Los carbonatos de calcio naturales de alto rendimiento ofrecen una alternativa óptima a las cargas de alta demanda de ligante.
Por Adrià Galofré Martín*
Las cargas minerales de alta absorción, como los carbonatos de calcio precipitados (CCP) o caolines calcinados, ofrecen buenas prestaciones ópticas (ej: opacidad, brillo, etc) a costa de una alta demanda de ligante. Los carbonatos naturales ultra-micronizados, en cambio, proporcionan un balance más favorable entre prestaciones y demanda de ligante (ver figuras 1 y 2). Esta relación tiene especial incidencia al formular cerca o por encima de la Concentración Pigmentaria en Volumen Crítica (CPVC), dónde una ligera reducción en la cantidad de resina libre reducirá notablemente la resistencia al frote y provocará alteraciones en la reología.
Optimizando la relación entre costo y rendimiento
Los ingredientes más costosos de la mayoría de formulaciones decorativas, tras los aditivos, son el dióxido de titanio (TiO2) y la resina. Así, sacar el máximo provecho del primero sin desperdiciar ni un gramo del segundo es un objetivo prioritario. En esta línea, Reverté Minerals ha desarrollado varios carbonatos ultra-micronizados (d50 < 0.8µm) de baja absorción de aceite y una Distribución de Tamaños de Partícula (DTP) diseñada para maximizar el rendimiento óptico en pinturas de diferentes niveles de CPV. La correcta selección de estos productos, conocidos como Carbonatos de Calcio Naturales de Alto Rendimiento (CCNAR), permite reemplazar cargas de alto costo y alta demanda de ligante, optimizando la relación entre propiedades ópticas, mecánicas y el costo del recubrimiento.
CCNAR – Dos opciones para un rendimiento óptimo
micral Opac Extra es un carbonato obtenido a partir de mármol extra blanco. Su DTP isodiamétrica está diseñada para maximizar el número de partículas en el rango de longitud de onda de la radiación visible. Estas características, le hacen un producto especialmente adecuado para sistemas altamente cargados formulados por encima de la CPV crítica.
micral Tixtender es un producto de nuevo desarrollo con un elevado número de partículas por debajo de 0,5µm que dan lugar a un empaquetamiento óptimo. Esto permite maximizar la dispersión y el rendimiento del TiO2 manteniendo una demanda de ligante extraordinariamente baja. Por esta razón es un producto especialmente adecuado para sistemas formulados cerca de la CPVC o por debajo de esta.
Remplazo de CCP – liberar resina sin perder rendimiento óptico
Con el objetivo de establecer las posibilidades reales de los CCNAR como opción competitiva, se ha evaluado su rendimiento frente a 2 calidades comerciales de CCP. El CCP 1 es un producto de alta gama con un área superficial de 10 m2/g. El CCP 2 es un producto de gama media con un área superficial de 7 m2/g. En la tabla 1 se resumen las principales características de los dos CCP evaluados junto con los CCNAR de Reverté Minerals utilizados en este estudio.
Para reemplazar el CCP 1 en un sistema de CPV 30 se ha utilizado micral Tixtender. Para el reemplazo del CCP 2 en un sistema de CPV 70 se ha utilizado micral Opac Extra. En la figura 3 se muestran las dos formulaciones utilizadas para los ensayos.
Es importante notar que, para aprovechar la menor demanda de ligante de los CCNAR, los reemplazos de CCP se han realizado en una proporción 1:1,25 asumiendo un ligero aumento de la CPV total y el porcentaje de sólidos de la pintura. Si bien esto podría llevar a esperar una afectación de las propiedades mecánicas de la pintura seca (especialmente en formulaciones CPV>>CPVC), la menor demanda de ligante de los Carbonatos Naturales hace prever que sea posible obtener valores de resistencia mecánica estables.
En la tabla 2 se resumen los resultados obtenidos reemplazando el CCP 2 con micral Opac Extra en la fórmula 1 (CPV 70). Se observa un ligero aumento de opacidad junto con una reducción del brillo a 85º. La variación de la amarillez no es significativa. Cabe desatacar la mejora obtenida en la resistencia al frote medida bajo condiciones del método ISO 11998. Esta mejora es consecuencia directa de la menor demanda de ligante del micral Opac Extra y el consiguiente aumento en la cantidad de resina libre en el film seco.
En la tabla 3 se muestran los resultados obtenidos al reemplazar el CCP 1 con micral Tixtender en la fórmula 2 (CPV 30). En este caso, se observa una tendencia creciente en opacidad, una amarillez estable y un ligero aumento del brillo a 60º. Las diferencias en la resistencia al frote húmedo no son significativas. Así, parece claro que pequeñas variaciones en la cantidad de resina libre no se traducen en afectaciones a las propiedades mecánicas en sistemas formulados por debajo de la CPV crítica.
Conclusiones
El uso de CCNAR es una alternativa muy competitiva a los CCP. La baja demanda de ligante y el diseño granulométrico específico de estos permiten reformular con incrementos en la CPV y los sólidos del sistema, obteniendo un óptimo rendimiento óptico, una buena resistencia mecánica y una viscosidad totalmente estable. Además, el uso de mármol extra blanco como materia prima asegura una elevada blancura y baja amarillez, muy cercanos a los valores de los CCP.
Teniendo en cuenta los datos expuestos y el costo de producción de los CCNAR, sensiblemente más bajo que los CCP, la introducción de productos como los mencionados es un buen ejemplo de cómo, seleccionando carbonatos de calcio adecuados, se pueden optimizar las formulaciones y obtener atractivas mejoras en la relación rendimiento/costo.
Por último, en un contexto en que la ecología y la sostenibilidad son valores al alza, la huella de carbono de los ingredientes tiene una importancia creciente. En este sentido, el uso de CCNAR como alternativa a CCP o Caolines Calcinados resulta una atractiva ventaja y un argumento de compra cada vez más importante para el consumidor final.
* Adrià Galofré Martín. I+D+I – Technical Assistance de Reverté Minerals. Pueden contactarlo en su correo electrónico: [email protected]
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