Agentes coalescentes en recubrimientos
Agentes coalescentes en recubrimientos
(Extractos de Johan Bieleman @ Special Chem Publications)
En las pinturas de dispersión se utilizan agentes coalescentes o formadores de película. Optimizan el proceso de formación de película de las partículas de aglutinante polimérico.
La forma en que los agentes coalescentes optimizan la coherencia de la película es un aspecto importante que le ayudará a realizar la selección correcta. Por lo tanto, lo cubrimos con información detallada sobre:
Seleccione el agente coalescente ideal para sus formulaciones de recubrimiento.
La forma en que los agentes coalescentes optimizan la coherencia de la película es un aspecto importante que le ayudará a realizar la selección correcta. Por lo tanto, lo cubrimos con información detallada sobre:
- El proceso de coalescencia y su influencia en la formación de películas.
- Los tipos de coalescentes según su distribución en los sistemas de dispersión de polímeros.
- sus propiedades únicas que se manifiestan en la película de recubrimiento final
Seleccione el agente coalescente ideal para sus formulaciones de recubrimiento.
¿Cómo se produce la formación de una película de recubrimiento?
Las dispersiones poliméricas están formadas por partículas finamente distribuidas en agua. Se utilizan como aglutinantes en pinturas en dispersión. Las capas de tensioactivo y/o coloide, presentes en la superficie de las partículas, actúan como estabilizadores. Previenen la coagulación y proporcionan estabilidad en la etapa dispersa. Las partículas tienen diámetros de aproximadamente 30 a 500 nm, o incluso mayores en el caso de dispersiones opacas.El proceso de formación de películas en dispersiones poliméricas se divide en 3 pasos:
- Concentración
- Compactación
- Fusión
Este proceso implica la evaporación del disolvente y la formación de una película polimérica continua por medios puramente físicos. Se realiza después de la aplicación de pinturas.
Esquema de formación de películas en un sistema de dispersión polimérica.
Después de la aplicación de la dispersión polimérica o de la pintura de dispersión que contiene la dispersión polimérica, se produce una reducción de volumen como resultado de:
- evaporación de agua y disolvente
- absorción por sustratos apropiados
La disminución de volumen obliga a las partículas a acercarse. Finalmente se superan las fuerzas repulsivas debidas a los estabilizadores adsorbidos y se produce un contacto directo entre las partículas. El contenido total de sólidos de la película en esta etapa suele ser de alrededor del 70 al 80%. Una vez que el sistema estabilizador ha colapsado, la formación de película es irreversible.
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Las fuerzas capilares permiten la coalescencia total.
A continuación, las partículas se ven obligadas a deformarse, principalmente mediante fuerzas capilares, hasta que finalmente se forma una película homogénea y coherente. El contenido total de sólidos en esta etapa suele ser de alrededor del 90 % y aumenta lentamente, acercándose al 100 %. Sin embargo, para lograr una coalescencia total, se deben superar las fuerzas resistentes a la deformación. Estas fuerzas están asociadas con la dureza del polímero ( temperatura de transición vítrea ). Las partículas duras no pueden participar en la coalescencia.
Para cualquier dispersión polimérica, existe una temperatura límite típica. Por encima de esta temperatura, las partículas son blandas. Esto permite que las fuerzas capilares superen la resistencia a la deformación y permitan la coalescencia total. Esta temperatura se denomina Temperatura mínima de formación de película (MFFT) . MFFT y puede determinarse mediante la barra MFFT (placa de gradiente de temperatura).
Papel de los agentes coalescentes y tipos principales.
Agentes coalescentes Juegan un papel importante en la optimización de la formación de la película para garantizar un acabado superficial uniforme y liso. Por lo general, demuestran uno o más de los siguientes efectos:- Disminución de la Tg del polímero.
- Reducción de la superficie de las partículas de polímero.
- Aumento de las fuerzas capilares por evaporación controlada del agua.
- Reducción de fuerzas repulsivas entre partículas de polímero.
