¿Qué función cumplen los agentes nivelantes en recubrimientos y tintas?

Un fabricante de pinturas suministraba un barniz de acabado de poliuretano de alto brillo a una fábrica de muebles. La fábrica instaló una nueva línea de aplicación por aspersión y cambió de lote de fondo, y en la primera semana una gran cantidad de puertas de gabinete tuvo que reprocesarse: el acabado ondulaba como piel de naranja y en algunas zonas aparecían cráteres redondos que se notaban a simple vista bajo la luz. El técnico del fabricante de pinturas fue a planta, agregó agente nivelante al acabado y la piel de naranja y los cráteres disminuyeron. Dos semanas después llegó una queja nueva: el acabado aplicado sobre las zonas lijadas y reparadas no anclaba bien y en la prueba de corte cuadriculado se desprendía en placas. El mismo aditivo dejaba la superficie irregular si se agregaba poco y causaba problemas de adherencia entre capas si se agregaba de más, y en la selección inicial nadie había revisado con cuidado su tipo ni su dosis.

¿Qué función cumplen los agentes nivelantes en recubrimientos y tintas? El agente nivelante es un aditivo que regula la tensión superficial de la película húmeda para que el recubrimiento o la tinta fluya y quede plano antes de secar y formar película, eliminando piel de naranja, marcas de brocha, cráteres y veteado, y elevando el brillo. Se usa en cantidades muy pequeñas, y elegir bien su tipo y su dosis decide directamente el aspecto de la película y su desempeño al repintar.

Una vez aplicado el recubrimiento o la tinta sobre el sustrato, la superficie de la película húmeda está llena de irregularidades: la aspersión deja el relieve de las gotas atomizadas, el rodillo y la brocha dejan surcos, y la impresión deja huellas de los puntos de trama y de la racleta. Antes de secar, la película húmeda tiene que borrar esas irregularidades con su propio flujo. Ese margen es corto: el solvente se evapora, la viscosidad sube y el entrecruzamiento avanza, y en cuanto la película pierde fluidez, la forma que tenía la superficie en ese momento queda fija. La fuerza que impulsa la nivelación es la tensión superficial. La tensión superficial siempre lleva la superficie de un líquido hacia el área mínima, es decir, hacia la planitud; lo que frena la nivelación es la viscosidad. La velocidad de nivelación depende de la tensión superficial, la viscosidad, el espesor de la película húmeda y la separación entre irregularidades: cuanto más gruesa la película, más baja la viscosidad y más finas las irregularidades, más rápido nivela. Las ondulaciones suaves y muy espaciadas son las más difíciles de eliminar, y la piel de naranja pertenece a ese grupo. Los gradientes de tensión superficial originan los cráteres y el veteado. Más decisivo que el valor de la tensión superficial es que sea uniforme en toda la película húmeda. Al evaporarse el solvente, la proporción de solvente y la temperatura cambian de un punto a otro de la superficie, surgen diferencias de tensión superficial y el líquido es arrastrado de las zonas de tensión baja hacia las de tensión alta. Ese flujo forma celdas de Bénard dentro de la película húmeda que separan los pigmentos y se manifiesta como veteado y flotación. El aceite, el polvo y el aceite de silicona que caen sobre la película húmeda, así como los puntos contaminados del sustrato, tienen una tensión superficial muy baja, así que el recubrimiento que los rodea se retira hacia afuera y deja un cráter hundido en el centro.

Aquí hay una aparente contradicción: la tensión superficial es la fuerza que impulsa la nivelación y, sin embargo, muchos agentes nivelantes la reducen. La clave está en la uniformidad. El nivelante migra a la superficie de la película húmeda y forma una capa molecular distribuida de manera uniforme que aplana las diferencias locales de tensión superficial, y al mismo tiempo baja la tensión superficial global por debajo de la del sustrato y de los contaminantes para que la película húmeda pueda extenderse. Cuando la tensión superficial se iguala, se debilita la fuerza que mueve las celdas de Bénard y disminuyen el veteado y la flotación; los puntos contaminados pierden la capacidad de apartar el recubrimiento que los rodea y los cráteres se reducen. El nivelante también ayuda a mojar el sustrato y evita la retracción y las zonas sin cubrir. Un recubrimiento o una tinta solo se extiende sobre el sustrato cuando su tensión superficial es menor que la energía superficial de este. Las películas plásticas, el metal con grasa y los fondos de baja energía superficial son los más propensos a la retracción, las zonas sin cubrir y los poros. Un agente nivelante capaz de bajar la tensión superficial ayuda a que la película húmeda cubra todo el sustrato.

Si eliges el tipo equivocado o agregas de más, el problema aparece en la siguiente etapa. La primera consecuencia es la pérdida de adherencia al repintar y los cráteres entre capas. Los nivelantes de silicona se concentran en la superficie de la película seca y, junto con un tacto deslizante y mejor resistencia al rayado y al bloqueo, también bajan la energía superficial, de modo que la siguiente capa o la capa de reparación tiene dificultad para mojar y adherirse, lo que provoca deslaminación entre capas e incluso cráteres nuevos en la capa de repintado. El acabado de muebles, el repintado automotriz y los recubrimientos industriales que requieren lijado y reparación son los más sensibles a esto, y es justo el problema que enfrentó el fabricante de pinturas del inicio. La segunda afecta la sobreimpresión, la laminación y el estampado en caliente de las tintas. En tintas, el exceso de nivelante de silicona perjudica los procesos posteriores a la impresión: el siguiente color se extiende mal sobre el anterior, baja la fuerza de desprendimiento del laminado, la superficie impresa queda demasiado resbalosa y el adhesivo y la lámina de estampado en caliente se adhieren mal. En las tintas para empaque flexible, sobre todo, hay que controlar la dosis de estos aditivos.

