Importancia del balance de pH en pinturas acuosas

En el resultado de una buena pintura tipo acuosa tiene mucho que ver el buen balance del pH. Conozcamos algunos aspectos a tener en cuenta en la formulación.

por Manuel Chire Sarayasi(1), Oscar E. Chupayo Yauri(2)*

Dentro del proceso de fabricación de una pintura, existen varios factores que pueden desestabilizar el producto, esta desestabilización se presenta como una disminución del pH y esto trae como consecuencias un mal funcionamiento de los aditivos, generando un film con propiedades de baja adherencia, mala calidad de color, mala textura, bajo brillo, procreación de bacterias y consecuentemente un mal olor de la pintura.[1]

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Interacción del pH con la dispersión
Para obtener una pintura de buena calidad los pigmentos deben estar muy bien dispersos, y las medidas del potencial zeta pueden ser utilizados en este caso para controlar la composición de la pintura y la cantidad de aditivos necesarios para una dispersión óptima.[2]
El potencial Z es la diferencia de potencial entre la superficie de la partícula en movimiento y el seno de la solución[3]. La estabilidad de un sistema disperso se debe a la presencia de las capas eléctricas que rodean a todas las partículas; la repulsión mutua de estas capas impide la floculación. 

Los electrolitos simples e inorgánicos pueden tener un efecto significativo en el potencial zeta. De esta manera es necesario identificar el tipo de alcalinizante adecuado con tal de no adicionar iones innecesarios y mantener la estabilización electrostática de la dispersión teniendo también en cuenta la molécula de dispersante (estabilización estérica) en uso.[4][5] 

Así, el pH se convierte en un parámetro importante a controlar, y esta gráfica muestra una acción típica de su efecto. 

Fig. N°1. En el punto isoeléctrico las partículas no experimentan repulsión, por lo que la aglomeración puede ser un efecto a esperarse. De hecho puede existir cierta atracción cerca de este valor también, y como regla si queremos asegurarnos que exista repulsión entre las partículas, debemos asegurarnos de que el valor de potencial zeta en mayor a +30mV. Esta gráfica nos da la región de inestabilidad en cuanto al pH, en este caso entre pH 4 hasta pH 7.5; Y las regiones de estabilidad, pH menor a 4 y mayor a 7.5. [6]

Interacción del pH con los ligantes
La química de las pinturas está íntimamente ligado a las sustancias filmógenas, también llamados frecuentemente ligantes. El principal componente de ese producto es una emulsión acuosa constituida por polímeros; éstos polímeros forman una película cohesiva sobre un sustrato y que tienen como función aglutinar adecuadamente los pigmentos y extendedores luego del secado o curado.[7]

Los polímeros en emulsión se diseñan de una forma concreta y tienen un pH determinado. Debido a que la estabilidad de estos polímeros está muy ligado al pH, es que depende del tipo de polímero para tener en cuenta el ajuste del pH. De forma general todos los polímeros en dispersión tienen una buena estabilidad entre 7,5 y 8,5, algunos como los de acetato de vilnilo-veova pueden ser estables a pH 5 e incluso algún tipo de cloruro de vinildeno puede serlo a pH 1.

En el proceso de fabricación de las pinturas el pH debe ser controlado y al final del proceso debe ser ajustado a unos límites adecuados para conseguir una buena estabilidad.

En los procesos de polimerización, los monómeros utilizados raramente alcanzan conversión completa, por lo que inevitablemente, queda monómero residual en el polímero. La presencia de este monómero no es deseable, debido, entre otros, a su toxicidad (tal es el caso del acrilonitrilo o cloruro de vinilo), cuyo olor desagradable (la presencia de acrilatos y metacrilatos, aún a bajos ppm resulta un gran problema en aplicaciones tales como pinturas de interior), por lo que se hace necesaria la etapa llamada agotamiento redox o post polimerización.[8]

Consciente de esta demanda, existen en el mercado aditivos desarrollados que muy aparte de controlar el pH de las pinturas actúan como aditivos anti olor, que cuando se incorpora a la masa del polímero, aceleran la formación de radicales libres; por lo tanto, disminuyen la cantidad de monómero libres responsables del olor desagradable.[9]

Interaccion del pH con modificadores reológico
Es común el uso de modificadores de reología, ya que ayudan a controlar la aplicación del recubrimiento y su aspecto final. El mecanismo de espesamiento dependerá del tipo de estructura que el modificador reológico forme con las partículas de látex. Cada tipo de modificador tiene sus propias características.

