لتقليل قوى فان دير فالس بين المساحيق، تُعدّ المشتتات ذات الإعاقة الفراغية (مثل البوليمرات أو البوليمرات المطعمة) الخيار الأمثل. فهي تُضعف التجاذب بين الجزيئات مباشرةً بتشكيل حاجز فيزيائي على سطح الجسيمات. ويعتمد الاختيار الأمثل على وسط التشتيت (الماء أو المذيب العضوي) وخصائص المسحوق.
أولاً: الأنظمة غير المائية: يفضل استخدام المشتتات ذات الإعاقة الفراغية.
في المذيبات العضوية أو البيئات غير القطبية، يمكن لمشتتات بولي إيثيلين جلايكول (بولي إيثيلين جلايكول) أو بولي ميثيل ميثاكريلات (PMMA) أن تُشكّل طبقة طلاء صلبة على سطح الجسيمات عبر جزيئات طويلة السلسلة. عندما تكون المسافة بين الجسيمات أقل من ضعف سُمك طبقة الطلاء (2δ)، تُولّد سلاسل البوليمر هذه تنافرًا فراغيًا قويًا، بحاجز طاقة يتجاوز 25 kT (حيث k هو ثابت بولتزمان، وT هي درجة الحرارة المطلقة)، وهو ما يكفي لموازنة قوى فان دير فالس.
على سبيل المثال، في صناعة الطلاء، يمكن أن تؤدي إضافة BYK-110 (بولي أكريلات معدل) إلى تقليل لزوجة معلقات ثاني أكسيد التيتانيوم بنسبة 40%. ويعود ذلك إلى الطبقة الواقية ثلاثية الأبعاد التي تشكلها سلاسلها الجزيئية على سطح الجسيمات، مما يقلل مسافة تفاعل قوى فان دير فالس من 10 نانومتر إلى أقل من 3 نانومتر.
ثانيًا: الأنظمة المائية: التأثيرات التآزرية للكهرباء الساكنة والعوائق الفراغية
في الوسط المائي، تعمل المشتتات الأنيونية (مثل سترات الصوديوم، متعدد الكربوكسيلات) على إضعاف قوى فان دير فالس من خلال آلية مزدوجة: حيث تمتص مجموعاتها القطبية (مثل -سجع⁻) على سطح الجسيمات، مما يشكل طبقة مزدوجة مشحونة ويولد تنافرًا كهروستاتيكيًا؛ وفي الوقت نفسه، تبرز الأجزاء غير القطبية (مثل سلاسل الكربون) في الماء، مما يخلق إعاقة فراغية.
على سبيل المثال، عند استخدام جسيمات نانوية من فوسفات الكالسيوم، يؤدي إضافة سترات الصوديوم إلى خفض جهد زيتا لسطح الجسيمات من -15 ملي فولت إلى -45 ملي فولت، مما يزيد قوة التنافر الكهروستاتيكي ثلاثة أضعاف. علاوة على ذلك، تُشكّل مجموعات الهيدروكسيل في السترات روابط هيدروجينية مع سطح الجسيمات، مما يزيد من الإعاقة الفراغية، وبالتالي ينخفض حجم الجسيمات المتجمعة من 500 نانومتر إلى 80 نانومتر.
ثالثًا: السيناريوهات القصوى: التشتيت بمساعدة المسحوق فائق النعومة
بالنسبة لجزيئات جيلدارت من النوع A ذات الأسطح الملساء (مثل المحفزات الصناعية)، يمكن أن يؤدي إضافة مساحيق فائقة النعومة بحجم جسيمات أقل من 2 ميكرومتر (مثل السيليكا النانوية) إلى تقليل قوى فان دير فالس عن طريق زيادة خشونة السطح. ستلتصق هذه الجسيمات فائقة النعومة بسطح الجسيمات الرئيسية، مكونةً فجوات مادية، وبالتالي زيادة المسافة بين الجسيمات التي كانت متلامسة سابقًا.
وفقًا للتقرير، من الممكن فقط تحسين أداء تمييع طبقة المحفز، وتجنب تكوين القنوات والركود، والحفاظ على هذا التأثير لعدة مئات من الساعات، وذلك عن طريق دمج 0.015% وزني من المسحوق فائق النعومة.
رابعاً: دليل مقارنة واختيار أداء المشتتات
| أنواع المشتتات | آلية العمل الأساسية | السيناريوهات القابلة للتطبيق | المزايا | تأثير تثبيط قوة فان دير فالس |
| البوليمرات المجسمة | تشكل السلاسل الجزيئية الطويلة حاجزًا فيزيائيًا | أنظمة المذيبات العضوية، معلقات ذات محتوى عالٍ من المواد الصلبة | لا يتأثر بالإلكتروليتات، متعدد الاستخدامات للغاية | ممتاز |
| مركب كهروستاتيكي-مجسم | التنافر الكهروستاتيكي + الحاجز المادي | الأنظمة المائية، تشتت الجسيمات غير العضوية/العضوية، التأثير التآزري | استقرار جيد في التشتت | ممتاز |
| البوليمرات الإلكتروليتية (مثل سترات الصوديوم) | يعتمد بشكل أساسي على التنافر الكهروستاتيكي | الأنظمة المائية، البيئات ذات القوة الأيونية المنخفضة | كفاءة تشتيت عالية، تكلفة منخفضة | جيد |
| إضافات الجسيمات فائقة الدقة | التباعد المادي وتخشين السطح | معالجة المساحيق الجافة، عمليات الطبقة المميعة | لا يسبب تلوثًا كيميائيًا، ومقاومة لدرجات الحرارة العالية | معتدل |
في التطبيقات العملية، من المهم ضمان أن يتجاوز تركيز المشتت تركيز المذيلات الحرج (سي إم سي). على سبيل المثال، تتراوح الكمية المثلى لإضافة البولي كاربوكسيلات إلى عجينة الأسمنت بين 0.5% و1.0% من كتلة المسحوق، حيث تتمدد السلاسل الجزيئية بالكامل عند هذه النسبة، مما يزيد من تأثير الإعاقة الفراغية. إضافةً إلى ذلك، في أنظمة المساحيق متعددة المكونات، يمكن استخدام مشتتين (مثل سترات الصوديوم + بولي إيثيلين جلايكول) معًا لتقليل قوى فان دير فالس إلى أقل من خُمس قيمتها الأصلية، وذلك بالاستفادة من التأثير التآزري الكهروستاتيكي والفراغي.
