Wednesday, 11 October 2017

Acid, pH and all that Chemical stuff

Potential hydrogen  [: in chemistry, pH is a measure of the activity of the (solvated) hydrogen ion. p[H], which measures the hydrogen ion concentration is closely related to, and is often written as, pH .Pure water has a pH very close to 7 at 25°C. Solutions with a pH less than 7 are said to be acidic and solutions with a pH greater than 7 are basic or alkaline] 

Simply put the potential of hydrogen (pH) scale is a set of numbers between 0 and 14 where 0 (Hydrochloric acid) is the most acidic and 14 (Bleach or Lye) is the most alkaline (caustic) pH is a characteristic of water solutions only; without water, you cannot have a pH. The pH scale is logarithmic; for every integer that the scale decreases the material is 10 times more acidic. 

Why pH values is not an ideal criteria for the selection of car care products

One of the most confusing things about this business is the chemicals used and the chemistry behind them.  Certain product or combination of products can have a negative impact and to the newcomer in the industry, or your every day enthusiast, understanding the chemical interactions could become challenging, if not darn right confusing. 

As a Chemical Engineer I have a gained a lot of knowledge on chemicals but I can't imagine being relatively new to the industry and coming into detailing today. 
Product vendors are in business to sell products and sometimes rename the same product to do other things i.e. a swirl removing polish vs. a finishing polish (they both do the same job) However with chemicals it’s not quite that simple 

Testing the pH
The term pH is a measurement of the relationship between hydrogen ions and hydroxyl ions.  When you have more hydrogen ions than hydroxyl ions, you have an acid.  Likewise, if you have more hydroxyl ions than hydrogen ions you have a base (alkali).
The pH scale is a measure of the acidity or basicity (Alkali) of a solution. It is approximates but is not equal to p [H], the negative logarithm base 10) Base (Acid) 1-7, Alkaline 7- 14; the pH of a solution is temperature-dependent.
Unfortunately the pH scale is logarithmic; for every integer that the scale decreases the material is 10 times more acidic. Those of us in earthquake country know all too well the consequences of a change of from 6 to 7 on the logarithmic, Richter scale. The difference in the pH scale is just as dramatic and therefore just as misleading.

A substance that is neither acidic nor basic is neutral; pure water has a neutral pH of 7.0 each whole pH value below 7 is ten times more acidic than the next higher value. For example, a pH of 4 is ten times more acidic than a pH of 5 and 100 times (10 times 10) more acidic than a pH of 6. The same holds true for pH values above 7, each of which is ten times more alkaline than the next lower whole value. For example, a pH of 10 is ten times more alkaline than a pH of 9.0

Acidic and basic are two extremes that describe the chemical properties of a chemical. Mixing acids and bases can cancel out or neutralize their extreme effects. A substance that is neither acidic nor basic is neutral. The pH of distilled water is 7, this is neutral. Any solution with a pH below 7 is an acid and any solution with a pH above 7 is a base (alkali).

Unfortunately the pH scale is logarithmic; for every integer that the scale decreases the material is 10 times more acidic. Those of us in earthquake country know all too well the consequences of a change of from 6 to 7 on the logarithmic, Richter scale. The difference in the pH scale is just as dramatic and therefore just as misleading.

A substance that is neither acidic nor basic is neutral; pure water has a neutral pH of 7.0 each whole pH value below 7 is ten times more acidic than the next higher value. For example, a pH of 4 is ten times more acidic than a pH of 5 and 100 times (10 times 10) more acidic than a pH of 6. The same holds true for pH values above 7, each of which is ten times more alkaline than the next lower whole value. For example, a pH of 10 is ten times more alkaline than a pH of 9.0

Surfactants perform other important functions in cleaning, such as loosening, emulsifying (dispersing in water) and holding soil in suspension until it can be rinsed away. Surfactants can also provide alkalinity, which is useful in removing acidic soils. Surfactants are classified by their ionic (electrical charge) properties in water: anionic (negative charge), non-ionic (no charge), cationic (positive charge) and amphoteric (either positive or negative charge). 