Si una película de pintura en dispersión se seca por debajo del MFFT de su polímero, la película será relativamente frágil . Es poco probable que se forme una película coherente ya que no se producirá la coalescencia completa de la película.
El MFFT se puede reducir añadiendo un agente coalescente. Los agentes coalescentes funcionan como plastificantes temporales. para la partícula de polímero, reduciendo el MFFT. Los agentes coalescentes permiten la formación de películas poliméricas a la temperatura ambiente de aplicación de la película. También permiten la formación de películas para polímeros que demuestran un MFFT por encima de la temperatura ambiente.
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Tipos de agentes coalescentes
La selección de una amplia gama de agentes coalescentes se realiza en función de las características y beneficios específicos del producto. Los agentes coalescentes se clasifican según su distribución en el sistema de dispersión polimérica. Se consideran los siguientes grupos:
Agentes coalescentes hidrofóbicos
Una parte de esta categoría incluye disolventes de hidrocarburos . Estos agentes coalescentes tienden a concentrarse en la partícula polimérica dispersa. Generalmente, estos productos demuestran una baja eficiencia como agentes coalescentes. Producen una mala estabilidad en almacenamiento y una aumento de la viscosidad de la pintura . Esto sucede debido a partículas hinchadas y floculadas.
Los representantes de este grupo son difíciles de incorporar adecuadamente en una formulación de pintura. Pueden provocar floculación, reduciendo:
- brillo,
- transparencia de la película y
- opacidad
Contribuyen al nivel de COV de la formulación de la pintura. Aunque estos productos ablandan el polímero, son menos eficaces para influir en la formación de la película. Una gran ventaja de este grupo de agentes coalescentes es su bajo precio.
Agentes coalescentes hidrófilos/solubles en agua
Los coalescentes hidrófilos incluyen glicoles o éteres de glicol solubles en agua. Por ejemplo, éter butílico de propilenglicol (PB) y éter butílico de dipropilenglicol (DPB). Los beneficios y limitaciones de estos agentes son los siguientes:
| Beneficios | Limitaciones |
| Volatilidad media a baja | Riesgo de pérdida de material debido a la difusión en el sustrato poroso. |
| Disuelve parcialmente el polímero después de la evaporación del agua. | Tendencia a contribuir a bloquear o afectar la resistencia temprana al agua. |
| Buen desempeño en el aumento del tiempo abierto | Generalmente pobre en eficiencia de reducción MFFT |
| Controla la evaporación del agua y la estabilidad de congelación y descongelación. | Contribuyendo al COV |
Agentes coalescentes parcialmente solubles en agua.
Los agentes coalescentes parcialmente solubles en agua tienen la mayor eficiencia. Muestran las propiedades más favorables como agente coalescente. Este grupo de agentes coalescentes se concentra en la región límite de la partícula polimérica.
La solubilidad en agua de los principales representantes es baja, en el rango del 0,5 al 5%. Su equilibrio hidrófobo/hidrófilo les permite concentrarse en el área superficial de la partícula polimérica en la etapa dispersa. Durante la etapa de concentración del proceso de formación de película, el polímero está completamente rodeado por el agente coalescente.
Su alta eficiencia se explica por la baja tasa de evaporación de estos productos. La dosis óptima depende de las características de formulación y aplicación, como:
- la Tg del polímero y
- las condiciones de temperatura de aplicación de la formulación de pintura final.
La dosis aplicada debe optimizarse para minimizar el riesgo de efectos secundarios como el bloqueo. Algunos de los ejemplos incluyen monoisobutirato de 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol; " Texanol® " (TPiB) y monoésteres de propilenglicol de ácidos alifáticos C6/C10.
Reducción de MFFT en función de la concentración del agente coalescente
¿Cuáles son las propiedades de los agentes coalescentes?
