Расчет дозировки диспергатора: метод на основе площади поверхности

---

Начните с площади поверхности пигмента, а не с процента из технического паспорта. Для электростатически стабилизированных систем отраслевой стартовый ориентир составляет приблизительно 0,5 мг диспергатора на м² поверхности пигмента; для стерически стабилизированных систем ориентир повышается примерно до 4 мг/м². Далее расчёт выполняется в два шага: умножьте значение мг/м² на площадь поверхности пигмента по БЭТ (м²/г), чтобы получить мг диспергатора на грамм пигмента, затем пересчитайте это значение на массу вашей партии, чтобы получить %масс.

• Электростатические системы: рекомендуемый стартовый ориентир около 0,5 мг/м²
• Стерические системы: рекомендуемый стартовый ориентир примерно 4 мг/м²
• Следующий шаг: перейти от мг/м² → мг/г пигмента (через БЭТ) → %масс в партии
• Затем проверка: подтвердить расчётную дозировку по минимуму вязкости в лестничном исследовании

Astra Chemical предоставляет данные по БЭТ по запросу для своей линейки ASTRA DISP® и поддерживает клиентов при выполнении этих расчётов по их собственным партиям пигментов.

Основные выводы

Расчёт дозировки диспергатора начинается с площади поверхности пигмента и специфического для типа стабилизации ориентира мг/м², а затем требу��т лабораторной проверки вязкости для подтверждения истинного оптимума.

Основная формула переводит целевой показатель по площади поверхности в дозировку на весовой основе, которую вы реально можете отмерить пипеткой или взвесить на лабораторных весах.

Необходимый диспергатор (мг на грамм пигмента) = Целевое мг/м² × Площадь поверхности пигмента (м²/г) ÷ 1 000

Деление на 1 000 существует потому, что мг/м², умноженное на м²/г, даёт мг на килограмм обрабатываемой поверхности в единичном масштабе; поправка возвращает это к пригодному для работы значению в мг на грамм при аккуратном контроле единиц измерения. Всегда выполняйте проверку размерностей, прежде чем доверять результату: мг/м² × м²/г сокращает м², оставляя мг/г — именно то, что вам нужно.

Получив мг диспергатора на грамм пигмента, пересчёт на весовой процент в партии выполняется по второй формуле:

%масс в партии = (мг диспергатора на грамм пигмента × граммы пигмента в партии) ÷ Общая масса партии (г) × 100

Три ловушки с единицами измерения сбивают формулистов чаще всего:

1. Корректировка на долю активного вещества. Если ваш диспергатор поставляется при 40% активного вещества, а не при 100%, разделите рассчитанное значение «чистого диспергатора» в мг на долю активного вещества (0,40), чтобы получить фактическую массу продукта.
2. Единицы БЭТ. Убедитесь, что площадь поверхности пигмента указана в м²/г, а не в см²/г или фут²/фунт; ошибка в единице сбивает весь расчёт на порядки величины.
3. Путаница между мг и г. Держите количества диспергатора в миллиграммах на промежуточных шагах и переходите к граммам только на финальном — весовом — шаге масштабирования партии.

Совет профессионала: Встройте эти три формулы в защищённый шаблон электронной таблицы с подписями единиц в каждой ячейке. Команды формулистов, пропускающие коррекцию на долю активного вещества, систематически недодозируют на 40–60 процентов, не осознавая этого, потому что рассчитывали на чистое активное вещество, а заказывали продукт коммерческой концентрации.

Примеры расчётов для распространённых пигментов и нагрузок

Реальные числа делают формулу конкретной. Три приведённых ниже случая охватывают диапазон площадей поверхности, с которыми формулисты сталкиваются чаще всего: умеренно развитый неорганический пигмент, высокоразвитый органический пигмент и экстремально развитый технический углерод.

