El autor explica los tipos de sustancias y sus desempeños de acuerdo a la necesidad del sustrato.
En lo que se refiere a acabados automotrices, la industria mundial está en constante demanda por excelentes acabados y superficies atractivas. Los fabricantes de pinturas están constantemente mejorando para cubrir dichas demandas. A manera de apoyo, los aditivos surfactantes juegan un papel crucial para alcanzar los estándares más estrictos.
Algunas características tales como: aumento en brillo, efectos de onda corta u onda larga, lisura, buena adherencia entre capas, liberación de burbujas y humectación; deben ser consideradas para un excelente desempeño de la película formada.
La tarea principal de una película de acabado es la de dar apariencia y protección al automotor terminado. Para cumplir con estos requerimientos, ésta debe cubrir y extenderse apropiadamente sobre el substrato. Este mecanismo que parece simple, tiene sus complicaciones dado que necesita un ambiente adecuado para pintar, cuidando la presencia de tiros de aire, impurezas o polvo suspendido, e incluso observar la temperatura adecuada para hacer el trabajo de pintura.Defectos tales como cráteres, puntos de alfiler (pinoles), piel de naranja (orange Peel), pérdida de brillo, microburbuja atrapada y otros, pueden aparecer si no se toma en cuenta lo anterior.
Tipos de aditivos para pinturas
Los aditivos de Fluidez, Nivelación, Deaereaciòn(Degasificaciòn) y Humectaciòn de substratos son reforzantes utilizados en la industria con resultados francamente ostensibles. En esta instancia, podemos echar mano de compuestos químicos puramente orgánicos o del tipo organosiliconados.
Los primeros se caracterizan por su excelente compatibilidad, pueden generalmente ser adicionados en cualquier etapa de la fabricación y tienen propiedades de deaereación, fluidez y nivelación. No tienen efectos negativos si se repinta o retoca.
Por otro lado, los aditivos Organosiliconados poseen propiedades como los orgánicos, además de promoción de humectación del substrato, efectos antirrayado y lisura o “slip”, e incluso propiedades “antigraffiti”.
Pequeñas cantidades de aditivos son, muchas veces, suficientes para establecer una diferencìa en el desempeño y apariencia del recubrimiento. Compuestos químicos tales como los orgánicos (Polímeros Acrílicos, Alcoholes Acetilenicos u Alcoxilados,etc) o copolìmeros siloxánicos modificados (con Polièter, Acrílico, Alquil, Aril, etc) son los màs empleados para alcanzar las tareas arriba mencionadas.
Deaereación
Las microburbujas presentes en la pintura o en la pelìcula ya aplicada son invariablemente generadas por la inclusión de aire dentro de la pintura o durante la aplicación de la misma, los procesos de dispersión, agitación y envasado irremediablemente generan inclusiòn de gas en forma de microburbujas. Pueden ser tambièn producto la evaporación sùbita de los disolventes por aumento de temperatura como por ejemplo en curados por horneo; o reacciones quìmicas que generen gases como en el caso de los sistemas de Poliuretano.
La microburbuja es, en escencia, un pequeña parte de aire en grandes cantidades de lìquido o pintura. Es un sistema termodinámicamente estabilizado por otros tensoactivos presentes que debe ser eliminado para evitar defectos de pelìcula tales como punto de alfiler, puntos de corrosiòn, microburbuja atrapada o “hervido”.
Los aditivos apropiados son tensoactivos de principios quìmicos ya descritos que deben tener un equilibrio entre compatibilidad e inestabilidad en el sistema. Hay que considerar, por tanto, que los agentes desaereantes deben ser seleccionados cuidadosamente para desplegar ambas funciones en la medida de lo posible. Existen criterios para la selección de aditivos, la más aceptada es que entre más hidrófobo sea un aditivo, esto es mayor cantidad de Polisiloxano en su molècula, este será más eficiente para atacar la burbuja pero es crítico en su compatibilidad lo cual puede llevar a turbidez o defectos de superficie, indeseables para el desempeño y apariencia del recubrimiento. Por el contrario, un aditivo que tenga alta compatibilidad con el sistema, no provocará defectos pero podría eliminar la burbuja màs lentamente.
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Humectación de substratos
En esta instancia, hay algunos conceptos que considerar tales como, energías de superficie de los substratos y la tensión superficial de los líquidos. Estos valores se calculan en laboratorio con aparatos especiales como el Tensiómetro de DuNoüy o el método de Presión de Burbuja para el caso de líquidos puros. En constraste las energías de superficie de un sólido o substrato no pueden ser medidas más que con métodos indirectos, como la medición de ángulo de contacto de varios líquidos en el substrato en cuestión.
La humectación de los sólidos por líquidos está influenciada por la tensión superficial de los compuestos involucrados, de ahí que han determinado valores de Energía de Superficie y Tensión Superficial para sólidos y líquidos como se muestran en las tablas siguientes:
Para obtener los mejores resultados en la humectación de un substrato determinado se deben considerar, los siguientes criterios que se pueden corroborar en la práctica:
- Un substrato con alta energía de superficie es fácil de humectar.
-Un líquido que tenga baja energía de superficie es un buen humectante.
-El proceso de humectación es ideal si la energía de superficie del líquido es significativamente menor a la energía de superficie del substrato.
Hay substratos con baja energìa de superficie que incluye el Polietileno, Polipropileno, Poliuretano, ejemplos contrarios son los metales y vidrio. Hay que considerar que la remociòn de grasa, aceites y ciertas impurezas del substrato, incrementa grandemente su energìa de superficie. No sòlo el substrato por sì mismo, sino que tambien su textura y tratamiento superficial o juega un papel importante en su energìa de superficie.