Para permitir una buena funcionalidad de los espesantes acrílicos (ASE/HASE) se deben neutralizar los grupos ácidos en las cadenas de polímeros. Por lo general, la formulación espesada debe tener un pH final entre 8 y 9,5 para garantizar una óptima eficacia de espesamiento y poder mantener una viscosidad estable. Si se utiliza un álcali volátil, como el amoníaco, se debe tener cuidado para evitar la pérdida del álcali y la disminución del pH, ya que puede ocasionar la reducción de la viscosidad.


Fig. N°2. Aumento de viscosidad en el rango de pH alcalino espesando la fase acuosa a causa del entrelazamiento de cadenas de polímeros. [10].

Los espesantes celulósicos también son dependientes del pH y para acelerar el proceso de hidratación y desarrollo de viscosidad es necesario subir el pH, entre 8 y 9, según las necesidades de tiempo en el proceso de producción. 

Interacción del pH con biocidas
La gran mayoría de las pinturas acuosas (principalmente las pinturas arquitectónicas), tienen todos los componentes necesarios para que se produzca una proliferación de microorganismos, si el pH es el adecuado (entre 5 y 7), materia orgánica como nutriente y agua, nos lleva a la formación de colonias aerobias (con presencia de aire) o anaerobias (en ausencia de aire), estas últimas son responsables del mal olor que se produce cuando hay fermentación o putrefacción.

Uno de los factores que afectan a la funcionalidad de los biocidas es el pH, para esto es necesario controlarlo de acuerdo al tipo de biócida seleccionado. Las clorometil-isotiazolinonas se destruyen a pH mayores a 9.5 y por esta razón muchos fabricantes ajustan el pH a valores límites de 9,5.[11]

Fig. N°3. Efecto del pH en la estabilidad cada tipo de biocida. [12]

(1) * Ing. Manuel Chire. Especialista de Marketing técnico en Pinturas & Construcción. Disan Perú S.A. Pueden enviarle sus comentarios al correo electrónico manuel.chire@disan.com.pe 
(2) * Quím. Oscar E. Chupayo. Asistente de Marketing técnico. Disan Perú S.A. Pueden enviarle sus comentarios al correo electrónico oscar.chupayo@disan.com.pe 

Referencias
[1]http://apexperteam.blogspot.com.co/2016/06/pinturas-acuosas-medicion-e.html
[2]http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/PotencialZeta_1246.pdf
[3]https://www.uac.edu.co/images/stories/publicaciones/revistas_cientificas/prospectiva/volumen-8-no-1/articulo9-v8n1.pdf
[4]http://www.edutecne.utn.edu.ar/tecn_pinturas/C-TecPin_VIII_a_XI.pdf
[5]http://ceramica.name/tecnologia_ceramica/Archivos/Defloculantes.pdf
[6]https://www.quiminet.com/articulos/como-ayuda-el-potencial-zeta-en-las-formulaciones-de-suspensiones-y-emulsiones-21731.htm 
[7]http://apexperteam.blogspot.pe/2015/08/EstabilidadDeResinas.html
[8]https://es.wikipedia.org/wiki/Pintura_acr%C3%ADlica
[9]http://www.paintshow.com.br/paintpintura/noticias/view/1819/polystell_desenvolve_aditivo_que_elimina_cheiro_da_tinta
[10] http://www.dispersions-pigments.basf.com/portal/load/fid797503/BASF%20Rheology%20Modifiers%20Practical%20Guide 
[11]http://www.edutecne.utn.edu.ar/tecn_pinturas/A-TecPin_I_a_V.pdf 
[12]https://es.scribd.com/doc/56711521/Sistemas-Preservantes-en-La-Industria-de-Pinturas 

Comentarios  

1
# 1 04-04-2018 11:56
thanks a lot about your subject and simple explanation .
but i need to asks about the best or optimum type of alkali which give the best and required results in Ph control
thanks
MUHAMMAD kAMAL
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