Líquido nanodisperso
Un líquido nanodisperso es un sistema heterogéneo en el que partículas sólidas con dimensiones características en el rango nanométrico se distribuyen finamente en una fase líquida continua. Lo ideal es que las partículas se presenten como partículas primarias individuales. En este caso, se habla de una nanodispersión sin aglomerados. La producción de líquidos nanodispersos es exigente desde el punto de vista energético y técnico. Las nanopartículas tienen una superficie específica muy alta y, por lo tanto, una alta energía superficial libre. Esto da lugar a fuertes fuerzas de atracción interparticulares, en particular fuerzas de Van der Waals. Estas fuerzas favorecen la aglomeración y deben superarse por completo durante el proceso de dispersión.
La energía de desaglomeración necesaria está directamente relacionada con la nueva superficie que se va a crear. El esfuerzo energético mínimo se puede describir aproximadamente mediante la energía superficial:
E ≈ γ · ΔA
Donde γ es la energía superficial específica del sólido y ΔA es la nueva superficie que se crea al romper los aglomerados. Dado que ΔA aumenta considerablemente a medida que disminuye el tamaño de las partículas, la demanda de energía para los sistemas nanodispersos aumenta de forma desproporcionada.
En los procesos reales, la energía mecánica aplicada localmente debe ser mayor que la energía de unión de los aglomerados. No solo es determinante la energía total, sino también la densidad de potencia y energía en el espacio de dispersión. Una desaglomeración eficaz requiere altas velocidades de cizallamiento locales, energías de impacto o tensiones inducidas por presión, como las que se producen, por ejemplo, en instalaciones de alto cizallamiento, molienda o cavitación.
El aire ambiente es una variable perturbadora importante en la dispersión de polvos nanodispersos en líquidos. Al introducir el polvo, se introduce aire, que crea interfaces adicionales en forma de fase gaseosa. Las nanopartículas se adsorben preferentemente en las interfaces gas-líquido, ya que esto es energéticamente favorable. Esto favorece la formación de aglomerados estables y dificulta la humectación completa de las partículas. El efecto es especialmente pronunciado en líquidos de alta viscosidad, ya que las burbujas de aire atrapadas solo se escapan lentamente y la transmisión efectiva del cizallamiento se reduce localmente.
Además de la desaglomeración, la estabilidad de la dispersión es decisiva. Los líquidos nanodispersos son termodinámicamente inestables, pero pueden estabilizarse cinéticamente. Sin estabilización, las nanopartículas tienden a reaglomerarse debido a su alta energía superficial. La estabilidad se describe típicamente mediante repulsión electrostática, por ejemplo, en el marco de la teoría DLVO, o mediante impedimento estérico mediante aditivos poliméricos o moleculares.
La sedimentación de las partículas nanodispersas se reduce considerablemente. La velocidad de sedimentación sigue aproximadamente la ley de Stokes y es proporcional al cuadrado del diámetro de las partículas. En el caso de las nanopartículas, la sedimentación suele verse superpuesta o compensada por completo por el movimiento browniano. Por lo tanto, en muchos casos, los líquidos nanodispersos son estables a la sedimentación durante largos periodos de tiempo, siempre que no se produzca aglomeración.