CÁLCULO DE ADITIVO DISPERSANTE EN SISTEMAS ACUOSOS

Por Marcela Correa

Lograr la reología idónea de aplicación, combinado con una buena estabilidad  en sistemas acuosos como pinturas e impermeabilizantes, es un desafío que debe de ser enfrentado por los fabricantes. Aunque existan recomendaciones en la ficha técnica del proveedor, también hay maneras de ajustar o calcular el porcentaje de aditivos implicados en el sistema (como en el caso de los dispersantes), la cantidad que se debe usar depende del tipo y cantidad de cargas y pigmentos reales dentro de la formulación.

La fase de dispersión y estabilización de pigmentos y cargas constituyen la parte de mayor complejidad en el proceso de fabricación. Estas materias primas en suministro, están formadas por agregados cuyo tamaño de partícula es superior al de las partículas discretas de los mismos. Las causas de estas aglomeraciones son la humedad y la compactación a la que están sometidos los productos, esta última debido al fuerte efecto ejercido por las fuerzas de Van der Waals entre las partículas constituyentes.

En el proceso de dispersión se lleva a cabo la separación de las partículas discretas que conforman los agregados y conglomerados, llenando los huecos  con una mezcla de disolvente y ligante, con ayuda de una agitación a alta velocidad. El dispersante tiene la función de estabilizar la dispersión obtenida por el efecto de cizalla a alta velocidad. 

Los dispersantes tienen en ocasiones características humectantes y dispersantes en un solo producto, estos aditivos son moléculas polares, preferentemente con dos o más grupos polares. Gracias a la afinidad de estos grupos con los pigmentos y cargas, se establecen entre ambos interacciones de tipo puente de hidrógeno, Van der Waals o dipolo a dipolo. La parte apolar queda libre y las partículas se mantienen separadas a causa del impedimento estérico que provocan las propias cadenas apolares de las moléculas del dispersante.

Este tipo de aditivo es esencial en sistemas acuosos para lograr una buena estabilidad, el cálculo de la cantidad de dispersante necesario, se determina mediante un ensayo consistente de añadir en forma paulatina el dispersante hasta que se observa una pérdida brusca de viscosidad. El ensayo se lleva a cabo en un agitador de laboratorio, se pone agua en el recipiente donde se efectuará la dispersión, sin ningún otro aditivo, con una cantidad de dispersante determinada, por ejemplo 0.1% calculado en peso sobre pigmento. Se añade el pigmento y cargas en agitación y se procede ir añadiendo de 0.1% en 0.1% el dispersante hasta que la viscosidad cae de forma brusca (hasta el mínimo nivel), en este punto la cantidad de dispersante añadido es la demanda necesaria del mismo para obtener una buena dispersión.

El ensayo puede comprobarse añadiendo al agua la cantidad obtenida en el ensayo de demanda y añadiendo las cargas y pigmentos, observando la viscosidad final.

ORDEN DE ADICIÓN DE LOS ADITIVOS EN PINTURAS PLÁSTICAS

Por: Marcela Correa

El momento preciso en el que se deben de agregar cada uno de los aditivos, es decisivo para lograr un buen funcionamiento dentro de una formulación.

El agua desmineralizada de preparación se agrega como primer componente, seguido del humectante y el dispersante. La cantidad de agua requerida para la preparación se determina según las dimensiones del equipo, de la viscosidad requerida y en algunos casos se agrega gradualmente, según se vayan incorporando las cargas.

Los dispersantes acrílicos se suministran en un medio ácido y tienen que ser neutralizados con álcali para que pueda desarrollar su función de dispersantes. Su mejor aplicación es cuando cumplen con un pH de 7.5 a 8.5, para tal efecto se suele trabajar con amoniaco, aunque hoy se prefiere evitarlo por el olor tan penetrante que tiene.

Antes de incorporar las cargas y pigmentos, es conveniente agregar un antiespumante que evite de manera eficaz la inclusión de aire en forma de microespuma.

La premezcla alcalina preparada así, está dispuesta a incorporar las cargas minerales y pigmentos inorgánicos. Para aprovechar la cizalla de manera más efectiva se debe de graduar la viscosidad con espesantes, por tal razón es conveniente agregar el espesante celulósico antes de los materiales minerales y esperar su total solvatación, para lo cual se requiere convenientemente de un medio alcalino.

Los espesantes asociativos uretánicos HEUR se agregan generalmente después de las cargas, pero antes de agregar la dispersión, porque añadir espesantes HEUR a una premezcla con un alto contenido de dispersión polimérica puede conducir a una coagulación de la dispersión. En caso necesario de añadir el espesante HEUR después de la dispersión plástica, se puede evitar una coagulación dosificando el espesante diluido en disolvente.