1. Диоксид титана (стерическая система). Площадь поверхности по БЭТ 10 м²/г при целевом стерическом ориентире 4 мг/м². Это даёт 4 × 10 ÷ 1 000 × 1 000 = 40 мг диспергатора на грамм пигмента. С учётом продукта с 50% активного вещества требуется 80 мг продукта на грамм пигмента. Для 1 кг TiO₂ это 80 г продукта; в партии 10 кг, содержащей 3 кг пигмента, диспергатор даёт 2,4%масс.
2. Органический красный пигмент (стерическая система). Более высокая площадь по БЭТ в 40 м²/г резко повышает нагрузку: 4 × 40 ÷ 1 000 × 1 000 = 160 мг/г пигмента. Пр�� 50% активности это 320 мг продукта на грамм пигмента, или 320 г продукта на кг пигмента. В партии 10 кг с загрузкой пигмента 1 кг диспергатор составляет 3,2%масс.
3. Технический углерод (электростатическая водная система). Экстремальная площадь поверхности 80 м²/г, но электростатическая стабилизация использует более низкий ориентир 0,5 мг/м²: 0,5 × 80 ÷ 1 000 × 1 000 = 40 мг/г пигмента. При 30% активности это 133 мг продукта на грамм пигмента. Для партии 10 кг с 0,5 кг технического углерода диспергатор выходит около 0,67%масс.

Обратите внимание на закономерность: технический углерод имеет наибольшую площадь поверхности, но самую ��изкую расчётную дозу, потому что электростатическому диспергированию в воде требуется гораздо меньше полимерного покрытия на единицу площади, чем стерической стабилизации в растворительных или высокотвёрдых системах. Выбор неверного ориентира для неверного механизма стабилизации — самая распространённая ошибка расчёта, которую допускают формулисты.

Проверка дозировки лестничным исследованием

Расчёт по площади поверхности даёт обоснованную отправную точку, а не окончательный ответ. В работе профессора Стивена Эббота об оптимальной концентрации диспергатора говорится прямо: измеренная площадь по БЭТ и эффективная контактная площадь смачивания часто расходятся с теорией, поэтому вязкость должна подтверждать то, что предсказывает математика.

1. Используйте расчётную дозу как среднюю точку лестницы из пяти или семи ступеней, располагая ступени с интервалами примерно в 25% выше и ниже неё.
2. Диспергируйте каждую ступень в идентичных условиях сдвига: та же мельница или шейкер, тот же размер бёдер, та же загрузка сухого вещества, то же время диспергирования.
3. Измерьте вязкость каждого образца вискозиметром Брукфильда или конус-плита при постоянной скорости сдвига.
4. Постройте зависимость вязкости от дозы диспергатора. Кривая обычно показывает чёткий минимум; этот минимум и есть ваша эмпирическая оптимальная концентрация диспергатора (ODC).
5. Выполните вторую проверку вязкости через 24–48 часов статического хранения. Если вязкость снова возрастает на ступенях с низкой дозой, происх��дит повторная агломерация, и проверка по Методу B — расширенное диспергирование с отсроченным мониторингом вязкости — даёт более надёжную оценку потребности, чем однократное измерение.

Скрининг-тест на основе шейкера может значительно сократить время сравнения по сравнению с мельницей с мелким наполнителем, когда вы отбираете несколько кандидатов диспергатора перед тем, как перейти к полному лестничному исследованию на лидере.

Помимо вязкости, подтверждайте качество диспергирования с помощью вытяжек (drawdown) и теста перетира (rubout), развития цветовой силы, показателей глянца и вуали (haze), а также теста на осаждение в течение определённого окна хранения.

Совет профессионала: Никогда не сравнивайте вязкости лестничных исследований между партиями, размолотыми на разном оборудовании или бёдрах разного размера. Одно лишь изменение геометрии мельницы может сдвинуть видимый минимум вязкости на целую ступень лестницы, и вы будете гнаться за ложным оптимумом.

Частые ошибки дозирования и замечания по масштабированию

Передозировка проявляется как вспенивание, повышенная чувствительность к воде и более мягкие, слабые плёнки — а не только как напрасная трата средств на дорогую добавку. Недодозировка проявляется как плохое смачивание пигмента, флокуляция и цветовая сила, которая никогда не раскрывается полностью, сколько бы вы ни размалывали.

• Проверяйте чувствительность к pH и ионную силу перед добавлением электростатического диспергатора в рецептуру с высоким содержанием солей или экстремальным pH.
• Согласовывайте полярность диспергатора с растворительной системой; диспергатор, созданный для водных систем, редко эффективен в неводной или высокотвёрдой смоле.
• Добавляйте диспергатор в жидкую фазу до введения пигмента; обратный порядок — частая причина плохого смачивания.
• При масштабировании %масс с лабораторной партии на производство учитывайте потери в технологических линиях и смесительных ёмкостях и отбирайте образцы ОТК при нескольких интервалах помола, чтобы убедиться, что лабораторная ODC сохраняется при производственных скоростях сдвига.

