Los disolventes orgánicos presentes en los recubrimientos tradicionales a base de disolventes y los diluyentes utilizados durante su aplicación se clasifican como compuestos orgánicos volátiles (COV). Estos son precursores importantes de la formación de ozono (O₃) y de la contaminación por partículas finas (PM₂.₅). En cambio, el principal disolvente en los recubrimientos a base de agua es el agua. Al reducir las emisiones de COV en origen, los recubrimientos a base de agua no solo disminuyen los costos para las empresas, sino que también son más ecológicos y seguros. Por ello, han experimentado un gran auge en los últimos años.

Debido a que la tensión superficial del agua es tan alta como 72 mN/m, y la de las resinas de emulsión acuosa también es elevada, los recubrimientos a base de agua presentan dificultades para humedecer y extender sobre sustratos como el acero, impidiendo la formación de una película uniforme y continua. Durante la aplicación, una humectación deficiente puede provocar defectos superficiales como retracción de los bordes, formación de cráteres y cobertura irregular, lo que reduce el rendimiento protector y perjudica el aspecto estético. El fenómeno de humectación y extensión en los recubrimientos consiste en el desplazamiento del aire presente en la superficie del sustrato por el recubrimiento. En esencia, este proceso sustituye la interfaz gas-sólido por una interfaz sólido-líquido, expandiendo simultáneamente la interfaz gas-líquido. El comportamiento de humectación de un recubrimiento a base de agua sobre un sustrato está influenciado por tres factores: la tensión superficial del sustrato (γ _sg ), la tensión superficial del recubrimiento (γ _lg ) y la tensión superficial entre el recubrimiento y el sustrato (γ _sl ). Para que un recubrimiento a base de agua presente una excelente humectación y extensión sobre el sustrato, debe cumplirse la condición γ _sg —γ _lg —γ _sl > 0. La adición de agentes humectantes al recubrimiento a base de agua puede reducir eficazmente γ _lg y γ _sl , lo que permite una extensión uniforme sobre el sustrato y evita defectos en el recubrimiento.

Entre los agentes humectantes más utilizados en recubrimientos se encuentran las siliconas de poliéter, las siliconas gemini, los agentes fluorados y los alquinodioles de poliéter gemini. Seleccionamos cuatro tipos de agentes y realizamos un estudio comparativo con la silicona gemini para evaluar su influencia en el rendimiento de las aplicaciones de recubrimientos a base de agua.

1. La tensión superficial estática de soluciones acuosas al 0.1% con diferentes agentes humectantes del sustrato.

Como se puede observar en la prueba, la silicona de poliéter A y el tensioactivo fluorado D presentan una marcada estabilización de la espuma en solución acuosa, mientras que la silicona de poliéter B, el alquinodiol de poliéter gemini y la silicona gemini SL-5100 tienen excelentes propiedades de baja formación de espuma.

3. Inestabilidad de la espuma de diferentes tipos de agentes humectantes de sustrato para recubrimientos a base de agua.

En esta prueba, la silicona de poliéter B, el alquinodiol de poliéter gemini y la silicona gemini SL-5100 muestran un rendimiento superior en cuanto a baja formación de espuma en comparación con la silicona de poliéter A y el tensioactivo fluorado en recubrimientos a base de agua, pero la diferencia es menos significativa que en soluciones acuosas. Esto se debe a que, en soluciones acuosas, el único agente humectante del sustrato es el único factor que afecta la generación y estabilización de la espuma, mientras que los recubrimientos a base de agua también incluyen emulsiones de resina, espesantes de poliuretano y dispersantes, todos los cuales pueden afectar la formación de espuma.

4. Resistencia a la formación de cráteres de diferentes tipos de agentes humectantes de sustrato en recubrimientos a base de agua.

La silicona de poliéter A, el tensioactivo fluorado y la silicona gemini SL-5100 proporcionan una excelente resistencia a la formación de cráteres en recubrimientos a base de agua, mientras que la silicona de poliéter B y el alquinodiol de poliéter gemini tienen efectos anti-cráter comparativamente inferiores.

5. El rendimiento de resistencia a la contracción de los bordes de varios tipos de agentes humectantes de sustrato en recubrimientos a base de agua.

Como se muestra en la figura, la silicona gemini SL-5100 ofrece la mejor resistencia a la contracción de los bordes, seguida de la silicona de poliéter A, el tensioactivo fluorado y la silicona de poliéter B, mientras que el alquinodiol de poliéter gemini ofrece el peor rendimiento. La resistencia a la contracción de los bordes refleja el rendimiento combinado de humectación/extensión y nivelación. La silicona de poliéter A y el tensioactivo fluorado muestran buena humectación/extensión, por lo que su resistencia a la contracción de los bordes es moderada. La silicona de poliéter B tiene un buen rendimiento de nivelación, pero un rendimiento de humectación/extensión moderado, por lo que su resistencia a la contracción de los bordes también es moderada. El alquinodiol de poliéter gemini tiene una humectación deficiente y la resistencia a la contracción de los bordes es la peor. La silicona gemini SL-5100 proporciona un excelente rendimiento de humectación/extensión y nivelación, lo que le confiere una resistencia superior a la contracción de los bordes.

Si bien la silicona Gemini SL-5100 no presenta una ventaja significativa en la reducción de la tensión superficial de las soluciones acuosas, ofrece un excelente rendimiento en cuanto a baja formación de espuma, propiedades anti-cráter, humectación/extensión y nivelación en recubrimientos a base de agua.