En las formulaciones de pintura a base de agua, el material base es el componente clave que forma la película de pintura y determina su rendimiento. Al diseñar la formulación, se debe maximizar la cantidad de resina a base de agua, representando un 60-70 % del volumen, para asegurar el mayor contenido posible de agentes filmógenos eficaces en la pintura. Esto garantiza una película de pintura más gruesa y densa en una sola capa.

Resinas acrílicas a base de agua

Las emulsiones acrílicas, debido a su versatilidad, resistencia a la intemperie y diversidad, han sido ampliamente utilizadas en diversos campos de la industria de recubrimientos.

Las emulsiones acrílicas a base de agua se producen mediante la polimerización en emulsión de monómeros vinílicos, principalmente monómeros de acrilato. Durante el proceso de polimerización se añaden diversos aditivos, como emulsionantes, estabilizadores y ajustadores de pH, lo que hace que el sistema sea bastante complejo.

Las películas de pintura elaboradas a partir de emulsiones acrílicas a base de agua tienen buena resistencia a la intemperie, son menos propensas a amarillear, tienen alta dureza y buen brillo.

En los últimos años, gracias al continuo desarrollo de la tecnología de polimerización en emulsión acrílica al agua, la polimerización multifásica, la tecnología core-shell, la tecnología de autorreticulación y la aplicación de surfactantes poliméricos, las propiedades de las emulsiones acrílicas al agua se han mejorado y optimizado. Esto ha ampliado su gama de aplicaciones para satisfacer las necesidades de diferentes condiciones de construcción y uso. Actualmente, su aplicación se ha extendido a aplicaciones industriales con mayores requisitos de rendimiento.

Dispersiones de poliuretano

Los materiales de poliuretano son un término general para una clase de compuestos macromoleculares con estructuras de uretano en su estructura molecular, generalmente producidos por reacciones de poliadición de diisocianatos y polioles.

Los polímeros de poliuretano poseen grupos funcionales polares que permiten la reticulación física, así como segmentos apolares y flexibles. Cuando se utilizan correctamente, sus grupos funcionales polares pueden experimentar una mayor reticulación química. Estas características moleculares confieren a los materiales de poliuretano alta resistencia, tenacidad y resistencia a los disolventes.

Como material de alta resistencia, resistente a la intemperie y de fuerte adherencia, el poliuretano se ha utilizado ampliamente en la industria de los recubrimientos.

Según el tipo de isocianato utilizado en la preparación del poliuretano, las emulsiones de poliuretano y sus correspondientes pinturas se dividen en dos categorías principales: alifáticas y aromáticas. Las películas de pintura alifática presentan una excelente resistencia a la intemperie y propiedades antiamarilleo; los poliuretanos aromáticos a base de agua se utilizan principalmente en pinturas decorativas para interiores.

Según el tamaño de partícula obtenido mediante la polimerización, las emulsiones y dispersiones de poliuretano también se clasifican. Las dispersiones de poliuretano a base de agua utilizan un proceso único para dispersar las partículas de poliuretano en agua, logrando así la formación de una película con agua como vehículo. Al igual que el mecanismo de formación de película de otras emulsiones, el efecto de formación de película depende de la capacidad de interpenetración de los polímeros entre las partículas.

Para aumentar la penetración, por un lado, las cadenas moleculares de poliuretano deben ser suficientemente flexibles y tener buena fluidez; por otro, las partículas de la emulsión deben ser lo más pequeñas posible, lo que aumenta el área de contacto entre partículas y reduce la distancia de migración de los polímeros. Las dispersiones de poliuretano al agua suelen tener partículas nanométricas, un aspecto semitransparente o incluso completamente transparente, y constituyen uno de los mejores materiales base para pinturas al agua. Las dispersiones de poliuretano al agua a veces se denominan nanoemulsiones para distinguirlas de las emulsiones comunes, que tienen un aspecto blanco.