Los aditivos que mejor apoyan en la tarea de la humectaciòn sòn los Flurorosiliconados, de Polìeter-Siloxano; o del tipo orgànico como los Sulfosuccinatos o Alquil-Fenol Etoxilados, estos dos ùltimos tienden a estabilizar la microespuma, por lo que se deberà echar mano de un agente desaereante.
Nivelación y Fluidez
Algunas combinaciones son marcadamente empleadas para alcanzar a cubrir los estándares solicitados. Hoy en dìa, compuestos de Poliéter Siloxano en combinación con lo Polímeros Acrílicos han demostrado la mayor efectividad en efectos de onda larga y corta, brillo, lisura tanto en acabados de tipo original (OEM) como en repintado.
Los resultados de combinar aditivos de diferente naturaleza se representan en diagramas de telaraña. Un diagrama completamente coloreado representa caracterìsticas cubiertas al 100%. Esto es un escenario ideal que en la práctica no puede ser alcanzado, sin embargo, se puede llegar a una optimización satisfactoria. Los resultados de aditivos evaluados se representan a continuación.
Otra característica a considerar es el tipo de enlace en la molécula del aditivo. Anteriormente el enlace disponible era Si-O-C, el cual a causa de la presencia de oxígeno no es estable a la hidrólisis. Este enlace también hace a la molécula menos hidrofòbica lo cual hace que se disuelva en medios acuosos o ácidos, por tanto la eficiencia va decayendo cuando la pintura es sometida a pruebas de estabilidad. En recubrimientos automotrices la entidad más aceptada es el enlace estable Si-C.
Utilizando un aditivo tipo Si-C es normalmente más compatible con el sistema, se pueden esperar mejores resultados en cuanto a brillo y menor susceptibilidad a la turbidez. Otra variable es la modificación de la molécula de aditivo, una modificación orgánica del tipo hidroxi funcional resulta en un buen desempeño en cinco de las características de la grafica de telaraña pero la adherencia entre capas se ve comprometida. Esto se explica por que si el grupo funcional –OH reacciona con la resina, la molécula completa no podrá migrar a la siguiente película húmeda aplicada ya sea por la carencia de puentes de Hidrógeno y Fuerzas de Van Der Waals.
Es por eso que el aditivo que arroja mismos resultados pero sin influencia negativa en la adherencia entre capas es el modificado no reactivo y encapsulado (endcapped).
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Formas de uso y aprovechamiento
Los aceites de Silicón son puramente Polidimetil Siloxanos(PDMS), su propiedad fundamental radica en su cadena que es flexible, capacidad de torsión y actividad superficial. Si bien estos aceites corrigen defectos tales como cráteres, presencia de espuma y falta de nivelación o fluidez, también crean potenciales defectos en la película tales como “ojos de pescado”, turbidez, adherencia entre capas, etc.
Esa es la razón por la cual se modifican con compuestos orgánicos para hacerlos más compatibles con las resinas más usadas en la industria y así evitar los defectos colaterales sin dejar de aprovechar las propiedades benèficas a la fòrmula.
Aùn cuando se han desarrollado en el mercado compuestos altamente compatibles, muchos de ellos diseñados para post-adicionarse, no se debe pasar por alto que como buenos tensoactivos, si no son incorporados adecuadamente se pueden asociar entre sí formando miscelas y potencialmente un foco de contaminación que conlleve a los defectos ya mencionados.
En algunos casos las miscelas no son tan severas como para causar defectos de superficie, pero la fórmula podría demandar mayor cantidad de aditivo para alcanzar el mismo efecto, llevando a un mayor costo de la fórmula ya que, a pesar de su bajo contenido en fórmula, los aditivos no son precisamente los de màs bajo costo.
Por tanto, algunas recomendaciones generales para su mejor aprovechamiento son:
-Realizar prediluciones con disolventes de actividad de mediana a altamente polar. Cetonas, Glicoles, Alcoholes, Aromáticos, etc. son recomendados, y generalmente ya forman parte de la fórmula original. De 4 a 10 partes del disolvente por cada parte del aditivo es el rango recomendado. Esta prediluciòn es generalmente estable al almacenamiento por algunos meses.
-Adición del compuesto fabricado en la fase más temprana de la producción de pintura, generalmente en la de molienda, cuando se trate de sistemas pigmentados. En el caso de lacas o claras se necesita una agitación mediana.
-Algunas veces es posible fabricar un compuesto con varios aditivos para una formulación. La característica general de los aditivos de ser químicamente estables e inocuos así lo permite. Sin embargo, siempre hay que consultar el boletín técnico respectivo para verificar que no se indique lo contrario. Pruebas de estabilidad adicionales son altamente recomendables.
La forma de suministro de los aditivos son: en solución, emulsionados o 100% materia activa. Todos los aditivos en esta última modalidad deben ser siempre prediluidos, pero para no crear confusiones sobre cuáles aditivos prediluir, se recomienda someter todos los aditivos a este proceso.
Los productos concentrados al 100%, sobresalen por que pueden ser usados en diferentes versiones, siendo estas base acuosa, al disolvente, altos sòlidos e incluso curados por energìa. El desarrollo de nuevas tecnologías a nivel global, han permitido que los aditivos cumplan con estàndares en general como baja emisiòn de disolventes, nulo contenido de Compuestos Orgànicos Volàtiles (VOC) y cumplimiento de las más altas regulaciones a nivel mundial.
Referencias y Bibliografìa:
Winfried Heilen y Kirstin Schulz- “Additives to improve flow and leveling properties in OEM Coatings” Tego Chemie Service GmbH.
Tego Journal 2007– Degussa- 3ra Ediciòn – Paginas 55-57,70-73.
*Gerente Tècnico de Ventas , Tego Coating Additives & Specialty Resins.
[email protected]
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