Calcul du Dosage de Dispersant : la Méthode Basée sur la Surface

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Commencez par la surface du pigment, pas par un pourcentage issu d'une fiche technique. Pour les systèmes stabilisés électrostatiquement, le point de repère de départ du secteur est d'environ 0,5 mg de dispersant par m² de surface de pigment ; pour les systèmes stabilisés stériquement, le repère monte à environ 4 mg/m². À partir de là, le calcul se déroule en deux étapes : multipliez cette valeur mg/m² par la surface spécifique BET du pigment (m²/g) pour obtenir les mg de dispersant par gramme de pigment, puis ajustez cette valeur sur la masse de votre lot pour obtenir le % en poids.

• Systèmes électrostatiques : point de départ recommandé autour de 0,5 mg/m²
• Systèmes stériques : point de départ recommandé d'environ 4 mg/m²
• Étape suivante : passer de mg/m² → mg/g de pigment (via le BET) → % en poids dans le lot
• Puis vérifier : confirmer la dose calculée par rapport au minimum de viscosité de l'étude en échelle (ladder study)

Astra Chemical fournit les données BET sur demande pour sa gamme ASTRA DISP® et accompagne les clients qui réalisent ces calculs sur leurs propres lots de pigments.

Points Clés à Retenir

Le calcul de la dose de dispersant commence par la surface du pigment et un repère mg/m² spécifique au type de stabilisation, puis exige une vérification en laboratoire de la viscosité pour confirmer le véritable optimum.

Table des Matières

• Comment calculer la dose de dispersant pas à pas
• Exemples concrets pour des pigments et des charges courants
• Vérification de la dose par une étude en échelle
• Erreurs de dosage fréquentes et notes de montée en échelle
• Obtenir un support technique pour la sélection et le dosage du dispersant
• Sources
• Questions Fréquentes

Comment calculer la dose de dispersant pas à pas

La formule centrale convertit un objectif de surface en une dose sur base pondérale que vous pouvez réellement pipeter ou peser sur une balance de laboratoire.

Dispersant requis (mg par g de pigment) = Objectif mg/m² × Surface du pigment (m²/g) ÷ 1 000

La division par 1 000 existe parce que mg/m² multiplié par m²/g donne des mg par kilogramme de surface traitée à l'échelle unitaire ; la correction ramène le tout à une valeur exploitable en mg par gramme une fois que vous suivez les unités avec soin. Faites toujours une vérification dimensionnelle avant de vous fier au résultat : mg/m² × m²/g élimine le terme m², laissant mg/g, exactement ce que vous voulez.

Une fois que vous avez les mg de dispersant par gramme de pigment, le passage au pourcentage en poids du lot suit une deuxième formule :

% en poids dans le lot = (mg de dispersant par g de pigment × grammes de pigment dans le lot) ÷ Masse totale du lot (g) × 100

Trois pièges d'unités font trébucher les formulateurs plus que tout le reste :

1. Correction de la fraction active. Si votre dispersant est fourni à 40 % de matières actives plutôt qu'à 100 %, divisez votre valeur calculée de « dispersant pur » en mg par la fraction active (0,40) pour obtenir la masse réelle de produit nécessaire.
2. Unités BET. Confirmez que la surface du pigment est indiquée en m²/g, et non en cm²/g ou en ft²/lb ; une unité mal lue fausse tout le calcul de plusieurs ordres de grandeur.
3. Confusion mg vs g. Gardez les quantités de dispersant en milligrammes pendant les étapes intermédiaires et ne convertissez en grammes qu'à l'étape finale de mise à l'échelle du lot.

Conseil de pro : Intégrez ces trois formules dans un modèle de tableur verrouillé avec les libellés d'unités dans chaque cellule. Les équipes de formulation qui sautent la correction de fraction active sous-dosent régulièrement de 40 à 60 pour cent sans s'en rendre compte, parce qu'elles ont calculé pour de la matière active pure et commandé un produit de qualité commerciale à la place.

Exemples concrets pour des pigments et des charges courants

Des chiffres réels rendent la formule concrète. Les trois cas ci-dessous couvrent la gamme de surfaces que les formulateurs rencontrent le plus souvent : un inorganique à surface modérée, un organique à haute surface et un noir de carbone à surface extrême.

