CONSIDERACIONES SOBRE LOS HUMECTANTES PARA PINTURAS ACUOSAS

Por:

JORDI CALVO CARBONELL (Ingeniero Químico U.P.C. Jubilado)

En las pinturas en base acuosa, sean estas en solución o dispersión, deben utilizarse agentes de humectación y dispersión adecuados con el fin de obtener el máximo rendimiento de los pigmentos así como una reducción del consumo energético durante el proceso de dispersión. Los agentes dispersantes, en general sales de ácidos carboxílicos, actúan por repulsión electrostática entre las partículas de pigmento. Los agentes humectantes ejercen su efecto en dos sentidos, uno por impedimento estérico, otro mediante la reducción de la tensión superficial del conjunto de la fase líquida de la pasta de dispersión. De forma generalizada en la industria de pinturas se están utilizando de forma sinérgica los dispersantes y los humectantes, los primeros facilitan la estabilidad de la pasta dispersada mientras que los segundos aportan una serie de ventajas que se enumeran a continuación:

1. Facilidad de introducción del medio de dispersión en los aglomerados de pigmento y carga.

2. La introducción del medio de dispersión en los aglomerados conlleva una dispersión más rápida (menor tamaño de partícula, mayor rendimiento de los pigmentos opacos y menor consumo energético). Facilita la mezcla con pastas colorantes sean estas normales o para sistemas tintométricos para pinturas acuosas o universales (tipo industrial).

3. Mejora la estabilidad en el envase debido a que la humectación del sistema pigmentario se produce prácticamente de forma total durante el proceso de fabricación, esto evita posteriores aumentos de viscosidad, formación de grumos no recuperables etc.

Desde hace muchos años se están utilizando los alquilfenoles oxietilenados como agentes humectantes con resultados excelentes; sin embargo este tipo de producto está siendo objeto de restricciones cada vez más severas por las directivas comunitarias. La alternativa natural son los alcoholes grasos oxietilenados que ya se están utilizando en pinturas y en muchos otros campos de aplicación. La búsqueda de alternativas a los alquilfenoles oxietilenados se ha hecho en muchos casos atendiendo solo al balance Hidrófilo/Lipófilo (HLB) y en la mayoría se han obtenido alternativas con una relativa efectividad.

Sin embargo deben tenerse en cuenta otros parámetros:

• Estabilidad a bajas temperaturas. • Facilidad de utilización y dosificación. • Formación de espuma. • Admisión de color. • Interacciones con otros componentes de la pintura.

Veamos que factores afectan a estas variables: Estabilidad a bajas temperaturas y facilidad de uti lización y dosificación. Como es sabido la mayoría de humectantes no iónicos utilizados en la fabricación de pinturas tienden a solidificarse a temperaturas por debajo de los 5-10 ºC. Primeramente se produce turbidez debida a la solidificación de las moléculas más oxietilenadas, después se produce una sedimentación de estás y finalmente la solidificación total o parcial, en dos fases. La separación de fases conlleva la necesidad de homogeneización del producto para mantener las características que le son propias, de lo contrario la fase superior, generalmente más fluida, es mucho más lipófila (HLB más bajo) y la fase sedimentada más hidrófila (HLB más alto). Si no se efectúa una homogeneización del producto se presentarán problemas ya que ninguna de las dos fases tiene las características adecuadas. Existe entre los humectantes no iónicos (alquilfenoles y alcoholes grasos oxietilenados) un sinfín de productos que tienen un HLB determinado, de idéntico valor. Las variaciones de temperatura de enturbiamiento las determinan tanto la longitud de la cadena lipófila o grasa como por el grado de oxietilenación. En cuanto a la cadena lipófila especialmente en los alcoholes grasos no suele ser homogénea, no se trata de un producto químicamente puro. Tomemos por ejemplo el alcohol decílico C10, realmente es una mezcla de C9, C10 y C11 en la cual las proporciones de C9 y C11 pueden ser del orden del 35%, La utilización de C10 en estado puro conllevaría un aumento de costes realmente espectacular. Este problema no se produce o se reduce drásticamente en los alquilfenoles y en productos de otra naturaleza. La oxietilenación es el segundo tema que afecta a la formación de fases a temperaturas bajas. Cuando se efectúa un proceso de oxietilenación o oxipropilenación y se dice que un producto determinado tiene 12 moles de oxido de etileno se está dando un valor medio ya que el grado de oxietilenación por molécula no es uniforme, hay moléculas con más y con menos de 12 moles, en realidad se tiene una “campana de Gauss”, la cual debe ser lo más estrecha posible para evitar la presencia de moléculas altamente oxietilenadas ya que estas son las que solidifican con mayor rapidez. Cuanto menor y más homogéneo sea el peso molecular del humectante mejor será su estabilidad a bajas temperaturas y facilitará su utilización.

