Ideas brillantes para dispersiones acuosas de naranja fluorescente
Escrito por: Dra. Cathy Cooper, Gerente Técnica
Resumen ejecutivo
Los pigmentos fluorescentes diurnos ofrecen un brillo y un impacto visual excepcionales, lo que los hace valiosos en recubrimientos, tintas y aplicaciones de alta visibilidad. Sin embargo, su comportamiento puede ser muy diferente al de los pigmentos orgánicos convencionales. Lankem evaluó una gama de dispersantes químicos en dispersiones acuosas de color naranja fluorescente para obtener la mejor combinación de humectación, estabilización de partículas y propiedades ópticas.
¿Por qué los pigmentos fluorescentes se comportan de manera diferente?
Los pigmentos fluorescentes, muy apreciados por su brillo y atractivo visual, absorben las longitudes de onda más cortas de la luz y reemiten esta energía en longitudes de onda visibles más largas, creando el intenso efecto fluorescente característico de los colores de alta visibilidad. Esto puede alcanzar hasta cuatro veces la intensidad de la luz que llega al ojo del observador, generando un gran impacto visual en el objeto recubierto.
Aunque se describen como pigmentos, muchos son partículas en las que se han incorporado colorantes fluorescentes a una matriz de resina polimérica. Esto les confiere un brillo excelente, pero también implica que su comportamiento de dispersión puede ser diferente al de los pigmentos orgánicos cristalinos.
Para los formuladores, esto cambia el desafío. El objetivo no es simplemente moler un cristal de pigmento duro. En cambio, el sistema debe:
• Humedecer eficazmente un pigmento fluorescente a base de resina.
• Descomponer los aglomerados blandos sin sobreprocesamiento.
• Evitar la sedimentación excesiva o la formación de sedimentos duros.
• Mantener el brillo y el aspecto de la capa final.
• Asegúrese de que cualquier estructura que se haya formado durante el almacenamiento pueda redispersarse.
En este trabajo, se evaluó el pigmento naranja fluorescente con una concentración del 40% en agua, y su rendimiento se analizó mediante pruebas de humectación, aspecto de la base de molienda, absorción en una pintura transparente brillante y pruebas de almacenamiento a temperatura ambiente y a 50 °C.
Evaluación inicial: Comportamiento de enuresis
Se compararon dos dispersantes de grado experimental con el efecto de no usar dispersante y con el de un agente dispersante polimérico convencional. La Figura 1 muestra la prueba inicial, en la que se utilizaron 0,2 g de pigmento en un total de 15 g de base de molienda con una alta concentración de dispersante del 7,5 % de agente sobre el peso del pigmento (AOWP). Esto se realizó únicamente para evaluar la capacidad humectante de las opciones de dispersante, observándose claramente que el Dispersante B humectaba mejor el polvo seco. Las tres opciones de dispersante ofrecieron alguna ventaja con respecto a no usar dispersante, demostrando la capacidad de las moléculas para desplazar el aire de la superficie del polvo y promover la incorporación del pigmento a base de resina en el líquido.
Rendimiento de dispersión al 5 % de AOWP
Con una carga de pigmento del 40 % en una escala de 40 g, los tres dispersantes candidatos produjeron dispersiones de baja viscosidad al procesarse utilizando un mezclador planetario Thinky durante dos ciclos de un minuto a 2000 rpm sin perlas de molienda.
La muestra de control, sin dispersante, permaneció inicialmente en forma de polvo y luego se molió hasta convertirse en una pasta viscosa y espumosa, lo que demuestra la necesidad de un paquete de tensioactivos adecuado.
El almacenamiento a temperatura ambiente permitió diferenciar los candidatos. El dispersante A se sedimentó formando una capa dura en el transcurso de una semana, mientras que los otros dos mostraron una redispersión más sencilla. Esto demostró que, incluso con una viscosidad inicial baja, la calidad del sedimento y la facilidad de remezcla eran indicadores importantes de estabilidad práctica. Se observó que el dispersante B presentaba menor sedimentación que las demás muestras a temperatura ambiente, lo que llevó a pensar inicialmente que era la opción preferida.
