Resumen:
1. Agente humectante y dispersante
2. Antiespumante
3. Espesante
4. Aditivos formadores de película
5. Agente anticorrosivo, antimoho y antialgas.
6. Otros aditivos
1. Agente humectante y dispersante:
Los recubrimientos a base de agua utilizan agua como disolvente o medio de dispersión, y dado que el agua posee una elevada constante dieléctrica, su estabilización se debe principalmente a la repulsión electrostática que se produce cuando se superpone la doble capa eléctrica. Además, en estos sistemas suelen encontrarse polímeros y tensioactivos no iónicos, que se adsorben en la superficie del pigmento, generando impedimento estérico y estabilizando la dispersión. Por consiguiente, las pinturas y emulsiones a base de agua logran resultados estables gracias a la acción conjunta de la repulsión electrostática y el impedimento estérico. Su desventaja radica en su baja resistencia a los electrolitos, especialmente a los de alto coste.
1.1 Agente humectante
Los agentes humectantes para recubrimientos a base de agua se dividen en aniónicos y no iónicos.
La combinación de agente humectante y agente dispersante permite obtener resultados óptimos. La cantidad de agente humectante suele ser de unas pocas partes por mil. Su efecto negativo es la formación de espuma y la reducción de la resistencia al agua de la película de recubrimiento.
Una de las tendencias en el desarrollo de agentes humectantes es la sustitución gradual de los agentes humectantes de éter fenólico de alquil(benceno) polioximetileno (APEO o APE), debido a que estos últimos provocan una disminución de las hormonas masculinas en ratas e interfieren con el sistema endocrino. Los éteres fenólicos de alquil(benceno) polioximetileno se utilizan ampliamente como emulsionantes durante la polimerización en emulsión.
Los surfactantes de doble celda también representan un desarrollo reciente. Se trata de dos moléculas anfifílicas unidas por un espaciador. La característica más destacada de los surfactantes de doble celda es que su concentración micelar crítica (CMC) es más de un orden de magnitud menor que la de sus surfactantes de celda simple, lo que se traduce en una alta eficacia. Un ejemplo es TEGO Twin 4000, un surfactante de siloxano de doble celda con propiedades antiespumantes y de formación de espuma inestable.
Air Products ha desarrollado los surfactantes Gemini. Los surfactantes tradicionales tienen una cola hidrofóbica y una cabeza hidrofílica, pero este nuevo surfactante tiene dos grupos hidrofílicos y dos o tres grupos hidrofóbicos, lo que lo convierte en un surfactante multifuncional, conocido como acetilenglicol, como por ejemplo EnviroGem AD01.
1.2 Dispersante
Los dispersantes para pintura de látex se dividen en cuatro categorías: dispersantes de fosfato, dispersantes de homopolímeros de poliácido, dispersantes de copolímeros de poliácido y otros dispersantes.
Los dispersantes de fosfato más utilizados son los polifosfatos, como el hexametafosfato de sodio, el polifosfato de sodio (Calgon N, producto de BK Giulini Chemical Company en Alemania), el tripolifosfato de potasio (KTPP) y el pirofosfato tetrapotásico (TKPP). Su mecanismo de acción consiste en estabilizar la repulsión electrostática mediante enlaces de hidrógeno y adsorción química. Su ventaja radica en su baja dosificación, aproximadamente un 0,1%, y su buen efecto de dispersión sobre pigmentos y cargas inorgánicas. Sin embargo, también presentan inconvenientes: por un lado, al aumentar el pH y la temperatura, el polifosfato se hidroliza fácilmente, lo que provoca una mala estabilidad durante el almacenamiento a largo plazo; por otro lado, la disolución incompleta en el medio afecta al brillo de la pintura látex brillante.
Los dispersantes de ésteres de fosfato son mezclas de monoésteres, diésteres, alcoholes residuales y ácido fosfórico.
Los dispersantes de éster de fosfato estabilizan las dispersiones de pigmentos, incluidos los pigmentos reactivos como el óxido de zinc. En las formulaciones de pintura brillante, mejoran el brillo y la facilidad de limpieza. A diferencia de otros aditivos humectantes y dispersantes, la adición de dispersantes de éster de fosfato no afecta la viscosidad KU ni ICI del recubrimiento.
