Pigmentary titanium dioxide (TiO2) is the most important white pigment used in several industries, including those that manufacture plastic, coatings and paper. To achieve maximum efficiency in light scattering and to deliver the required opacity to the medium in which the TiO2 is present, the TiO2 particles must be fully dispersed throughout this medium. The particle dispersion in a cured, dry, or solid medium depends on the dispersion efficiency in the wet state, which depends on the effectiveness of the deagglomeration process. Based on the existing technical knowledge, the objective of this study is to investigate fundamental aspects in the dispersion process and to understand the effect of these processes on the required energy to deagglomerate pigmentary TiO2 particles in water. The fundamental aspects of particle wetting, dispersion and stability are reviewed as well as the theories of the tensile strength of agglomerates, particle roughness and liquid surface tension and viscosity. Although liquid surface tension and viscosity are the main factors that influence deagglomeration, some particle-related properties (particle radius, particle shape factor, agglomerate pore volume and specific surface area) play an important role in wetting behavior. The maximum mass of water adsorbed by the agglomerates is proportional to the liquid surface tension. The liquid adsorption rate is a function of the ratio between the liquid and solid surface tensions as well as the shape factor. In the present study, for any shape factor value, the lower the liquid surface energy is in relation to the solid surface tension, the larger the water adsorption rate. After characterizing the particles, the agglomerates and the liquid medium, and obtaining correlations between all properties and the energy to achieve maximum dispersion, a predictive model is proposed to describe the influence of liquid surface tension and the particle roughness on the energy required to produce liquid dispersions with minimum particle size. This model applies to different particles with similar surfaces and to particles with different surfaces but similar sizes. / Dióxido de titânio é o pigmento branco mais importante de diversas indústrias incluindo as de tintas, plásticos e papel. Para atingir sua máxima eficiência no espalhamento de luz, prover a opacidade requerida ao meio em que se encontra presente, as partículas devem estar completamente dispersas neste meio. A dispersão no meio sólido, seco ou curado dependerá da eficiência de dispersão no estado úmido, a eficiência da dispersão no estado úmido dependerá de quão efetivo foi o processo de desaglomeração. O objetivo deste trabalho é compreender como as propriedades do líquido e do sólido impactam a energia requerida para desaglomerar às partículas de dióxido de titânio pigmentário em um meio líquido. As teorias de umectação de partículas, dispersão e estabilidade foram revisadas assim como as teorias de tensão de coesão de aglomerados, rugosidade da partícula e viscosidade e tensão superficial de líquidos. O objetivo destas revisões foi determinar os fatores que influenciam o processo de desaglomeração e a energia requerida para que isso ocorra. Apesar das propriedades do líquido serem os principais fatores que influenciam o processo de desaglomeração (viscosidade e tensão superficial do líquido), as propriedades da partícula, ainda que sempre associadas a propriedades do líquido, desempenham um papel importante no comportamento de umectação (raio da partícula, rugosidade, volume dos poros do aglomerado e área superficial específica). Após a caracterização das propriedades das partículas, dos aglomerados e do meio, e analisar as correlações entre as propriedades e a energia necessária para atingir o máximo da dispersão um modelo preditivo foi desenvolvido para descrever a influencia da tensão superficial e da rugosidade na energia necessária para atingir o tamanho de partícula mínimo. Este modelo se aplica a diferentes partículas com superfícies similares e partículas com superfícies diferentes com tamanhos similares.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:teses.usp.br:tde-29072013-120251 |
| Date | 13 December 2012 |
| Creators | Ricardo Tadeu Abrahão |
| Contributors | Roberto Guardani, José Luis de Paiva, Antonio Esio Bresciani, José Luís de Paiva, Denise Freitas Siqueira Petri, Frank Herbert Quina |
| Publisher | Universidade de São Paulo, Engenharia Química, USP, BR |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP, instname:Universidade de São Paulo, instacron:USP |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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