Fabian Gyger – ZSCHIMMER & SCHWARZ
La maggior parte dei polimeri acrilici base acqua, utilizzati come resine nelle pitture e coating, sono caricati anionicamente. Con questi polimeri risultano compatibili la maggior parte delle materie prime utilizzate per la formulazione di pitture. Tuttavia, alcune applicazioni necessitano l’utilizzo di polimeri acrilici cationici. Questa tipologia di materia prima si ottiene principalmente protonando con acidi un polimero contenente ammina o utilizzando monomeri con funzioni ammonio quaternario.
Per alcune applicazioni, questa classe di polimeri offre prestazioni eccezionali, come ad esempio nell’adesione a superfici come legno, metallo, vecchie pitture alchidiche o, in generale, superfici caricate anionicamente.
Fig. 1. Polimero IPN in fase liquda e essiccata
Questi polimeri sono inoltre ampiamente utilizzati in primer base acqua anti macchia per prevenire la migrazione di nicotina, tannini del legno o coloranti. Gli acrilati cationici complessano le macchie o tannini caricati anionicamente bloccandoli nel primer e prevenendo la migrazione e discolorazione del top coat. La performance è paragonabile ai primer base alchidica a solvente o sistemi a base di ossido di zinco i quali, tuttavia, devono essere considerati in modo critico per motivi di tutela dell’ambiente.
Tab. 1.
Formulazione di IPN come primer trasparente anti macchia
Uno dei principali svantaggi dei polimeri cationici è la loro incompatibilità con i componenti anionici. Questo limita fortemente la scelta delle materie prime per la formulazione. Può inoltre causare notevoli difficoltà durante la produzione, anche in lotti successivi di altre produzioni tanto che molti produttori di pitture evitano completamente la produzione di formulazioni con acrilati cationici o utilizzano recipienti da destinare alla sola produzione di formulati cationici. I polimeri cationici sono stabili solo a basso pH, il che rappresenta una sfida anche per il formulatore, poiché, ad esempio il carbonato di calcio, un filler comune ed economico, è solubile a basso pH e non è utilizzabile nelle formulazioni cationiche.
INTERPENETRATING POLYMER NETWORK (IPN)
Un’interessante classe di polimeri, introdotta recentemente da Zschimmer & Schwarz, è costituita dalle reti anfifiliche interpenetranti (IPN), che sfruttano i vantaggi delle funzioni cationiche senza i loro principali svantaggi. L’IPN comporta due diverse strutture ioniche nella stessa rete polimerica a un valore di pH neutro.
L’intero polimero si comporta in modo neutro nella fase liquida, il che significa che può essere combinato con materie prime con-venzionali come acrilici anionici a base acquosa, dispersioni poliu-retaniche o additivi. Pertanto, a differenza degli acrilici cationici, gli IPN possono essere utilizzati come co-resine nella formulazione, ad esempio, di promotori di adesione. Inoltre, si evitano cross-contamina-zioni durante la produzione.
Fig. 2.
Substrato: legno imbevuto con una soluzione di tannino
Una volta essiccata la IPN, si formano le funzionalità cationiche che offrono simili vantaggi e benefici delle resine cationiche, come ad esempio eccellente resistenza ai tannini, macchie e coloranti senza problemi di compatibilità, caratteristica comune dei polimeri cationici. Mostrano inoltre una miglior adesione a vari substrati come alluminio, PVC e legno.
Un esempio di formulazione molto semplice ma efficace di un primer trasparente antimacchia morbido a base IPN è riportato in tabella 1. Questa tipologia di formulazione solitamente funziona meglio utilizzando co-solventi in bassa quantità ma ben selezionati poiché il solvente trattenuto nel film dopo l’essiccazione faciliterebbe la migrazione dei tannini. I test per valutare la capacità di bloccare il tannino sono stati condotti su diverse tipologie di legno.
Il substrato è stato imbevuto con una soluzione di tannino. I risultati sono riportati nelle figure 2 e 3. Le performances sono chiaramente visibili nella foto, ma anche misurabili analizzando il cambiamento di colore dopo due settimane dall’applicazione.
Fig. 3.
dE su legno di quercia con soluzione tannina
*Dopo 2 settimane di test di invecchiamento a temperatura ambiente
**dE riferimento zero: finitura su cartoncini Leneta
Oltre all’uso di solo IPN morbido anche l’utilizzo di IPN duri o la loro miscela comporta una ottima resistenza alle macchie. Sostituendo il 20% di IPN morbido con IPN duro (MFFT 52°C) nella formula riportata in tabella si è ottenuto una ottima resistenza all’acqua, all’ammoniaca e alle macchie, superando anche il test di resistenza al caffè per 16 ore. Pertanto, combinando una buona resistenza al graffio, questi polimeri non solo possono essere utilizzati come primer ma anche come top coat o per entrambe le applicazioni allo stesso tempo. In aggiunta a queste proprietà, le IPN presentano un’eccellente adesione grazie alla funzionalità cationica disponibile.
Fig. 4.
IPN resistenza alla macchia: utilizzo come primer e top coat
IPN – ALTE PRESTAZIONI e COMPATIBILITÀ
In conclusione, gli IPN anfifilici presentano molti vantaggi degli acrilici cationici senza i consueti problemi di compatibilità. Con una formulazione acrilica a base d’acqua, priva di zinco, si ottiene un eccellente blocco del tannino, delle macchie e dei coloranti. Oltre a una buona adesione, questa classe di polimeri offre una buona resistenza alle macchie e alle sostanze chimiche, che ne amplia ulteriormente l’impiego rispetto agli acrilici cationici.
Questi polimeri Zschimmer & Schwarz in Italia sono distribuiti da Eurosyn Spa
i- Akkerman, Jaap, Mestach, Dirk, Biemans, Toine, Corten, Cathrin, Hövelmann, Class, Krakehl, Joachim, Leute, Martin and Warnon, Jacques. Resins for Water-borne Coatings, Hannover, Germany: Vincentz Network, 2021. https://doi.org/10.1515/9783748605249
