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Inhibidores de luz para pinturas acuosas: la calidad en el banco de pruebas

Gerd Faoro
Clariant Huningue/Francia, División de Pigmentos & Aditivos
01/10/2004
Las pinturas destinadas a ser aplicadas en el exterior están expuestas de forma continuada a factores ambientales dañinos, como la luz, el oxígeno y las precipitaciones. Este es el caso sobre todo de los turismos y de los recubrimientos de los componentes de la carrocería. Actualmente, las piezas de los vehículos son fabricadas industrialmente, cada vez en mayor medida, con materiales poliméricos, que están sujetos a un proceso natural de deterioro. Los rayos UV de la luz solar decoloran las piezas de materiales plásticos. Para brindarles la mejor protección se precisan potentes inhibidores de luz para su incorporación a las mezclas de pinturas prefabricadas.
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Gracias a las ventajas que ofrece la utilización de las pinturas de base acuosa resultan preferibles en sus usos a las fórmulas convencionales. Las pinturas de base acuosa ofrecen ventajas ecológicas y toxicológicas frente a las pinturas convencionales, que por la emisión de disolventes orgánicos suelen tener un efecto más bien pernicioso sobre el medio ambiente.

Asimismo, los inhibidores de luz contenidos en las mezclas de pinturas deben presentar, además de una muy buena compatibilidad y una solubilidad completa en el aglomerante que forma la película, también propiedades hidrófobas. De no ser así, la humedad del aire, el agua de la lluvia o el agua condensada podrían extraer los aditivos de la superficie. La pintura sin protección, por ejemplo de un vehículo, sería destruida. Esto se manifestaría en primer lugar en una decoloración y un menor brillo. Posteriormente, la desintegración continuada llevaría a la formación de grietas y burbujas, la superficie se resquebrajaría y finalmente la pintura se desprendería completamente de la base.

También los recubrimientos de vehículos de grandes dimensiones, maquinaria de obra y agrícola, componentes de fachadas de fabricación industrial o ventanas y puertas de materiales sintéticos o superficies sensibles a la luz como la madera, precisan protección ante las influencias meteorológicas.

La incorporación de un estabilizante UV hidrófobo a un sistema de pintura de base acuosa es a menudo costosa y complicada debido a las propiedades contradictorias y en principio incompatibles. A causa de las numerosas ventajas que los sistemas de pintura de base acuosa ofrecen, la investigación y las mejoras en este campo son constantes. Con las así llamadas dispersiones Sanduvor, Clariant ha logrado unos inhibidores de luz ya predispersados y recién desarrollados, una buena procesabilidad en las fórmulas de pinturas más diversas para múltiples aplicaciones. Estas dispersiones inhibidoras de la luz también destacan por su buena estabilidad de depósito y la impecable compatibilidad.

La incorporación de estabilizadores UV precisa un concepto técnico

Además de los requisitos ya mencionados, los fotoinhibidores deben presentar una buena compatibilidad y resistencia a la migración, así como una buena incorporabilidad. La propiedad más importante de la indisolubilidad en agua de los estabilizadores UV requiere conocimientos técnicos especializados y experiencia. En teoría, durante la producción de pinturas existen las siguientes opciones de incorporar los aditivos:

• Adición al material de moler:

Incluso los aditivos en forma de polvo se pueden incorporar sin mayor problema en esta fase. Sin embargo, en esta fase hay que contar con el riesgo de la adsorción puramente física de los inhibidores de luz en la superficie del pigmento. Las sustancias activas bloqueadas de esta forma ya no están disponibles para la protección de la superficie.

• Adición durante el mezclado:

No todos los inhibidores de luz se pueden incorporar sin problemas en esta fase. A menudo, a causa de la problemática de las opciones reducidas, durante el procesamiento habrá que contar con tiempos de mezclado significativamente más largos. A tal efecto, los mayores tiempos de ocupación de las instalaciones no suelen ser determinantes. Más bien habrá que contar con una mayor demanda de aire y, en consecuencia, también de CO2. Una mayor espumación e incluso sedimentación pueden ser las consecuencias.

• Premezclado con otros componentes orgánicos, pero compatibles con el agua, de la fórmula de la pintura:

A tal efecto se ofrecen disolventes orgánicos que frecuentemente se utilizan para rebajar la temperatura de formación de película. En ocasiones, los inhibidores de luz no son solubles, con la concentración necesaria, en la a menudo escasa cantidad de disolventes. Y lo que resulta aún más importante: es fácil que, tras añadir a la base de pintura la solución aditiva preparada, el disolvente hidrófilo sea absorbido por el agua y que el inhibidor de luz hidrófobo se sedimente.

Resulta más sencillo la disolución previa del inhibidor de luz en resinas reticuladoras, que generalmente son añadidas en forma puramente orgánica, es decir, no de forma licuada, a la mezcla base.

Los productos previos de este tipo suelen ser excelentes para la fórmula de pintura prevista, pero no se pueden utilizar de forma universal.

Hay que desaconsejar el añadido de los inhibidores de luz al componente de isocianato de un sistema 2K-PU. En la inmensa mayoría de los casos, el componente de endurecimiento sufre una reducción drástica de su estabilidad de depósito.