Por su composición química, los agentes nivelantes más comunes se dividen en dos grandes clases: polisiloxanos modificados y copolímeros acrílicos. Nuestros nivelantes Chemtech, la serie 10xx y el 6710, cubren ambas. Los polisiloxanos modificados bajan la tensión superficial y la uniformizan. Tienen una gran capacidad para reducirla y mejoran de forma notable los cráteres, la humectación del sustrato y el deslizamiento superficial. El grupo modificador define su carácter: los grados modificados con poliéter son los que más bajan la tensión superficial y convienen en sistemas que necesitan una humectación fuerte, aunque algunos tienden a estabilizar la espuma y dificultan la salida de burbujas; los modificados con poliéster resisten mejor el calor y convienen en esmaltes horneables; los modificados con aralquilo tienen buena compatibilidad con la resina y afectan relativamente poco la repintabilidad. Los grados con grupos reactivos pueden integrarse a la película durante el curado, lo que reduce su migración a la superficie. Los copolímeros acrílicos son la opción de nivelación sin silicona. Los nivelantes acrílicos influyen menos en la tensión superficial y actúan sobre todo formando una capa uniforme en la superficie, lo que mejora la nivelación de onda larga, elimina la piel de naranja y ayuda a la desaireación. Como están libres de silicona, afectan muy poco la repintabilidad y la adherencia entre capas, por lo que convienen en sistemas con varias manos y reparaciones con lijado. Sus puntos débiles son un control de cráteres inferior al de las siliconas y la aparición de velo cuando la compatibilidad con la resina es mala.

Elige por sistema y fija la dosis con pruebas. La selección empieza por el sistema: base agua, base solvente o curado UV, qué resina, si la aplicación es por aspersión, rodillo, cortina o impresión, y si después habrá repintado, reparación con lijado, laminación o estampado en caliente. Luego hay que ver qué problema se quiere resolver, sea piel de naranja, cráteres, veteado o mala humectación del sustrato, porque cada problema pide un tipo distinto. La dosis se define con pruebas. Prepara paneles sobre el sustrato real con el método de aplicación real, observa piel de naranja, cráteres y veteado, y mide brillo y nitidez de imagen; revisa la adherencia al repintar con el corte cuadriculado; en tintas, prueba además sobreimpresión, laminación y fuerza de desprendimiento. Empieza con una dosis baja y súbela por etapas hasta encontrar el rango en que el aspecto cumple y la repintabilidad se mantiene intacta. El nivelante también tiene sus límites: los problemas de balance de solventes o de elección de resina quedan fuera de su alcance. La documentación de nuestros aditivos para recubrimientos Chemtech indica para cada grado la composición química, el contenido de sólidos, el contenido de silicona, los grupos reactivos y los sistemas adecuados, e incluye los modelos de referencia equivalentes más comunes; además trae guías de selección para barnices de madera, pinturas automotrices y de repintado, esmaltes industriales horneables y pinturas para plástico, y pinturas para pisos.

¿Qué diferencia hay entre un agente nivelante y un humectante dispersante? Actúan en lugares distintos. El humectante dispersante actúa sobre la superficie del pigmento y ayuda a mojarlo, abrirlo y mantenerlo estable; el nivelante actúa en la interfase entre la película húmeda y el aire, regula la tensión superficial y mejora el aspecto; el humectante de sustrato actúa en la interfase entre la película húmeda y el sustrato y se superpone en parte con el nivelante. Una fórmula suele necesitar los tres. Si ya aparecieron cráteres, ¿basta con agregar más nivelante? Primero hay que encontrar su origen. Si vienen de contaminación con aceite o silicona en el sustrato, en el aire comprimido o en el ambiente, mejorar la limpieza y la filtración es más eficaz que agregar aditivo; si vienen de componentes incompatibles de la fórmula, hay que ajustar la fórmula. Una vez clara la causa, una adición moderada de nivelante de silicona puede aliviar el problema, siempre probando al mismo tiempo la adherencia al repintar para evitar que el problema pase a la siguiente etapa. ¿Pueden las pinturas base agua y base solvente usar el mismo nivelante? Algunos grados sirven para ambas, y la mayoría es adecuada para uno solo de los dos sistemas. Los sistemas base agua tienen mayor tensión superficial y exigen más en la humectación del sustrato. Al elegir, revisa los sistemas adecuados que indica cada grado y haz pruebas en la fórmula real.

Hongda Group fabrica y exporta productos químicos en Ningbo desde 1992 y vende a más de treinta países. Nuestros aditivos para recubrimientos Chemtech abarcan dispersantes, nivelantes, antiespumantes, modificadores reológicos, humectantes de sustrato y modificadores de propiedades de película, para sistemas base agua, base solvente y UV. Si tus recubrimientos o tintas presentan piel de naranja, cráteres, veteado o problemas de adherencia al repintar, cuéntanos tu sistema, tu método de aplicación y los grados que usas hoy, y definiremos juntos el tipo de nivelante y la dosis de prueba. Para conocer las formas de colaboración, visita hongda-chem.com y haz clic en "Become a strategic partner".