Dispersantes de homopolímeros de poliácido, como Tamol 1254 y Tamol 850 (Tamol 850 es un homopolímero de ácido metacrílico). Dispersantes de copolímeros de poliácido, como Orotan 731A (un copolímero de diisobutileno y ácido maleico). Las características de estos dos tipos de dispersantes son que producen una fuerte adsorción o anclaje en la superficie de pigmentos y cargas, tienen cadenas moleculares más largas que forman impedimento estérico y tienen solubilidad en agua en los extremos de la cadena; algunos se complementan con repulsión electrostática para lograr resultados estables. Para que el dispersante tenga una buena dispersibilidad, el peso molecular debe controlarse estrictamente. Si el peso molecular es demasiado pequeño, habrá un impedimento estérico insuficiente; si es demasiado grande, se producirá floculación. Para los dispersantes de poliacrilato, el mejor efecto de dispersión se puede lograr con un grado de polimerización de 12-18.
Otros tipos de dispersantes, como el AMP-95, tienen el nombre químico de 2-amino-2-metil-1-propanol. El grupo amino se adsorbe en la superficie de las partículas inorgánicas, y el grupo hidroxilo se extiende hacia el agua, ejerciendo una función estabilizadora mediante impedimento estérico. Debido a su pequeño tamaño, el impedimento estérico es limitado. El AMP-95 actúa principalmente como regulador de pH.
En los últimos años, la investigación sobre dispersantes ha superado el problema de la floculación causada por los de alto peso molecular, y el desarrollo de estos últimos es una de las tendencias actuales. Por ejemplo, el dispersante de alto peso molecular EFKA-4580, producido mediante polimerización en emulsión, está especialmente desarrollado para recubrimientos industriales a base de agua, es adecuado para la dispersión de pigmentos orgánicos e inorgánicos y presenta una buena resistencia al agua.
Los grupos amino presentan una buena afinidad por muchos pigmentos mediante enlaces ácido-base o de hidrógeno. Se ha prestado especial atención al dispersante de copolímero de bloque con ácido aminoacrílico como grupo de anclaje.
Dispersante con metacrilato de dimetilaminoetilo como grupo de anclaje
El aditivo humectante y dispersante Tego Dispers 655 se utiliza en pinturas automotrices a base de agua no solo para orientar los pigmentos, sino también para evitar que el polvo de aluminio reaccione con el agua.
Debido a la preocupación por el medio ambiente, se han desarrollado agentes humectantes y dispersantes biodegradables, como los agentes humectantes y dispersantes de doble celda de la serie EnviroGem AE, que son agentes humectantes y dispersantes de baja formación de espuma.
2 antiespumantes:
Existen muchos tipos de antiespumantes tradicionales para pinturas a base de agua, que generalmente se dividen en tres categorías: antiespumantes de aceite mineral, antiespumantes de polisiloxano y otros antiespumantes.
Los antiespumantes a base de aceite mineral se utilizan habitualmente, principalmente en pinturas de látex mates y semibrillantes.
Los antiespumantes de polisiloxano tienen baja tensión superficial, fuertes propiedades antiespumantes y no afectan al brillo, pero si se utilizan incorrectamente, pueden causar defectos como la contracción de la película de recubrimiento y una mala capacidad de repintado.
Los antiespumantes tradicionales para pinturas a base de agua son incompatibles con la fase acuosa para lograr el objetivo de eliminar la espuma, por lo que es fácil que produzcan defectos superficiales en la película de recubrimiento.
En los últimos años se han desarrollado antiespumantes a nivel molecular.
Este agente antiespumante es un polímero formado por el injerto directo de sustancias activas antiespumantes sobre la sustancia portadora. La cadena molecular del polímero posee un grupo hidroxilo humectante, la sustancia activa antiespumante se distribuye alrededor de la molécula, no tiende a agregarse y presenta una buena compatibilidad con el sistema de recubrimiento. Entre estos antiespumantes a nivel molecular se incluyen aceites minerales (serie FoamStar A10), compuestos de silicona (serie FoamStar A30) y polímeros sin silicona ni aceite (serie FoamStar MF).
