Dispersionsfarbe ist jedem ein Begriff. Doch was versteckt sich genau hinter dem Verfahren der Dispergierung? Was bedeutet es, wenn ein Stoff „dispergiert“ ist, wie ist die Definition? Und wie funktioniert das Ganze? Antworten auf diese und weitere Fragen rund um die Dispergierung haben wir im Folgenden für Sie aufbereitet.

Das bedeutet dispergiert: Definition

Bei der Definition des Begriffs „dispergiert“ sprechen wir von bestimmten Verfahren bei der Herstellung von meist flüssigen Formulierungen – den sogenannten Dispersionen oder Suspensionen. Die Basis der Dispersion bildet die flüssige Phase (Trägermaterial), in die die feste Phase hinzugegeben wird. Die feste Phase besteht dabei aus feinstteiligen Partikeln (Agglomerate) wie Pulvern oder noch feineren Nanopartikeln. Oftmals dienen diese Partikel als Füllstoff oder Farbpigment. Dabei sind die beiden Stoffe nicht chemisch verbunden und lassen sich nicht oder nur schwer ineinander lösen.

Die Partikel werden bei der Dispergierung nicht nur gleichmäßig im Trägermaterial verteilt, wie es beispielsweise beim Einrühren von Glitzer in eine Farbe der Fall ist. Der zu dispergierende Stoff wird auch von dem flüssigen Trägermaterial benetzt beziehungsweise umschlossen. Das Ziel ist eine weitestgehende Homogenisierung der beiden (oder mehrerer) Stoffe.

Chemisch bedeutet das: Die Grenzoberfläche des Feststoffs verhindert das einfache Mischen der beiden Stoffe zu einem homogenen Gemisch. Im Rahmen der Dispergierung müssen daher die chemischen Grenzoberflächen angeglichen werden. Dazu werden die festen Agglomerate unter hohem Energieeinsatz aufgebrochen und möglichst gleichmäßig in Primärteile und Aggregate zerkleinert, sodass die Mischung mit dem Trägermaterial möglich ist. Das Zufügen von Dispergiermitteln als Additive sorgt dafür, dass sich die zerkleinerten Teilchen nicht wieder zusammenballen.

Dispergieren: Anwendungsbereiche und Verfahren

Die Dispergierung kommt unter anderem zum Einsatz bei der Herstellung von:

  • Lacken
  • (Druck)Farben
  • Kunststoffen
  • Pigmentpasten

Dispergierte Stoffe können bei Raumtemperatur also sowohl fest als auch flüssig sein. Bei den Verfahren zur Dispergierung lassen sich grundsätzlich zwei Kategorien unterscheiden: Trockendispergierung und Nassdispergierung.

Trockendispergierung

Die Trockendispergierung beschreibt die oben erwähnte Verarbeitung rieselfähiger Feststoffe zu einer möglichst homogenen Dispersion. Doch um die Vermischung zu ermöglichen, müssen die Bindungskräfte zwischen den Partikeln aufgehoben werden, sodass sich diese regelmäßig verteilen und mit dem Trägermaterial verbinden können.

Nassdispergierung

Bei der Nassdispergierung liegen die aufzulösenden Stoffe bereits in Flüssigkeit oder als nasses System vor. Das umfasst beispielweise Suspensionen, Emulsionen und Gele. Die Nassdispergierung ist deutlich einfacher durchzuführen als die Trockendispergierung und benötigt weitaus weniger Energie. Der Grund: Die feinen Partikel unterliegen geringeren Haftkräften untereinander, wenn sie sich in einer Flüssigkeit befinden. Nassdispergiert wird daher vor allem dann, wenn der gewünschte Stoff stark zur Agglomerationsbildung neigt und daher nur schwer zu dispergieren ist.

Auch wenn Nassdispergierung einfacher durchzuführen ist, hat sie einen Nachteil: Sie erfordert einen Umweg, wenn beispielsweise ein Pulver erst in einer Flüssigkeit aufgelöst werden muss, um es anschließend mit dem finalen Trägermaterial zu vermischen. Dieser zusätzliche Arbeitsschritt benötigt mehr Ressourcen und erschwert gerade bei der Produktneuentwicklung die Vorhersage, wie sich die unterschiedlichen Stoffe zueinander verhalten und wie das beste Ergebnis erzielt werden kann.

Welche Geräte kommen bei der Dispergierung zum Einsatz?

Damit ein Stoff dispergiert, reicht es wie beschrieben nicht aus, ihn einfach mit dem Trägermaterial zu verrühren. Stattdessen stehen verschiedenen Geräte, sogenannte Dispergieraggregate, zur Verfügung, die die Verbindung der Substanzen ermöglichen. Diese Geräte sorgen dabei für die Zerkleinerung der Agglomerate sowie für die gewünschte Vermischung.

Zu den typischen Dispergieraggregaten gehören:

Art des Geräts Aufbau/Funktionsweise Einsatzbereich
Dissolver  

Rührscheibengerät, bestehend aus Rührbehälter und Scheibenrührer für die Zerkleinerung.

leicht benetzbare Stoffe; niedrige bis mittelviskose Stoffe
 

Rührwerksmühlen

 

Zylindrischer Mahltopf, der mit Mahlkörpern wie Sand oder Perlen gefüllt ist. Dispergierung mithilfe von Rührscheiben auf einer rotierenden Welle.

 

Schwer zu dispergierende Stoffe

Kugelmühlen  

Zylindrischer Behälter, gefüllt mit kleinen Kugeln zur Zerkleinerung der Agglomerate.

Schwer zu dispergierende Stoffe
Dreiwalzwerk  

Drei Walzen (Aufgabewalze, Mittelwalze, Abnahmewalze) für die Dispergierung.

Herstellung von pastösen (lösemittelarmen) Systemen
Extruder  

Vor allem Schneckenextruder; Dispergierung erfolgt zwischen Schnecke und Wand durch Scherkräfte.

dispergiert Pulverlacke, Kunststoffbeimischungen wie Pigmente, Additive
Kneter  

Gegeneinander oder gegen eine feststehende Fläche bewegende Knetwerkzeuge.

Herstellung von pastösen Systemen; eher für die Vordispergierung geeignet

 

Was kann durch Dispersion erreicht werden?

Doch welche Vorteile hat es, diese energieintensiven Verfahren anzuwenden? Durch Dispergierung können die Eigenschaften des finalen Materials deutlich verändert werden, zum Beispiel durch die Zugabe von Wolfram-Nanopulver oder anderen Nanopartikeln. Je nach Art der Partikel sind die verschiedensten Verbesserungen umsetzbar. Mögliche Eigenschaften, die durch Dispergierung beeinflusst werden können, sind:

  • Farbstärke
  • Glanz
  • Deckkraft
  • Härte
  • Festigkeit
  • Leitfähigkeit

Dispergierte Stoffe: Auch für Sie interessant?

Nun haben wir Ihnen vom kleinen Wörtchen „dispergiert“ eine Definition gegeben. Und dass es zu diesem Thema so viel zu sagen gibt, zeigt vor allem eines: Hier steckt jede Menge Potenzial dahinter. Und das geht weit über die Standardanwendung im Bereich der Farben und Lacke hinaus. Mit den richtigen Geräten und einer klugen Auswahl von Trägerstoff und Partikel können Sie zum Beispiel auch mehr aus Ihren Kunststoffen herausholen!