Formación de espuma. La formación de espuma es inherente a todos los agentes humectantes (se trata de productos tensoactivos) y la capacidad de formación depende de la longitud de la cadena grasa (lipófila) y del grado de oxietilenación. Este punto debe ser tenido en cuenta debido a diversas razones tanto de carácter práctico p.e. la variación de la densidad de la pintura con el tiempo, la emigración de la espuma conlleva una disminución del volumen envasado y también en las características finales del producto. La formación de microespuma produce dos efectos adversos en la pintura acabada. En las pinturas brillantes o satinadas la presencia de microburbujas se hace evidente en una perdida de brillo y un acabado deficiente. La espuma ocluida disminuye la capacidad de absorción de los colorantes en los sistemas tintométricos. Admisión de pastas colorantes (Sistemas tintométric os) La característica más importante que un humectante debe aportar a una pintura en dispersión es facilitar la admisión de color en un sistema tintométrico. Los humectantes no-iónicos están afectados por la temperatura tanto en estado comercial como diluidos en agua o sea que en función de la temperatura de la pintura el humectante puede solidificarse y perder las características para las que ha sido diseñado. Tomemos como ejemplo un alcohol graso, el alcohol Oleo-cetílico con 22 moles de oxido de etileno. Este producto al 100% es sólido, Si se prepara una pintura de emulsión con este humectante los resultados que se obtienen son correctos (Si el laboratorio está a 25 ºC), sin embargo cuando la pintura se enfría a temperaturas inferiores a los 20 ºC se empiezan a notar problemas en la incorporación de violetas y cuanto menor es la temperatura los problemas afectan a los azules de ftalocianina y a los óxidos de hierro, finalmente a temperaturas de 10 grados los ensayos de rub-out son catastróficos. Nos debemos remitir aquí a lo comentado en el apartado de estabilidad a bajas temperaturas, la elección del agente humectante debe efectuarse teniendo en cuenta aquellas premisas. Otros humectantes de naturaleza aniónica no presentan estos problemas ya que son totalmente solubles a bajas temperaturas. Interacciones con otros componentes de la pintura. Una pintura en emulsión tiene generalmente una composición compleja y a la vez equilibrada en cuanto a sus componentes con el objeto de obtener unas características concretas. Estas características se obtienen independientemente de la relación sistema pigmentario/ligante, en función de los aditivos que se utilizan ya que con estos se ajusta la TMFF, reología, viscosidad, textura, admisión de agua, estabilidad, resistencia bacteriológica, etc.

Agentes reológicos y espesantes: Se ha observado que la utilización de humectantes no-iónicos o aniónicos producen una diferencia en el proceso de dispersión de los pigmentos. Los dispersante no-iónicos producen una caída de viscosidad en la pasta pigmentaria que los de tipo aniónico no producen. Las pinturas acabadas almacenadas durante 15 días a 60 ºC presentan una buena estabilidad y la variación de viscosidad es del mismo orden en ambos casos. En pinturas acabadas se observa que las que contienen espesantes celulósicos no muestras diferencias de características en función del humectante utilizado, sin embargo las que contienen espesantes asociativos, especialmente en base a poliuretanos, producen viscosidades más bajas con los humectantes no-iónicos que con los de tipo aniónico. De lo anterior puede deducirse que la utilización de humectantes aniónicos en pinturas conteniendo espesantes asociativos precisan menor cantidad de estos para obtener unas características reológicas determinadas. Otros componentes: No se observan diferencias por interacción con otros aditivos como antiespumantes, coalescentes, bactericidas, alcalinizantes, etc. Agua de fabricación: La dureza del agua de fabricación, descalcificada, generalmente no supera los 2 º HF lo cual proporciona una buena estabilidad frente a los electrolitos. Los humectantes aniónicos muestran un cierto poder secuestrante. En pinturas basadas en emulsiones acrilo-estirénicas de TMFF aprox. 21ºC con agua de 10 y 30 º HF y se ha constatado que después de 30 días a 60ºC los humectantes aniónicos proporcionan mejor estabilidad y menor incremento de viscosidad, que las formuladas con no iónicos, todo ello sin afectar a la capacidad de absorción de color. Conclusiones: Una mezcla de humectantes aniónicos y no-iónicos da una excelente estabilidad a la pintura a la vez que proporciona una excelente capacidad de aceptación de color. En aguas relativamente duras el tensoactivo aniónico actúa como secuestrante lo que permite que el no-iónico tenga la máxima efectividad.

Febrero 2010