Sin embargo, el almacenamiento a alta temperatura reveló que la falta de sedimentación observada con el Dispersante B podría deberse a una ligera estructuración en gel del sistema. En la muestra con el Dispersante B, se observó la formación de una capa dura de sedimento tras una semana de almacenamiento a 50 °C. El Dispersante A también presentó esta sedimentación irreversible, pero el Dispersante C produjo un gel blando que se podía mezclar fácilmente para obtener un líquido.
Ampliación de escala de Dispermat
Los dispersantes B y C se evaluaron posteriormente a mayor escala (220 g) utilizando un agitador de alta velocidad Dispermat con una pala dentada, durante 10 minutos con una carga de pigmento del 40 % y un 4,5 % de agente respecto al peso del pigmento. Se observaron diferencias significativas durante el procesamiento, siendo la humectación del pigmento un proceso mucho más prolongado con el dispersante C.
La estabilidad durante el almacenamiento mostró la misma tendencia que las muestras más pequeñas. El dispersante B se conservó bien a temperatura ambiente con poca sedimentación. Sin embargo, al almacenarlo a temperaturas elevadas, se observó la formación de una estructura significativa y una pérdida de dispersión. El dispersante C presentó sedimentación a temperatura ambiente, pero esto podría resolverse con el uso de un espesante adicional en la formulación final. Tras almacenarlo a 50 °C durante una semana, se formó un gel que, al agitarlo, volvió a su estado líquido.
A partir de estas observaciones, se desarrolló una fórmula combinada para obtener el nuevo producto Lansperse FX30. Este producto contiene principalmente el Dispersante C, que proporciona una textura más suave a altas temperaturas, junto con una menor proporción del Dispersante B para potenciar la humectación inicial del pigmento. Otra ventaja significativa de esta fórmula es su contenido estimado de base biológica, con un índice de carbono renovable calculado de aproximadamente el 64 % a partir de las materias primas utilizadas.
Lansperse FX30
El nuevo dispersante se probó mediante la prueba de humectación de pigmentos y, posteriormente, con una concentración del 4,5 % de agente respecto al peso del pigmento, utilizando el mezclador de alta velocidad Dispermat. Se observó que su comportamiento en cuanto a la humectación del pigmento era similar al del Dispersante B, mientras que la sedimentación a temperatura ambiente y la formación de una estructura de gel reversible durante el almacenamiento se asemejaban más a las del Dispersante C.
La dispersión de color naranja fluorescente se combinó con un barniz acrílico transparente en una proporción de 1:4 partes en masa y se aplicó sobre cartulina Leneta en blanco y negro con un espesor de película húmeda de 50 µm. Esto permitió una comparación indicativa del rendimiento en un sistema de recubrimientos; sin embargo, es probable que una pintura base comercial tenga una composición de tensioactivos y cosolventes diferente a la que se podría utilizar en una formulación fluorescente final.
Conclusiones
Los pigmentos fluorescentes ofrecen un impacto visual excepcional en recubrimientos y tintas al agua, pero requieren una formulación precisa. Su brillo se debe a una estructura polimérica única, la cual puede generar dificultades en la humectación, la estabilidad de la dispersión y el almacenamiento a altas temperaturas. El trabajo realizado por Lankem demuestra que una dispersión exitosa del pigmento naranja fluorescente no se limita a encontrar el agente humectante más potente, sino que implica un equilibrio entre la humectación, la calidad de la aplicación, el comportamiento durante el almacenamiento y la facilidad de redispersión. Lansperse FX30 representa una solución práctica para lograr este equilibrio, ofreciendo una buena humectación del pigmento y una mejor manipulación en comparación con los sistemas monocomponentes, además de un contenido de carbono renovable superior al 60 %.
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