En caso de utilizar espesantes acrílicos hay que tener en cuenta su demanda de álcali, ya que se suministra en forma de una dispersión ácida.

ADITIVOS QUE MEJORAN DEFECTOS DE SUPERFICIE

Por: Marcela Correa Cortes

Se pueden presentar varios defectos durante y después del secado del film, pero aquí trataremos únicamente aquellos que pueden ser eliminados con el uso de aditivos debido a la presencia de tensiones en el secado de la pintura. Este tipo de aditivos se utiliza para modificar determinados defectos superficiales, o bien para mejorar ciertas características de la superficie del film.

Los principales problemas que se observan en la superficie de un film seco son los siguientes:

-Zonas barridas: en forma de líneas que la pintura no ha mojado. Son debidas a que durante la limpieza del sustrato o de la primera capa de pintura quedan residuos normalmente grasos.

-Ojos de pez: Se presenta generalmente cuando el sustrato está contaminado de grasas u otras sustancias, es el mismo problema que el de las zonas barridas solo que la forma en la que se presenta es diferente. 

-Cabeza de aguja (pinhols): Son agujeros delgados y profundos producidos por impurezas depositados en la superficie del soporte.

-Cráteres: Son pequeños agujeros de distintos tamaños desde 1mm hasta 10 mm de diámetro, es el mismo problema de las cabezas de aguja, se forman cuando la tensión superficial de la pintura es excesivamente elevada o se aplica a una viscosidad elevada.

-Piel de Naranja: La pintura seca presenta una superficie no lisa sino con ondulaciones muy parecidas a la superficie de las naranjas.

-Flotación (floating): Se observa en superficies de la pintura seca una trama hexagonal, donde la intensidad de color es superior en el perímetro de los hexágonos. Se produce en superficies hexagonales.

-Silking: Se aprecia por la formación de bandas verticales de mayor intensidad. Se da en superficies verticales.

SOLUCIONES:

Los tres primeros defectos tienen un origen común, aunque se manifiestan de diferentes formas. La elevada tensión superficial del líquido provoca zonas no mojadas. La solución pasa por una reducción de la misma. La solución en ocasiones es una mayor dilución del líquido; cuando esto no es posible se debe corregir mediante la adición de aditivos que igualen las tensiones superficiales del líquido del sustrato. 

Los ojos de pez y los cráteres se forman por razones similares, sin embargo en los primeros, interviene una partícula solida contaminando la superficie. Los cráteres son muy similares en su formación a los ojos de pez, con la diferencia de que la formación del cráter indica una mayor tensión superficial del líquido.

El floating en superficies horizontales y el silking en superficies verticales, se generan durante el proceso de secado de la película de la pintura se producen turbulencias en el seno de estas debidas a que la parte superior es en la que se produce la evaporación del disolvente y por lo tanto hay, por una parte, un incremento de viscosidad y por otra, un aumento de la tensión superficial. Estas turbulencias producen en movimiento hacia arriba por debajo de los pigmentos. En un momento determinado, por la elevada  viscosidad y la alta tensión superficial, este movimiento cesa y en superficies horizontales se muestra con la formación de entramados hexagonales. En superficies verticales, por efecto de la gravedad, los hexágonos se alargan llegando a formar verdaderas bandas verticales de colores de distinta intensidad.

En el defecto piel de naranja, también se tiene un problema de tensión superficial, el aumento de viscosidad durante el proceso de secado no permite la nivelación del producto. La solución pasa por una mayor dilución de la pintura o bien por modificación mediante aditivos adecuados de la tensión superficial.

ADITIVOS QUE AYUDAN A DISMINUIR LOS DEFECTOS:

Se ha observado que la mayoría de los problemas de superficie se originan por tensiones superficiales indebidas de la pintura. Los aditivos que se utilizan para su corrección son tensoactivos. Dentro de los aditivos que se utilizan para corregir este tipo de problemas están los poli dimetil siloxanos; estos sin embargo tienen una cierta incompatibilidad con algunos de los componentes de la pintura, la cual es superior cuando es mayor el peso molecular de dichos productos. Los fabricantes de aditivos han trabajado en este sentido modificando los poli dimetil xiloxano en 3 direcciones:

Poli dimetil siloxanos de cadena corta modificados con poliéteres

Poli metil siloxanos de cadena larga modificados con grupos alkid o cadenas laterales de poliéteres 

Poliacrilatos

Es necesario mencionar que las cadenas cortas no afectan la adherencia entre capas de pintura, o sea, que en sistemas de dos capas pueden ser añadidos tanto a la primera capa como a la de acabado. En cuanto a las cadenas largas, mejoran la resistencia al rayado, pero pueden afectar la adherencia entre capas, por esta razón es aconsejable que se añadan solo a las pinturas de acabado.

La dosificación debe seguirse según lo aconsejable por el proveedor.