También se informa que este antiespumante a nivel molecular utiliza polímeros estrella superinjertados como tensioactivos incompatibles y ha logrado buenos resultados en aplicaciones de recubrimientos a base de agua. El antiespumante de grado molecular de Air Products, descrito por Stout et al., es un agente de control de espuma y antiespumante a base de acetilenoglicol con propiedades humectantes, como Surfynol MD 20 y Surfynol DF 37.
Además, para satisfacer las necesidades de producción de recubrimientos con cero VOC, también existen antiespumantes sin VOC, como Agitan 315, Agitan E 255, etc.
3 espesantes:
Existen muchos tipos de espesantes; actualmente, los más utilizados son los espesantes de éter de celulosa y sus derivados, los espesantes asociativos hinchables con álcalis (HASE) y los espesantes de poliuretano (HEUR).
3.1. Éter de celulosa y sus derivados
La hidroxietilcelulosa (HEC) fue producida industrialmente por primera vez por Union Carbide Company en 1932 y cuenta con una trayectoria de más de 70 años. Actualmente, los espesantes de éter de celulosa y sus derivados incluyen principalmente hidroxietilcelulosa (HEC), metilhidroxietilcelulosa (MHEC), etilhidroxietilcelulosa (EHEC), metilhidroxipropilcelulosa (MHPC), metilcelulosa (MC) y goma xantana, entre otros. Estos son espesantes no iónicos y pertenecen a la categoría de espesantes de fase acuosa no asociados. De ellos, la HEC es la más utilizada en pinturas de látex.
La celulosa modificada hidrofóbicamente (HMHEC) introduce una pequeña cantidad de grupos alquilo hidrofóbicos de cadena larga en la cadena principal hidrofílica de la celulosa para convertirse en un espesante asociativo, como Natrosol Plus Grado 330, 331, Cellosize SG-100 y Bermocoll EHM-100. Su efecto espesante es comparable al de los espesantes de éter de celulosa con un peso molecular mucho mayor. Mejora la viscosidad y la nivelación del ICI y reduce la tensión superficial; por ejemplo, la tensión superficial de la HEC es de aproximadamente 67 mN/m, y la de la HMHEC es de 55-65 mN/m.
3.2 Espesante hinchable con álcalis
Los espesantes hinchables con álcalis se dividen en dos categorías: espesantes hinchables con álcalis no asociativos (ASE) y espesantes hinchables con álcalis asociativos (HASE), que son espesantes aniónicos. Los ASE no asociativos son emulsiones de poliacrilato hinchables con álcalis. Los HASE asociativos son emulsiones de poliacrilato hinchables con álcalis modificadas hidrofóbicamente.
3.3. Espesante de poliuretano y espesante no de poliuretano modificado hidrofóbicamente
El espesante de poliuretano, denominado HEUR, es un polímero soluble en agua de poliuretano etoxilado modificado con grupos hidrofóbicos, perteneciente a la categoría de espesantes asociativos no iónicos. El HEUR se compone de tres partes: un grupo hidrofóbico, una cadena hidrofílica y un grupo poliuretano. El grupo hidrofóbico desempeña una función asociativa y es el factor determinante del espesamiento; suele ser oleilo, octadecilo, dodecilfenilo, nonilfenol, etc. La cadena hidrofílica proporciona estabilidad química y de viscosidad; comúnmente se utilizan poliéteres, como el polioxietileno y sus derivados. La cadena molecular del HEUR se extiende mediante grupos poliuretano, como IPDI, TDI y HMDI. La característica estructural de los espesantes asociativos es que terminan en grupos hidrofóbicos. Sin embargo, el grado de sustitución de grupos hidrofóbicos en ambos extremos de algunos HEUR disponibles comercialmente es inferior a 0,9, y el mejor valor es de tan solo 1,7. Las condiciones de reacción deben controlarse rigurosamente para obtener un espesante de poliuretano con una distribución estrecha de peso molecular y un rendimiento estable. La mayoría de los espesantes de poliuretano de alta entropía (HEUR) se sintetizan mediante polimerización por etapas, por lo que los HEUR disponibles comercialmente suelen ser mezclas de pesos moleculares amplios.
