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1 No compartir o copiar sin permiso de ANDERCOL 2017 Foro técnico recubrimientos Abril 2017

2 Ligantes para formulación de recubrimientos Criterios de selección 2

3 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. 3

4 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. 4

5 Qué es un polímero? Son compuestos de alto peso molecular (macromoléculas) formadas por unidades repetitivas denominadas monómeros. Poly many mer repeat unit 5

6 Propiedades de los polímeros 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. Distribución de peso molecular 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. 6

7 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 7

8 Ligantes sintéticos por química 8

9 Termo plásticos Termo estables Acrílicos Modificada Epóxicas Ligantes sintéticos por química Alquídicas 1K Poliuretano Poliéster Saturado 2K Insaturado

10 Alquídicas 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. 10

11 Alquídicas - materias primas Diácidos Polialcoholes O HC HC C C O O Anhídrido ftálico Anhídrido maleico Pentaeritritol Glicerina Aceites 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 ) 4 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

12 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 12

13 Alquídicas aplicaciones Clasificación de acuerdo con el contenido de aceite: Tipo Contenido de aceite (%) Solubilidad en alifáticos Capacidad de humectación Corta Baja Baja Media Buena Buena Larga > 55 Excelente Excelente Otras características color Brochabilidad Retención de brillo y color - Buena brochabilidad - Versatilidad Brochabilidad Durabilidad en intemperie Tiempo de secado Amarillamiento 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

14 Alquídicas modificadas 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. 14

15 Alquídicas Secado oxidativo 15

16 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 16

17 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. 17

18 Poliuretano 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 Resina hidroxilada: Confiere flexibilidad. Se recomiendan resinas con valor ácido bajo. Pueden usarse poliéster, polioles acrílicos, poliéter 18

19 Poliuretano Aplicaciones: Primers y acabados monocapa y bicapa de alto desempeño para autos. Recubrimientos para madera, industriales y para mantenimiento -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. 19

20 Epóxicas Parten de bisfenol A y epiclorhidrina Características principales: Peso molecular. Equivalente epoxi. Reacción con grupos amino se da a temperatura ambiente 20

21 Epóxicas 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. 21

22 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. 22

23 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. 23

24 Acrílicas termoplásticas 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. Dispersiones acuosas tienen amplia aplicación en recubrimientos. 24

25 Acrílicas - dispersiones acuosas Sistema compuesto por partículas sólidas de polímero dispersas en una fase acuosa continua. En general un latex contiene 40 60% de polímero sólido. Fase dispersa (polímero) Fase continua (agua) 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. 25

26 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 26

27 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 27

28 Acrílicas- monómeros flexibilizantes en dispersiones acuosas 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 28

29 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. 2. Morfología Funcionalidad: bajo VOC, alto brillo con bajo tack resiudal. 2. MFFT Flexibilidad Temperatura de uso Cantidad de coalescente a usar Morfología 29

30 Acrílicas Formación de película de dispersiones acuosas 30

31 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

32 Selección del Ligante Sustrato Capacidad adquisitiva Medio de exposición Vida de servicio Selección del ligante Función Condiciones de aplicación Exigencias fisicomecánicas Método de aplicación 33

33 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. 34

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