Nuevo humectante de sustrato de base biológica para sistemas acuosos
- Andy Richards
- 9 oct
- 4 Min. de lectura
Actualizado: hace 5 días
Introducción
En el mercado de recubrimientos, existe una tendencia hacia alternativas más ecológicas a los productos basados en combustibles fósiles, y los productos estándar utilizados como agentes humectantes están en el punto de mira debido a las preocupaciones sobre el etiquetado. Dos de los principales productos en este ámbito son los dioles acetilénicos etoxilados y los fluorotensioactivos.
Los dioles acetilénicos etoxilados llevan las siguientes etiquetas de peligro:
H317 – Puede provocar una reacción alérgica en la piel.
H412 – Nocivo para los organismos acuáticos, con efectos nocivos duraderos.
Los fluorotensioactivos, comúnmente conocidos como "químicos permanentes", plantean preocupaciones debido a su naturaleza bioacumulativa y su persistencia ambiental.
Otro producto que se utiliza en el mercado de recubrimientos a base de agua como agente humectante son los sulfosuccinatos. Son productos de excelente calidad, pero tienen la desventaja de generar mucha espuma.
Lankem a través de sus productos innovadores, especialmente los BioLoops, ha investigado si este tipo de productos podrían ser productos humectantes de sustrato adecuados, con baja formación de espuma y etiquetado neutro.
Humectación en sistemas de recubrimiento a base de agua
En los sistemas de recubrimiento a base de agua, la alta tensión superficial del medio puede ser un problema para la humectación del sustrato. Al colocar una gota de líquido sobre una superficie, puede:
Extendido sobre la superficie, lo que indica una excelente humectación.
Forma una gota estable, lo que indica una humectación deficiente.
Figura 1
La capacidad de humedecer una superficie depende de la tensión superficial del líquido y de la tensión superficial crítica (TSC) o energía superficial del sólido. La TSC se define como la tensión superficial a la que un líquido forma un ángulo de contacto cercano a cero, es decir, se extiende sobre el sólido.
Por ejemplo:
El vidrio (CST > 70 dinas/cm) es más fácil de mojar que
Polipropileno (CST ≈ 28 dinas/cm)
Para humedecer un sustrato de forma rápida y eficaz, se requiere un surfactante que reduzca la tensión superficial y supere la energía superficial del sustrato. Los surfactantes logran esto adsorbiéndose en la interfaz aire-agua y formando una monocapa que reduce las fuerzas de cohesión entre las moléculas del líquido.
Medición del ángulo de contacto
Un método cuantitativo para evaluar la humectación consiste en medir el ángulo de contacto ϴ (Theta) de una gota de líquido sobre una superficie. El ángulo de contacto es el ángulo formado en el límite trifásico donde se intersecan el líquido, el gas y el sólido.
Hay tres fuerzas diferentes que actúan en este punto de contacto trifásico entre sólido, líquido y vapor, como se muestra en la Figura 2a.
Figura 2a – Punto de contacto trifásico
ϴ – Ángulo de contacto
γ_lv – Tensión superficial del líquido
γ_sv – Tensión superficial del sólido (energía libre superficial)
γ_ls – Tensión interfacial entre sólido y líquido
La ecuación de Young describe el contacto trifásico de la siguiente manera:
Cos ϴ = ϒ sv - ϒ ls
ϒlv
Nota: La ecuación de Young asume una superficie ideal, plana y lisa, sin interacción entre el líquido y el sustrato. Si bien existen modelos que consideran la rugosidad superficial, este estudio asume una superficie homogénea.
Un método común para medir los ángulos de contacto es la técnica de la gota sésil, que consiste en capturar la imagen de una sola gota sobre una superficie y analizarla mediante un software. La gota se libera mediante una aguja fina y se deja caer por gravedad sobre el sustrato, como se muestra en la Figura 3 .
Figura 3
Figura 4
El instrumento que utilizamos en este estudio fue el goniómetro First Ten Angstrom FTÅ 200.
Trabajo técnico
Se prepararon soluciones acuosas al 0,1 % de diversos productos y se midieron los ángulos de contacto en varios sustratos mediante el método descrito. También se realizaron estudios de formación de espuma para medir la altura y el volumen de la misma a lo largo del tiempo.
Ángulos de contacto
Sustrato | Energía superficial dinas/cm | Lansperse BIO691 ( °) | Lansperse SUN10 ( °) | Lanwet JH1 ( °) |
|---|---|---|---|---|
Acetal | 35 - 37 | 39.6 | 26.5 | 29.2 |
Acrílico | 38-40 | 43.4 | 29.8 | 30.1 |
Aluminio | ~500 | 41.9 | 31.4 | 27.6 |
Cobre | 1100 - 1300 | 27.6 | 24.9 | 17.8 |
Polipropileno | 30 -32 | 61.2 | 41.6 | 27.8 |
PTFE | 18 -20 | 62.6 | 48.4 | 35.4 |
Nailon 66 | 42 - 44 | 23.2 | 21.8 | 18.2 |
Inoxidable | 700 - 1100 | 47.4 | 35 | 35.6 |
portaobjetos de vidrio | 70 - 100 | 26.4 | 15.8 | 15.8 |
Resultados de la formación de espuma
Altura de la espuma (cm)
Producto | 0 minutos | 1 minuto | 5 minutos | 10 minutos | 15 minutos | 20 minutos |
|---|---|---|---|---|---|---|
Lansperse BIO691 | 2 | 0.1 | - | - | - | - |
Lansperse SUN10 | 4 | 1.5 | 0.9 | 0.5 | 0.3 | 0.2 |
Lanwet JH1 | 18.3 | 18.3 | 8.7 | 7 | 6.2 | 6 |
Volumen de espuma (ml)
Producto | 0 minutos | 1 minuto | 5 minutos | 10 minutos | 15 minutos | 20 minutos |
|---|---|---|---|---|---|---|
Lansperse BIO691 | 20 | 1 | - | - | - | - |
Lansperse SUN10 | 40 | 15 | 9 | 5 | 3 | 2 |
Lanwet JH1 | 183.3 | 183.3 | 86.7 | 70 | 61.7 | 60 |
Lansperse BIO691 – Acetal (39,6°)
Lansperse SUN10 – Acetal (26,5°)
Lanwet JH1 – Acetal (29,2°)
Resultados y conclusiones
Lansperse SUN10 , el BioLoop con base de girasol, demostró un rendimiento de humectación del sustrato superior, con ángulos de contacto consistentemente más bajos en todos los sustratos probados en comparación con la alternativa a base de soja.
En comparación con el sulfosuccinato estándar (Lanwet JH1), Lansperse SUN10 mostró propiedades humectantes comparables, pero con la ventaja adicional de una muy baja generación de espuma. Además, su etiquetado favorable lo convierte en una opción atractiva para su uso como humectante de sustratos en una amplia gama de aplicaciones de recubrimiento.
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