Una planta de acabados llevaba once años con la misma línea húmeda basada en DMF cuando la lista de sustancias restringidas de un cliente de calzado le dio ocho meses para dejarla. Compraron una dispersión de PU al agua, la diluyeron igual que diluían la pasta antigua, mantuvieron los ajustes del horno y obtuvieron una base que una semana era una esponja y a la siguiente una plancha de cartón. Nadie les vendió la resina equivocada. La línea se había construido alrededor de lo que hace el DMF, y cuando este desapareció, cada ajuste en el que confiaban los operarios describía un proceso que ya no existía. Esa es la versión honesta de pasarse al sin DMF: es una conversión de máquina que implica un cambio de química, no al revés.
Qué hacía realmente el DMF en su línea
En una base convencional de proceso húmedo, el DMF no es un vehículo que se evapora sin más. El PU va disuelto en él, la pasta se aplica con cuchilla sobre el no tejido y todo entra en un baño de agua donde el agua intercambia su lugar con el DMF. El polímero precipita a medida que avanza, y la estructura de microvacíos que da a la base su compresibilidad tipo cuero es producto directo de la velocidad a la que corre ese intercambio. Después el baño tiene que separar el DMF del agua y devolverlo a una columna de recuperación, porque ventearlo sale caro y, cada vez más, no está permitido.
De ahí se derivan dos consecuencias, y ambas pasan desapercibidas hasta que llevas tres semanas de prueba. La primera es que la estructura de tu base la fijaba una velocidad de inversión de fases, no la resina por sí sola, así que la misma resina con los mismos sólidos puede darte dos tactos distintos según la temperatura del baño y la concentración del licor. La segunda es que buena parte del presupuesto energético de tu línea se iba en recuperar un disolvente, dinero que ahora ya no gastas, y buena parte se irá en evaporar agua, dinero que ahora sí gastas. El DMF hierve a 153 °C y el agua a 100 °C, lo que parece una ventaja para el cambio justo hasta que uno se da cuenta de cuánto más calor hace falta para sacar un kilogramo de agua de una película.
Los tres fallos que aparecen primero
Hemos visto esta secuencia en suficientes líneas de clientes como para esperarla en este orden.
- Formación de piel, y todo lo que se deriva de ella. El agua sale de la película superficial y forma una piel sobre un núcleo húmedo. El núcleo sigue desgasificando, la piel ampolla o se agujerea, y en un sistema espumado las burbujas coalescen en lugar de congelarse en su sitio. La señal es una base poco curada en el centro que pasa una prueba de tacto superficial.
- Deriva del espesor y del tacto. Los sistemas con disolvente toleran un margen amplio entre un recubrimiento fino y uno grueso. Los recubrimientos al agua leen el sustrato: la holgura de cuchilla, el desgaste de la hoja y la porosidad del tejido base mueven el espesor seco y, con él, el tacto. Una línea que se ajustaba a ojo tiene que ajustarse por gramos por metro cuadrado medidos.
- Adhesión húmedo sobre húmedo y resistencia al frote. Cada nueva capa al agua redissuelve parcialmente la capa inferior, porque el vehículo es agua y la película de debajo aún no está del todo coalescida. El color se desprende, el deslamine entre capas aparece en el flexado y el defecto salta en la prensa del cliente, no en la tuya.
Los tres son problemas de secado y de secuenciación antes que de formulación. Corrija el horno y el aplicador y la mayoría de las quejas de las pruebas desaparecen; por eso la primera conversación en una línea nueva debería girar en torno a su perfil de secado, no a la elección de resina.
Avance en el orden en que cae el riesgo
El error más caro que vemos es una planta que convierte primero su base. En el acabado superior un grado base agua igualará lo que ya despacha, y en la base espumada no lo hará, así que las etapas de abajo están ordenadas según cuánto del proceso antiguo conserva.
| Etapa | Qué cambia | Qué conserva | Acéptelo cuando |
|---|---|---|---|
| 1. Acabado superior / finishing | Solo la resina; misma cuchilla, misma velocidad de línea | Tacto, brillo, color, ciclo de secado | La resistencia al frote y la flexibilidad igualan el panel de control |
| 2. Capas intermedias y de base | Resina, contenido de sólidos y ventana de evaporación entre capas | Sustrato, soporte y secuencia de aplicación | La adhesión entre capas resiste 50.000 ciclos de flexión |
| 3. Base espumada | Todo el mecanismo de conformado, más el horno | Casi nada excepto el tejido | La estructura celular, la compresibilidad y el peso se mantienen en tres bidones consecutivos |
La etapa 1 es una orden de compra. La etapa 3 es un proyecto con presupuesto y calendario, y si intenta hacer ambas en el mismo trimestre no podrá distinguir qué cambio causó el defecto que está viendo.
