Foro técnico recubrimientos

Abril 2017

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Ligantes para formulación de recubrimientos Criterios de selección

Contenido

1. Conceptos generales .

2. Ligantes por química 2.1. Alquídicas 2.2. Poliéster 2.3. Poliuretanos 2.4. Epóxicas 2.5. Acrílicas

3. Principales entrecruzantes y sus características.

4. Selección de ligantes: criterios generales.

5. Conclusiones.

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Ligantes

• Los ligantes son sustancias líquidas o sólidas formadoras de película y no volátiles. Son conocidos como resina o polímero.

• Funciones:

• No hay un polímero único que satisfaga todos los requerimientos funcionales de los recubrimientos.

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¿Qué es un polímero?

Son compuestos de alto peso molecular (macromoléculas) formadas por unidades repetitivas denominadas monómeros.

Poly mer many repeat unit

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Propiedades de los polímeros

Distribución de peso molecular

Temperatura de transición vítrea (Tg)

Temperatura por encima de la cual un polímero es suave y flexible (cauchoso) y por debajo de la cual es rígido y quebradizo, igual que el vidrio.

• No todas las cadenas tienen la misma longitud, por tanto no tienen peso molecular único.

• Define en gran medida propiedades fisicoquímicas y mecánicas del polímero.

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Mecanismos de secado

Secado

Físico Químico

Evaporación de solvente

Termoplásticos Sensibles a solventes

Reacción de grupos funcionales y/o dobles enlaces.

Termoestables Propiedades

mecánicas Resistencia químicas

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Ligantes sintéticos por química

Ligantes sintéticos

por química

Acrílicos

Alquídicas

Poliéster Poliuretano

Epóxicas

Termo plásticos

Termo estables

Modificada

Saturado

Insaturado

1K

2K

Polímeros obtenidos a través de la reacción de policondensación entre poliácidos y polialcoholes, modificados con aceites y/o ácidos grasos, que participan en la reacción.

Se consideran polímeros de relativo bajo peso molecular pero altamente ramificados en los que la presencia de ácidos grasos le confiere flexibilidad a la cadena.

Alquídicas

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Alquídicas - materias primas

Diácidos Polialcoholes

Aceites

Anhídrido ftálico

HC C

O

O

O

CHC

Anhídrido maleico Glicerina Pentaeritritol

H O O C ( C H 2 ) 7 C H C H C H 2 C H C H ( C H 2 ) 4 C H 3

H O O C ( C H 2 ) 7 C H C H ( C H 2 ) 7 C H 3

H O O C ( C H 2 ) 7 C H C H C H 2 C H C H C H 2 C H C H C H 2 C H 3

Acido Oleico

Acido Linoleico

Acido Linolenico 11

Alquídicas - materias primas

Los aceites se clasifican en:

- Secantes: - Aceite de Tung

- Aceite de Linaza

- Aceite de Castor deshidratado

- Semisecantes: - Aceite de Soya

- TOFA

- Aceite de Girasol

- No Secantes: - Aceite de Castor

- Aceite de Coco

- Aceite de Palmiste

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Alquídicas – aplicaciones

Tipo Contenido de aceite (%)

Solubilidad en alifáticos

Capacidad de humectación

Otras características

Corta 40 - 45 Baja Baja ↓ color

↓Brochabilidad ↑ Retención de brillo y color

Media 45 - 55 Buena Buena - Buena brochabilidad

- Versatilidad

Larga > 55 Excelente Excelente

↑Brochabilidad ↑Durabilidad en intemperie

↑Tiempo de secado ↑Amarillamiento

Clasificación de acuerdo con el contenido de aceite:

El tipo de aceite usado en la fabricación de la resina alquídica define la aplicación:

Aceites secantes: sistemas industriales de rápido secado al aire.

Aceites semisecantes: esmaltes decorativos de secado al aire.

Aceites no secantes: sistemas industriales horneables y bicomponente. 13

Alquídicas modificadas

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Con estireno

• Mejor secado físico.

• Buena resistencia al agua y al álcali.

• Sensibilidad a solventes.

Con ácido acrílico o metacrílico

• Secado más rápido.

• Excelente adhesión.

• Excelente durabilidad exterior.

