Dispersante a base di cellulosa,I pigmenti, i coloranti, le polveri e le particelle minerali utilizzati nella produzione di formulazioni a base acquosa tendono ad agglomerarsi facilmente e a causare sedimentazione e separazione di fase durante lo stoccaggio. I disperdenti convenzionali a piccole molecole presentano alcuni svantaggi, tra cui un elevato potere irritante, una scarsa resistenza al sale e l’incapacità di soddisfare gli standard ambientali. Vari derivati della cellulosa modificati a partire dal cotone naturale e dalla polpa di legno sono diventati stabilizzatori di dispersione bio-based ecocompatibili di largo uso grazie alla loro struttura colloidale a rete tridimensionale che combina ostacolo sterico e repulsione elettrostatica

Innanzitutto, i due meccanismi principali della cellulosa come disperdente

1. Isolamento dell'ostacolo sterico (capacità di dispersione del nucleo)

Le catene molecolari di cellulosa si estendono completamente in acqua, adsorbono e incapsulano particelle solide quali biossido di titanio, coloranti, grafite e proteine. Sulla superficie delle particelle si forma uno strato protettivo polimerico che separa fisicamente le polveri e impedisce l’adsorbimento reciproco e l’agglomerazione, risolvendo in modo definitivo i problemi di agglomerazione e sedimentazione delle sospensioni.

2. Inoltre, stabilizzazione di sospensioni colloidali in rete tridimensionale

Dopo l'idratazione si forma una struttura reticolare tissotropica reversibile. Questa struttura scorre e disperde le particelle sotto una leggera sollecitazione di taglio, mentre a riposo il reticolo trattiene le particelle fini, garantendo un equilibrio tra fluidità di lavorazione e stabilità di conservazione a lungo termine. Il CMC ionico trasporta cariche negative aggiuntive che generano una repulsione elettrostatica, migliorando notevolmente le prestazioni di dispersione nei sistemi ad alto contenuto di sale.

D'altra parte, confronto delle prestazioni di dispersione di 5 tipi comuni di cellulosa

1. Ad esempio, CMCC: cellulosa microcristallina colloidale (composto di MCC e CMC, dispersibilità complessiva ottimale)

• Può essere utilizzato come stabilizzante di dispersione principale ed è la scelta ideale per tutti i settori industriali.
• Il MCC puro standard è insolubile in acqua e si gonfia solo dopo aver assorbito acqua. Modificato tramite un processo di compounding in co-lavorazione, il CMCC forma, dopo l’idratazione, una rete di nano-microfibrille con una duplice funzione di isolamento fisico e dispersione elettrostatica debole.
• Vantaggi: resistenza al sale, agli acidi e agli alcali; nessuna separazione di fase nei sistemi trasparenti, assenza di “occhi di pesce” nel gel, dispersione uniforme della polvere fine senza consistenza granulosa
• Svantaggi: nessun effetto disperdente nei sistemi a base di olio puro; compatibile solo con formulazioni interamente a base acquosa
• Applicazioni: bevande di alta gamma, sospensioni farmaceutiche, paste coloranti a base acquosa, paste per la stampa tessile

2.CMC Carbossimetilcellulosa sodica (tipo anionico ad alta dispersione di carica)

• Il disperdente principale per impianti industriali ad alto contenuto salino, con un eccellente rapporto qualità-prezzo.
• È l'unica cellulosa ionica, caratterizzata dalla presenza di numerosi gruppi con carica negativa sulle catene molecolari, che generano una forte repulsione elettrostatica, garantendo eccellenti prestazioni di dispersione per coloranti e riempitivi inorganici.
• Vantaggi: costo contenuto, rapida dissoluzione, buona fluidità delle qualità a bassa viscosità, adatto a sospensioni industriali di grande tonnellaggio
• Svantaggi: la viscosità diminuisce drasticamente in ambienti fortemente alcalini; scarsa tolleranza alle elevate concentrazioni di ioni di calcio e magnesio
• Applicazioni: stampa tessile, smalti ceramici, sospensioni per anodi di batterie al litio, detersivi per bucato, dispersioni per strati di fondo nei rivestimenti

3.HMHEC Idrossietilcellulosa associativa (HEC modificata idrofobicamente)

• Dispersante reologico speciale per rivestimenti e prodotti di alta gamma per la cura della persona
• Grazie alla sua doppia struttura, costituita da catene principali idrofile e catene laterali alchiliche idrofobiche, disperde pigmenti, oli siliconici e grassi, garantendo al contempo resistenza agli schizzi e al colamento.
• Vantaggi: resistente ai tensioattivi, stabile in un ampio intervallo di pH, migliora la resistenza all’acqua dei film di vernice e impedisce la sedimentazione durante lo stoccaggio
• Svantaggi: la sua capacità di dispersione è inferiore a quella dei modelli CMC e CMCC; agisce piuttosto come un additivo integrato che combina le funzioni di dispersione, addensamento e modifica reologica
• Applicazioni: vernici al lattice per interni ed esterni, rivestimenti per legno a base acquosa, prodotti di alta qualità per la cura dei capelli e del corpo privi di solfati

4. Idrossietilcellulosa HEC convenzionale (additivo non ionico per addensamento e dispersione)

• Cellulosa non ionica di base, in cui la dispersione riveste solo una funzione ausiliaria; le sue funzioni principali sono l'addensamento e la ritenzione idrica. Fornisce solo un leggero effetto ausiliario di sospensione e non è in grado, da sola, di disgregare le polveri agglomerate, pertanto deve essere combinata con disperdenti anionici.

5. Cellulosa microcristallina MCC pura (non utilizzabile come disperdente primario autonomo)

• Il MCC puro non è solubile in acqua e funge esclusivamente da eccipiente antiagglomerante nei sistemi a polvere secca. Nei sistemi a base acquosa, si limita a sospendere le particelle predisperse senza essere in grado di rompere gli agglomerati di polvere. Deve essere miscelato con CMC per produrre la cellulosa microcristallina colloidale CMCC e ottenere così le funzioni di dispersione.