En aplicaciones de recubrimientos y tintas, se ha utilizado el politetrafluoroetileno (PTFE) en forma de polvo micronizado durante muchos años para brindar numerosas características ventajosas, como resistencia química excepcional, bajo coeficiente de fricción, buena resistencia al calor y a bajas temperaturas, y mejor durabilidad de las superficies.
Estas propiedades hacen que el PTFE sea especialmente útil en la industria de recubrimientos para diversas aplicaciones, como latas, bobinas y artes gráficas. Específicamente, las partículas de PTFE se utilizan para crear una textura de superficies que promueva estas propiedades deseadas, lo que a menudo se denomina efecto "superposición/rodamiento de bolas".
En 2019, el Convenio de Estocolmo comenzó a restringir el uso de materias primas que contuvieran >25 ppb de ácido perfluorooctanoico (PFOA), lo que ha tenido un efecto en el uso de PTFE debido a los procesos de producción coimunes que utilizan irradiación para fabricar PTFE. Se ha demostrado que el proceso de irradiación que crea los tamaños pequeños de partículas requeridos para la industria de tintas también crea PFOA. Dentro de este nuevo ámbito regulatorio, los formuladores y fabricantes de tintas deben estar preparados para adaptar sus tecnologías de tintas de conformidad a las normas
La buena noticia es que se han desarrollado modificadores de superficies sin PTFE mediante materias primas alternativas nuevas que son funcionalmente similares al PTFE. Los aditivos de cera (modificadores de superficies) cumplen una función importante en cuanto a reemplazar el PTFE tradicional por PTFE con bajo contenido de PFOA o alternativas sin PTFE que cumplan con los desafíos técnicos de reducir o eliminar el PFOA de los productos para clientes de múltiples maneras.
A continuación, se describen puntos destacados de las pruebas realizadas en aditivos de cera alternativos sin PTFE.
Materiales de prueba e impresión
Las hojas de muestra de tinta de impresión para libros con recubrimiento y acabado brillante Leneta 3NT-31 de Leneta Company (USA) se utilizaron tal como se recibieron. Se adquirieron concentrados de pigmento azul de Helio Beit GmbH (Alemania), que se usaron tal como se recibieron, sin otras modificaciones. Agentes humectantes, antiespumantes y surfactantes recibidos de Biesterfeld GmbH (Alemania). La dispersión a base de agua de resina acrílica de estireno se obtuvo de Lubrizol (China).
Aditivos de cera
Se evaluaron cuatro distintas ceras. La tabla 1 muestra la identidad y las propiedades físicas de las ceras usadas. La muestra de referencia contiene un aditivo de cera a base de PTFE y se utilizó como parámetro de referencia. La muestra 1, la muestra 2 y la muestra 3 son ceras sin PTFE. El control consiste en una formulación de tinta sin cera. Las películas de tinta impresa para estos estudios se realizaron por medio de tintas de impresión manuales en la parte trasera de Leneta 3NT-31. Las muestras a base de agua se secaron durante, como mínimo, 24 horas a temperatura ambiente.
Procedimientos experimentales
Se analizaron la resistencia al roce, el brillo y el coeficiente de fricción de la tinta con las ceras sin PTFE. Las pruebas se llevaron a cabo de conformidad con los métodos estándares usados por la industria para evaluar las propiedades de impresión de sistemas de tintas.
Análisis del brillo
En la figura 1, se presenta un resumen de los resultados vinculados con el brillo, obtenidos con un medidor de brillo a 60° y 85°. Los resultados muestran que los valores de brillo a 60° para todas las formulaciones de tinta con cera son comparables. La formulación de tinta preparada con la muestra de cera 3 exhibe una retención del brillo levemente superior a 60° y 85° en comparación con la formulación de tinta sin cera (formulación de control) y otras muestras. Estos hallazgos también indican que las alternativas sin PTFE son muy efectivas para mejorar la retención del brillo de la tinta impresa.
Coeficiente de fricción (COF)
Los resultados de COF para la formulación de tinta con ceras sin PTFE en comparación con la formulación de tinta con ceras a base de PTFE y la formulación de control se muestran en la figura 2; se compararon el COF estático y el COF cinético. Los datos muestran claramente la reducción tanto en el COF estático como en el COF cinético para la formulación que contiene ceras, lo que indica un buen deslizamiento de la película. Además, la formulación con ceras sin PTFE mostró resultados comparables con la formulación con cera a base de PTFE.
Resistencia al restregado
Se utilizó un medidor de frote Sutherland 2000 para determinar la resistencia al roce de las muestras impresas. Después de una serie de pruebas de frote, se evaluaron visualmente muestras de papeles blancos con respecto a la cantidad de tinta transferida al papel blanco no impreso. La escala de calificación visual varía entre 1 y 10, donde 1 implica un alto grado de transferencia de tinta (1 = muy malo) y 10 implica cero transferencia de tinta (10 = excelente). Los resultados determinados en función de la inspección visual de los frotes, que se muestran en la figura 3, indican que la formulación que contiene ceras demostró una alta resistencia al roce similar en comparación con la formulación de control que no contenía cera.
Los resultados de la prueba de frote demostraron que la transferencia de tinta al papel blanco no recubierto solo era extremadamente sólida en la formulación de tinta sin cera, lo que indica una resistencia insuficiente de la tinta al proceso de frote. Las formulaciones de tinta con ceras mostraron una leve transferencia de tinta, lo que indica una alta resistencia al roce. Los aditivos sin PTFE mejoraron la resistencia al roce de las formulaciones de tinta con la misma efectividad que las ceras con PTFE disponibles comercialmente.
Las ceras sin PTFE ofrecen varios beneficios cuando se utilizan como reemplazo de ceras con PTFE. Cuando se incorporan a una formulación de tintas, estas ceras mejoran la retención del brillo y, a la vez, reducen el coeficiente de fricción y la resistencia al roce. Los resultados demostraron que estos aditivos sin PTFE tienen el potencial de ser usados como alternativas a los productos a base de PTFE.
Comuníquese con un experto de Lubrizol para obtener información adicional sobre nuestra línea de aditivos de cera como alternativa al PTFE.
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