• Apropiados para diseñar resinas base agua.

Alkyd uretano

• Reemplazo parcial del ácido ftálico por isocianato

• Mayor resistencia a la saponificación.

• Mayor resistencia a ácidos y a álcalis.

• Mayor resistencia al desgaste.

Alquídicas – Secado oxidativo

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Poliéster • Plastificación interna.

• Funcionalidad hidroxil que puede reaccionar.

• Aplicación en sistemas horneables.

• Alta dureza con pronunciada elasticidad.

• Buen brillo

• Resistencia a amarillamiento y resistencia química vs alquídicas.

• Pintura en polvo y coil coatings - Alta resistencia térmica.

Saturados

• Reaccionan por dobles enlaces.

• Permiten aplicaciones de alto espesor.

• Uso en recubrimientos para madera y masillas automotrices.

• Alta resistencia a solventes.

• Mejores propiedades mecánicas.

Insaturados

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Poliuretano

Sistema compuesto por una resina con grupos funcionales hidroxilo (OH) y

poliisocianatos (NCO).

De acuerdo al índice de OH de la resina, se calcula estequiométricamente la

cantidad de NCO necesaria para formar el PU. Las relaciones sugeridas están entre

1:1.05 y 1:1.1.

Para garantizar su óptimo rendimiento todos los componentes deberán ser grado

uretano.

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Isocianato:

Aromáticos: alta velocidad de secado, menor costo, amarilleamiento.

Recomendado para Primers. Ejm: oligómero de TDI.

Alifáticos: menor velocidad, bajo amarilleamiento. Recomendado para primers y

topcoats. Ejm: oligómero de HDI

Poliuretano

Resina hidroxilada:

Confiere flexibilidad.

Se recomiendan resinas con valor ácido bajo.

Pueden usarse poliéster, polioles acrílicos, poliéter

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Aplicaciones:

Primers y acabados monocapa y bicapa de alto desempeño para autos.

Recubrimientos para madera, industriales y para mantenimiento

Poliuretano

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-Excelente durabilidad.

-Buena adhesión.

-Versatilidad en formulación

-Dureza y elasticidad.

-Alto brillo y apariencia.

-Excelente resistencia química.

-Resistencia al desgaste.

-Resistencia a la saponificación

- Aplicación exigente.

- Alto Costo.

Parten de bisfenol A y epiclorhidrina

Características principales:

Peso molecular.

Equivalente epoxi.

Reacción con grupos amino se da a temperatura ambiente

Epóxicas

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Propiedades y usos:

Excelente adhesión a sustratos metálicos.

Excelente resistencia química.

Excelentes propiedades mecánicas

Uso en sistemas 2K.

Alto peso molecular: uso en primers.

Bajo peso molecular tienen uso en recipientes para alimentos.

Su principal desventaja es que no humectan los pigmentos.

Reemplazo de bisfenol A por bisfenol F permite mayor densidad de entrecruzamiento.

Epóxicas

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Entrecruzantes

Resinas úrea

Con varios grados de metilolación y niveles de butanol en solución de butanol.

Usualmente de bajo peso molecular.

No son usadas como único formador de película por ser frágil y tener baja resistencia al agua.

Se plastifican con alquídicas o con poliéster.

Resinas melamina

Productos altamente eterificados con metanol, mejoran compatibilidad con poliéster saturado polar.

Son líquidos y solubles tanto en agua como en solventes orgánicos: para formular pinturas base agua y altos sólidos.

En general recubrimientos con melamina tienen mayor durabilidad exterior, resistencia al agua, retención de brillo y excelente dureza, además de menor temperatura de horneo comparada ´resinas ureicas.

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Acrílicas

Son polímeros que se obtienen mediante reacción de polimerización en cadena de monómeros acrílicos en solventes.

Pueden clasificarse en:

Termoestables:

Uso en sistemas 2K para automotriz, empaques metálicos.

Tienen algún tipo de funcionalidad (hidroxiladas, carboxiladas).

Presentan buena resistencia química, retención de color y buen comportamiento en intemperie.

Termoplásticas:

Resinas listas para usar en repintado automotriz, OEM, tráfico, entre otros.