Soap is an anionic surfactant. Other anionic as well as non-ionic surfactants are the main ingredients in today's detergents. The chemistry of surfactants- soaps are water-soluble sodium or potassium salts of fatty acids. Soaps are made from fats and oils, or their fatty acids

Although soap is a good cleaning agent, its effectiveness is reduced when used in hard water. 
Hardness in water is caused by the presence of mineral salts - mostly those of calcium (Ca2+) and 
magnesium (Mg2+), but also sometimes ferrous irons (Fe) and manganese (Mn). The mineral salts react with soap to form an insoluble precipitate known as soap film or scum. Soap film does not rinse away easily. It tends to remain behind and produces visible deposits on clothing and makes fabrics feel stiff. It also attaches to the insides of bathtubs, sinks and washing machines.

In practical applications, a formulator can get identical pH values by using various quantities of different acids. For example very small amounts of very strong acids or larger amounts of weaker acids can result in the same pH. The addition of a molecule of water to a chemical compound, without forming any other products is known as hydration (i.e. dilution causes the pH to decrease) But since pH is not a very good indicator of the strength of the acid in every system, this approach won't always produce the desired results. Each acid has properties that make it most useful for certain jobs. For example Citric acid is quite good at picking up Calcium ions in solution so acts as a good water softener where the same pH of a Sulphuric acid solution would be worthless for that application. 

My point here is that, it is not possible to judge how well a product will do the job it is designed for just by measuring the pH, and stronger is not always better. So, acid strength is always relative to the system you’re measuring and what materials are in danger of being dissolved or attacked by the acid pH is a measure of the relative strength of an acid but the key word is relative.

I think this illustrates the importance of detailers understanding the ‘science’ of cleaning; and to this end it is helpful to have a basic knowledge of soap and detergent chemistry and what is needed to achieve effective cleaning 

Some terms used to describe acids or basic

Neutralisation - a chemical reaction whereby an acid and a base react to form water and a salt; generally, the following occurs: acid + base → salt + water. Neutralization reactions are exothermic; causing agitation and giving out heat to the surroundings

Balanced pH - or neutral pH 

Controlling pH - popular chemicals include calcium carbonate, calcium oxide, magnesium hydroxide, and sodium bicarbonate. The selection of an appropriate neutralization chemical depends on the particular application. pH controlled means it follows the major automotive manufacturer’s guidelines for exterior cleaners; the control limit being a pH 10.0<
Acid neutralization 
Is a chemical reaction in which an acid and a base (alkali) react quantitatively with each other. In a reaction in water, neutralization results in there being no excess of hydrogen or hydroxide ions present in the solution.
Acids, Bases, and pH

There are several ways to define acids and bases, but pH only refers to hydrogen ion concentration and is only meaningful when applied to aqueous (water-based) solutions. When water dissociates it yields a hydrogen ion and a hydroxide.

Pure water is said to be neutral, with a pH close to 7.0 at 25 °C (77 °F). Solutions with a pH less than 7 are said to be acidic and solutions with a pH greater than 7 are said to be basic or alkaline.

An alkaline cleaner (hand soap has a pH of between 9.0 – 10.0) is used to clean most materials used in an automobile interior, including finished leather (leather is acidic by nature). Cleaning products use surfactants and other additives (such as water softeners) so its pH is not the only criteria used (i.e. a neutralized acid wheel cleaner has a pH of 7.0, so if pH is the only criteria it should be safe to use this product on anything as pH 7 (neutral)

Another reason for non-reliance of pH values when selecting products is the use of a buffer solution , this is an aqueous solution consisting of a mixture of a weak acid and its conjugate base or a weak base and its conjugate acid, Citric acid is a useful component of a buffer mixture. It has the property that the pH of the solution changes very little when a small amount of strong acid or base (alkali) is added to it. 
Buffer solutions are used as a means of keeping pH at a nearly constant value in a wide variety of chemical applications.
Sodium hydroxide is often used for this purpose Dissolution of sodium hydroxide is highly exothermic, and the resulting heat may cause heat burns or ignite flammables. It also produces heat when reacted with acids.
The main priority is to ascertain the material you are trying to clean and then select a chemical that is compatible to clean it with Providing the cleaning product selected is suitable, apply product to an applicator not the area to be cleaned (the only exception to this is glass surface cleaning) apply several drops of the selected cleaning solution in an inconspicuous area and rub gently with a clean, white micro fibre towel. Do not over wet. Use small amounts of the product and blot frequently, do not rub or use too much pressure. Do not use the product if it adversely changes the material’s colour or texture.

