¿Qué son los antiespumantes y por qué son indispensables en la producción de recubrimientos?

Un fabricante de pinturas recibió un pedido grande de un esmalte industrial de acabado base agua y pasó la fórmula directamente del pequeño dispersor de laboratorio al tanque de dispersión de alta velocidad de la planta. Al dispersar el primer lote, la espuma subió hasta el borde del tanque, el operador tuvo que bajar la velocidad y el tiempo de dispersión se alargó; después del envasado, el nivel de la pintura en las cubetas seguía bajando y el muestreo de contenido neto no pasó. Al final del completado, la planta agregó un antiespumante de silicona que tenía a la mano, la espuma bajó y el pedido salió a tiempo. Dos meses después llegaron las quejas: el acabado aplicado por aspersión estaba lleno de poros y cráteres, cuanto más tiempo llevaba una cubeta en almacén, más espuma hacía al aplicarla con rodillo, y el cliente exigió cambiar todo el lote. El antiespumante era del tipo equivocado, se agregó en la etapa equivocada y, después del almacenamiento, nadie volvió a probarlo.

¿Qué son los antiespumantes y por qué son indispensables en la producción de recubrimientos? El antiespumante es un aditivo que rompe y suprime la espuma: elimina las burbujas que se generan en la pintura durante la producción, el envasado y la aplicación, y evita poros, cráteres y pérdida de brillo. Tiene que mantener un grado adecuado de incompatibilidad con el sistema, y su tipo, la etapa en que se agrega y su dosis deben definirse con pruebas.

Cada paso de la producción de pinturas base agua introduce aire en la pintura. La espuma es el problema más común de la producción de recubrimientos y también el que más fácilmente se subestima. El vórtice que forma el disco durante la dispersión a alta velocidad, la turbulencia y los impactos durante el bombeo y el envasado, y el rodillo, la brocha y la pistola durante la aplicación llevan aire a la pintura; al mojarse los pigmentos y las cargas, el aire que había entre las partículas también se desplaza y forma una gran cantidad de burbujas finas. Los tensoactivos son la razón de que las burbujas se mantengan estables. Las pinturas base agua contienen emulsionantes, humectantes dispersantes, espesantes y coalescentes, y muchos de estos componentes tienen actividad superficial y se alinean como una película molecular en la superficie de la burbuja. Cuando la pared de la burbuja se estira y adelgaza, la tensión superficial local sube, el líquido de alrededor es arrastrado para reponerla y la pared recupera su espesor, y por eso la espuma puede durar mucho tiempo. Cuando el espesante eleva la viscosidad, tanto el ascenso de las burbujas como el drenaje de la película líquida se vuelven más lentos, y a la espuma le cuesta todavía más desaparecer por sí sola. Algunos nivelantes de silicona modificados con poliéter también tienden a estabilizar la espuma, como mencionamos al hablar de los agentes nivelantes. La macroespuma y la microespuma causan problemas distintos. Las burbujas grandes que flotan en la superficie del líquido se llaman macroespuma y afectan sobre todo la producción y el envasado; las burbujas finas dispersas dentro de la pintura se llaman microespuma, suben muy despacio y quedan atrapadas en la película húmeda después de aplicar. Al secar, la microespuma se queda en la película y es la principal fuente de poros y pérdida de brillo.

Las pérdidas que causa la espuma van desde la planta hasta las instalaciones del cliente. En producción, baja la eficiencia de dispersión y el envasado pierde precisión. Cuando el tanque de dispersión está lleno de espuma, las burbujas amortiguan el cizallamiento del disco, cuesta alcanzar la finura, hay que alargar la dispersión y la espuma ocupa parte de la capacidad del tanque. La pintura con aire tiene menor densidad, así que al envasar por volumen el contenido neto queda corto y al envasar por peso la cubeta tiende a derramarse; cuando la espuma se asienta, el nivel baja y el cliente abre un envase que no está lleno. En la aplicación y la formación de película aparecen poros, cráteres y una protección más débil. Si las burbujas que entran durante la aplicación no escapan antes de que seque la película húmeda, dejan poros, hundimientos en forma de volcán y una superficie áspera; la microespuma atrapada en la película reduce el brillo y la nitidez de imagen. En los recubrimientos anticorrosivos, las burbujas y los poros acortan el camino del agua, el oxígeno y los agentes corrosivos hacia el sustrato, y la vida útil de la protección se reduce con ello. Estos defectos salen a la luz después de la entrega, y el costo de los retrabajos y los reclamos es muy superior al de resolver la espuma en la etapa de producción.

