¿Por qué utilizar aditivos de silicona para pinturas y recubrimientos?

Tras décadas de desarrollo, con el continuo avance e innovación de la ciencia y la tecnología, para mejorar el rendimiento de los recubrimientos, se han utilizado ampliamente diversos aditivos funcionales. La mayoría de los aditivos empleados en recubrimientos son tensioactivos, que reducen la tensión superficial de las interfaces gas-líquido, líquido-sólido o gas-sólido para lograr efectos de nivelado, antiespumante, dispersión y mejora de la adhesión. Entonces, ¿por qué utilizar aditivos de silicona para pinturas y recubrimientos?

Los cambios en el contenido de silicona y la masa molecular relativa de la molécula de silicona pueden modificar el rango de compatibilidad del aditivo con los sistemas aglutinantes del recubrimiento, afectando así el estado de dispersión del aditivo en el sistema.

Los compuestos de silicona poseen una tensión superficial muy baja y una alta actividad superficial, lo que permite mejorar la productividad de los recubrimientos, así como realizar modificaciones superficiales y prevenir diversos defectos en la película de pintura. Los aditivos de silicona para pinturas son variedades importantes de auxiliares para recubrimientos, con múltiples beneficios y una amplia gama de aplicaciones en el sistema de pintado.

Según los diferentes sistemas de recubrimiento y los requisitos de rendimiento correspondientes a nivelado, tacto, repintado, humectación, resistencia a la humedad, etc., los aditivos de silicona para pinturas pueden clasificarse en agentes humectantes de silicona, niveladores, antiespumantes, promotores de adhesión, auxiliares resistentes al desgaste, entre otros, que se utilizan ampliamente en la producción de pinturas, recubrimientos, tintas de impresión, imprimaciones, polvos, barnices de sobreimpresión, etc.

Here’Más información al respecto:

• ¿Cuáles son los tipos de aditivos de silicona?
• Aditivos de silicona como agentes niveladores para recubrimientos
• Aditivos de silicona como antiespumantes para recubrimientos
• Aditivos de silicona como agentes humectantes de sustratos
• Aditivos de silicona como aditivos resistentes al desgaste
• Aditivos de silicona para modificación de resinas de recubrimiento
• Aditivos de silicona como promotores de adhesión
• ¿Cómo fabricar aditivos para recubrimientos de silicona?

1. ¿Cuáles son los tipos de aditivos de silicona?

Los aditivos de silicona para sistemas de recubrimientos se dividen, según su composición química, en silanos y aceites de silicona. Los silanos son principalmente compuestos de moléculas pequeñas, utilizados en recubrimientos como promotores de adhesión, agentes reticulantes y dispersantes, etc. Los aditivos de aceite de silicona consisten principalmente en aceites de silicona modificados; ajustando la masa molecular relativa del aditivo, el tipo y contenido del grupo modificador R y el tipo de grupo funcional del extremo, se pueden obtener aditivos de muy diversas propiedades.

2. Aditivos de silicona como agentes niveladores para recubrimientos

(1) ¿Qué son los agentes niveladores de silicona para recubrimientos?

La estructura del agente nivelador para recubrimientos generalmente consta de dos partes: segmentos de cadena compatibles con el sistema y segmentos incompatibles con el sistema y de baja tensión superficial. Durante el proceso de formación de la película de pintura, debido a la separación y migración de los segmentos incompatibles de baja tensión superficial, los aditivos de silicona migran espontáneamente a la superficie del sistema de recubrimiento para formar una película monomolecular, proporcionando así una tensión superficial uniforme al sistema y eliminando los diversos defectos superficiales de la película causados por un gradiente de tensión superficial. A veces puede ocurrir una deformación bastante pronunciada de la textura superficial. El recubrimiento muestra un flujo no óptimo–a menudo descrito como piel de naranja.

El agente nivelador de silicona es una clase importante de agentes niveladores para recubrimientos. En general, el polidimetilsiloxano de baja masa molecular relativa (<5.000) puede utilizarse como agente nivelador. Actualmente, el agente nivelador de silicona ampliamente utilizado en recubrimientos son diversos aceites de silicona modificados. Según el tipo de modificación, se tienen principalmente aceites de silicona modificados con poliéter, modificados con poliéster, modificados con fenilo, modificados con alquilo, co-modificados fenilo-alquilo y co-modificados alquilo-poliéter, etc. El aceite de silicona modificado con poliéter, debido a su estructura, puede ajustarse en un amplio rango y su rendimiento puede cubrir muchos requisitos diferentes, siendo la variedad principal de agente nivelador de silicona en la actualidad.

