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Aditivos y fenómenos de superficie1er BYK-Gardner Iberian Automotive Meeting Universidad de Alicante, 13 de Octubre 2011, Pilar Casas de BYK-Chemie GmbH

9/14/2011BYK-Chemie GmbHPilar Casas

índice

• Movimientos en la superficie

• Por diferencias de tensión superficial• Para minimizar el área superficial

• Aditivos para controlar los movimientos

• Aditivos de extensión• Aditivos nivelantes

• Influencia de estos aditivos sobre la apariencia


índice






• Pobre extensión y nivelación• Insuficiente humectación de sustrato• Estabilización de la espuma • Aceptación de pulverizados• Repintado (reparación en línea)• Cráteres

Relacionados con la tensión superficial

Defectos habituales en superficies de pinturas


Tensión superficial = Energía interfacial

pintura

aire

La pérdida de interacciones representa un aumento de la E La tensión superficial mide la E acumulada en superficie


> γpintura + γsoporte/pinturaγ soporte

Estado inicial Estado final

Humectación de soporte

Movimientos en la superficie


> γpinturaγ soporte

Estado inicial Estado final

Humectación de soporte

Movimientos en la superficie de un recubrimiento

La tensión superficial de la pintura se controla con tensioactivos


Balance energético



Aditivos de extensión


Fenómeno de extensión


Movimientos por diferencias de tensión superficial

Secado rápidoMás resinaTS + alta

Secado lentoMás disolventeTS + baja

τ (fuerza de cizalla) =Δγ

Células de Bénard



Formación de cráter: necesidad de reducir la TS

Pintura + tensioactivo (contaminante)



Formación de cráter: necesidad de reducir la TS

TS sustrato 32 mN

TS pintura 30 mN TS gota / suciedad 28 mN


índice






Movimientos para minimizar el área superficial

Nivelación



Ecuación de Young Laplace

rΔr

Fase APresión PA

Fase BPresión PB

• E liberada al disminuir la superficie:

E comp. > E cons.

Eacum.= γ.ΔS = γ.8πrΔr

• E consumida al comprimir la gota:

Econs= -ΔP.ΔV = -ΔP.4πr2. Δr

• Igualando y simplificando:

ΔP = 2.γ / r



Ecuación de Young LaplaceΔP = 2.γ / r

Onda corta = radio pequeño = presión grande

Onda larga = radio grande = presión pequeña

λ

λr

ΔP

ΔP

r



Ecuación de Orchard

λ

TS del Hg = 484mN/m

λ

xη

γλ= .

3 x.4 0,0133.

50Δt

γ = tensión superficial; η = viscosidad; x = espesor de capa; a0 = amplitud de onda inicial; at = amplitud de onda en un tiempo t;

a

∫λγΠ

=ηdtx

316

aaln 4

34

t

0


índice






Humectante de substratoAditivo de superficie




CONTROL

50

40

30

200 10 20 30

Butilglicol/Agua (%)

ControlBYK®-333

BYK®-346

Tens

ión

Sup

erfic

ial

(mN

/m)


Polisiloxanos modificados orgánicamente

(CH3)3 Si O Si O Si O Si (CH3)3

CH3 CH3

y

- Poliéter(EO / PO)

- Aralquilo- Poliéster- Reactivos

- Acril- COOH- OH

CH3

x

Alquilo mN/m

CH3CH2CH3

(CH2)9CH3

212632



Reducción de la tensión superficialAditivos de extensión

Dosis

mN/m

BYK-300

BYK-315

BYK-331

30

29

28

27

26

25

BYK-310BYK-378

+ ni

vela

ción

+ hu

mec

taci

ónsu

stra

to/

antic

ráte

r/ s

lip s

uper

ficia

l


índice






Migran a la superficie por su incompatibilidad controlada

óptimo demasiado compatible

demasiado incompatible

Aditivos acrílicos: nivelación


Homopolímeros, Copolímeros• liniales o ramificados• copolímeros al azar o en bloques

n

R1

C - CH2

C = O

O

R2

R1 = - H (Acrilatos)- CH3 (Metacrilatos)

