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Article

1 - LES DIFFÉRENTES CATÉGORIES DE DISPERSIONS

2 - COMMENT PRÉPARER ET UTILISER UNE DISPERSION ?

3 - INSTABILITÉ OU MÉTASTABILITÉ

4 - COMMENT FORMULER UNE DISPERSION ?

5 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : J2185 v1

Comment préparer et utiliser une dispersion ?
Formulation des dispersions

Auteur(s) : Bernard CABANE

Date de publication : 10 déc. 2003

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RÉSUMÉ

Les dispersions sont des systèmes formés d’un liquide dans lequel sont immergées des petites particules solides. Il existe différents types de dispersion, qui sont majoritairement utilisées comme intermédiaire de fabrication. Mais ces dispersions sont complexes à utiliser car elles ne sont jamais stables et possèdent des propriétés mécaniques, optiques et physico-chimiques originales. Ainsi le formulateur, par son action sur les compositions des deux phases, doit obtenir une dispersion dont les propriétés d’usage justifient les efforts déployés lors de sa fabrication.

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Auteur(s)

  • Bernard CABANE : Directeur de recherche au CNRS École supérieure de physique et de chimie industrielles (ESPCI) Laboratoire de physique et de mécanique de la matière hétérogène - Membre correspondant de l’Académie des sciences

INTRODUCTION

Les dispersions solide/liquide sont des systèmes formés d’un liquide dans lequel sont immergées des petites particules solides. Typiquement, la phase continue liquide est une phase aqueuse ou une huile ; les particules solides sont constituées d’oxydes métalliques ou de polymères organiques. Des exemples typiques sont les peintures et toutes les pâtes colorées utilisées pour faire des revêtements, certains matériaux de structure (ciments, élastomères renforcés) et un bon nombre de produits pharmaceutiques ou cosmétiques.

La plupart des dispersions sont utilisées comme intermédiaires de fabrication : on fabrique une dispersion qui est dans un état liquide, on l’applique par étalement, extrusion ou injection, et on fait une transformation physique (évaporation) ou chimique (réaction) pour faire passer le film ou le matériau à l’état solide. D’autres sont utilisées telles quelles, comme vecteurs de molécules actives (en pharmacie ou dans les produits de soins corporels), ou comme agents de capture de molécules cibles (dans les tests de diagnostic médical).

Pour le formulateur, les dispersions posent deux types de problèmes. Tout d’abord, ce ne sont jamais des systèmes stables, au sens de la thermodynamique. En effet, les particules solides sont séparées de la phase continue liquide par des interfaces, qui augmentent l’énergie libre de la dispersion par rapport à un système dans lequel tout le solide serait rassemblé en un seul domaine homogène. Il y a donc plusieurs évolutions possibles, par agrégation, mûrissement ou coalescence, que le formulateur doit maîtriser. Ensuite, les dispersions ont des propriétés originales, qui différent des propriétés des phases constituantes. Ces propriétés sont des propriétés mécaniques (écoulement de la dispersion lorsqu’elle est à l’état fluide, résistance mécanique lorsqu’elle est à l’état solide), des propriétés optiques (transparence ou opacité, réflectance ou diffusion de lumière), et des propriétés physico-chimiques (mouillage, adsorption ou adhésion, libération ou capture d’actifs).

Le formulateur doit assurer, par son action sur les compositions de la phase dispersée et de la phase continue, que les propriétés d’usage de la dispersion justifient les efforts qu’on a déployés pour la fabriquer.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j2185


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2. Comment préparer et utiliser une dispersion ?

2.1 Fabriquer

Pour fabriquer des dispersions de particules, à une taille donnée, on peut procéder par fragmentation ou par condensation.

  • Les méthodes de fragmentation (broyage, micronisation) sont classiques et efficaces jusqu’à des tailles de l’ordre du micromètre pour le broyage à sec, ou de 100 nm pour le broyage humide en présence d’agents de surface. L’inconvénient principal de ces méthodes est la pollution de la dispersion par les additifs de broyage (tensioactifs) ou par les produits d’érosion des pièces mécaniques utilisées .

  • Les méthodes de condensation (précipitation, polymérisation) sont efficaces pour obtenir des particules de très petites tailles (1 nm à 1 µm), pour synthétiser des particules de matériaux difficiles à broyer, ou pour synthétiser des particules de compositions et de structures complexes (structures cœur-écorce, formes sphériques ou plaquettaires). On trouve dans la littérature des descriptions complètes de modes de synthèse de particules minérales et de particules de polymères organiques .

HAUT DE PAGE

2.2 Changer de milieu

En général, le milieu dans lequel la dispersion a été synthétisée n’est pas celui dans lequel on désire...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - EVANS (D.F.), WENNERSTRÖM (H.) -   The colloidal domain  -  . Wiley, New York (1994).

  • (2) - ISRAELACHVILI (J.) -   Intermolecular and surface forces  -  . Academic Press (1991).

  • (3) - CABANE (B.), HENON (S.) -   Liquides : solutions, dispersions, émulsions, gels  -  . Belin (2003).

  • (4) - HUNTER (R.J.) -   Foundations of colloid science  -  . Oxford University Press (1987).

  • (5) - SUGIMOTO (T.) -   Preparation of monodispersed colloidal particles  -  . Adv. Colloid Interface Sci. 28, p. 65-108 (1987).

  • (6) - LOWELL (P.A.), EL AASSER (M.S.) -   Emulsion polymerization and emulsion polymers  -  . Wiley, Chichester, UK (1997).

  • ...

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