Estireno

La principal razón para introducir este monómero en emulsiones de poliacrilato es su capacidad para proporcionar una alta temperatura de transición vítrea (Tg), mejorando así la dureza de la película; otra razón es su coste. El estireno se utiliza ampliamente en la industria del embalaje y es uno de los productos derivados más importantes y maduros de la industria petrolera. Su precio es bajo, pero muy susceptible a las fluctuaciones macroeconómicas.

Sin embargo, la introducción de estireno, especialmente cuando su contenido supera el 15% del total de monómeros, también puede tener muchos impactos negativos en las propiedades de formación de película de las pinturas a base de agua.

En primer lugar, las cadenas poliméricas que contienen estireno carecen de flexibilidad, lo que se manifiesta macroscópicamente como una película dura, pero no resistente, en las pinturas al agua. En segundo lugar, los anillos de benceno del estireno absorben la luz ultravioleta. Cuando el contenido de monómero es alto, la luz ultravioleta que atraviesa los anillos de benceno adyacentes provoca una reacción de cizallamiento en la cadena polimérica, lo que hace que la película de pintura al agua se vuelva quebradiza, reduce el brillo y acorta su vida útil. La estructura del estireno también determina su afinidad por muchos disolventes orgánicos, y la resistencia a los disolventes de las películas de pintura al agua es significativamente diferente a la de otras resinas.

Monómeros acrílicos

Existen muchos tipos de monómeros de acrilato, con propiedades y precios muy diferentes. El monómero más utilizado en China es el acrilato de butilo, el más económico, y la mayoría de los fabricantes de emulsiones lo utilizan junto con el estireno para producir emulsiones de pintura para paredes económicas. Su función es proporcionar flexibilidad a la película de pintura a base de agua.

Dado que la cadena principal de los polímeros de acrilato no contiene grupos distintos de los ésteres, tanto la cadena principal como las cadenas laterales de ésteres presentan buena flexibilidad, lo que resulta en una película de pintura a base de agua poco dura. Si bien este tipo de emulsión de poliacrilato es una opción ideal para revestimientos de paredes interiores y exteriores, su rendimiento es insuficiente para revestimientos de madera, que requieren alta dureza y tenacidad.

Monómeros de metacrilato

Los monómeros de metacrilato representan una mejora adicional en el rendimiento en comparación con los monómeros de acrilato. Dado que los polímeros de metacrilato tienen grupos metilo en su cadena principal, la movilidad de esta se ve restringida, lo que aumenta su rigidez. Simultáneamente, las cadenas laterales de éster proporcionan flexibilidad, lo que resulta en un equilibrio óptimo entre dureza y tenacidad en los monómeros de metacrilato. Por ejemplo, el polimetilmetacrilato (PMMA) se conoce comúnmente como vidrio acrílico. Debido a la ausencia de anillos de benceno, los monómeros de metacrilato presentan ventajas significativas sobre los monómeros de estireno en términos de resistencia a la radiación UV, durabilidad y resistencia a los disolventes.

En resumen, los fabricantes de resinas acrílicas al agua disponen de una amplia gama de monómeros, lo que les permite variar no solo los tipos, sino también las proporciones y composiciones relativas. Al seleccionar emulsiones acrílicas al agua, los fabricantes de recubrimientos al agua no deben considerar únicamente términos imprecisos como "acrílico puro" o "estireno-acrílico", sino que deben utilizar como referencia el rendimiento real de la resina acrílica al agua y su formulación.

En las formulaciones de pintura base agua, el aglutinante es un componente clave que forma la película de pintura y determina su rendimiento. Al diseñar la formulación, se debe aumentar al máximo la cantidad de resina base agua, hasta alcanzar un 60-70 % en volumen, para que el contenido de sustancias filmógenas efectivas en la pintura sea el máximo posible. Esto garantizará que la película de pintura resultante sea más gruesa y tenga mayor volumen en una sola capa.