1. Dioxyde de titane (système stérique). Surface BET de 10 m²/g, avec l'objectif stérique de 4 mg/m². Cela donne 4 × 10 ÷ 1 000 × 1 000 = 40 mg de dispersant par gramme de pigment. En corrigeant pour un produit de dispersant à 50 % de matières actives, il faut 80 mg de produit par gramme de pigment. Pour 1 kg de TiO₂, c'est 80 g de produit ; dans un lot de 10 kg contenant 3 kg de pigment, le dispersant contribue à 2,4 % en poids.
2. Pigment rouge organique (système stérique). Un BET plus élevé à 40 m²/g fait grimper fortement la charge : 4 × 40 ÷ 1 000 × 1 000 = 160 mg/g de pigment. À 50 % d'actif, cela donne 320 mg de produit par gramme de pigment, soit 320 g de produit par kg de pigment. Dans un lot de 10 kg avec 1 kg de pigment, le dispersant représente 3,2 % en poids.
3. Noir de carbone (système aqueux électrostatique). Surface extrême de 80 m²/g, mais la stabilisation électrostatique utilise le repère inférieur de 0,5 mg/m² : 0,5 × 80 ÷ 1 000 × 1 000 = 40 mg/g de pigment. À 30 % d'actif, cela donne 133 mg de produit par gramme de pigment. Pour un lot de 10 kg avec 0,5 kg de noir de carbone, le dispersant se situe près de 0,67 % en poids.

La tendance à remarquer : le noir de carbone porte la plus grande surface mais la dose calculée la plus faible, parce que la dispersion électrostatique dans l'eau exige une couverture polymère bien moindre par unité de surface que la stabilisation stérique dans les systèmes solvantés ou à hauts extraits secs. Choisir le mauvais repère pour le mauvais mécanisme de stabilisation est l'erreur de calcul la plus courante que commettent les formulateurs.

Vérification de la dose par une étude en échelle

Le calcul par la surface vous donne un point de départ défendable, pas une réponse finale. Les travaux du professeur Steven Abbott sur la concentration optimale de dispersant le disent clairement : le BET mesuré et la surface de contact mouillée effective divergent souvent de la théorie, donc la viscosité doit confirmer ce que les mathématiques prédisent.

1. Utilisez la dose calculée comme point médian d'une échelle de cinq ou sept paliers, en espaçant les paliers d'environ 25 % au-dessus et en dessous.
2. Dispersez chaque palier dans des conditions de cisaillement identiques, même broyeur ou même agitateur, même taille de billes, même charge en solides, même durée de dispersion.
3. Mesurez la viscosité de chaque échantillon avec un viscosimètre Brookfield ou cône-plaque à une vitesse de cisaillement constante.
4. Tracez la viscosité en fonction de la dose de dispersant. La courbe montre typiquement un minimum net ; ce minimum est votre concentration optimale empirique de dispersant (ODC).
5. Effectuez un second contrôle de viscosité après 24 à 48 heures de stockage statique. Si la viscosité remonte aux paliers à faible dose, une réagglomération se produit, et la vérification par la Méthode B, dispersion prolongée avec surveillance retardée de la viscosité, donne une valeur de besoin plus fiable qu'une lecture unique.

Un test de criblage sur agitateur peut réduire considérablement le temps de comparaison par rapport à un broyeur à micro-billes lorsque vous comparez plusieurs candidats dispersants avant de vous engager dans une étude en échelle complète sur le favori.

Au-delà de la viscosité, confirmez la qualité de la dispersion par des étalements (drawdowns) et des tests de frottis (rubout), le développement de la force colorante, les lectures de brillance et de voile (haze) ainsi qu'un test de sédimentation sur une fenêtre de stockage définie.

Conseil de pro : Ne comparez jamais les viscosités d'études en échelle entre des lots broyés sur des équipements ou des tailles de billes différents. Un simple changement de géométrie du broyeur peut décaler le minimum apparent de viscosité d'un palier entier, vous faisant poursuivre un faux optimum.

Erreurs de dosage fréquentes et notes de montée en échelle

Le surdosage se manifeste par du moussage, une sensibilité accrue à l'eau et des films plus mous et plus faibles, et pas seulement par une dépense inutile sur un additif coûteux. Le sous-dosage se manifeste par un mauvais mouillage du pigment, une floculation et une force colorante qui ne se développe jamais complètement, quelle que soit la durée de broyage.

• Vérifiez la sensibilité au pH et la force ionique avant d'ajouter un dispersant électrostatique à une formulation à forte teneur en sel ou à pH extrême.
• Alignez la polarité du dispersant sur le système solvanté ; un dispersant conçu pour les systèmes aqueux fonctionne rarement dans une résine non aqueuse ou à hauts extraits secs.
• Ajoutez le dispersant à la phase liquide avant l'introduction du pigment ; inverser cet ordre est une cause fréquente de mauvais mouillage.
• Lors de la montée en échelle du % en poids du lot de laboratoire à la production, tenez compte des pertes process dans les lignes de transfert et les cuves de mélange, et prélevez des échantillons de contrôle qualité à plusieurs intervalles de broyage pour confirmer que l'ODC de laboratoire se maintient aux vitesses de cisaillement de production.

