Tecnología de esteras y perspectivas de desarrollo del poliuretano a base de agua

Tecnología de poliuretano y esteras a base de agua

Poliuretano a base de aguaEl poliuretano, presente en soluciones acuosas, dispersiones o emulsiones de resina de poliuretano en agua, se utiliza ampliamente en recubrimientos decorativos en diversos sectores, como la construcción, la decoración del hogar, la automoción, la confección de prendas de cuero y los electrodomésticos. En situaciones específicas donde se requieren recubrimientos de poliuretano al agua mate o de bajo brillo, la tecnología de mateado cobra especial importancia.

△ Métodos para lograr efectos mate

Actualmente, los efectos mateantes en los recubrimientos se logran principalmente mediante dos enfoques: añadiendo agentes mateantes o modificando la resina para que sea automateante. Sin embargo, depender únicamente de agentes mateantes, si bien es eficaz para reducir el brillo, puede provocar problemas como la sedimentación del agente mateante, una menor estabilidad de la emulsión y un brillo irregular debido a una dispersión deficiente. Por lo tanto, las resinas automateantes que no requieren agentes mateantes externos y las resinas mateantes de poliuretano al agua de tipo microesfera están ganando cada vez más atención.

△ Principio de adición de agentes matificantes

¿Qué es el mateado? Su función principal es crear una superficie microscópicamente rugosa en la película de recubrimiento. Cuando la luz incide en esta superficie irregular, se produce una reflexión difusa, que reduce la reflexión especular y dispersa la luz en diversas direcciones, logrando así un efecto mate. Este fenómeno de reflexión de la luz en las superficies de los objetos se ilustra en la Figura 1. Los agentes mateados funcionan como un método físico para alterar el brillo de los recubrimientos. A medida que el agua se evapora durante el proceso de secado, el agente mateado migra a la superficie, creando irregularidades microscópicas que aumentan la rugosidad superficial y, por lo tanto, disminuyen la reflexión especular.

△ Tipos de agentes matificantes de sílice

Común agentes matificantes Entre los agentes mateantes de sílice se incluyen los jabones metálicos, las ceras poliméricas, el talco y la sílice (SiO₂). Sin embargo, los jabones metálicos y las ceras poliméricas pueden flotar en la superficie de la solución, lo que produce un brillo irregular en la película de recubrimiento, mientras que su dispersabilidad y compatibilidad en resinas acuosas suelen ser deficientes, lo que puede causar demulsificación o gelificación. Por el contrario, la sílice, como compuesto inorgánico, ofrece ventajas como su facilidad de modificación y una excelente dispersabilidad en sistemas de poliuretano acuoso. Los agentes mateantes de sílice incluyen la sílice pirogénica, la sílice precipitada y el aerogel de sílice. La sílice pirogénica, un polvo ultrafino con grupos hidroxilo superficiales y agua adsorbida, destaca por su pequeño tamaño de partícula, gran área superficial específica y alta actividad superficial. La sílice precipitada, un polvo blanco amorfo de ácido silícico hidratado con partículas esféricas que contienen varios grupos hidroxilo, presenta un excelente rendimiento, procesos de producción sencillos, bajo consumo energético y una mayor variedad de aplicaciones en comparación con la sílice pirogénica. El aerogel de sílice, un material sólido en gel poroso a escala nanométrica y liviano, se destaca por su estructura superior, gran área de superficie específica, alto volumen de poros, distribución estrecha del tamaño de poros y buena transparencia.

△ Principio del poliuretano químicamente mate

El mateado también se puede lograr mediante métodos químicos, donde se introducen compuestos fotoabsorbentes en la resina de recubrimiento mediante reacciones químicas para alterar las propiedades ópticas de la película. Las resinas automateantes son resinas de recubrimiento que producen una superficie mate tras la formación de la película sin añadir polvos o ceras mateantes externos. Sus componentes presentan propiedades fisicoquímicas y grupos funcionales similares a las partículas de agente mateante, lo que garantiza una buena compatibilidad e índices de refracción uniformes al mezclarse con otras resinas, solucionando eficazmente los problemas asociados con los agentes mateantes externos. Además, dado que el índice de refracción de los agentes mateantes externos suele diferir del de la matriz de recubrimiento, resulta difícil equilibrar el mateado y la transparencia, lo que limita su idoneidad para ciertas aplicaciones. Por lo tanto, las resinas de recubrimiento automateantes que no dependen de agentes mateantes externos han atraído una gran atención. Su mecanismo de mateado consiste principalmente en la introducción de partículas incompatibles durante la síntesis del polímero, por ejemplo, mediante la modificación con silicio orgánico o la modificación por reticulación. Por ejemplo, en las resinas mateantes de poliuretano base agua modificadas con silicio orgánico, los segmentos de silicona hidrófoba migran a la superficie de la película de recubrimiento durante la formación de la película, creando una superficie microscópicamente rugosa. Esto confiere al poliuretano características orgánicas e inorgánicas, mejorando eficazmente su resistencia al agua, estabilidad térmica y propiedades mecánicas. La modificación de la reticulación altera la estructura lineal del poliuretano, formando una red densamente reticulada de macromoléculas de poliuretano. Esto aumenta el tamaño de partícula de la emulsión de poliuretano y, durante el secado, las partículas más grandes se apilan para formar una superficie rugosa. Además, la densa red reticulada mejora significativamente la resistencia al calor, al agua y a los productos químicos del poliuretano a base de agua.

Los investigadores han preparado con éxito emulsiones de resina automate de poliuretano modificado a base de agua, reticuladas internamente, mediante un método de extensión posterior a la cadena. Las películas resultantes presentan características superficiales rugosas. Con diferentes niveles de adición de reticulante (0,35 %, 0,45 %, 0,55 % y 0,65 %), las imágenes de las películas obtenidas mediante microscopio electrónico de barrido (MEB) se muestran en la Figura 2, etiquetadas como etapas a, b, c y d, respectivamente. Estas emulsiones tienen un tamaño de partícula promedio superior a 1 μm y un brillo aproximado de 2,0 a un ángulo de 60°, lo que cumple plenamente los requisitos de mateado.