Nuevos aditivos de superficie BYK

Nuevos aditivos de superficie BYK

Jueves, 15 Mayo, 2014

Introducción. Cráteres, deslizamiento, nivelación, extensión, células de Bénard… todos son fenómenos superficiales relacionados, en mayor o menor grado, con la tensión superficial de la interfase aire-pintura. Los aditivos que trabajan en esta interfase están basados en la química de las siliconas (polidimetilsiloxanos modificados) y los acrilatos.

Las siliconas utilizadas para reducir la tensión superficial tienen la estructura general que se representa en la Fig. 1. Estas siliconas son más “activas” (mayor reducción de la tensión superficial) cuanto menor sea la longitud del grupo alquil y modificaciones orgánicas con las que se pueden ajustar distintas propiedades (resistencia a la temperatura, polaridad, reactividad, etc…). Cabe recordar que el uso de siliconas muy activas puede conllevar a la aparición de espuma o empeorar la nivelación del sistema.

Fig. 1: Estructura genérica de los aditivos de silicona

Por otro lado, los aditivos acrílicos reducen ligeramente la tensión superficial. Su función principal es la nivelación. Su manera de actuar es en superficie – desplaza la resina – y reduce la viscosidad superficial gracias a su menor peso molecular. Una mayor fluidez en superficie favorece la nivelación del film. Para que el aditivo esté en superficie es necesario que sea ligeramente incompatible. Ver Fig. nº2.

Fig. 2: Nivelación – Aditivos acrílicos

En fórmulas de pinturas es frecuente encontrar combinaciones de aditivos de silicona y acrílicos. Incluso más de un aditivo de silicona (uno poco activos y poca dosificación de uno muy activo) con el acrílico. Al final, el formulador tiene que buscar un equilibrio puesto que hay fenómenos superficiales que tienen solución contradictoria. Por ejemplo: si mejoramos mucho el poder anticráter con una silicona muy activa empeoraremos la nivelación. Habrá que llegar a un compromiso.

Nuevos aditivos basados en macrómeros

Un macrómero (macro-monómero) es un prepolímero de funcionalidad 1 o superior que se hace reaccionar con el esqueleto de la cadena principal (normalmente acrílico y mediante poliadición) quedando un polímero de estructura tipo peine (ver Fig. nº3). BYK-Chemie ha desarrollado tres aditivos comerciales basados en esta química: BYK-Silclean 3700, Byk-3550 y Byk-3560. Puesto que Byk-Silclean 3700 ya ha sido explicado con detalle en otras ocasiones, nos centraremos en Byk-3550 y Byk-3560.

Fig. 3: Estructura de los macrómeros

Byk-3550: es un aditivo para sistemas al disolvente que mediante una estructura basada en macrómeros permite combinar, en un solo aditivo, la química de las siliconas y los aditivos acrílicos. El macrómero es un polidimetilsiloxano modificado y el esqueleto principal acrílico. Además de esta primera ventaja, el aditivo actúa de forma particular en sistemas polares. Por un lado, reduce la tensión superficial de la pintura líquida facilitando la humectación sobre el soporte de ésta. Por otro, a medida que el film va secando (curado), el aditivo aumenta su compatibilidad con en el sistema de manera que éste deja de situarse en la interfase aire-pintura quedando en el interior del film. Esta propiedad lo hace muy interesante en aquellos sistemas donde el repintado es imprescindible. Por último, no hay que olvidar que el esqueleto es acrílico y, por lo tanto, tiene buenas propiedades nivelantes.

Fig. 4: Forma de actuar de Byk-3550

Byk-3560: se trata de un aditivo muy innovador en el sector puesto que consigue aumentar la energía interfacial aire-pintura del film seco. El aditivo trabaja muy bien en sistemas acuosos, en sistemas al disolvente, se debe tener en cuenta que éste debe ser ligeramente incompatible con la resina utilizada. En este caso el macrómero es de poliéter y aporta polaridad al sistema, de nuevo, el esqueleto continúa siendo acrílico mejorando la nivelación. Es importante tener en cuenta que el aditivo no humectará el soporte – puesto que no reduce la tensión superficial – y será necesario combinarlo con un aditivo para este fin.

Fig. nº 5: Efecto del aditivo en un sistema en el que es totalmente compatible (Sistema A) y otro (Sistema B) donde la compatibilidad es moderada.

Si se mide la tensión superficial mediante ángulo de contacto de una pintura aplicada que contiene el aditivo se observa como la parte polar de ésta es muy superior a la dispersa. En la Fig. nº 5 se muestran dos aplicaciones de pintura que contienen el aditivo en un 1%. Se deja caer una gota de agua y se mide el ángulo de contacto. En el sistema A, el aditivo es demasiado compatible y no tiene efecto. En el sistema B, el aditivo tiene cierta incompatibilidad, está en superficie, y la polaridad de sus cadenas de poliéter permite que la gota de agua aplicada encima consiga un ángulo de contacto de 0º. El aditivo es muy adecuado para aquellas aplicaciones que se desee una tensión superficial elevada del film aplicado (ver ejemplo de una base bicapa acuosa de la Fig. nº6).

Fig. nº 6: Mejora de la humectación y extensión de una base bicapa roja sobre una imprimación blanca que contine Byk-3560 y Byk-349.

Conclusiones

Los defectos procedentes de ciertos fenómenos superficiales han sido solucionados tradicionalmente mediante las químicas clásicas de los aditivos de silicona y acrílicos. BYK-Chemie ha innovado en la síntesis de aditivos superficiales mediante el uso de macrómeros. Como se ha visto, Byk-3550 y Byk-3560 son los primeros aditivos de esta familia teniendo ambos propiedades muy específicas y únicas que no eran posibles conseguir con las químicas tradicionales. El campo de los macrómeros abre las puertas no sólo a incrementar esta familia de aditivos superficiales sino a que éstos sean utilizados en otros productos como los aditivos humectantes y dispersantes o los antiespumantes.

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