Tienen poca tendencia a amarillear, alta resistencia a ataque UV, buen brillo, retención de color y buena resistencia química.

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Sus propiedades están determinadas por el peso molecular y su distribución y por la temperatura de transición vítrea.

Sistemas formulados con este tipo de ligante solo presentan secado físico.

Para obtener un buenas propiedades mecánicas se maximiza su peso molecular asegurando solubilidad en solventes.

Acrílicas termoplásticas

Dispersiones acuosas tienen amplia aplicación en recubrimientos. 24

Sistema compuesto por partículas sólidas

de polímero dispersas en una fase acuosa continua.

En general un latex contiene 40 – 60% de polímero sólido.

El tamaño de las partículas está en el rango de 50 a 1000 nm de diámetro y son generalmente esféricas. Cada partícula tiene un gran número de cadenas de polímero de alto peso molecular.

Fase dispersa

(polímero)

Fase continua

(agua)

Acrílicas - dispersiones acuosas

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Acrílicas - materias primas de dispersiones acuosas

Los componentes principales de las dispersiones poliméricas acuosas son:

Monómeros: pueden ser duros (alta Tg) o blandos (baja Tg)

Iniciadores

Surfactantes

Agua

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Acrílicas- monómeros duros en dispersiones acuosas

Vinil Acetato (VAM) Ventajas: • Good UV resistance

and oxidative degradation.

• Copolímeros con butil acrilato presentan buen desempeño.

Desventajas: • Baja resistencia al

agua. • Fácilmente

hidrolizable

Estireno

Ventajas:

• Buena resistencia al agua, a ácidos y álcalis.

• Copolímeros con acrilatos o butadieno presentan buen desempeño

Desventaja: Absorbe luz UV

Metil metacrilato (MMA)

Ventajas:

• Alta resistencia mecánica.

• Durabilidad exterior

• Copolímeros con butil acrilato presentan buen desempeño

Desventaja: Alto costo

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Monómeros Acrílicos

Buena eficiencia plastificante, la cual crece según la cadena alifática.

Flexibilidad y adherencia.

Ésteres Vinílicos

El éster vinílico del ácido versático (VeoVa®) se utiliza ampliamente en Europa. Imparte sobresaliente resistencia al álcali a los copolímeros con vinil acetato, así como hidrofobicidad y resistencia a UV

Acrílicas- monómeros flexibilizantes en dispersiones acuosas

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Acrílicas – propiedades de dispersiones acuosas

1. Distribución de tamaño de partícula:

Viscosidad de la dispersión está relacionada con el tamaño de partícula.

A menor tamaño de partícula mayor poder ligante lo que se traduce en mejor desempeño.

Morfología

2. Morfología

Funcionalidad: bajo VOC, alto brillo con bajo tack resiudal.

2. MFFT

Flexibilidad Temperatura de uso Cantidad de coalescente a usar

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Acrílicas – Formación de película de dispersiones acuosas

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Acrílicas - Qué diferencia a los látex para pinturas entre sí?

Influyen directamente el desempeño de la Pintura:

Tipo y composición del polímero.

Tg, MFFT y su relación con la temperatura de aplicación.

Tamaño de partícula y su distribución.

Peso Molecular.

Morfología de las partículas.

Uso de sistemas de entrecruzamiento.

Propiedades Fisicoquímicas Adicionales:

Contenido de sólidos

Viscosidad

pH 31

Selección del Ligante

Sustrato

Medio de exposición

Función

Exigencias fisicomecánicas

Método de aplicación

Condiciones de aplicación

Vida de servicio

Capacidad adquisitiva

Selección del

ligante

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6. Conclusiones

El ligante es uno de los componentes con mayor influencia en el desempeño de un recubrimiento, confiere propiedades como resistencia química, mecánica, adherencia, flexibilidad, entre otros.

Existen diferentes químicas con diversas características funcionales y potencial de aplicación.

Tener conocimiento de los ligantes permite hacer una adecuada selección y maximizar su desempeño, así como optimizar y hacer sustituciones de acuerdo con la disponibilidad de los mismos.

No hay un polímero único que satisfaga todos los requerimientos funcionales de los recubrimientos. Generalizar puede ser peligroso, sin embargo existen algunas guías útiles como punto de partida.

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