Protezione delle pitture a base acquosa contro il gelo grazie all’uso degli additivi tensioattivi

Chip Palmer  – ETHOX CHEMICALS / Artur Palasz – SPEKTROCHEM COATINGS LABORATORY

Introduzione
Durante l’inverno, la temperatura diminuisce molto, specialmente negli Stati Uniti del Nord o nei paesi del Nord Europa. In questa stagione, le pitture a base acquosa contenenti i leganti lattice polimerico vengono fornite anche ai venditori di prodotti vernicianti e ai cantieri edili. A volte, l’assenza di riscaldamento nei veicoli o nei magazzini causa la formazione di gelo che influisce negativamente sulla qualità della pittura nei secchi. Anche durante le operazioni di scarico delle pitture può aver luogo il congelamento, che risulta difficile da evitare.

Le pitture a base acquosa basate sulle dispersioni polimeriche (leganti a base lattice) sono sensibili al gelo. Ogni etichetta riporta l’avviso “protezione dal gelo” e le confezioni familiari includono solitamente il caratteristico pinguino che riporta le stesse informazioni. Ciò accade perché le dispersioni polimeriche che legano le pitture a base di lattice non sopportano la pressione del ghiaccio durante il congelamento e le particelle polimeriche disperse si deformano e coagulano, causando la degradazione della pittura, che si manifesta in un aumento della viscosità fino al deterioramento totale che avviene con la formazione coaguli “come disco da hockey”, di una struttura granulare e con la solidificazione non miscelabile (Fig. 2 in cui si osserva la degradazione post congelamento di due pitture commerciali).

Additivo E-Sperse^® FT 600
La soluzione per proteggere le pitture a base di lattice dal congelamento accidentale e incontrollato è rappresentata dall’additivo E-Sperse^® FT 600 di Ethox Chemicals, LLC nella Carolina meridionale. Si tratta di un tensioattivo che fornisce eccellenti proprietà di bagnabilità e di dispersione e che, grazie alla stabilizzazione del pigmento e delle particelle di riempitivo e, soprattutto alla stabilizzazione delle particelle polimeriche nel legante, protegge le pitture a base di lattice dalla degradazione causata dal gelo/disgelo. L’additivo è consigliato anche come additivo per allungare i tempi di ripresa e la bagnabilità del contorno. Le caratteristiche di base delle proprietà tecniche sono illustrate in Figura. 3.

Casi studio
Per verificare la prestazione dell’additivo in una formulazione di pittura a base di lattice sono stati compiuti dei casi studio utilizzando lo Spektrochem Lab, un centro tecnico indipendente che fornisce informazioni sulle materie prime e sulle formulazioni delle pitture a base acquosa. A tal fine, è stata messa a punto una formulazione di pittura a base di lattice PVC al 26% e costituita da lattice polimerico acrilico al 100%, al fine di controllare l’efficacia di E-Sperse^® FT 600 come additivo gelo/disgelo. Le formulazioni sono state preparate come base di un veicolo colorante.
Le pitture sono state preparate mediante macinazione nel mulino con l’ausilio del solvente Cowles contenente riempitivi e biossido di titanio in un veicolo (con additivi, ad esempio additivi bagnanti e disperdenti, conservanti in barattolo, antischiuma), che sono stati combinati nella procedura di impasto e un legante acrilico insieme ad altri additivi (ad esempi inspessenti). L’additivo è stato aggiunto alle pitture nelle quantità percentuali dell’1%, 3% e 5% in peso, in base alla formulazione totale e il dosaggio è stato eseguito nella fase dell’impasto prima della regolazione finale della viscosità utilizzando gli additivi reologici. A titolo di confronto è stato preparato anche un campione di controllo privo di E-Sperse^® FT 600.