Information resource 
1. Wikipedia -
2. Index to Hyper Physics- pH as a Measure of Acid and Base Properties
3. Material Data Sheet - MSDS -
4. Conceptual Physical Science - Hewitt, Paul, Suchocki, J. and Hewitt, L. Addison-Wesley, 1999
5. Structural Inorganic Chemistry, A. F. Wells1984.

Tuesday, 10 October 2017

Identifying Foam Pads Abrasive Qualities

There are eight factors that rate in foam quality; Density (or rebound), Compression, Sag Factor, Fatigue loss, Hysteresis, Tensile, Elongation and Tear resistance. 

However,it is compression, hysteresis, and tensile strength that have the most to do with the abrasive or cutting ability of a pad. 

These factors all play into how much give the pad has under pressure and torque. Density, (not a measurement of compression) has a lot to do with the amount of polish the pad will accept (see also pores per inch (PPI)) a pad that holds a good volume of polish allows the polish to do the cutting job instead of the pad.

Velocity and applied Pressure are also factors that affect a foams abrasive (cutting) ability, all of these factors affect the flexibility of the foam under pressure and torque 
The abrasion or cutting ability of a foam pad relative to its composition, the work is approximately distributed, 60% product, 30% foam composition (density, pores per inch (PPI)) and 10% pressure applied and/or speed of rotation or oscillation.

Pad Dependency
All abrasive polishes are ‘foam pad and applied pressure dependant’ as far as their paint correction abilities are concerned. Any abrasive / pad combination is reliant upon its most abrasive component.
If we consider the Lake County (LC) White foam (50 PPI) polishing pad as the baseline; any polish used will derive help from the abrasive abilities of the foam. Then consider the LC Blue (70 PPI) finishing pad has no abrasive ability and will contribute nothing to the cutting capability of a polish. 
What is derived from this is that a polishes abrasive ability can be ‘fine-tuned’ by using different combinations (abrasiveness) of polish and foam (the same thing is true of wool pads) and of course differing the amount of downward pressure (10-15 Lbs is the usual range) applied will also have an effect on the abrasives capability
Different pad / product combinations (least abrasive pad / polish first)
a) Base pad/product (least abrasive pad/product) if this combination does not provide the desired results, increase the aggressiveness of the technique or product selection. 
b) Step-up 1 - using the same pad with a more abrasive product
c) Step-up II – use a less abrasive pad and the same product as used in step-up I
d) Step-up III- using the same pad with a more abrasive product
As can been ascertained from the above the total abrasive ability of a polish/foam pad combination is subject to many variables, the polishes abrasive ability is just the starting point

Factors that increase abrasion ability
Increased speed (Velocity)
Increased pressure (Compression)
Use smaller pad(Reduced surface Area) 
Using a slower panel transition speed (Increased surface contact time) 
Reduce the working area

The key to the polishing process is to know how the paint will react with each pad/polish combination you consider using. You must know your product and what its capabilities are before using it. This is why a ‘test’ spot is so important. 

The factors that affect the outcome -speed, friction (kinetic energy) applied pressure, foam pad actual surface contact area, pad grit number (abrasive ability) amount of surface lubrication available, the surface area and heat conductivity of material 

All pads have a performance cycle, meaning you will get the desired results only to a certain point on that curve. The point of declining performance is typically reached by polish/compound pad being overloaded with the product; you should always be able to see the individual cells or texture of the pad, with proper, regular cleaning pad overload can be avoided.

Clean (or replace) you pads frequently: pads are easy to clean; the slotted pad face actually makes it easy to clean. Do not use the same pad to apply differing products as cross contamination will reduce the effectiveness or completely negate their purpose altogether. A new or freshly cleaned pad must be used with each type of car care product. 

