Trong bài đăng thứ tư trong chuỗi năm bài về các phương pháp phân tích được sử dụng để phát triển sơn và chất phủ, chúng ta sẽ xem xét cách nghiên cứu tính chất tĩnh điện của các hạt thành phần, bằng cách sử dụng giá trị được gọi là thế zeta.

Trong thế giới sơn và chất phủ, kích thước hạt là quan trọng nhất, và nếu bạn đã đọc bài đăng trên blog trước đây của chúng tôi, bạn sẽ biết rõ về tầm quan trọng của nó đối với việc xác định các đặc tính vĩ mô của công thức sơn và chất phủ.

Nhưng kích thước hạt không phải là tất cả, và nếu bạn thực sự muốn hiểu các đặc tính của công thức sơn và chất phủ ở cấp độ phân tử, thì bạn cũng sẽ muốn hiểu về các đặc tính tĩnh điện của chúng. Để đạt được điều này, cần sử dụng một thông số phức tạp hơn một chút về mặt khái niệm so với kích thước, đó là thế Zeta.

Thế zeta là gì?

Khi một hạt lơ lửng trong một chất lỏng, nó sẽ hình thành một điện tích trên bề mặt, do sự hiện diện của ion hoặc lớp phân cực bao quanh nó. Điện tích bề mặt này sẽ làm tăng nồng độ của các ion trái dấu ở lớp tiếp xúc, lớp ion trái dấu này sẽ chuyển động cùng với hạt.

Tất nhiên, sự tương tác giữa hạt và các ion trái dấu này giảm dần theo khoảng cách, và khi vượt ra ngoài một điểm nhất định (còn gọi là mặt phẳng trượt) thì bề mặt không còn khả năng mang các thành phần ion trái dấu với nó nữa. Thế zeta chính là thế điện.

Tại sao thế zeta lại hữu ích?

Mặc dù thế zeta không phải là phép đo trực tiếp điện tích trên bề mặt, nhưng nó có ưu điểm là tương đối dễ đo, và do đó nó đã được sử dụng rộng rãi để nhằm nghiên cứu các tính chất điện hóa của hệ phân tán dạng keo. Chúng có mặt trong nhiều sản phẩm quen thuộc như mỹ phẩm, dược phẩm, mực và tất nhiên là sơn, và rất cần thiết trong nhiều quy trình kỹ thuật và công nghiệp, chẳng hạn như sản xuất gốm sứ, phân tích vi sinh vật, làm ướt bột, làm sạch dựa vào chất tẩy rửa, tuyển nổi khoáng và keo tụ nước thải, và nhiều ứng dụng khác.

Tối ưu hóa công thức sơn và mực in là một trong những ứng dụng quan trọng nhất của phép đo thế zeta

Trong tất cả các ứng dụng này, kiến thức về thế zeta rất hữu ích vì nó cho chúng ta biết xu hướng của một hạt sẽ hút hoặc đẩy các hạt khác, do đó khả năng kết tụ hoặc phân tán khi ở trạng thái huyền phù. Điều này lại ảnh hưởng đến sự đa dạng và tính ổn định các tập hợp hạt, trong ngành công nghiệp sơn có một số kết quả, mà chúng ta sẽ thảo luận trong giây lát.

Nhưng trước tiên, làm thế nào để đo thế zeta? Phương pháp được sử dụng là tán xạ ánh sáng điện di (ELS), sử dụng hiệu ứng Doppler phát sinh từ chuyển động của các hạt mang điện trong điện trường. Điều này cho phép đo tốc độ của chúng, sau đó được chuyển đổi thành giá trị thế zeta (hoặc phân bố).

Giá trị thế zeta thấp cho thấy các hạt có khả năng tập hợp lại, trong khi giá trị cao (giả sử lớn hơn ± 30 mV) cho thấy các hạt có khả năng đẩy nhau.

Các ứng dụng của thế zeta trong ngành công nghiệp sơn

Tối ưu hóa độ ổn định của hệ phân tán

Ứng dụng quan trọng nhất của thế zeta trong ngành công nghiệp sơn và chất phủ là hiểu được tính ổn định của một hệ phân tán - xu hướng kết tụ của nó theo thời gian.

Đây là một vấn đề đặc biệt đối với các loại sơn có công thức sử dụng nước, là dung môi phân cực có thể làm phức tạp hóa các tương tác tĩnh điện giữa các thành phần. May mắn là điều này có thể được kiểm soát bằng cách sử dụng các chất phân tán để ngăn các hạt bột màu kết tụ - việc đo mức độ hiệu quả của các chất phân tán này là một ứng dụng hoàn hảo của phép đo thế zeta.

Hiểu về chất lượng màu

Chất lượng màu của lớp phủ sau khi được hoàn thiện - bao gồm độ mờ, độ bền màu và độ đậm nhạt - phụ thuộc chủ yếu vào sự phân bố kích thước của các hạt bột màu và chất độn, tuy nhiên điện hóa bề mặt có vai trò quan trọng, đặc biệt là khi có mặt các thành phần hoạt động bề mặt tan trong nước.

Bằng cách giúp các nhà khoa học xây dựng công thức sơn và chất phủ hiểu được sự tương tác giữa các thành phần hòa tan và các hạt mang điện trong công thức, các phép đo điện thế zeta giúp đảm bảo rằng các hiệu ứng tĩnh điện có thể được tính đến, và do đó công thức đạt được các đặc tính màu mong muốn sau khi đóng rắn.

Tối ưu hóa độ bóng, điều kiện thời tiết và độ mịn

Và cuối cùng, hay nói đúng hơn là các đặc tính như độ mịn, độ bóng và độ bền trong các điều kiện môi trường. Giống như yếu tố chất lượng về màu, việc tối ưu hóa những yếu tố này trong công thức đòi hỏi sự hiểu biết không chỉ về kích thước hạt mà còn cả những tương tác mà các hạt đó có với các thành phần khác – đây là lý do tại sao các phép đo thế zeta có ích.

ELS - Cho phép đo thế zeta chuyên sâu

Từ tổng quan ngắn gọn này, hy vọng rằng bên cạnh đo kích thước hạt, việc đo thế zeta sử dụng ELS nên có một vị trí xứng đáng trong bộ công cụ phân tích của các nhà khoa học xây dựng công thức sơn và chất phủ. Giúp cho việc thăm dò các tương tác tĩnh điện phức tạp có mặt trong các công thức sơn và chất phủ trở nên khả thi, ELS giúp các nhà sản xuất tạo ra các công thức ổn định với màu sắc tươi sáng hơn và hiệu quả lâu dài hơn.