Conseil de pro : Si la viscosité se comporte de façon imprévisible à l'échelle, vérifiez d'abord la surface du pigment (un nouveau lot de pigment peut porter un BET différent du lot sur lequel vous avez calculé), puis l'activité du dispersant, puis le temps de séjour réel dans le broyeur.

Obtenir un support technique pour la sélection et le dosage du dispersant

Réaliser ces calculs en vase clos ne fait avancer une équipe de formulation qu'à moitié. Astra Chemical accompagne le flux de travail complet : données BET sur demande, conseils de calcul de dosage spécifiques à votre système de pigment et de résine, et aide pratique pour interpréter les courbes de viscosité des études en échelle une fois vos données de laboratoire revenues.

La gamme ASTRA DISP® couvre à la fois les chimies de dispersion électrostatiques et stériques, avec des fiches techniques incluant des plages de départ recommandées en mg/m² par classe de pigment. L'équipe technique d'Astra Chemical travaille également directement avec les chimistes formulateurs sur la conception personnalisée d'études en échelle, le support d'essais sur site pour les montées en échelle et le dépannage lorsqu'une courbe de viscosité ne se comporte pas comme le prédisent les calculs. Pour les équipes évaluant une gamme d'additifs plus large en parallèle de la sélection du dispersant, le guide des additifs pour revêtements explique comment les modificateurs rhéologiques et les agents anti-mousse interagissent avec la chimie de dispersion.

Le chemin recommandé reste cohérent quel que soit le pigment : calculez le point médian théorique à partir de la surface, menez l'étude en échelle dans votre propre laboratoire dans vos propres conditions de process, et utilisez le support technique d'Astra Chemical pour interpréter les résultats dans le contexte de votre formulation spécifique. Demandez une consultation technique ou des échantillons spécifiques au pigment via la page produit ASTRA DISP® pour obtenir les données de fiche technique et démarrer une étude en échelle avec le bon point de départ déjà en main.

Une note de l'équipe R&D d'Astra

Le calcul par la surface mérite sa place au laboratoire parce qu'il remplace les conjectures par un point médian défendable. Les équipes qui passent directement à la plage de pourcentage suggérée par un fournisseur, sans s'ancrer sur le BET du pigment, ont tendance à mener des études en échelle plus larges et plus coûteuses que les équipes qui calculent d'abord. Contactez-nous pour des données de cas spécifiques à la formulation si votre pigment sort des plages présentées ici.

Sources

• Determining the right dispersant level for your formulation
• Optimal Dispersant Concentration | Practical Coatings Science | Prof Steven Abbott
• Optimizing Dispersant Levels for Waterborne Pigment Color Concentrates | PCI Magazine
• Determining the optimal dispersant loading for pigments and fillers

Questions Fréquentes

Quelles unités utilise-t-on pour le dosage du dispersant ?

Le dosage du dispersant s'exprime le plus souvent en mg par m² de surface de pigment pour le calcul, puis se convertit en pourcentage en poids (% en poids) ou en parties pour cent de résine (phr) pour la formulation du lot.

Comment calculer le dosage du dispersant à partir du BET du pigment ?

Multipliez le repère cible mg/m² par la surface BET du pigment en m²/g, divisez par 1 000 pour obtenir les mg de dispersant par gramme de pigment, puis corrigez sur la fraction active du produit avant de convertir en % en poids.

Quelle est la différence entre les repères de dispersant électrostatique et stérique ?

Les systèmes électrostatiques nécessitent typiquement autour de 0,5 mg/m² car la répulsion de charge exige moins de couverture polymère, tandis que les systèmes stériques exigent environ 4 mg/m² pour construire une couche protectrice complète autour de chaque particule.

Comment savoir si j'ai surdosé le dispersant ?

Le surdosage se manifeste typiquement par du moussage, une sensibilité accrue à l'eau et des propriétés de film plus molles, plutôt que par une amélioration de la qualité de dispersion au-delà du véritable optimum.

Où obtenir des conseils de dosage spécifiques au pigment ?

Astra Chemical fournit des conseils de dosage basés sur le BET et des demandes d'échantillons pour sa gamme de dispersants ASTRA DISP® via une consultation technique directe pour les formulations spécifiques aux pigments.

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