MEZCLA DE DISOLVENTES Y CO-SOLVENTES EN PINTURAS

Por: Marcela Correa

A la parte volátil de una pintura líquida se le llama disolvente o co-solvente, es la parte que una vez obtenido el film seco, desaparece de éste.

Los disolventes son los responsables de dar a la pintura líquida una consistencia adecuada: le otorgan la estabilidad necesaria durante el almacenamiento y proporcionan la reología adecuada para su debida aplicación. Los disolventes deben de solubilizar al ligante o resina, y deben de hacerlo tanto en el envase como durante todo el proceso de evaporación, o sea, durante el proceso completo de secado y formación del film seco.

Cuando se habla de disolventes, se debe de distinguir entre los disolventes verdaderos y los co-solventes o diluyentes. Los primeros son capaces por sí solos de disolver al ligante o resina, los segundos pueden utilizarse para diluir las soluciones obtenidas con los disolventes verdaderos. El químico debe tener en cuenta que un exceso de co-solvente provocaría la inestabilidad de la solución y esto podría suceder tanto en el envase, como durante el proceso de evaporación de los disolventes durante el secado. El resultado de un mal equilibrio entre disolvente verdadero y co-solvente, es la formación de películas de mala calidad, con arrugas, con falta de brillo y otras deficiencias que deben ser evitadas.

Para poder obtener un buen equilibrio podemos dar uso del concepto de “ratio de evaporación”, y así obtener una idea clara de la velocidad de evaporación de los disolventes. Para ello se toma un disolvente determinado que se considera que su velocidad es 1, los otros disolventes se comparan con éste y se les asigna un valor que equivale al tiempo de evaporación del patrón dividido, por el del disolvente en cuestión. Normalmente se utiliza como patrones, el acetato de n-butilo o el éter etílico, siendo el primero el más utilizado.

De los que se obtiene resultados como los siguientes:

Acetato de etilo       4.1

Tolueno                   1.9

Acetato de n-butilo  1

Xileno                      0.7

Isobutanol               0.6

Tanto el xileno como el isobutanol se evaporan más lento que el patrón, acetato de n-butilo, y si comparamos el xileno con el isobutanol veremos que la velocidad de evaporación del isobutanol es ligeramente más lenta que la de xileno.

ESTABILIDAD DE RESINAS EN EMULSIÓN: INFLUENCIA SOBRE FORMULACIÓN DE PINTURAS

Por: Marcela Correa

Las resinas en emulsión se diseñan de una forma concreta y tienen un pH determinado, este pH debe de ser conservado durante el proceso de fabricación de la pintura para asegurar la estabilidad final del producto. De forma general, la mayor parte de las pinturas plásticas se ajustan a un pH entre 7-8. 

Por otro lado, las basadas en polímeros acrílicos o estireno-acrílicos se ajustan a pH’s  algo superiores entre 8-9, lo cual mejora sensiblemente su estabilidad. Los ajustes de pH pueden ajustarse con soluciones amoniacales, soluciones de hidróxido sódico o determinadas aminas.

Hay varios factores que hacen que el pH descienda. En recubrimientos de base acuosa tipo emisión, las bacterias desarrollan su ciclo biológico (cuando la pintura se encuentra exento de bactericidas) esencialmente en el envase, tomando como nutrientes los aditivos reológicos. En primera estancia se observará una disminución de la viscosidad, luego un descenso del pH y finalmente un fuerte olor característico, perdiendo con esto parte de las propiedades del recubrimiento.

Al utilizar como disolvente agua en pinturas plásticas, esmaltes acuosos y demás sistemas que la puedan o deban contener, esta agua tiene cationes divalentes como el Ca++ y el Mg++. Las resinas en emulsión están estabilizadas con tensoactivos aniónicos y no iónicos, y la presencia de los cationes antes indicados, producen la insolubilidad de los tensoactivos aniónicos y con ello la reducción de la estabilidad de estas pinturas, o como mal menor, el enturbiamiento  y pérdida del brillo del film seco. Para evitar dicho inconveniente, generalmente se utiliza agua descalcificada y cuando ello no es posible se utilizan secuestrantes para reducir la dureza del agua.

La dureza del agua que se utilizará para la fabricación, deberá ser siempre inferior a 2°HF, los secuestrantes más utilizados son los poli fosfatos, entre éstos, el más ampliamente utilizado es el hexametafosfato sódico. Otra opción podría ser la utilización de EDTA, en tales casos conviene determinar la dureza del agua y aportar la cantidad justa, para que en función de ésta y de la cantidad de agua en fórmula, neutralice totalmente los iones divalentes.