Richey et al. utilizaron un espesante de asociación de pireno con trazador fluorescente (PAT, peso molecular promedio numérico 30000, peso molecular promedio ponderado 60000) para encontrar que a una concentración de 0,02% (en peso), el grado de agregación de micelas de Acrysol RM-825 y PAT era de aproximadamente 6. La energía de asociación entre el espesante y la superficie de las partículas de látex es de aproximadamente 25 KJ/mol; el área ocupada por cada molécula de espesante PAT en la superficie de las partículas de látex es de aproximadamente 13 nm2, que es aproximadamente el área ocupada por el agente humectante Triton X-405 14 veces que 0,9 nm2. Espesante de poliuretano asociativo como RM-2020NPR, DSX 1550, etc.
El desarrollo de espesantes de poliuretano asociativos respetuosos con el medio ambiente ha recibido gran atención. Por ejemplo, BYK-425 es un espesante de poliuretano modificado con urea libre de COV y APEO. Rheolate 210, Borchi Gel 0434, Tego ViscoPlus 3010, 3030 y 3060 son espesantes de poliuretano asociativos libres de COV y APEO.
Además de los espesantes de poliuretano asociativos lineales descritos anteriormente, también existen espesantes de poliuretano asociativos tipo peine. El llamado espesante de poliuretano asociativo tipo peine se caracteriza por tener un grupo hidrofóbico colgante en el centro de cada molécula de espesante. Algunos ejemplos de estos espesantes son el SCT-200 y el SCT-275, entre otros.
El espesante aminoplast hidrofóbicamente modificado (espesante aminoplast hidrofóbicamente modificado etoxilado—HEAT) transforma la resina amino especial en cuatro grupos hidrofóbicos bloqueados, pero la reactividad de estos cuatro sitios de reacción es diferente. En la adición normal de grupos hidrofóbicos, solo hay dos grupos hidrofóbicos bloqueados, por lo que el espesante amino modificado hidrofóbico sintético no difiere mucho de HEUR, como Optiflo H 500. Si se añaden más grupos hidrofóbicos, como hasta un 8%, las condiciones de reacción se pueden ajustar para producir espesantes amino con múltiples grupos hidrofóbicos bloqueados. Por supuesto, este también es un espesante de peine. Este espesante amino modificado hidrofóbico puede evitar que la viscosidad de la pintura disminuya debido a la adición de una gran cantidad de tensioactivos y disolventes de glicol cuando se agrega el ajuste de color. La razón es que los grupos hidrofóbicos fuertes pueden evitar la desorción, y múltiples grupos hidrofóbicos tienen una fuerte asociación. Tales espesantes como Optiflo TVS.
Espesante de poliéter modificado hidrofóbico (HMPE) El rendimiento del espesante de poliéter modificado hidrofóbicamente es similar al del HEUR, y los productos incluyen Aquaflow NLS200, NLS210 y NHS300 de Hercules.
Su mecanismo de espesamiento se debe tanto a la formación de enlaces de hidrógeno como a la asociación de grupos terminales. En comparación con los espesantes comunes, presenta mejores propiedades anti-sedimentación y anti-desgaste. Según la polaridad de los grupos terminales, los espesantes de poliurea modificados se clasifican en tres tipos: de baja polaridad, de polaridad media y de alta polaridad. Los dos primeros se utilizan para espesar recubrimientos con base de solvente, mientras que los de alta polaridad pueden emplearse tanto para recubrimientos con base de solvente de alta polaridad como para recubrimientos con base de agua. Los productos comerciales de espesantes de poliurea de baja, media y alta polaridad son BYK-411, BYK-410 y BYK-420, respectivamente.
La suspensión de cera de poliamida modificada es un aditivo reológico sintetizado mediante la introducción de grupos hidrófilos, como el PEG, en la cadena molecular de la cera de amida. Actualmente, se importan algunas marcas y se utilizan principalmente para ajustar la tixotropía del sistema y mejorar su resistencia a la tixotropía y al descuelgue.
Fecha de publicación: 22 de noviembre de 2022