensão superficial entre as partículas e o líquido. Portanto, usar surfactantes para reduzir a tensão superficial torna o molhamento mais eficaz. A Tabela 2 mostra exemplos de surfactantes espaciais e eletroespaciais. 

 


Tabela 2: Surfactantes que melhoram a dispersão 

 

Quando se usa um surfactante, é importante ajustar a concentração. Geralmente, uma ou duas gotas do surfactante (compostos aquosos a poucos por cento em massa/volume, não altamente concentrados) são suficientes para melhorar o estado de molhamento das partículas. O uso excessivo de surfactante pode gerar espuma e bolhas que podem ser interpretadas como partículas grandes. 

 

Uso de energia para dispersar a amostra 

 


Após encontrar um dispersante adequado para molhar a amostra, é necessário avaliar o estado de dispersão da amostra no equipamento. Este processo é conhecido como titulação da dispersão e geralmente ocorre em três etapas. 

 


1. Uma série de medições repetidas para avaliar a eficácia da titulação da amostra
2. Uma série de medições para avaliar o impacto do ultrassom na amostra
3. Uma série de medições repetidas para avaliar a estabilidade de medição após o ultrassom 

 

Figura 2 mostra um exemplo de titulação da dispersão em água. A etapa 1 mostra a dispersão gradual com variação da velocidade do agitador. A etapa 2 demonstra a dispersão acelerada com o uso de ultrassom, enquanto a etapa 3 mostra a estabilidade do tamanho das partículas após desligar o ultrassom. 

Titulação da dispersão mostra alterações na distribuição de tamanhos de partículas à medida que os aglomerados são dispersos, conforme exibido na Figura 3. Ao se dispersar a amostra, cada aglomerado é dividido em várias partículas primárias, como mostrado na Figura 4, causando aumento da obscurecimento (relacionado à concentração de partículas no sistema). 

 

 

 

 

 

 

 

 

Durante a medição em solventes orgânicos, o ultrassom deve ser aplicado em intervalos. Por exemplo, aplique ultrassom por um minuto antes da medição e depois deixe o dispersante estabilizar termicamente por um tempo.  

Isso ajuda a evitar picos falsos de tamanho de partículas maiores devido ao gradiente de temperatura do dispersante. Repita esse processo até que não haja mais aumento de tamanho observado devido ao ultrassom. 

 

A titulação de dispersão mede a potência e o tempo de ultrassom necessários para dispersar a amostra ao tamanho das partículas primárias. Se a distribuição for homogênea e sem decréscimo de tamanho observado durante o ultrassom, isso pode indicar que a amostra já estava completamente dispersa.  

Por outro lado, se não houver uma redução de tamanho estável com ultrassom, pode haver uma contínua divisão da amostra em partículas primárias.  

Se possível, verifique a dispersão do estado da amostra removendo-a do dispositivo de dispersão e observando-a sob um microscópio ou através de um sistema automatizado de análise de imagem de partículas. Os estudos feitos antes e depois do ultrassom mostram se os aglomerados foram dispersos ou se o formato das partículas foi alterado devido à quebra. 


Estabilização da dispersão 

 

Na terceira etapa, o tamanho das partículas deve se manter estável. A repetibilidade esperada nas medições por difração a laser é abordada na seção de precisão de medição. Se ocorrer um aumento do tamanho das partículas devido à reaglomeração, pode ser necessário um aditivo para estabilizar a dispersão. 

 

Aditivos como hexametafosfato de sódio, citrato de amônio e pirofosfato de sódio podem ajudar a estabilizar a suspensão adicionando carga à superfície das partículas. Esses aditivos geralmente são usados em concentrações inferiores a 1% em massa/volume. 

 

 


Dispersão de emulsões

Ao medir uma emulsão, há dois fatores principais a considerar para uma boa dispersão.  

Primeiro, o dispersante ideal deve incluir os mesmos surfactantes e estabilizantes usados para dispersar a amostra.  

Segundo, o choque osmótico causado por adicionar a amostra diretamente ao tanque de dispersão pode induzir aglomeração, então uma pré-dispersão pode ser necessária para manter a estabilidade. 

O ultrassom deve ser evitado em emulsões, pois pode intensificar a emulsificação e prejudicar a representatividade dos resultados.  

Em vez disso, é importante ajustar a velocidade do agitador no dispersor para evitar ruptura das gotas.  

A influência da velocidade do agitador é abordada na seção das condições de medição. 

Amostragem

 


É essencial garantir que a amostra que se põe a analisar represente o lote maior de material em todas as técnicas de análise de características de partículas. Nas medições de amostras contendo partículas grossas ou uma grande variedade de tamanhos, a amostragem é uma fonte significativa de erro.