Test del gelo/disgelo ASTM D2243
Per valutare la resistenza al gelo/disgelo delle pitture a base acquosa, si adotta il metodo di test standard ASTM D2243-20 per la resistenza ai cicli di gelo/disgelo dei rivestimenti a base acquosa, in cui le pitture liquide vengono collocate nei barattoli di metallo rivestiti internamente di resine, 16 US fl.oz a 0° F per poi essere scongelati a 73,5° F in laboratorio e poi sottoposti a 5 cicli di gelo/disgelo. Al completamento i campioni sono stati valutati con un punteggio da 0 a 10, dove 0 sta per totale degradazione e 10 nessuna degradazione (pittura a consistenza corretta che può essere misurata con il viscosimetro Stormer).
In Figura 4 sono presentati i risultati delle variazioni della viscosità della pittura, misurate con il viscosimetro Stormer, comparando le pitture prima della fase di congelamento e dopo 5 cicli di gelo/disgelo secondo ASTM D2243.
Come si può osservare nel grafico e nella foto di Figura 4, il campione di controllo presenta una degradazione completa causata da 5 cicli di gelo/disgelo, che rende impossibile la misura della viscosità.
Il campione di controllo è chiaramente danneggiato. Tuttavia, se si analizzano le foto dei campioni E-Sperse^® FT 600, si osserva che l’aggiunta dell’1-5% migliora la resistenza ai cicli di gelo/disgelo.
Le pitture contenenti l’1% di E-Sperse^® FT 600 dopo 5 cicli di gelo/disgelo, tuttavia, includono coaguli visibili sulla spatola, ma la viscosità può essere misurata e le variazioni della viscosità risultano impercettibili rispetto al campione non sottoposto ai cicli di gelo/disgelo.
Nel caso dei campioni contenenti l’additivo in quantità pari al 3 e al 5%, risulta chiara l’assenza di coagulanti e la viscosità dei campioni rimane praticamente invariata rispetto alle pitture sottoposte a 5 cicli di gelo/disgelo e ai campioni non sottoposti ai test (Fig. 4). Per ampliare il quadro della valutazione dell’impatto esercitato dai 5 cicli di gelo/disgelo e dell’additivo sui rivestimenti, la brillantezza dei rivestimenti è stata valutata prima e dopo i 5 cicli di gelo/disgelo. A tal fine, i rivestimenti sono stati ricavati dai campioni con applicazione automatica su schede BYK, dopo il condizionamento a 73,5° F e umidità relativa al 50% per 3 giorni. La brillantezza a 60° C è stata misurata utilizzando il glossmetro Rhopoint Novo-gloss Trio. I risultati sono presentati in Figura 5.

Come mostrato in Figura 5, il coagulo nel campione di controllo è ancora visibile sul rivestimento, il che spiega anche la riduzione significativa della brillantezza del rivestimento dopo 5 cicli di gelo/disgelo. I rivestimenti contenenti E-Sperse^® FT 600 a una quantità dell’1% presentano inclusioni moderate e brillantezza ridotta. I prodotti contenenti l’additivo nella quantità del 3 e del 5% non presentano inclusioni o coagulazione, il che dimostra che la prestazione di questo additivo consente anche di mantenere un rivestimento uniforme. È interessante notare che il tensioattivo aumenta in modo significativo la brillantezza dei rivestimenti con l’incrementare della quantità nella formulazione. Comparando i risultati dell’influsso esercitato dai 5 cicli di resistenza al gelo/disgelo sulle variazioni della brillantezza, l’additivo protegge le pitture dal danneggiamento contro il gelo/disgelo e mantiene la brillantezza originale dei rivestimenti, oltre al fatto che la proprietà dell’additivo può essere utilizzata per controllare la brillantezza nella formulazione.

Conclusioni
Per concludere, E-Sperse^® FT 600 è un’aggiunta importante alle pitture a base di lattice per renderle resistenti ai cicli di gelo/disgelo, in particolare in inverno quando è difficile tenere sotto controllo situazioni imprevedibili con l’effetto potenziale di congelare le pitture degradandole. Questo additivo permette di proteggere preventivamente le pitture a base di lattice dalla degradazione causata dal gelo/disgelo e può essere utilizzato anche come regolatore della brillantezza per aumentarla nei rivestimenti e permette di allungare i tempi di ripresa e la lavorazione dei margini.

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