Reformule el horno, no solo la fórmula
Nuestra recomendación práctica es dividir el secado en una primera zona larga, suave y con alto flujo de aire, y una zona final más caliente, en lugar de una sola pasada caliente. Mover más aire sobre una película húmeda a temperatura moderada elimina mucho más agua que subir la temperatura en la misma proporción, y lo hace sin formar una piel que atrape la humedad debajo. El control de humedad se justifica aquí de una manera que nunca fue necesaria en una línea de disolvente: el aire deshumidificado es lo que permite mantener la primera zona lo suficientemente fría como para no formar piel.
Presupueste la pérdida de velocidad de línea en la primera pasada. En una línea base preferimos planificar algo real y luego recuperarlo con el número de zonas y el flujo de aire, que prometer una velocidad equivalente y que la planta descubra el déficit durante una auditoría de cliente. La economía suele recuperarse: deja de comprar DMF, deja de operar una columna de recuperación, deja de tramitar emisiones y el argumento de COV se simplifica ante un auditor de marca.
Qué grados, y dónde se detiene cada uno
Para los acabados y las capas intermedias, los dos que usamos primero son YT-612 y YT-613, ambas dispersiones aniónicas alifáticas modificadas con silicona para capas intermedias y de base en cuero, ambas declaradas libres de formaldehído, nonilfenol, metales pesados, HAP y DMF. Se sitúan en 35 ± 1% de sólidos y pH 6,0–8,0 con una absorción de agua a 24 horas del 4–5%, y se diferencian en la rigidez más que en la química: YT-613 es la película más dura y resistente, con módulo de 6,0–8,0 MPa y ≥ 20 MPa de resistencia a la tracción con ≥ 400% de alargamiento, mientras que YT-612 da un módulo de 4,0–6,0 MPa, ≥ 15 MPa de tracción y ≥ 500% de alargamiento para las capas que tienen que flexionarse en lugar de oponer resistencia. Ambas tienen baja viscosidad, ≤ 300 mPa·s (30 °C), lo que es una ventaja en el recubrimiento por rodillo y un problema en la cuchilla vertical hasta que se espesa.
Para el acabado auto-mate de una pieza terminada, YT-X51 es por donde empezamos: 30 ± 1% de sólidos, 100–300 mPa·s a 25 °C, un tacto aceitoso-suave con buena neblina negra, y soporta horneado hasta 240 °C, lo que importa si su línea trabaja en caliente por otras razones. Dos advertencias honestas. Es una resina de dureza media-blanda, así que no es la respuesta cuando un cliente quiere un tacto seco y ceroso, y su medio de dispersión se indica como agua desionizada con NMP como co-disolvente, así que si el motivo de su conversión es una RSL de marca que nombra ambos disolventes, compruébela contra esa lista antes de especificarla. Filtre por malla 150 antes de aplicarla sobre la pieza, un consejo que vale la pena seguir en cualquier acabado de PU en base agua.
La base es donde la discusión se vuelve más difícil. YT-1040 es nuestra dispersión aromática aniónica para bases espumadas e impregnadas: 40 ± 2% de sólidos, pH 7,0–9,0, 1,5–2,0 MPa al 100% de módulo, 20–30 MPa de tracción y 1000–1500% de alargamiento, con buena resistencia al agua y al tolueno y, más importante, espumado fino uniforme con tacto suave y superficie de base lisa. La ruta publicada es 20%–50% de carga sobre la resina medida, 3%–5% de agente espumante, espumar a la relación objetivo, ajustar viscosidad, recubrir y secar; para impregnación, baje los sólidos al 10% o menos y realice el ciclo de impregnar y secar varias veces en lugar de una sola. YT-2540 cumple la misma función estructural en el extremo más económico, con 40 ± 2% de sólidos y pH 6,0–8,0 con ≥ 5 MPa de tracción y ≥ 500% de alargamiento, y acepta bien el polvo cuando se carga mucho filler para alcanzar un peso objetivo. Su tracción es una fracción de la de YT-1040, así que la mantenemos fuera de todo lo que vaya a flexionarse con fuerza.