Gracias a las dispersiones Sanduvor predispersadas (preparados aditivos) de Clariant se puede prescindir de complicados procedimientos. Satisfacen de forma excelente los requisitos de fácil integración, elevada eficacia y, a la vez, una máxima variedad de aplicaciones.

Las nuevas dispersiones aditivas presentan, con carácter general, una concentración de la sustancia activa de > 50%.

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Resinas o tensioactivos

En primer lugar había que resolver la cuestión clave de las dispersiones basadas en resinas o en tensioactivos. La exigencia de una compatibilidad máxima incluso en materiales de cubierta exigentes y un impacto medioambiental lo más reducido posible, por ejemplo su buena biodegradabilidad, decantó la decisión a favor de los tensioactivos. Tras realizar una combinación optimizada de emulsionantes, esta mezcla genera dispersiones que se caracterizan por una elevada estabilidad con una baja concentración de emulsionantes.

El añadido de biocidas efectivos también fomenta la estabilidad de depósito. Además, el añadido de sustancias humectantes aumenta el valor de uso de los preparados.

Como humectante se utiliza un polietilenglicol con una cifra OH muy baja. La utilidad de los preparados inhibidores de luz tampoco se ve limitada por este factor, ni siquiera en sistemas 2K-PU con reticulación NCO. Evita eficazmente la sequedad del preparado o la formación de costras en las terminaciones.

La producción de preparados inhibidores de luz de este tipo se realiza en los inhibidores de luz en polvo de una forma similar a la utilizada en los preparados de pigmentos. El reparto de tamaño de partículas obtenida de esta forma tiene una influencia inmediata sobre las propiedades de uso de la suspensión. Si bien es cierto que un tamaño reducido de las partículas facilita la posterior disolución del inhibidor de luz en el aglutinante orgánico de la pintura acuosa o a más tardar en la película de pintura endurecida, por otra parte, causa una mayor viscosidad de los preparados y, a causa de la mayor superficie de las partículas, implica una demanda sustancialmente superior en tensioactivos.

El valor pH de la dispersión aditiva es determinado preferentemente por el propio inhibidor dispersado. Los tensioactivos sólo tienen una influencia limitada y los conservantes y humectantes presentan un comportamiento indiferente.

Además de su distribución en partículas de tamaño granular y el valor pH, la observación de la estabilidad de depósito fue otro criterio en el desarrollo de los preparados. Era llamativo que la estabilidad de depósito dependiera claramente de la temperatura. Siendo así, temperaturas de > 50°C pueden reducir drásticamente los tiempos de depósito.

Sin embargo, la característica determinante a lo largo del desarrollo fueron las pruebas de compatibilidad de las dispersiones recién desarrolladas. Éstas se realizaron con un 2K-PU-acrílico acuoso, una pintura acrílica-melamina al horno, en una dispersión de acrilato puro y una dispersión PU.

Finalmente nos queda la prueba de la eficacia de las nuevas dispersiones aditivas. La imagen 1 refleja las fórmulas estructurales de los inhibidores de luz probados y comparados entre ellos.

Dos ámbitos de aplicación, representativos de muchos otros:

• Una pintura acuosa roja para el acabado de camiones sobre una base 2K-PU-acrílico, secado durante 20 min. a 80°C

• Una pintura no pigmentada para maderas sobre una base de dispersión de acrilato puro, secado a temperatura ambiental

Las pruebas de la pintura de camiones se realizaron durante 1.750 horas en el W-O-M según SAE J 1960 (Programa Cam 180). Las evaluaciones intermedias se realizaron, respectivamente, tras 250 horas. A tal efecto se incorporaron a la pintura inhibidores de luz convencionales en su forma orgánica al 100% y comparada en relación con inhibidores de luz previamente dispersados. La imagen 2 compara la conservación del brillo de las diferentes estabilizaciones, la imagen 3 describe la estabilización del tono del color. En ninguno de los casos se ha apreciado corrosión tras las pruebas.

Las tablas de madera pintadas estuvieron en el W-O-M durante 2.000 horas, la comprobación se realizó según ISO 11341-A (Programm Cam 7). Las evaluaciones intermedias se realizaron en intervalos de 500 horas.

Ni en la pintura de camión ni en la pintura de madera se apreciaron un reblandecimiento o el resquebrajamiento de la capa y tampoco la formación de grietas o burbujas.

Resumen

La eficacia estabilizante de los inhibidores de luz viene determinada únicamente por su naturaleza química. La forma en la que se basa en su incorporación no tiene ningún tipo de influencia sobre el resultado de la prueba de luz.

Sin embargo, precisamente la forma de entrega es de gran importancia para la producción de pinturas. Se ha puesto de manifiesto que las nuevas dispersiones inhibidoras de luz simplifican y hacen controlables las fórmulas y la producción de pinturas.

De esta forma, el formulador de recetas tiene a su disposición otra herramienta importante, para responder a las mayores exigencias planteadas a las pinturas modernas, ecológicas.

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