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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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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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4. Comment formuler une dispersion ?
Lors de la formulation d’une dispersion, la nature de la phase continue (milieu de dispersion) et celle de la phase dispersée sont évidemment imposées par l’application. Il reste cependant un certain nombre de choix qui permettent de contrôler la métastabilité de la dispersion et d’adapter ses propriétés aux demandes de l’application. Les choix principaux portent sur la géométrie des particules et sur l’état de leurs surfaces . Les autres choix portent sur les additifs de formulation, qui sont généralement des molécules dissoutes dans la phase continue (viscosifiants, gélifiants, tensioactifs, filtres UV). En fonction de ces choix, on pourra faire un bilan des interactions entre particules, prédire quelle devrait être la métastabilité de la dispersion et quelles devraient être ses autres propriétés (écoulement, étalement, propriétés optiques).
4.1 Milieu de dispersion
4.1.1 Caractéristiques générales
Pratiquement tous les liquides courants ont été utilisés comme milieux de dispersion : eau, solutions aqueuses, liquides polaires (alcools, glycols), huiles, polymères fondus et même le CO2 supercritique. Ces liquides ont, bien sûr, des caractéristiques très différentes, qui tiennent aux interactions entre molécules. On peut classer ces interactions en trois types : interactions de dispersion D (dues à la polarisabilité électronique des molécules), interactions entre dipôles permanents P, et liaisons hydrogènes H. Une caractérisation quantitative du milieu de dispersion peut être faite en utilisant les « paramètres de solubilité »
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BIBLIOGRAPHIE
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