La acción de un antiespumante para romper las burbujas se resume en tres pasos: entrada, extensión y ruptura de la película. Primero, gotas de baja tensión superficial entran en la pared de la burbuja. El antiespumante se dispersa en la pintura en forma de gotas finas, con una tensión superficial menor que la de la pintura e inmiscibles con ella. Cuando una gota toca la pared de una burbuja, entra en la película líquida y se extiende con rapidez, desplaza la capa de moléculas tensoactivas que antes era estable y arrastra líquido fuera de la película; la pared se adelgaza en ese punto, pierde su capacidad de autorrepararse y termina por romperse. Muchos antiespumantes contienen además partículas de sílice hidrofóbica, que aceleran la ruptura al formar puentes entre ambas caras de la película líquida. Según la etapa en que actúan, los antiespumantes cumplen tres funciones: desespumado, inhibición de espuma y desaireación, que corresponden a romper la espuma existente, impedir que la espuma se estabilice y expulsar la microespuma del interior de la pintura. Los sistemas base agua se enfocan más en las dos primeras, mientras que los sistemas de alta viscosidad, sin solvente y de curado UV necesitan más la desaireación. Antes de elegir un producto, hay que tener claro qué tipo de espuma se quiere resolver.

Cuanto mayor es el poder antiespumante, mayor es el riesgo de cráteres. El antiespumante solo funciona si mantiene cierta incompatibilidad con el sistema, y cuando esa incompatibilidad se pasa de la medida, produce defectos en la película. Si la compatibilidad es demasiado buena, el antiespumante se disuelve en la pintura y pierde su capacidad de romper espuma; si es demasiado mala, las gotas quedan muy grandes y mal distribuidas, en la película aparecen cráteres, ojos de pez y velo, y también se afecta la adherencia al repintar. La clave de la selección es encontrar el punto de equilibrio entre la eficacia antiespumante y el aspecto de la película. Los antiespumantes se agrupan en tres familias: aceite mineral, silicona y polímeros. Los de aceite mineral son de bajo costo y poder antiespumante moderado, se usan mucho en pinturas arquitectónicas base agua mates y semibrillantes, y en sistemas de alto brillo tienden a causar pérdida de brillo. Los de silicona tienen una tensión superficial muy baja, se usan en dosis pequeñas y actúan rápido, pero cuando el grado o la dosis no son los adecuados, son los que más fácilmente causan cráteres y problemas al repintar, que es justo lo que le pasó al fabricante de pinturas del inicio. Los poliméricos incluyen polímeros sin silicona como copolímeros acrílicos y éteres vinílicos; afectan poco el aspecto y la repintabilidad, desairean bien y se usan con frecuencia en esmaltes de alto brillo, barnices y sistemas de varias manos. Nuestros antiespumantes Chemtech, la serie 30xx y el 3100, abarcan polisiloxanos modificados y polímeros sin silicona como copolímeros acrílicos y éteres vinílicos, con un contenido activo que va del 3% al 100%, y cada grado indica los sistemas para los que sirve. Los sistemas base agua, base solvente y UV se comportan de forma distinta. Los sistemas base agua tienen muchos tensoactivos y una fuerte capacidad de estabilizar espuma, así que exigen un antiespumante de efecto duradero. Los sistemas base solvente de por sí generan poca espuma; sus problemas vienen sobre todo de las fórmulas de alto contenido de sólidos y de la microespuma que introduce la aspersión, por lo que importa más la desaireación. Los sistemas de curado UV tienen alta viscosidad y curan rápido, así que la microespuma casi no tiene tiempo de escapar, y necesitan productos con alta eficacia de desaireación que no interfieran con el curado. Un mismo grado puede dar resultados completamente distintos al cambiar de sistema.