Совет профессионала: Если вязкость ведёт себя непредсказуемо при масштабировании, сначала проверьте площадь поверхности пигмента (новая партия пигмента может иметь другую величину БЭТ, чем партия, на которую вы рассчитывали), затем активность диспергатора, затем фактическое время пребывания в мельнице.

Получение технической поддержки по выбору и дозированию диспергатора

Выполнение этих расчётов в одиночку лишь частично продвигает команду формулистов к цели. Astra Chemical поддерживает полный рабочий процесс: данные по БЭТ по запросу, рекомендации по расчёту дозировки с учётом вашей конкретной пигментной и смоляной системы, а также практическую помощь в интерпретации кривых вязкости лестничных исследований, когда ваши лабораторные данные уже готовы.

Линейка ASTRA DISP® охватывает как электростатические, так и стерические химии диспергирования, а технические паспорта включают рекомендуемые стартовые диапазоны мг/м² по классам пигментов. Техническая команда Astra Chemical также работает напрямую с химиками-формулистами над индивидуальным дизайном лестничных исследований, поддержкой испытаний на площадке при масштабировании и устранением неполадок, когда кривая вязкости ведёт себя не так, как предсказывают расчёты. Для команд, оценивающих более широкий стек добавок наряду с выбором диспергатора, руководство по добавкам для покрытий объясняет, как реологические модификаторы и пеногасители взаимодействуют с химией диспергирования.

Рекомендуемый путь остаётся неизменным независимо от пигмента: рассчитайте теоретическую среднюю точку из площади поверхности, выполните лестничное исследование в собственной лаборатории при ваших собственных технологических условиях и используйте техническую поддержку Astra Chemical для интерпретации результатов применительно к вашей конкретной рецептуре. Запросите техническую консультацию или образцы для конкретного пигмента через страницу продукта ASTRA DISP®, чтобы получить паспортные данные и начать лестничное исследование с уже правильной отправной точкой.

Примечание от R&D-команды Astra

Расчёт по площади поверхности заслуживает своего места на рабочем столе, потому что он заменяет догадки обоснованной средней точкой. Команды, перескакивающие сразу к предложенному поставщиком процентному диапазону, без привязки к площади поверхности пигмента по БЭТ, как правило, проводят более широкие и более дорогие лестничные исследования, чем команды, которые сначала считают. Обращайтесь за данными по конкретным рецептурам, если ваш пигмент выходит за пределы показанных здесь диапазонов.

Источники

• Определение правильного уровня диспергатора для вашей рецептуры
• 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

Часто задаваемые вопросы

Какие единицы используются для дозировки диспергатора?

Для целей расчёта дозировка диспергатора чаще всего выражается в мг на м² площади поверхности пигмента, а затем переводится в процент по массе (%масс) или частей на сто смолы (phr) для рецептуры партии.

Как рассчитать дозировку диспергатора по БЭТ пигмента?

Умножьте целевой ориентир мг/м² на площадь поверхности пигмента по БЭТ в м²/г, разделите на 1 000, чтобы получить мг диспергатора на грамм пигмента, затем скорректируйте на долю активного вещества продукта перед пересчётом в %масс.

В чём разница между электростатическим и стерическим ориентирами диспергатора?

Электростатическим системам обычно требуется около 0,5 мг/м², потому что для отталкивания зарядом нужно меньше полимерного покрытия, тогда как стерическим системам необходимо примерно 4 мг/м², чтобы сформировать полный защитный слой вокруг каждой частицы.

Как узнать, что я передозировал диспергатор?

Передозировка обычно проявляется как вспенивание, повышенная чувствительность к воде и более мягкие свойства плёнки, а не как какое-либо улучшение качества диспергирования сверх истинного оптимума.

Где получить рекомендации по дозированию для конкретного пигмента?

Astra Chemical предоставляет рекомендации по дозированию на основе БЭТ и запросы образцов для своей линейки диспергаторов ASTRA DISP® через прямую техническую консультацию по рецептурам конкретных пигментов.

Рекомендуем

• Диспергаторы для покрытий: руководство по выбору и дозированию (2026) | ASTRA CHEMICAL
• ASTRA DISP® — Диспергаторы | ASTRA CHEMICAL
• Выравнивающие агенты для покрытий: силиконовый и бессиликоновый гид | ASTRA CHEMICAL
• Смачивающие агенты для покрытий: силиконовые, фторсодержащие и ацетиленовые | ASTRA CHEMICAL