XJY-701 Polimetilhidrosiloxano es un tipo de material sintético orgánico de alto peso molecular con una estructura química general, que puede utilizarse como agente nivelador para recubrimientos.

(2) ¿Cómo elegir un agente nivelador de silicona?

Cuando el agente nivelador debe usarse en un sistema de alta temperatura (como pinturas horneables), debido a la baja temperatura de descomposición del poliéter, se descompone fácilmente durante su uso, lo que puede causar algunos defectos superficiales en la película de pintura, como mala readherencia, contracción, etc. En ese caso, es necesario elegir aceites de silicona modificados que contengan grupos resistentes a altas temperaturas (como silicona modificada con alquilo, con fenilo o con poliéster, etc.). En comparación, el aceite de silicona modificado con alquilo, además del efecto nivelador, también tiene un buen efecto antiespumante, pero su compatibilidad no es buena, por lo que generalmente no es adecuado para barnices. Los fluidos de silicona fenílicos y los modificados con poliéster son más compatibles y son adecuados para sistemas de barniz de alta temperatura, proporcionando además excelente compatibilidad y estabilidad térmica. Con el desarrollo tecnológico, recientemente han aparecido algunos agentes niveladores que combinan silicona y acrilato; este tipo de agente combina las ventajas de ambos, ofreciendo excelentes efectos de nivelación previa y posterior. Según las diferentes estructuras químicas, se pueden dividir en agentes niveladores de silicona modificados con acrilato (la silicona es la cadena principal, el acrilato es la cadena lateral) y en agentes niveladores de acrilato modificado con silicona. Los agentes niveladores de acrilato modificado con silicona no solo proporcionan el efecto nivelador, sino que también pueden ofrecer incidentalmente un efecto de resistencia a las manchas.

3. Aditivos de silicona como antiespumantes para recubrimientos

Como antiespumante para recubrimientos, generalmente es necesario que tenga una tensión superficial mucho más baja que el sistema de aplicación y, al mismo tiempo, sea incompatible con dicho sistema. Las siliconas se utilizan ampliamente como materias primas para antiespumantes de recubrimientos debido a su estructura de baja polaridad e incompatibilidad con la mayoría de los sistemas de resinas para recubrimientos.

Generalmente, el polidimetilsiloxano de masa molecular relativa (10,000 ~ 100,000) puede utilizarse como agente antiespumante para recubrimientos. Actualmente, este tipo de antiespumante se utiliza ampliamente en sistemas de corrosión pesada, entre otros. Para mejorar la eficiencia desespumante, también se pueden añadir sílice como componente sinérgico. Además, debido a la alta eficiencia antiespumante de la silicona, se obtienen buenos resultados con cantidades muy bajas de aditivos de silicona. Para facilitar la adición, el antiespumante de silicona suele prepararse en una solución de menor concentración para adaptarse a las necesidades de la producción real.

XJY-702 Copolímero de metilhidrosiloxano/dimetilsiloxano puede reaccionar con dobles enlaces, grupos hidroxilo y otros grupos bajo la acción de un catalizador, siendo la materia prima básica para agentes niveladores, antiespumantes, aceites de silicona hidrosolubles y otros productos. Además de las características del dimeticona, este producto puede producir reacciones de adición y entrecruzamiento debido a la presencia de hidrógeno activo.

Resina de silicona metil MQ de la serie XJY-8205 es una resina en polvo sólida con buen rendimiento desespumante y antiespumante, y puede añadirse al disolvente para funcionar como antiespumante.

En sistemas de recubrimiento al agua, debido a la alta polaridad de las resinas hidrosolubles, el polidimetilsiloxano convencional tiene una compatibilidad limitada con el sistema y es difícil de usar directamente como agente antiespumante. Generalmente, es necesario modificar el polidimetilsiloxano con poliéter, especialmente en aplicaciones de sistemas de alto brillo. Normalmente, cuanto mayor es el grado de modificación con poliéter, mejor es la compatibilidad, pero el efecto desespumante también disminuye. En general, es necesario, basándose en la facilidad para desespumar el sistema, seleccionar la proporción de modificación adecuada para cumplir con las condiciones de capacidad desespumante; cuanto menor sea el contenido de silicio, mejor.

4. Aditivos de silicona como agentes humectantes de sustratos

En un sistema al agua, debido a que la tensión superficial del agua es demasiado alta, la humectación rápida del sustrato (especialmente sustratos de baja tensión superficial) es más difícil, por lo que en sistemas de recubrimiento al agua, el uso de agentes humectantes de sustrato es particularmente importante. Los agentes humectantes de sustrato de silicona se utilizan ampliamente en sistemas de recubrimiento al agua debido a su amplia aplicabilidad.