Los números completos de los grados de base están en la Ficha técnica de YT-1040, y toda la gama de dispersiones de poliuretano en base acuosa queda recogida en un solo sitio cuando quiera ir más allá de estas cinco.
Dónde sigue perdiendo la base acuosa
Una base espumada en medio acuoso todavía no reproduce la curva de compresibilidad exacta de una coagulada con DMF, y preferimos decirlo antes que usted lo descubra en un panel de mano de una marca. Lo que sí iguala es la resistencia a la abrasión y a la flexión repetida, siempre que se respete el flash-off entre capas y se reticule. Ese condicionante no es menor. Las películas acuosas son vulnerables a las dos cosas que se le exigen a un cuero sintético: flexión repetida en una interfaz que no secó del todo entre capas, y una solidez al frote que se cumple con una película que se reemulsiona bajo la pasta de pigmento. La dosificación de un reticulante de nuestra gama de reticulantes es la respuesta habitual a ambas, y sale más barata que una auditoría fallida.
Compruébelo antes de comprometer una tanda de producción, y hágalo sobre paneles que hayan pasado por su propio horno y no por un secador de laboratorio, porque el historial de secado es la mayor parte del resultado. Acondicione y ensaye en una atmósfera declarada para ISO 291 que sus cifras y las de su cliente describan el mismo panel; después corra flexión repetida, solidez al frote en húmedo y en seco, abrasión, transmisión de vapor de agua si la especificación lo pide, y una determinación de disolvente residual en todo lo que siga llamando bajo en COV.
Si está dentro de un plazo de RSL y no logra identificar cuál de sus cuatro capas es realmente el obstáculo, envíenos la estructura de capas, el perfil de horno y el objetivo de tacto. Nuestro laboratorio de aplicaciones ensayará su propio non-woven con estos grados base y le devolverá los paneles, de modo que la decisión se tome sobre su sustrato y no sobre nuestra ficha técnica; los grados que mantenemos en stock para esta labor figuran en la página de aplicación de cuero sintético, y si prefiere el panorama de mercado antes que el técnico, cómo la cadena de suministro dejó atrás el DMF explica por qué llegó la fecha límite. Y puede consultar directamente con nuestro laboratorio de aplicaciones .
Preguntas frecuentes
¿Puedo meter una dispersión de PU base agua en mi línea húmeda de DMF sin cambiar nada?
En un baño húmedo, no. El baño funciona porque el DMF y el agua intercambian posiciones para precipitar el polímero, y una dispersión base agua no tiene DMF que intercambiar: ya está dispersa en agua. El acabado y las capas intermedias son donde el reemplazo directo es realmente viable, y por eso empezamos ahí. La base espumada necesita una línea de secado en lugar de un baño de coagulación, que es otra conversación de maquinaria. Empiece con YT-612 o YT-613 como gasto general y deje la base para la segunda fase.
¿Una base base agua se sentirá como mi base de DMF?
Parecida en superficie y distinta en compresión, al menos por ahora. La estructura de microhuecos que se forma por inversión de fases tiene un rebote específico que una espuma base agua secada se acerca a igualar, pero no copia. YT-1040 con 1000–1500% de elongación y 20%–50% de carga se consigue un tacto suave y uniforme que la mayoría de compradores de moda y forro de calzado aceptan; en paneles de tacto para automoción somos nosotros los que pedimos al cliente que traiga su propio target. Si su target de tacto es seco y ceroso, YT-X51 es una resina de dureza media y no es la palanca adecuada.
¿Qué suele provocar que el color se frote después del cambio?
Una capa intermedia que nunca evaporó del todo, más veces que una pasta de pigmento defectuosa. El agua todavía está saliendo del recubrimiento inferior cuando se aplica el siguiente, así que la nueva capa retoma parcialmente la anterior y el pigmento queda en una interfase débil. Alargue el flash-off, baje un poco la pickup y dosifique un reticulante de la gama de reticulantes en la capa superior antes de culpar al colorante. Si solo frota tras envejecimiento húmedo, mire mejor la absorción de agua: los grados de acabado de arriba se sitúan en 4–5% en 24 horas, y un colorante catiónico o base disolvente en la mezcla puede arruinar ese valor por sí solo.
