Pigmentos de aluminio con bajo VOC

Presentamos el desarrollo de concentrados de aluminio para acabados metálicos con bajo contenido de compuestos orgánicos volátiles (VOC, en inglés).

Aaron M. Hollman, Ingo Giesinger, Dieter Groβschartner*

Introducción: En las últimas décadas, las normas ambientales cada vez más estrictas han sido el principal motivo para impulsar cambios en la industria de las pinturas. China, el mayor productor de recubrimientos del mundo, tiene dificultades debido a la mala calidad del aire en muchas áreas metropolitanas.  

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Para ayudar a reducir la contaminación del aire, el gobierno de ese país promulgó recientemente una nueva reglamentación para pinturas relacionada con el contenido de compuestos orgánicos volátiles. Esta nueva reglamentación establece un impuesto (4 por ciento sobre el precio en la factura) para fabricantes de pinturas sobre todas las pinturas cuyo nivel de compuestos orgánicos volátiles listos para rociar supere los 420 g/L. 

Además de las regulaciones ambientales, otro aspecto que está impulsando cambios es la seguridad de los productos. Los productores de pinturas, en todo el mundo y específicamente en China, se están enfocando más que nunca en desarrollar procesos de fabricación y productos finales teniendo en cuenta el mayor nivel de seguridad en el lugar de trabajo y en el transporte.

Estos cambios en el mercado plantean desafíos a los fabricantes de acabados metálicos a base de pigmentos con aluminio. Los acabados metálicos a base de solventes predominan en todos los tipos de segmentos de recubrimientos, entre ellos el sector automotriz (recubrimiento original del fabricante y nueva pintura), industrial, de productos electrónicos para consumidores, de latas, de bobinas, marino y otros. Un desafío importante es la reacción química inherente entre el aluminio y el agua, que produce gas hidrógeno. Por eso, una transición exitosa de los acabados metálicos de solventes a agua requiere pigmentos con aluminio que sean estables para sistemas acuosos.

Este artículo presenta la tecnología de una nueva gama de concentrados de pigmentos con aluminio no peligrosos, diseñados especialmente para brindar estabilidad a largo plazo en recubrimientos y tintas a base de agua. Estos pigmentos permiten fabricar recubrimientos sustentables con contenido de compuestos orgánicos volátiles bajo o cero. Además, los pigmentos se ofrecen en una forma granular que se dispersa fácilmente, para una manipulación fácil y segura, una mejor estabilidad durante el almacenamiento y numerosas ventajas en el transporte.

Tecnología
Esta gama de concentrados de pigmentos con aluminio no peligrosos es una forma original de presentación de pigmentos que consiste en pequeñas láminas de aluminio incorporadas a una base sólida soluble en agua.  Este pigmento no peligroso, sólido concentrado o granulado (ver Figura 1) se dispersa fácilmente en una amplia gama de recubrimientos a base de agua, por ejemplo, acrílicos, uretanos, epoxis y más a base de agua.  Una vez dispersado, la base proporciona la estabilidad a largo plazo y la resistencia a la producción de gas hidrógeno, sin disminuir las propiedades ópticas de las pequeñas láminas de aluminio.

Figura 1.

La mayoría de los recubrimientos plateados a base de solventes y agua se fabrican actualmente con pastas de aluminio. Para los sistemas a base de solventes, el pigmento comúnmente se ofrece a aproximadamente 60 a 75 por ciento de aluminio en solventes minerales o solventes minerales mezclados con nafta.  

Una ventaja inmediata de este nuevo pigmento es que no contiene ningún solvente. Por lo tanto, las restricciones asociadas con el solvente de base, que suele ser inflamable, se eliminan. Estos pigmentos, clasificados como no peligrosos, presentan numerosas ventajas en cuanto a transporte, almacenamiento, manipulación y dosificación. 

Para la mayoría de los recubrimientos a base de agua, la pasta de metal generalmente se presenta en 60 a 75 por ciento de pequeñas láminas de aluminio desactivado dispersas en agua o glicoles. Esas pastas permiten recubrimientos con menor contenido de compuestos orgánicos volátiles, pero generalmente tienen una vida útil corta. 

