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Componentes de una alternativa biodegradable y sustentable

Además de un aditivo con una modificación reológica bastante atractiva, se requiere una solución que permita lograr mejoras durante la formación de la película y potencializar las propiedades de la película curada.

Por Oliver Peña*

En la actualidad, es de suma importancia contar con alternativas biodegradables y sustentables que ayuden a crear productos más amigables con el ambiente. El mercado mexicano requiere soluciones que, además de estas características, brinden ventajas y beneficios adicionales a los productos finales.

Existe una nueva tecnología que se elabora a partir del proceso de microfibrilación al cual se somete la madera del árbol “Norway Spruce”. Debido a su origen y composición, este material puede considerarse biodegradable, sustentable y renovable. Es importante mencionar que el posible daño ecológico que representaría el talar estos árboles se mitiga gracias a que se plantan dos árboles por cada árbol talado.

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En México, First Quality Chemicals es el distribuidor oficial de Exilva de Borrregaard, la cual es una empresa multinacional conocida por tener la biorefinería más avanzada a nivel global, pues además de Exilva obtienen diversos productos para diferentes industrias de la misma materia prima.

Este proceso de transformación alcanza el 94 % de aprovechamiento; es decir, por cada 1.000 kilogramos de madera que se obtienen, se utilizan 940 kilogramos de forma efectiva.


Imagen 1. Proceso de fabricación de Exilva y diversos productos de Borregaard

Como podemos observar en la imagen 1, existe una separación de las fibras de celulosa y los azucares presentes en la madera. Esto permite garantizar celulosa de alta pureza, misma que es altamente resistente a ataque microbianos, siendo esto una ventaja para Exilva, pues no requiere de biocidas para poder ser almacenado durante su tiempo de vida.

Exilva es una red tridimensional de celulosa microfibrilada (MFC), la cual cuenta con amplia área superficial y con gran disponibilidad de grupos hidroxilos (-OH) en su estructura. Esto permite a Exilva interaccionar de forma física y química con el medio donde se encuentre. Su mecanismo de espesamiento es asociativo.

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Imagen 2: Exilva proviene de la microfibrilación de fibras de celulosa provenientes del Norway Spruce, el diámetro de fibra alcanzado es micrométrico.

Exilva tiene un comportamiento reológico pseudoplástico; es decir, su viscosidad en reposo será elevada y disminuirá conforme se incremente la fuerza de cizalla al cual sea sometido. Este efecto es de gran beneficio en las pinturas, debido a que permitirá formular recubrimientos con una alta estabilidad en almacenamiento sin afectar su manipulación durante la aplicación del mismo.

Exilva permite a los recubrimientos acuosos recuperar su viscosidad de forma casi inmediata después de haber sido aplicados.

Imagen 3. Comparativa el comportamiento reológico de Exilva contra espesantes celulósicos al 1% de materia activa

Se puede visualizar en la imagen 3 la comparativa de Exilva contra otros espesantes celulósicos al 1 % en total de materia activa. La viscosidad en reposo que se alcanza con Exilva es diez veces mayor con respecto a la goma Xantana y más de 100 veces frente a la hidroxietilcelulosa.

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A pesar de que la viscosidad en reposo es mayor de forma considerable, las mediciones en el área KU son muy similares. Esta es una de las mayores virtudes de Exilva como modificador reológico.

Exilva no ayuda únicamente a la modificación reológica. Es un aditivo multifuncional que, además de generar la reología analizada anteriormente, permite disminuir de forma considerable la sinéresis, la separación de fases y la sedimentación durante el almacenamiento del producto terminado.

De forma adicional, permite potencializar diversas características en la película de pintura aplicada. Entre ellas, se encuentran:

Reducción de la pegajosidad o tack en la superficie del recubrimiento.

Mejoría de la resistencia al craqueo, incluso en espesores elevados de película.

Mejoría en el tiempo abierto “open time” de la película.

Generación de un efecto “anti-bloqueo”.

Mejoría en la adhesión a diversos sustratos debido a su alta disponibilidad de grupos hidroxilos (-OH).

Incremento en la resistencia al escurrimiento de la película en húmedo sin sacrificar su nivelación.

Una de las más recientes aplicaciones donde se ha analizado el desempeño de Exilva es en la formulación de bases para los sistemas tintométricos. Cómo sabemos, la formulación de bases es una tarea muy compleja, pues se debe de garantizar la reproducibilidad de la misma, lote con lote.

