Dispersions colloïdales et mesure de leur stabilité

Une dispersion colloïdale est composée de particules solides, liquides ou gazeuses dispersées dans une phase continue (solide, liquide ou gazeuse). Le terme « colloïdal » fait référence à des particules ayant au moins une dimension comprise entre 1 nm et 1 µm. Les dispersions colloïdales les plus courantes sont les dispersions solide-liquide (suspensions), liquide-liquide (émulsions), gaz-liquide (mousses) et solide-gaz (aérosols). Les dispersions colloïdales sont des systèmes intrinsèquement instables sur le plan thermodynamique, car elles tendent à minimiser l'énergie de surface. Par conséquent, la stabilité d'un système colloïdal est inévitablement liée à une notion de temps, définie par le processus, l'utilisation et l'application concernés.

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Stabilité des dispersions colloïdales

On distingue deux catégories de stabilité : la stabilité colloïdale et la stabilité gravitationnelle. 1. La stabilité colloïdale est liée au changement de taille des particules (par exemple, agrégation ou agglomération). Si les particules ne sont pas sujettes à des variations de taille, la dispersion est considérée comme stable sur le plan colloïdal. La stabilité colloïdale dépend donc de plusieurs types d'interactions, telles que les interactions de Van der Walls et les interactions électrostatiques :

- Les interactions de Van der Walls et les interactions électrostatiques (théorie classique de Derjaguin-Landau-Verwey-Overbeek (DLVO))
- Les interactions stériques (par exemple, l'adsorption de polymères)
- Effet hydrophobe

2. La stabilité gravitationnelle fait référence à la capacité des particules à résister à la migration des particules (par exemple, sédimentation ou écrémage) et dépend principalement des propriétés rhéologiques de la dispersion colloïdale, telles que la viscosité et la densité de la phase continue, la taille et la densité de la particule. Pour des particules colloïdales diluées dans un fluide Newtonien, ce phénomène de migration peut être décrit par la loi de Stokes.

La sédimentation est parfois considérée à tort comme une instabilité colloïdale. Par exemple, une dispersion de particules dans un solvant peut être stable sur le plan colloïdal (il n'y a pas de changement dans la taille des particules) tout en étant instable sur le plan gravitationnel (les particules se déposent en raison d'une densité non équivalente à celle du solvant). Il convient de noter qu'une déstabilisation de la dispersion colloïdale peut entraîner une instabilité gravitationnelle (les particules les plus grosses se déposent rapidement).

Comment mesurer la stabilité des dispersions colloïdales ?

La diffusion électrophorétique de la lumière (ELS) est une technique couramment utilisée pour évaluer le potentiel de stabilité d'une dispersion. L'ELS permet de mesurer le potentiel zêta d'une dispersion, qui fournit des informations sur les interactions électrostatiques et, par extrapolation, sur leur tendance à s'agglomérer. Le potentiel zêta est un indicateur fiable de la stabilité de la dispersion, mais plusieurs paramètres tels que les effets stériques, la sédimentation ou les effets hydrophobes auront également une forte influence. Par conséquent, se fier uniquement aux valeurs du potentiel zêta ne peut que conduire à de fausses interprétations de la stabilité, par exemple avec des nanoparticules métalliques dans des milieux complexes, des solutés de silice aqueux et des émulsions d'huile dans l'eau. La technique SMLS offre de solides avantages pour la caractérisation des phénomènes de déstabilisation. La stabilité gravitationnelle et colloïdale des dispersions peut être évaluée avec une manipulation minimale de l'échantillon. Plus important encore, les résultats sont obtenus en analysant les formulations dans leur état natif, ce qui garantit la représentativité des résultats. Chez Microtrac, nous proposons une gamme d'appareils basés sur le SMLS, le Turbiscan , qui permet une analyse quantitative de la stabilité jusqu'à 1000 fois plus rapide que les tests conventionnels. Si vous souhaitez plus d'informations, n'hésitez pas à nous contacter.

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