Si se agrega en la etapa equivocada o se descuida el almacenamiento, hasta un buen antiespumante deja de funcionar. Lo recomendable es agregarlo por separado en la etapa de molienda y en la de completado. La práctica habitual es dividirlo en dos adiciones: una parte en la molienda, para controlar la espuma durante la dispersión a alta velocidad, y el resto en el completado, dispersado de manera uniforme con agitación a velocidad media o baja, para conservar capacidad antiespumante durante el envasado, el almacenamiento y la aplicación. En la molienda el cizallamiento es intenso y el antiespumante se sobreemulsiona con facilidad, las gotas quedan demasiado finas y el efecto se debilita; si en el completado la agitación es insuficiente, las gotas quedan demasiado grandes y provocan cráteres. El fabricante de pinturas del inicio lo agregó de último momento al final del completado, justo en el extremo con más riesgo de cráteres. El efecto se pierde con el almacenamiento, así que hay que probar tanto muestras recién hechas como muestras almacenadas en caliente. Con el tiempo, los tensoactivos emulsionan o adsorben el antiespumante presente en la pintura, o este puede subir y separarse, y muchas veces esa es la razón de que una pintura que salió bien de la planta haga mucha espuma al llegar al cliente. Por eso la evaluación requiere tres pruebas. Método de densidad: mide la densidad de la pintura justo después de agitarla a alta velocidad y compárala con una muestra sin agitar; cuanto menor la diferencia, menos aire se incorporó. Método de altura de espuma: agita o sacude la pintura en una probeta graduada y registra la altura de la espuma y el tiempo que tarda en desaparecer. Paneles de aplicación: aplica con rodillo, aspersión o brocha según el método real del cliente, observa poros, cráteres, ojos de pez y brillo, y revisa la adherencia al repintar con el corte cuadriculado. Haz las tres pruebas una vez con muestras recién hechas y otra con muestras almacenadas en caliente, subiendo la dosis por etapas de menor a mayor hasta encontrar el rango en que el desespumado cumple y el aspecto no se ve afectado.

Si la espuma de la superficie ya desapareció, ¿por qué la película todavía tiene poros? Que la espuma de la superficie desaparezca indica que la macroespuma está controlada, pero puede quedar microespuma dentro de la pintura, que queda atrapada en la película húmeda al aplicar y forma poros al secar. En ese caso hay que revisar la capacidad de desaireación del antiespumante y fijarse también en la viscosidad de la fórmula, el espesor de película húmeda y el método de aplicación. ¿Qué pasa si se agrega antiespumante de más? El exceso de antiespumante provoca cráteres, ojos de pez y velo, los sistemas de alto brillo pierden brillo y los de silicona pueden además afectar la adherencia al repintar. La dosis debe definirse con pruebas por etapas, buscando la dosis mínima que cumpla con el desespumado. Si cambias de emulsión o de dispersante, ¿puedes seguir usando el mismo antiespumante? Hay que validarlo de nuevo. Los emulsionantes y los humectantes dispersantes determinan cuánto estabiliza la espuma el sistema y también influyen en la compatibilidad del antiespumante, así que al cambiar una materia prima, el punto de equilibrio anterior puede moverse.

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 tu línea de producción tiene problemas de espuma, poros o cráteres, cuéntanos tu sistema, tu método de aplicación y los grados que usas hoy, y definiremos juntos el tipo de antiespumante, la etapa de adición y la dosis de prueba. Para conocer las formas de colaboración, visita hongda-chem.com y haz clic en "Become a strategic partner".