Untuk mengurangi gaya van der Waals antar serbuk, dispersan yang terhalang secara sterik (seperti polimer atau kopolimer cangkok) adalah pilihan yang paling efektif. Dispersan ini secara langsung melemahkan daya tarik antarmolekul dengan membentuk penghalang fisik pada permukaan partikel. Pilihan spesifik bergantung pada medium dispersi (air atau pelarut organik) dan karakteristik serbuk.
I. Sistem non-akuatik: Dispersan yang terhalang secara sterik lebih disukai.
Dalam pelarut organik atau lingkungan nonpolar, dispersan polietilen glikol (PEG) atau polimetil metakrilat (PMMA) dapat membentuk lapisan pelapis kaku pada permukaan partikel melalui molekul rantai panjang. Ketika jarak antarpartikel kurang dari dua kali ketebalan lapisan pelapis (2δ), rantai polimer ini menghasilkan tolakan sterik yang kuat, dengan penghalang energi melebihi 25 kT (k adalah konstanta Boltzmann, T adalah suhu absolut), yang cukup untuk melawan gaya tarik van der Waals.
Sebagai contoh, dalam industri pelapis, penambahan BYK-110 (poliakrilat yang dimodifikasi) dapat mengurangi viskositas dispersi titanium dioksida hingga 40%. Hal ini disebabkan oleh lapisan pelindung tiga dimensi yang terbentuk oleh rantai molekulnya pada permukaan partikel, yang menekan jarak interaksi gaya van der Waals dari 10 nm menjadi di bawah 3 nm.
II. Sistem Berair: Efek Sinergis Elektrostatika dan Hambatan Sterik
Dalam medium berair, dispersan anionik (misalnya natrium sitrat, polikarboksilat) melemahkan gaya van der Waals melalui mekanisme ganda: gugus polar (misalnya -COO⁻) teradsorpsi ke permukaan partikel, membentuk lapisan ganda bermuatan dan menghasilkan tolakan elektrostatik; pada saat yang sama, segmen nonpolar (misalnya rantai karbon) menonjol ke dalam air, menciptakan hambatan sterik.
Sebagai contoh pada nanopartikel kalsium fosfat, penambahan natrium sitrat akan menurunkan potensial zeta permukaan partikel dari -15 mV menjadi -45 mV sehingga melipatgandakan gaya tolak elektrostatik. Selain itu, gugus hidroksil sitrat membentuk ikatan hidrogen dengan permukaan partikel, yang selanjutnya memperkuat hambatan sterik, dan akhirnya ukuran partikel agregat berkurang dari 500 nm menjadi 80 nm.
III. Skenario Ekstrem: Dispersi Berbantuan Serbuk Ultrahalus
Untuk partikel tipe Geldart A dengan permukaan halus (misalnya, katalis industri), penambahan bubuk ultrahalus dengan ukuran partikel <2 μm (misalnya, nano-silika) dapat mengurangi gaya van der Waals melalui pengkasaran permukaan. Partikel ultrahalus tersebut akan menempel pada permukaan partikel utama membentuk celah fisik dan akibatnya meningkatkan jarak antar partikel yang sebelumnya dimiliki oleh partikel yang saling berdekatan.
Menurut laporan tersebut, hanya dengan menambahkan 0,015 wt% bubuk ultrahalus, kinerja fluidisasi lapisan katalis dapat ditingkatkan, pembentukan saluran dan stagnasi dapat dihindari, dan efek ini dapat dipertahankan selama beberapa ratus jam.
IV. Panduan Perbandingan dan Pemilihan Kinerja Dispersan
| Jenis-jenis Dispersan | Mekanisme Kerja Inti | Skenario yang Berlaku | Keuntungan | Efek Penghambatan Gaya Van der Waals |
| Polimer Stereohedral | Rantai molekul panjang membentuk penghalang fisik. | Sistem pelarut organik, bubur dengan kandungan padatan tinggi. | Tidak terpengaruh oleh elektrolit, sangat serbaguna. | Bagus sekali |
| Komposit Elektrostatik-Stereohedral | Tolak-menolak elektrostatik + penghalang fisik | Sistem berair, dispersi partikel anorganik/organik, efek sinergis | Stabilitas dispersi yang baik | Bagus sekali |
| Polielektrolit (misalnya, natrium sitrat) | Terutama didasarkan pada tolakan elektrostatik | Sistem berair, lingkungan dengan kekuatan ion rendah | Efisiensi dispersi tinggi, biaya rendah | Bagus |
| Aditif Partikel Ultrahalus | Jarak fisik dan pengasaran permukaan | Pengolahan bubuk kering, proses fluidized bed | Tidak ada polusi kimia, tahan suhu tinggi. | Sedang |
Dalam aplikasi praktis, penting untuk memastikan bahwa konsentrasi dispersan melebihi konsentrasi misel kritis (CMC). Misalnya, jumlah penambahan polikarboksilat yang optimal dalam pasta semen adalah 0,5-1,0% dari massa bubuk, di mana pada titik tersebut rantai molekul sepenuhnya memanjang, memaksimalkan efek hambatan sterik. Selain itu, untuk sistem bubuk multi-komponen, dua dispersan (seperti natrium sitrat + PEG) dapat digunakan secara kombinasi untuk lebih mengurangi gaya van der Waals hingga kurang dari 1/5 dari nilai aslinya dengan memanfaatkan efek sinergis elektrostatik-sterik.
