Introducció
Els additius de superficie de silicona són essencials en moltes aplicacions industrials, com la formulació de pintures, tintes i recobriments. El seu principal avantatge és la capacitat de reduir la tensió superficial, millorant la humectació sobre diferents substrats. A més, ofereixen funcionalitats específiques que milloren el rendiment del producte.
Amb més de 75 anys d’experiència, Concentrol és un expert líder en el desenvolupament i fabricació d’especialitats químiques. Al llarg de la seva trajectòria, l’empresa ha prioritzat la recerca i la innovació, proporcionant contínuament solucions químiques d’avantguarda adaptades a les necessitats dels seus clients.
A Concentrol produïm copolímers de polidimetilsiloxà-polièter, que formen la base dels nostres additius de superfície de silicona. Aquesta experiència ens permet dissenyar estructures úniques personalitzades per a cada aplicació, assegurant un rendiment òptim. Els nostres copolímers no hidrolitzables de polisiloxà i polièter són especialment resistents a condicions extremes, oferint estabilitat duradora fins i tot en entorns hostils.
Què són els tensioactius de silicona?
Els additius de superficie de silicona pertanyen a un grup especial de tensioactius, on una columna vertebral hidrofòbica (polidimetilsiloxà, PDMS) està connectada a un o diversos grups polars. Els grups polars més comuns són les unitats iòniques d’òxid d’etilè (OE) i òxid de polipropilè (OP), tot i que n’hi ha d’altres. La longitud de la cadena de PDMS (determinada per les unitats x i w) controla el pes molecular, mentre que l’equilibri entre aquestes unitats defineix el grau de ramificació. Els grups de PDMS i polièter estan units per un enllaç de propil (-CH2CH2CHE2-) estable i no hidrolitzable, proporcionant durabilitat en diverses aplicacions.
La relació entre les unitats d’OE (n) i d’OP (m) influeix en la polaritat del segment de polièter, la qual cosa afecta la seva interacció amb diferents superfícies. El nombre total d’aquestes unitats determina el pes molecular de l’additiu. Un altre factor crucial és el grup terminal de la cadena de polièter, que pot ser un grup hidroxil (-OH) o estar substituït per altres grups funcionals no reactius. Això és especialment important en formulacions que contenen components químics reactius, com els isocianats, on es prefereixen els agents humectants amb grups terminals no reactius.
Quan s’aplica a una superfície, el segment no polar de PDMS s’orienta cap a l’aire, mentre que la part polar interacciona amb la fase líquida, donant a aquests copolímers les seves propietats tensioactives. Reduint la tensió superficial dels líquids, disminueixen l’angle de contacte entre el recobriment i el substrat, millorant la humectació de la superfície.
Imatge 1. Estructura general d’un copolímer de polidimetilsiloxà i polièter
Aplicacions i beneficis
Els agents humectants de silicona són essencials en formulacions dissenyades per a tractaments superficials, com pintures, recobriments, vernissos i tintes d’impressió. Aquests additius són no tòxics, altament efectius en baixes concentracions i compatibles amb una àmplia gamma de sistemes aquosos i a base de dissolvents.
Els additius de silicona de baix pes molecular són especialment efectius per prevenir defectes superficials comuns, com cràters i ulls de peix. També milloren el nivellat i redueixen significativament la tensió superficial, fent-los ideals per a formulacions aquoses o superfícies difícils d’humectar. Aquests additius són habitualment utilitzats en sistemes que requereixen l’aplicació de múltiples capes de recobriments.
Els additius de pes molecular mitjà i alt també són importants en la prevenció de defectes superficials, tot i que el seu impacte en la tensió superficial és moderat. Aquests additius milloren el flux i el nivellat de la formulació en general. A més, modifiquen les propietats superficials, augmentant la brillantor, millorant el deslliçament i incrementant la resistència a l’abrasió. Els defectes superficials en els recobriments sovint tenen el seu origen en les diferències de tensió superficial entre materials. Per a una humectació efectiva, la tensió superficial del líquid ha de ser inferior a l’energia superficial del substrat. Això garanteix una bona adhesió i una cobertura sense defectes. Altres problemes superficials, com l’efecte de pell de taronja, són causats per l’evaporació del dissolvent o el procés de curat del recobriment, que crea desequilibris de tensió superficial.
TENSIÓ SUPERFICIAL
La tensió superficial és l’energia necessària per augmentar la superfície d’un líquid en una àrea determinada, resultat de les forces intermoleculars entre les molècules de la superfície del líquid. Els líquids amb forces intermoleculars fortes presenten una tensió superficial elevada.