Otro factor importante que hay que controlar para lograr una buena estabilidad final del producto es durante la mezcla de disolventes, si ésta se lleva acabo hay que tener en cuenta dos puntos muy importantes:

• Durante el proceso de fabricación en todo momento la mezcla de disolvente verdadero y de co-solvente debe ser tal que la solución del ligante sea perfecta.
• Que durante el proceso de evaporación, el ligante mientras se evapora el disolvente no se convierta en insoluble debido a una evaporación más rápida de los disolventes que de los co-solventes. 

PIGMENTOS EN IMPERMEABILIZANTES ACUOSOS

Por: Marcela Correa

El color de los impermeabilizantes es de gran importancia, puesto que dependiendo de éste pueden contribuir en gran medida al ahorro de energía en las casas o edificios, siendo térmicos y manteniendo a las construcciones más frescas o en su defecto, si la zona es fría, dependiendo del color puede ayudar a nivelar un poco la temperatura interior, debido a la reflexión y/o absorción de los rayos según el color.

Dentro de los impermeabilizantes acuosos en donde se ocupan resinas en emulsión acrilo-estirénicas o las acrílicas puras, el sistema pigmentario está formado por el pigmento correspondiente al color de diseño que pueden ser; blanco, rojo, gris o verde, ocupando para dar este color a los siguientes pigmentos:

Bióxido de Titanio: Es el pigmento blanco por excelencia, posee un elevado poder de cubrición y su resistencia a la luz y al exterior es excelente, tiene además una resistencia a los agentes químicos muy elevada. El impermeabilizante acrílico blanco mantiene edificios y casas significativamente más frescas durante el verano, ahorra energía  y reduce al mínimo el calor urbano. Por ser color blanco refleja todas las ondas electromagnéticas de la luz, es por ello que no guarda calor.

Óxidos de hierro: Los óxidos de hierro se utilizan en forma de productos naturales micronizados y como productos sintéticos, los productos naturales obviamente tienen una regularidad de color menor y su tamaño de partícula es más disperso, asimismo contienen una serie de impurezas importantes. En cuanto a la relación precio, los óxidos naturales son mucho más económicos. Los óxidos de hierro son pigmentos de elevada resistencia a la luz y a la intemperie, tanto en tono lleno como mezclados con pigmentos blancos. Los óxidos de hierro más ocupados dentro de los impermeabilizantes son; el óxido rojo correspondiente a la hematita y el óxido negro, correspondiente a la magnetita. Los óxidos de hierro sintéticos se obtienen a partir del hidróxido de hierro que a su vez se obtiene por reacción del sulfato ferroso con hidróxido sódico.

Los óxidos de hierro sintéticos tienen un tamaño de partícula de 0.1-1.0 micras; en función de este tamaño se obtiene una tonalidad determinada, así como un poder colorante y de cubrición determinados.

Los óxidos de hierro negros tienen una resistencia térmica menor, a los 180 °C se produce una oxidación del hierro II a hierro III que da lugar al rojo. Este tipo de pigmento absorbe cierta cantidad de luz, y es por ello que puede contribuir a mantener el calor en la construcción.

Óxidos de cromo verde: Se trata básicamente de Cr2O3, tienen muy buena estabilidad a la luz y al calor, así como a los ácidos y álcalis. Estos pigmentos se pueden mezclar con bióxido de titanio y óxidos de hierro manteniendo la estabilidad a la luz.

En cuanto a la estabilidad al calor mantienen el color hasta temperaturas cercanas a los 1000 °C. Como en el caso de los óxidos de hierro, la tonalidad depende del tamaño de partícula que varía entre 0.01-0.3 micras.

En síntesis, el color de una superficie  da una buena indicación  de la absorción de la radiación solar. La absorción decrece y la luz reflejada aumenta con la claridad de color, así mismo entre más absorción de luz mayor concentración de color.

LASURES MATES EN MUROS DE MADERA

Por: Marcela Correa

Se llama mateantes a aquellos agentes, que introducidos en un recubrimiento, reducen el brillo del film sin afectar a las otras características del mismo. Se utilizan básicamente dos tipos de productos: las ceras y los aerogeles de sílice.Los lasures mates se pueden elaborar tanto en base acuosa como en base disolvente orgánico; en cualquiera de los casos, el nivel de contenido de sólidos es muy bajo: entre el 8 y 15%. Por lo tanto, su viscosidad es baja; esto le permite penetrar muy fácilmente en el soporte, facilitando la permeabilidad del film.

Dichos lasures mates generan un film fino que se aplican con fines rústicos. Para colorear la madera, la formulación en base acuosa ocupa ligantes termoplásticos en emulsión. Se utilizan generalmente resinas 100% acrílicas e incluso también acrilo-estirénicas con Tg del orden de los 25-30 °C y TMFF del orden de 15-20 °C. Si están pigmentados, deben contener en su composición dispersantes, humectantes y antiespumantes. Debido a que son aplicados sobre sustratos de madera, deberán incluirse bactericidas e insecticidas; el bactericida ayudará también a la conservación del producto en el envase, así como la utilización de aditivos, cuya misión es la de protección contra la luz UV y la formación de radicales libres. Deberán de contener los coalescentes adecuados para obtener una apropiada formación de film a la temperatura de aplicación. Para proporcionar un cierto carácter hidrofugante, pueden utilizarse emulsiones de parafina.

