¿Cómo formar películas a partir de los látex?

En el desarrollo de la ciencia de los recubrimientos ha tenido primordial importancia el entendimiento del mecanismo de la formación de las películas a partir de los látex. A partir de este entendimiento ha sido posible progresar sobre bases más firmes en el diseño de nuevos recubrimientos, especialmente cuando se han debido tener en cuenta las restricciones que existen en la actualidad sobre el uso de los compuestos orgánicos volátiles, VOC. Este hecho a dado paso a innovaciones en formulaciones base acuosa.

La primera empresa en lanzar comercialmente los látex al mercado de los recubrimientos fue Dow Chemical Co., en 1946. Desde ese año hasta el presente se han reportado diversos estudios de investigación, que han tratado de explicar cómo se forma el recubrimiento sobre una superficie a partir de la aplicación de un látex. Sólo en 1963 apareció una teoría que de manera más convincente explicaba este mecanismo. Voyutskii1 fue el primero en sugerir que el proceso de autohesión, o difusión de los polímeros, era necesario para desarrollar las propiedades mecánicas de las películas. Mediante este mecanismo las moléculas de polímero se difunden a través de las fronteras intercelulares del látex para establecer contacto con las partículas vecinas y formar una estructura mecánica fuerte. De hecho, la extensión en que se forma una película puede definirse en términos de la fracción volumétrica de mezclado interparticular.

Una descripción gráfica de la evolución de este mecanismo se presenta en la  Figura 1 (2), teniendo en cuenta el proceso de evaporación del medio acuoso. En este caso, la temperatura mínima de formación de la película, MFT, se determina experimentalmente y corresponde al punto en el cual el recubrimiento pasa de ser translúcido a transparente. La medición se realiza buscando, como su nombre lo indica, la temperatura mínima a la cual se forma la película transparente. La temperatura de transición vítrea es la temperatura de ablandamiento de la mezcla del polímero del látex y el solvente acuoso formulado en el recubrimiento.

Otro paso importante en la formulación de un mecanismo plausible que explique las observaciones experimentales de la formación de las películas de los recubrimientos se dio a comienzos de la década de los noventa cuando Winnik y otros(3) publicaron un artículo, que ya es un clásico de esta ciencia, demostrando que la adición de solventes orgánicos a un látex acuoso incrementan la velocidad de difusión interparticular de una manera predecible. La conclusión de este trabajo fue que incrementando la diferencia entre el Tg de la película en el proceso de plastificación (que ocurre entre las etapas 3 y 4 en la figura 1) y la temperatura de curado, se incrementa la velocidad de difusión de las moléculas de polímero entre las partículas vecinas. Si esto ocurre así, entonces las propiedades mecánicas del recubrimiento resultante son mejores. Este es un resultado importante que ha sido comprobado en estudios subsecuentes de Taylor y Klots(2). Winnik también demostró que el tiempo transcurrido a la temperatura de curado y la Tg del polímero controlan la velocidad de mezclado interparticular de este polímero en la película del látex.

Por lo tanto, es importante tener en cuenta al formular un látex acuoso que es conveniente agregar uno o más compuestos volátiles que tengan como función disminuir la temperatura de transición vítrea de la película plastificada. Aquí, se debe recordar que el compuesto volátil actúa como plastificante del látex. Los Tg de los solventes usados con más frecuencia en la formulación de los látex varían entre -67°C y -129°C. La temperatura de curado puede ser la temperatura ambiente.

Para enfatizar las aplicaciones prácticas que puede tener este modelo de formación de las películas de un recubrimiento, volvemos a citar el estudio de Taylor y Klots. Estos investigadores tuvieron en cuenta el hecho de que las normas ambientales limitan el contenido de VOC en un recubrimiento a menos de 250 g por litro. A este nivel de adición de VOC encontraron que era necesario mantener una diferencia entre el Tg inicial del recubrimiento y la temperatura de curado superior a 50°C, para lograr un acabado final de recubrimiento con suficiente resistencia a la corrosión. Ellos emplearon un látex de estireno etil-acrilato, SAE, y una variedad de solventes. La temperatura de curado fue la temperatura ambiente, y el medio corrosivo fue un fluido salino. Además de estas variables, otras propiedades fisicoquímicas deben ser tenidas en cuenta y el lector es referido a los estudios citados para obtener una mayor ilustración.