Una vez que se formula la base, esta será entintada por colorantes universales y sometida a esfuerzos de cizalla para garantizar la correcta homogeneización del colorante en la base.

La incorporación de la tinta en la base por sí misma genera un desequilibrio en los surfactantes del sistema y los esfuerzos mecánicos aplicados también pueden generar una disminución en la efectividad de los espesantes.

Los dos factores anteriores generan variaciones en la viscosidad del producto terminado, flotación de pigmento, entre otros efectos.

Beneficios en una base Deep acrílica
Exilva es una solución para combatir la disminución de viscosidad en las pinturas después del proceso de entintado con bases universales. A continuación analizaremos los beneficios de la incorporación de Exilva en una base Deep acrílica. La formulación a analizar es la siguiente:

Exilva es una solución para combatir la disminución de viscosidad en las pinturas después del proceso de entintado con bases universales. A continuación analizaremos los beneficios de la incorporación de Exilva en una base Deep acrílica. La formulación a analizar es la siguiente: 

Tabla 1. Formulación a evaluar con Exilva®, VOC: <50 g/L, sólidos: 30.0%

Es importante mencionar que, en este ejemplo, Exilva está sobredosificado. Su dosificación recomendada va del 0.2 al 3% en total de formulación, solo que el analizar los resultados con esta sobredosificación resulta interesante debido a los resultados obtenidos.

Gráfico 1. Viscosidad en el área KU de los sistemas con Exilva y HEUR

Podemos analizar que, incluso con Exilva sobredosificado, la viscosidad en el área KU se mantiene o se mejora respecto al espesante de la referencia, incluso siendo comparado con diferentes tintas del sistema.

Gráficos 2 y 3: El gráfico izquierdo nos muestra el comportamiento en los sistemas sin entintar y a la derecha los sistemas entintados con negro. Exilva se representa con la línea verde

Los gráficos anteriores nos muestran la comparativa de la reología de las bases con y sin entintado. Podemos ver en el área de baja cizalla o reposo una viscosidad bastante elevada en los sistemas donde se incorporó Exilva, siendo una diferencia de al menos diez veces para la base no entintada y de 100 veces en la base entintada con negro.

Comparando las dos líneas verdes, podemos analizar que el entintado no provocó una modificación reológica considerable, lo cual es de gran beneficio en este tipo de sistemas.

En el gráfico 4 se analiza la resistencia al escurrimiento y la nivelación de las bases estudiadas. El escurrimiento se mide en mills de espesor en húmedo, y la nivelación se reporta en una escala del uno al diez, siendo 10 una nivelación perfecta.

Podemos ver que la resistencia al escurrimiento se elevó de forma sustancial pasando de 8 y 4 mills respectivamente a 24 mills, y la nivelación se redujo en su escala de 9 a 8. Podemos concluir con estos resultados que la resistencia al escurrimiento se potencializa (sin generar craqueo) con un ligero sacrificio en la nivelación.

Gráfico 4. Evaluación de nivelación y resistencia al escurrimiento de las bases con y sin entintado

De forma adicional, se midieron otros parámetros, con el fin de generar mayor información sobre la prueba realizada, la tabla 2 nos muestra los resultados obtenidos.

Tabla 2. Parámetros adicionales en la base tintométrica

La aceptación de colorante, la prueba de Rub Up y la resistencia al frote se vieron favorecidas por Exilva, mientras que el brillo se vio afectado y disminuyó sus unidades en 60°y 80° de medición. Esto se debe a que Exilva es una red tridimensional no soluble, y la sobredosificación hizo que la superficie del recubrimiento aplicado tuviera cierta rugosidad, lo que generó el mateado de la película; pero a niveles de dosificación normales, la reducción de brillo será mucho menor.

Como pudimos analizar a lo largo de este artículo, Exilva no sólo es un modificador reológico, también es un potencializador de propiedades de película y estabilizador de producto en almacenamiento. Es completamente natural, no tóxico, sustentable y biodegradable. Además, es estable en valores de pH (1-13) y a condiciones de temperatura elevadas, permitiendo que Exilva genere una mayor robustez en la formulación final.

*Oliver Peña
Technical Service Rep en First Quality Chemicals
[email protected]

Federico Duarte
Author: Federico Duarte
Editor en Latin Press, Inc.
Comunicador social y periodista con experiencia de más de 15 años en medios de comunicación. Apasionado por hacer de la vida una historia para contar. [email protected]

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