Pad cross contamination
Clean and/or replace pads as often as is necessary; a clean, primed and seasoned pad will enhance the abrasive abilities of the compound/polish and make the process not only more efficient but less time-consuming.
Do not use the same pad to apply differing products as cross contamination will reduce the effectiveness or completely negate their purpose altogether. 
If you thoroughly clean pads right after use you shouldn’t have any problems with contamination from different grades of polishes or compounds. However do not use the same pads for different sealants, or use a pad that has applied a sealant as a polishing pad or vice a versa. 
Some polishes or sealants may be difficult to completely remove product residue. It is good practice to use a new or freshly cleaned pad with each type of car care product. 

1. It is preferable to polish 2-3 times to restore the paint film surface than to use an unnecessarily abrasive polish/foam combination
2.Wool pads are not recommended for random orbital machines (Porter Cable 7424, etc) as wool pads nap/fibres work more efficiently with a centrifugal motion Foam cutting pads tend to be much’ stiffer’ than wool fibres and thus will transfer the movement of the machine to the paint surface more efficiently than a comparable wool pad on an orbital polisher 
3. The Flex 3401 is the exception to (1) above as the forced rotation supplies a centrifugal motion to the pad
4. Natural wool is most aggressive - 50/50 wool/acrylic blends intermediate - lamb’s wool the least aggressive
5. Always use the least aggressive product first, evaluate the surface, then only if necessary `step-up' to a more abrasive product and/or pad.

Monday, 9 October 2017

Priming / Seasoning Pads

Don’t use a quick detailer or a pad conditioner as they are usually formulated with silicones, oils, waxes, polymers, gloss enhancers, which will negatively affect the polish lubrication (exception Meguiar’s Final Inspection Spray, diluted 1:1 distilled water) spraying water while polishing can cause the foam pads abrasives to aquaplane, as water for all intents and purposes is incompressible, so that the pad and the abrasive don’t have actual surface contact, thereby negatively impacting the polishing process. Spread the polish / compound over the pad evenly and ensure it is absorbed into the foam, then spread that polish onto the pad by hand until it becomes 80% saturated. 

To apply to the paint surface; lightly raise the back of the machine so you are working with the top 1/3 of the pad. After polishing for a minute or two the pad will become more evenly saturated with product and actually become softer from friction induced heat build-up (seasoned). At this point, you can safely transition from a tilted up to a flat polishing position. Every time you put a fresh pad on your machine (and this should be done often) you should prime and then season it for a minute or two before "flat" polishing. 

Once the pad has been seasoned (pad should be 80% saturated with product being used to compound / polish) you can reduce the amount of polish / compound applied to the pad for subsequent passes; dependent upon what you're trying to accomplish. If you use too much polish or compound the oils will cause the surface to become over lubricated, which will negatively impact the abrasive abilities

Some advantages to pad priming:
Increased cutting ability
Better surface finish
Eliminates carrier system (solvent) flashing problems
Surface is more evenly polished and polisher is easier to control

When you prime entire pad, by spreading the abrasives uniformly and by keeping the pad flat thus ensuring constant paint / polish contact it becomes similar to a piece of wet-sanding finishing paper, the oils in the polish provide the lubrication (like the water does in wet-sanding) 

Polish Lubrication

Gloss It EVP Pad Prime is high-grade lubricating oil that greatly extends machine polishing times and enables polishes to break down properly, even on the softest of paints. It helps to extend pad life and reduce the amount of polish used, and therefore pays for itself in the long run. Works exceptionally well in hot and humid conditions, where it prevents polishes from flashing off too quickly, and is also useful in cold and damp conditions, where it prevents temperature-sensitive polishes like Menzerna from clumping up and becoming unusable. 

Designed to be used sparingly; only a single drop is required per panel to be polished; for best results, add the drop to the centre of the pad and then place the pad on to the panel to be polished and run your machine for a few seconds at low speed to spread the oil evenly over the face of the pad. 