Para mejorar la permeabilidad al vapor se puede introducir en fórmula una cantidad moderada de sílice coloidal, en forma de sol, la proporción de ésta será no superior al 25% de sílice calculada sobre sólidos de polímero.Los productos de lasures a base disolvente se elaboran con ligantes alquidálicos de elevada resistencia a la intemperie. Son muy válidas tanto las alquidálicas como los aceites uretanos. Se pueden seguir todas las recomendaciones dadas para lasures acuosos. Es interesante indicar que en general, debido a su baja concentración, no se utiliza ningún aditivo para mejorar la permeabilidad, aunque  puede utilizarse sílices mateantes en concentraciones muy bajas de 5%, calculado sobre resina sólida. En cuanto a la hidrofugación puede emplearse ceras de fusión o micronizadas. No debe olvidarse la utilización de secantes y agentes anti-piel.  La viscosidad de estos productos suele estar dentro de un rango de 14-15 seg. CF4.

NOTA: La capacidad de protección de estos recubrimientos es muy limitada, se recomienda pintar la madera cada año; o bien, si se encuentra en buen estado, aplicar una capa de aceite de linaza o soja, diluido al 10-15% en un disolvente alifático con el fin de mantener la madera en buen estado.

IMPORTANCIA DEL CPV Y CPVC EN RECUBRIMIENTOS

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

La concentración de pigmento en volumen es un término importante para la formulación de pinturas y recubrimientos, y puede definirse como la fracción de volumen de pigmento o cargas en volumen de película seca; es decir, es la relación que hay entre pigmento y ligante. La expresión matemática que define esta relación está dada por PVC = VP / (VP + VL), donde VP es el volumen de pigmento y VL representa el volumen de ligante. Es importante visualizar los dos casos extremos del sistema pigmento/ligante: PVC de 100% que implica solo pigmento, mientras que PVC de 0% implica ligante como único componente. Entre el 0 y 100% existen diversas relaciones intermedias entre pigmento y ligante, sin embargo, un punto importante de análisis es la concentración crítica de pigmento en volumen (CPVC), en el que el aire que se encuentra entre las partículas del pigmento es absolutamente desalojado, y el ligante completa totalmente los espacios vacíos entre las partículas densamente dispuestas.

En resumen, si el valor de PVC es mayor que PCVC, significa que la cantidad de ligante no es suficiente para llenar los espacios vacíos entre las partículas. 

Ciertas propiedades de una pintura son el reflejo de la relación que existe entre la CPV y la CPVC, valores que se pueden determinar a partir de la evaluación de dichas propiedades; tales como la densidad, la adhesión, la porosidad, el ampollamiento, la resistencia a la abrasión húmeda, el brillo o el poder cubriente.

La porosidad de una película seca indica la presencia de espacios vacíos ocupados por aire, es decir, que existe sólo para valores de PVC > CPVC. Ésta puede ser expresada como porosidad total PT o bien, como índice de porosidad IP; la primera consiste en considerar el porcentaje volumétrico de aire sobre la totalidad de la película mientras que el índice contempla sólo la fracción del espacio intersticial ocupado por aire. Una de las formas de expresar la porosidad de una película es a través de la ecuación dada por PT = (PVC - CPVC) / PVC. La porosidad también se puede calcular con la expresión IP = (PVC - CPVC) / [PVC - (1 - CPVC)]; de este modo, ambas porosidades están vinculadas por PT = IP (1 - CPVC).

Los valores de concentraciones de pigmento pueden variar de un producto a otro, sin embargo, la dispersión de pigmento en emulsiones son muy diferentes a los valores de una pintura base solvente, por lo tanto,  el secado también se da de una manera distinta. 

Las emulsiones, a diferencia de los recubrimientos base solvente, no son soluciones sino suspensiones de partículas relativamente pegajosas de un material resinoso en agua. El secado de una emulsión tiene como resultado que las partículas suspendidas se adhieran fuertemente entre sí, debido a la creciente disminución de las distancias entre ellas. La pérdida de agua puede suceder ya sea por su evaporación a la atmósfera y/o por la absorción de un sustrato poroso. La contracción de la película involucrada en esta etapa genera la coalescencia alrededor de las partículas de la carga, lo cual conduce a una disposición más o menos densamente empaquetada. La compactación del pigmento para alcanzar un alto valor de la CPVC es lograda principalmente por deformación plástica de las partículas del polímero.

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.