Substrate wetting agent is actually a special class of Polyether-modified silicone oils, whose relative molecular mass is usually very small. Since the rapid wetting of the substrate is a dynamic process, and in accordance with the principles of physical chemistry, the wetting agent’s principle of action is to reduce the surface tension of the system by rapidly migrating to the surface of the system, so as to achieve the effect of substrate wetting. According to the viewpoint of molecular kinematics, the migration speed of molecules depends on the relative molecular mass to a large extent, and the smaller the relative molecular mass is, the faster the migration speed is. Therefore, the relative molecular mass of the smaller Polyether-modified silicone oil is often used as substrate wetting agent for aqueous systems.

Investigaciones posteriores encontraron que, como agente humectante de sustrato, el aceite de silicona modificado con poliéter se utiliza en sistemas acuosos. Debido a su estructura especial, la cadena de silicona puede extenderse completamente, proyectando una gran cantidad de grupos -CH3 hacia el exterior, reduciendo así considerablemente la tensión superficial del sistema. Generalmente, el aceite de silicona modificado con poliéter de alta masa molecular relativa en un sistema acuoso solo puede reducir la tensión superficial a 25~26 N/m, mientras que las moléculas pequeñas del agente humectante de sustrato suelen poder reducirla por debajo de 22 N/m, pudiendo llegar incluso a 20~21 N/m. Una tensión superficial tan baja permite que los recubrimientos acuosos con agente humectante de sustrato añadido puedan humectar la mayoría de los sustratos de baja tensión superficial, e incluso humectar sustratos de PTFE. Al mismo tiempo, debido a que el agente humectante de sustrato puede reducir la tensión superficial del sistema acuoso a un grado muy bajo, puede proporcionar al sistema un buen rendimiento anti-cráter y un efecto de atomización durante la pulverización.

Debido a la pequeña masa molecular relativa del agente humectante de sustrato, su segmento de cadena de silicona es muy corto, por lo que no puede dotar a la superficie de la película de pintura de suavidad (generalmente proviene de segmentos largos de cadena de silicona). Cuando se requiere deslizamiento en la película de pintura, el agente humectante de sustrato suele usarse junto con un agente nivelador de silicona de alta masa molecular relativa, lo que también diferencia al agente humectante de sustrato del agente nivelador de silicona ordinario.

5. Aditivos de silicona como aditivos resistentes al desgaste

Para sistemas que requieren resistencia al desgaste, además de mejorar la densidad de reticulación desde la perspectiva de la resina, agregar aditivos también es un método común. Habitualmente, existen microesferas de silicona de masa molecular relativa ultra alta, emulsiones de silicona de masa molecular relativa ultra alta y modificadores nano de silicona.

Las microesferas de silicona resistentes al desgaste de masa molecular relativa ultra alta tienen una estructura ligeramente reticulada dentro de la dispersión de polisiloxano de alta masa molecular relativa, siendo microscópicamente microesféricas. Después de incorporarse al sistema, terminarán orientándose en la superficie de la película de pintura, formando una capa de película de polisiloxano, proporcionando así al sistema un excelente deslizamiento y efecto resistente a la abrasión superficial. En sistemas de recubrimientos al agua, además de las microesferas de silicona, la emulsión de silicona de masa molecular relativa ultra alta es también una clase comúnmente usada de aditivos resistentes al desgaste, que usualmente se obtienen mediante la polimerización de emulsiones de silicona, la viscosidad de la fase interna es extremadamente alta, la masa molecular relativa puede llegar a millones y, añadida al sistema, después de la formación de la película, puede formarse en la superficie una capa de silicona de masa molecular relativa ultra alta, mejorando así el efecto resistente al desgaste de la película de pintura.

Polimethylsilsesquioxano PMSQ XJY-801 puede usarse como material de modificación resistente al desgaste para mejorar la lubricación, resistencia al rayado, dispersión e hidrofobicidad; El polvo de polimetilsiloxano es adecuado para recubrimientos y tintas con alta resistencia al calor y a solventes, con buena tenacidad y resistencia al rayado. Es más fácil de dispersar, menos propenso a sedimentarse y tiene mejor adhesión cuando se combina con recubrimientos. Tiene un tacto particularmente delicado y puede formar un recubrimiento superficial de mayor grado.