Hi ha diversos mètodes per mesurar la tensió superficial, un dels més comuns és l’anell de Du Noüy, que mesura la tensió superficial estàtica del líquid. No obstant això, en processos dinàmics com el recobriment amb corrons o la impressió, és més útil mesurar la tensió superficial dinàmica. Això es pot aconseguir amb el mètode de pressió de bombolla, on es generen bombolles a diferents freqüències dins d’un líquid, i la pressió necessària per formar les bombolles està directament relacionada amb la tensió superficial del líquid.
Tanmateix, en presència de tensioactius, la tensió superficial depèn de la velocitat amb què les molècules del tensioactiu es desplacen cap a la nova superfície creada, per tant, la tensió superficial dinàmica varia segons la vida útil de la bombolla. A Concentrol, els nostres laboratoris de R+D estan equipats amb tensiòmetres de pressió de bombolla avançats, capaços de mesurar la tensió superficial dinàmica des de 15 mil·lisegons fins
a 100 segons. Aquest equip ens permet observar el comportament dels diferents agents humectants i predir el seu rendiment en diversos sistemes de recobriment, ajudant al desenvolupament d’additius innovadors.
Consideracions normatives- Additius lliures de SVHC
Des de juny de 2018 (ED/61/2018), els additius de silicona que continguin més del 0,1% de silicones cícliques D4, D5 o D6 han de ser declarats com a substàncies de molt alta preocupació (SVHC) a les fitxes de dades de
seguretat europees. Concentrol ofereix additius de superfície de silicona amb nivells reduïts de silicones cícliques, gràcies a una etapa addicional de purificació en el procés de producció. Aquest procés assegura que els nostres additius continguin menys del 0,1% de D4,D5 i D6, per la qual cosa la nostra gamma ORDISOL no requereix etiquetatge com a SVHC.
A més, la majoria dels nostres additius de silicona compleixen amb les normatives de contacte amb aliments de la FDA, i molts d’ells també compleixen amb el Capítol XV de BfR i el Reglament (UE) Nº 10/2011.
Recerca i desenvolupament en additius de superficie de silicona
La família ORDISOL ofereix una àmplia gamma d’additius de superfície de silicona, proporcionant solucions òptimes per als formuladors que busquen millorar les propietats superficials dels seus productes. Aquests additius són silicones organofuncionals compostes de copolímers no hidrolitzables de polisiloxà i polièter, assegurant una excel·lent estabilitat en condicions extremes, com temperatures elevades o ambients corrosius. Aquesta línea de productes es divideix en dues categories principals:
- Additius d’humectació de substrats i anticràters (ORDISOL SWT)
- Additius de control de superfície (ORDISOL SLP)
ADDITIUS D’HUMECTACIÓ DE SUBSTRATS I ANTICRÀTERS (ORDISOL SWT)
Estan dissenyats específicament per a tintes d’impressió i sistemes a base d’aigua, on és necessari reduir dràsticament la tensió superficial. En aquests recobriments, la tensió superficial elevada de l’aigua dificulta la humectació. Concentrol ofereix additius capaços de reduir la tensió superficial de l’aigua a prop de 20 mN/m, millorant significativament el nivellat i reduint els cràters en superfícies contaminades. Recentment, s’han afegit dos nous productes a aquesta gamma:
- ORDISOL SWT-28. Desenvolupat per a sistemes aquosos, tintes d’impressió i vernissos d’impressió. Ofereix una reducció forta de la tensió superficial mentre millora la humectació i el nivellat. És adequat per a sistemes sense cosolvents orgànics.
- ORDISOL SWT-49. Disenyat per a sistemes aquosos i adhesius. Aquest additiu millora el nivellat i el flux, redueix la tensió superficial i genera molt poca espuma en tots els sistemes.
ADDITIUS DE CONTROL DE SUPERFICIE (ORDISOL SLP)
És ideal tant per a sistemes de base solvent, co-solvent com per a sistemes aquosos. Aquests additius milloren el nivellat, el flux i la resistència als cràters, a més de modificar les propietats superficials, millorant característiques mecàniques com la resistència a les ratllades o l’abrasió.
Un recent afegit a aquesta gamma és ORDISOL SLP-35, un additiu universal que proporciona un bon efecte anticràter i millora el deslliçament superficial. També augmenta la resistència a les ratllades i incrementa la brillantor, amb un lleuger efecte desespumant, estabilitzant molt menys l’escuma que altres additius de copolímers de polisiloxà i polièter.
Concentrol es compromet a oferir la solució ideal per a cada client. El nostre departament de desenvolupament experimenta constantment amb formulacions innovadores, assegurant que continuem sent líders en la indústria química, reconeguts com una empresa capdavantera.