Grupos reactivos posibles: - OH- COOH

R2 = - Alquil- Poliéster- Poliéter- Sal

Aditivos nivelantes: química


Silicona convencional

- Silicona modificada con poliéter- Contenido de silicona: 30-60%- En peine o lineales

Poliacrilato modificado con silicona

PolisiloxanoPoliéter

Acrilato

- Acrilato modificado con silicona- Contenido de silicona: 2-15%- Una o varias cadenas (macrómeros)

de silicona

Siliconas convencionales vs. macrómeros


Con disolvente

El aditivo es poco soluble y se acumula en superficie, reduce la tensión superficial, humecta el soporte y aumenta el poder

anticráter

Sólo resina

La cadena acrílica compatible, el aditivo esta en el medio, no da dificultades de repintado, no

da “slip”

Secado

Macrómeros de silicona: funcionamiento

Sistemas polares


Acrilato modificado con silicona

27,6 mN/m

27,4 mN/m

27,4 mN/m

Limpiado conisopropanol

27,7 mN/m

25,8 mN/m

25,8 mN/m

Silicona activa

Medición de la TS del film seco por ángulo de contacto

Limpiado conisopropanol

Acrilatos modificados con siliconaSin “fantasmas” en el repintado


26

26,5

27

27,5

28

28,5

29

29,5

30

30,5

31

31,5

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

% sustancia activa en el total formulación

mN

/m

silicona poco activa

silicona activa

acrilato mod. consiliconaacrilato

Medición de la TS con el método del anillo

Barniz 1K


0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

% sustancia activa en total de fórmula

New

ton

silicona poco activasilicona activaacrilato mod con siliconaacrilato

Medición del slip superficial

Barniz 1K

Sensor de fuerza

500g


índice





• Influencia de estos aditivos sobre la apariencia


0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

dudullness

Wa 0,1-0,3mm

Wb 0,3-1,0mm

Wc 1-3mm

Wd 3-10mm

We 10-30mm

0.02% 0.05% 0.10% 0.25%

Aplicación electroestática de un barniz 1K-OEM; Secado horizontal; Dosis % de sustancia activa en el total de formulación;

Influencia de una silicona activa

Influencia de los aditivos en la apariencia



Influencia de una silicona poco activa


0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

du dullness Wa 0,1-0,3mm

Wb 0,3-1,0mm

Wc 1-3mm Wd 3-10mm

We 10-30mm

0.02% 0.05% 0.10% 0.25%



Influencia de una silicona modificada con acrilato


0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

du dullness Wa 0,1-0,3mm

Wb 0,3-1,0mm

Wc 1-3mm Wd 3-10mm

We 10-30mm

0.02% 0.05% 0.10% 0.25%


• Los aditivos de superficie se utilizan para ajustar la apariencia

• Se debe encontrar el balance óptimo entre la nivelación y la humectación de sustrato/propiedades anticráter

• Distintos aditivos = distintos efectos superficiales• Muchas veces es necesario una combinación de

aditivos para un ajuste óptimo

Conclusiones


ANTI-TERRA®, BYK®, BYK®-DYNWET®, BYK®-SILCLEAN®, BYKANOL®, BYKETOL®, BYKOPLAST®, BYKUMEN®, DISPERBYK®, DISPERPLAST®, LACTIMON®, NANOBYK®, SILBYK® and VISCOBYK®

are registered trademarks of BYK-Chemie. AQUACER®, AQUAFLOUR®, AQUAMAT®, CERACOL®, CERAFAK®, CERAFLOUR®, CERAMAT®, CERATIX® and MINERPOL® are registered trademarks of BYK-Cera.

This information is given to the best of our knowledge. Because of the multitude of formulations, production, and application conditions, all the above mentioned statements have to be adjusted to the circumstances of the processor. No liabilities, including those for patent rights, can be derived from this fact for individual cases.

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