Facilidad de adición
Los agentes coalescentes se agregan durante la etapa de bajada de la fabricación de pintura. Esto tiene lugar tras la adición de un aglutinante de dispersión polimérica. La adición debe realizarse lentamente, aplicando condiciones de mezclado eficientes. Esto evita la coagulación del aglutinante polimérico. El riesgo de coagulación en el sistema líquido es mayor cuando se utilizan agentes coalescentes insolubles en agua. Eficiencia
La eficiencia de la fusión se determina comprobando su capacidad de reducir MFFT. Este método funciona partiendo de la dispersión de polímero (ligeramente diluida) utilizando una escala de dosis de agente coalescente. Luego aplica la dispersión de polímero como una película sobre una placa con gradiente de temperatura (por ejemplo, variación de 0 °C a 40 °C).Después del secado, se evalúa visualmente el aspecto de la película. El MFFT llega a un punto en el que la película seca es totalmente transparente. La película debajo del MFFT permanece de color blanco lechoso y turbia.
Otros métodos de prueba están relacionados con el sistema de pintura e incluyen verificar el efecto sobre las propiedades de la película de pintura, como:
- propiedades mecánicas
- impermeabilidad de la película
- agrietamiento
- resistencia a la corrosión
- apariencia de la película ( brillo )
El principal indicador para determinar la eficiencia del agente coalescente es la determinación del efecto sobre la resistencia al frote húmedo. Esto es válido para la aplicación en pinturas con alto contenido de PVC (PVC >60).
La siguiente tabla analiza algunas otras propiedades de los agentes coalescentes:
| Descripción de propiedad |
 Tasa de evaporaciónUna característica general de los agentes coalescentes es que la tasa de evaporación es más lenta que la del agua y lo suficientemente alta como para asegurar formación de película adecuada bajo una amplia gama de condiciones de temperatura y humedad. Sin embargo, debe ser lo suficientemente rápido como para dejar la película de pintura después de la aplicación y no causar suavidad en la película. |
 COVPor razones legislativas, es preferible que un agente coalescente no tenga ningún efecto sobre el COV de la pintura. Desafortunadamente, no existe una uniformidad global en la definición de COV ni un método uniforme para determinar los COV. Sin embargo, la definición principal está relacionada con el punto de ebullición, siendo el umbral para COV >250 °C. En la norma ISO 11890-1:2007 se describe un método para determinar los COV. |
 OlorEl efecto sobre el olor de la formulación de pintura debe ser mínimo, especialmente en el caso de aplicaciones de pinturas de interior. Productos como TPiB y los principales alcoholes minerales demuestran un olor fuerte y característico, mientras que los principales éteres de glicol son inodoros. |
 ColorPreferiblemente, el agente coalescente debería ser incoloro para evitar la decoloración. La dosis en sistemas de dispersión de polímeros basados en alta Tg puede llegar hasta el 3% en el sistema final. |
 Solubilidad del aguaSe prefiere una baja solubilidad en agua a una buena solubilidad. La baja solubilidad favorece que el agente coalescente se concentre en la partícula de polímero. Además, se reduce el riesgo de perder el agente coalescente, penetrar en sustratos porosos o afectar la resistencia temprana al agua de la película de pintura. |
 Estabilidad hidrolíticaLa principal aplicación de los agentes coalescentes es en pinturas en dispersión para mostrar un pH débilmente alcalino. Los agentes coalescentes a base de éster pueden hidrolizarse y perder eficiencia durante el almacenamiento. Es deseable un alto grado de resistencia a la hidrólisis. |
 Retoque a temperatura fríaLa prueba de retoque a temperatura fría se realiza para determinar el efecto de un agente coalescente en el proceso de formación de película a bajas temperaturas. Una coalescencia inadecuada da como resultado propiedades mecánicas, restregado y rendimiento de retoque deficientes (claras diferencias de color entre la parte tocada de la capa de pintura y la parte no corregida). Esta prueba normalmente se realiza a 5 °C. La imagen de prueba de la izquierda muestra la región superior con mala coalescencia y la región inferior con buena coalescencia. |