Vesipitoisia dispersiojärjestelmiä käytetään yleisimmin, ja niitä voidaan tyypillisesti käyttää pinta-aktiivisen aineen rakenteen ja dispergoituvuuden välisen suhteen analysointiin. Hydrofobisina kiinteinä hiukkasina ne voivat adsorboida pinta-aktiivisten aineiden hydrofobisia ryhmiä. Anionisten pinta-aktiivisten aineiden tapauksessa ulospäin suuntautuvat hydrofiiliset ryhmät hylkivät toisiaan identtisten varaustensa vuoksi. On selvää, että pinta-aktiivisten aineiden adsorptiotehokkuus kasvaa hydrofobisen ketjun pituuden myötä, ja siten pidempien hiiliketjujen omaavilla pinta-aktiivisilla aineilla on parempi dispergoituvuus kuin lyhyempien ketjujen omaavilla.
Pinta-aktiivisten aineiden hydrofiilisyyden lisääminen yleensä parantaa niiden liukoisuutta veteen, mikä vähentää niiden adsorptiota hiukkasten pinnalle. Tämä vaikutus korostuu, kun pinta-aktiivisen aineen ja hiukkasten välinen vuorovaikutusvoima on heikko. Esimerkiksi vesipitoisten väriainedispersiojärjestelmien valmistuksessa voidaan käyttää voimakkaasti sulfonoituja lignosulfonaattidispersioaineita voimakkaasti hydrofobisille väriaineille, jolloin muodostuu dispersiojärjestelmiä, joilla on erinomainen lämmönkestävyys. Saman dispersioaineen levittäminen hydrofiilisiin väriaineisiin johtaa kuitenkin huonoon lämmönkestävyyteen; sitä vastoin alhaisemman sulfonaatioasteen lignosulfonaattidispersioaineiden käyttö tuottaa dispersiojärjestelmiä, joilla on hyvä lämmönkestävyys. Syynä tähän on se, että voimakkaasti sulfonoituneilla dispersioaineilla on korkea liukoisuus korotetuissa lämpötiloissa, minkä seurauksena ne irtoavat helposti hydrofiilisten väriaineiden pinnalta, jossa alkuperäinen vuorovaikutus on jo heikko, mikä vähentää dispergoituvuutta.
Jos dispergoituneet hiukkaset itsessään kantavat sähkövarauksia ja valitaan pinta-aktiivinen aine, jolla on vastakkaiset varaukset, flokkulaatiota voi tapahtua ennen kuin hiukkasten varaukset neutraloituvat. Vasta sen jälkeen, kun toinen pinta-aktiivinen ainekerros on adsorboitu varaukseltaan neutraloituihin hiukkasiin, voidaan saavuttaa vakaa dispersio. Jos valitaan identtisen varauksen omaava pinta-aktiivinen aine, pinta-aktiivisen aineen adsorboituminen hiukkasiin vaikeutuu; vastaavasti riittävä adsorptio dispersion stabiloimiseksi saavutetaan vain suurina pitoisuuksina. Käytännössä käytetyt ionidispersioaineet sisältävät yleensä useita ioniryhmiä, jotka ovat jakautuneetkoko pinta-aktiivisen aineen molekyylissä, kun taas niiden hydrofobiset ryhmät koostuvat tyydyttymättömistä hiilivetyketjuista, joissa on polaarisia ryhmiä, kuten aromaattisia renkaita tai eetterisidoksia.
Polyoksietyleeni-tyyppisten ei-ionisten pinta-aktiivisten aineiden erittäin hydratoidut polyoksietyleeniketjut ulottuvat vesifaasiin kiertyneessä muodossa luoden tehokkaan steerisen esteen kiinteiden hiukkasten aggregaatiota vastaan. Samaan aikaan paksut, monikerroksiset hydratoidut oksietyleeniketjut vähentävät merkittävästi hiukkasten välisiä van der Waalsin voimia, mikä tekee niistä erinomaisia dispergointiaineita. Propyleenioksidin ja etyleenioksidin lohkokopolymeerit sopivat erityisen hyvin käytettäväksi dispergointiaineina. Niiden pitkät polyoksietyleeniketjut parantavat vesiliukoisuutta, kun taas niiden pidennettyinä olevat polypropeenioksidin hydrofobiset ryhmät edistävät voimakkaampaa adsorptiota kiinteille hiukkasille; siksi kopolymeerit, joissa on molempien komponenttien pitkät ketjut, sopivat erittäin hyvin dispergointiaineiksi.
Kun ionisia ja ionittomia pinta-aktiivisia aineita yhdistetään, sekajärjestelmä ei ainoastaan mahdollista molekyylien ulottumista vesifaasiin ja muodostaa steerisen esteen, joka estää hiukkasten aggregaation, vaan myös parantaa kiinteiden hiukkasten rajapintakalvon lujuutta. Näin ollen sekajärjestelmässä, niin kauan kuin pinta-aktiivisten aineiden lisääntynyt liukoisuus vesifaasiin ei merkittävästi estä niiden adsorptiota hiukkasten pinnalle, pidempien hydrofobisten ketjujen omaavalla dispergointiaineella on parempi dispergointikyky.
Julkaisuaika: 31.12.2025