No compartir o copiar sin permiso de ANDERCOL Foro técnico recubrimientos

Foro técnico recubrimientos

Abril 2017

No compartir o copiar sin permiso de ANDERCOL ® 2017

2

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.

3

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

¿Qué es un polímero?

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

Poly mer

many repeat unit

5

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.

6

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

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

10

Alquídicas - materias primas

Diácidos Polialcoholes

Aceites

Anhídrido ftálico

HC C O

O O C HC

Anhídrido maleico Pentaeritritol Glicerina

H O O C ( C H

)

C H C H C H

C H C H ( C H

)

C H

H O O C ( C H

)

C H C H ( C H

)

C H

H O O C ( C H

)

C H C H C H

C H C H C H

C H C H C H

C H

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

12

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.

Alquídicas modificadas

14

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

15

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

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

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

Aplicaciones:

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

 Recubrimientos para madera, industriales y para mantenimiento

Poliuretano

19

-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

20

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

21

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

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.

 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.

 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

25

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

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

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

28

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

29

Acrílicas – Formación de película de dispersiones acuosas

30

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

Selección del Ligante

Sustrato

Medio de exposición

Función

Exigencias fisicomecánicas

Método de aplicación Condiciones de

aplicación Vida de servicio

Capacidad adquisitiva

Selección del ligante

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

35