Además, las láminas de aluminio desactivado suelen estar expuestas al agua presente en el vehículo de la base mientras el producto está almacenado. Los gránulos de este pigmento de aluminio proporcionan una vida útil más larga y eliminan la posibilidad de producción de gas durante el almacenamiento. De hecho, la manipulación sin riesgos del producto hace que esos gránulos sólidos sean ideales para aplicaciones en el punto de uso.

Gracias a la original forma del producto, la incorporación de estos pigmentos metálicos es ligeramente diferente al trabajo con pastas tradicionales. Para incorporar el producto, se recomienda remojar brevemente los gránulos en una cantidad aproximadamente equivalente de agua. Esta premezcla se debe mezclar con bajo nivel de cizalla. Después de que esté totalmente dispersa, la premezcla se debe agregar al sistema deseado a base de agua.  

Estos pigmentos de aluminio han sido probados en una gran variedad de sistemas de pinturas y se encontró que tienen una destacada resistencia a la producción de gas a largo plazo después de la preparación. Es importante tener en cuenta que la composición química de la pintura puede afectar mucho la estabilidad del agua. Los fabricantes deben evitar condiciones extremas de pH y resinas muy ácidas. Por eso, se recomienda que se hagan pruebas en laboratorio para verificar el desempeño del producto.  

La primera generación
Las propiedades generales de la primera generación de estos pigmentos de aluminio se muestran en la Tabla 1. Como se indica, esta tecnología se puede usar para ofrecer concentrados de aluminio muy pigmentados compuestos por una amplia gama de tipos de láminas. Todos los pigmentos que se muestran en la Tabla 1 están libres de compuestos orgánicos volátiles. El alto contenido de pigmento, de 88 a 90 por ciento de metal, permite a los fabricantes desarrollar recubrimientos sostenibles con una flexibilidad de formulación óptima.

Tabla 1. 

Se han desarrollado intermediarios de pigmento laminados y no laminados. Para los intermediarios laminados, el proceso COMPAL WS reduce ligeramente las características laminadas de las láminas. Por eso, los grados que tienen la referencia 4151 WS se clasifican como semi-laminados.

Esta tecnología se puede aplicar a las láminas tipo copos de maíz y tipo monedas de plata. La primera generación incluye un copo de maíz medio-fino (D50 ~ 13 m) no laminado y tres grados lenticulares no laminados con un tamaño de partícula (D50) de 11 a 55 m.

La primera generación se seleccionó para cubrir una amplia gama de efectos ópticos. La referencia 4411 WS, el tamaño de partícula más grande en la primera generación, se usa generalmente para proporcionar brillo metálico alto para recubrimientos industriales plateados simples o ahumados. La apariencia óptica de los grados fino a fino medio se muestra en la Figura 2. La comparación se hizo usando un sistema acrílico WB que contiene aproximadamente 19 por ciento de pigmento.  

Como se muestra claramente en la Figura 2, los grados de moneda de plata (4464 WS y 4474 WS) proporcionan brillo metálico significativamente más alto en el ángulo de la cara. Como es de esperar, esas geometrías de láminas lenticulares también muestran un recorrido o cambio en reflectividad (flop) significativamente mayor. 

Figura 2. 

Al comparar los grados de copo de maíz, el 4151 WS es ligeramente más brillante que el 4242 WS en la mayoría de los sistemas a base de agua. Eso se debe al tamaño de partícula ligeramente más grande y a las propiedades semi-laminadas de este pigmento.

Esta primera generación se puede usar para producir recubrimientos sostenibles con brillo y recorrido premium (usando 4464 WS o 4474 WS), efecto intenso de destello metálico (usando 4411 WS) o plateados más económicos con destacado poder de cubrimiento a baja concentración del pigmento (usando 4151 WS o 4242 WS).  Gracias a la facilidad de manipulación, los diferentes productos se pueden mezclar fácilmente para producir una variedad ilimitada de efectos metálicos.

Conclusiones
Las regulaciones globales que controlan las emisiones estándar y de compuestos orgánicos volátiles serán cada vez más estrictas. Los fabricantes de recubrimientos necesitan soluciones para producir productos más sostenibles y que respeten el medio ambiente. El concentrado de pigmento de aluminio no peligroso, que es fácil dispersión, permite producir acabados metálicos sin compuestos orgánicos volátiles y estables a largo plazo.

* Aaron M. Hollman*, Ingo Giesinger, Dieter Groβschartner. Sun Chemical Corporation, Performance Pigments. Para correspondencia: aaron.hollman@sunchemical.com

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