6. Aditivos de silicona para modificación de resinas de recubrimiento

Los materiales de silicona suelen tener algunas propiedades especiales, como suavidad superficial, resistencia al desgaste, resistencia a la intemperie, flexibilidad a baja temperatura y otras propiedades. Al añadir algunos materiales elastoméricos de silicona con grupos funcionales reactivos como aditivos modificadores, se pueden introducir segmentos de cadena de silicona en el sistema de resina, permitiendo así introducir las excelentes propiedades de los materiales de silicona en el sistema de recubrimiento.

Los materiales de silicona para modificación de resinas tienen varios grupos funcionales y suelen ser polímeros de silicona con grupos reactivos en ambos extremos. Los materiales de silicona con grupos carbonilo hidroxilo suelen tener mejor reactividad con materiales de poliuretano y pueden usarse para modificación de resinas de poliéster o poliuretano; Los materiales de silicona con grupos epoxi pueden usarse para modificación de resinas epoxi; Los materiales de silicona con dobles enlaces de acrilato en ambos extremos pueden usarse para modificación de caucho curado; Los materiales de silicona con dobles enlaces de acrilato pueden usarse para síntesis de emulsiones modificadas con silicona; Los materiales de silicona con grupos amino pueden usarse para síntesis de resinas de poliimida modificadas con silicona para algunas aplicaciones de alta gama; los materiales de silicona con grupos carboxilo pueden usarse para modificación de resinas de recubrimientos en polvo y participar en la reacción.

7. Aditivos de silicona como promotores de adhesión

Los promotores de adhesión de silano han sido ampliamente utilizados en sistemas de recubrimientos solventes con sustratos de vidrio, cerámica, metal de zinc, metal de hierro, caucho curado y algunos sistemas plásticos.

El grupo alcoxi en el silano reacciona con una pequeña cantidad de agua en el sistema para generar el grupo silanol, que reacciona con el grupo hidroxilo en la superficie del sustrato formando una capa de adsorción fuerte, y el grupo R contenido en el silano contiene grupos reactivos (amino, epoxi, metacriloilo, etc., para diferentes sistemas de resina) que pueden enlazarse químicamente con el sistema de resina durante la reticulación, lo cual proporciona un fuerte efecto de puente entre la resina y el sustrato, mejorando así enormemente la adhesión. Al igual que en el sistema de recubrimientos solventes, el silano aún puede usarse como promotor de adhesión en sistemas de recubrimientos al agua cuando se aplica sobre vidrio, cerámica, así como algunos sustratos metálicos y plásticos.

Sin embargo, a diferencia del sistema solvente, dado que el sistema al agua usa agua como medio de dispersión, el promotor de adhesión de silano, usualmente aplicable a sistemas solventes, se hidrolizará demasiado rápido y se volverá inefectivo cuando se añada al sistema al agua, por lo que solo puede añadirse en el sitio de aplicación. Los silanos adecuados para sistemas de recubrimientos al agua se desarrollaron basándose en las características de estos sistemas. Ajustando el tamaño del grupo R en la estructura del silano, la velocidad de hidrólisis del silano se ve afectada por el efecto de impedimento estérico del grupo R, permitiendo que el ciclo de hidrólisis del silano se sincronice con el ciclo de uso de los recubrimientos al agua, mejorando la estabilidad en almacenamiento de estos.

8. ¿Cómo se fabrican los aditivos de silicona para recubrimientos?

Los aditivos de silicona para recubrimientos son un tipo de aditivos químicos ampliamente utilizados actualmente en la industria de recubrimientos. Tienen propiedades únicas y versatilidad que pueden mejorar significativamente el rendimiento y la calidad de los recubrimientos, y también proteger la superficie del recubrimiento de diversos factores ambientales. Entonces, ¿cómo elegir aditivos de silicona para que sus productos sean más competitivos en el mercado?

Siliconas XJY es uno de los principales resina de silicona MQ y Silicona VMQ fabricantes en China, con más de 30 años de experiencia en I+D y fabricación en la industria de la silicona, así como más de 15 patentes relacionadas y soporte técnico. Nuestra materias primas de silicona puede satisfacer las necesidades de diversas aplicaciones aditivos para recubrimientos y apoyar la oferta de soluciones personalizadas diversificadas.

• Polimetilhidrosiloxano XJY-701 como niveladores para recubrimientos de resina de silicona;
• Polimetilhidrosiloxano XJY-801 (Polvo de Resina de Silicona Esférica) como agentes resistentes a la abrasión y corrosión;
• XJY-8205 MQ Resin Powder/Silicone Methyl MQ Resin can be used as a defoamer agent.