© TOGWT ™ Ltd Copyright 2002-2010, all rights reserved

Saturday, 7 October 2017

'Spit Shining’

A couple of techniques used by concours d'élégance detailers

1. Jeweling the paint surface
2. Spit shining paint

'Spit Shining’ 

[Spit shining is the technique that is used to make shoes shine like mirrors - - and some of those tricks can be applied to putting carnauba on your car's paint] 

 It’s not as lurid as it sounds, I learned how to spit shine boots in the Royal Air Force (RAF), but for those of you who’ve never done it I’ll briefly describe how to spit shine boots to a mirror finish. You’ll need a can of shoe wax (Kiwi Parade Gloss) a bag of cotton balls, and some cold water. Wet the cotton ball and squeeze out most of the water. Get a very small amount of wax on the cotton ball and wipe it onto the boot - continue wiping until there is no more smudging. Add a little more wax and repeat

Remoisten the cotton ball as needed so that it leaves tiny beads of water on the boots. When the cotton ball retains too much wax, then use a new cotton ball, it takes several layers (maybe 6 to 10 or more) to achieve that mirror shine. It’s obvious that the wax builds layers because enough flexing of the leather will cause the wax to flake. 

Layering Wax

Any product applied on top of the clear coat needs to be optically clear (transparent) otherwise both the paint colour and its depth of shine will be muted. One of the problems with ‘layering’ some waxes and polymers is that they tend to occlude (become less opaque) as the thickness increases

The viscosity of the previous layer requires more solvent to significantly melt away than the next applied wax layer can contain The carrier system allows the product to fill and level the paint film surface to produce a flat surface (this flat level surface is more pronounced with polymers due to their Covalent (molecular) alignment characteristics). 
This level surface optimises the paint film surface's desired optical properties (i.e. surface reflectance, clarity, gloss, and depth of shine)
I think a better description of this process is ‘increasing the density’ as oppose to multi-layers. Layering a wax marginally increases its thickness, but it also increases its density, which may cause a lack of clarity, the base coat (that contains the vehicle’s colour) is covered/protected by a clear coat of urethane paint, which as well as providing protection is clear to enable the paint colour to show through and provide the colour with depth. 

As for increased durability in my experience, it does very little if anything to improve it. I think most proponents of this process are looking for aesthetics as opposed to increasing the durability of a wax. 

Usually, a wax with a high solvent content will remove the previous layer, so use a Carnauba that is not formulated with a high solvent content 

A solvent will have the potential to strip subsequent layers, but remember that you are not applying neat solvent to the last layer - but a wax and solvent blend. So it is only a fraction of its original strength and won't strip the wax layer like neat solvent. One of the very important nuances of layering is to use very little applied pressure and friction when applying subsequent layers as they will have a negative impact on wax thickness

What you are doing is neutralizing the solvent so that it doesn't remove the previous layer. One of the very important nuances of layering is to use very little applied pressure and friction when applying subsequent layers as they will have a negative impact on wax thickness Usually a spit-shined surface is slicker, smoother, and has different beading characteristics; with even smaller tighter water beads. The durability is about the same (or slightly better) and although spit shining is very time-consuming, the improved depth of shine and glossy appearance is worth it 

I would suggest you apply on top of one that has already set-up (i.e. the solvents have evaporated) you can increase its density (up to a point) two to three applications are usually considered optimum Spit shining is used for ‘layering’ Organic wax (although in this case the 'spit' used is cold distilled water) to produce a ‘depth of shine’ providing you take the necessary precautions to prevent the solvents both re-liquefying and removing the previous wax layers. 

Another ‘layering’ technique- apply a liquid Carnauba wax (liquid wax usually contains polymer and solvents) and allow to set-up (usually 1-2 hours, do a smear test to ensure that its dry.
Then a apply to a paste Carnauba wax; allow the solvents to evaporate for 2-4 hours, and finally, buff surface with a 100% cotton towel to produce jetting (a ‘wet-look’ shine) Swisswax 
Pinnacle Signature Series II - will highlight the flakes in metallic paint and is more durable than Souveran, due to its polymer content

Pinnacle Souverän™ Carnauba Paste Wax - has a 'warm gloss', but will tend to darken paint (black, yellow, reds) this is more of a show car wax.

Victoria Wax Pre-Wax Cleaner - for optimum results, this product must be used before applying this paste waxes for the first time. A unique non-abrasive formulation for regular and clear-coated paint finishes. Use as a foundation paint preparation, it gently cleans the paintwork and helps to create a perfect bond between the finish and the wax and create depth of shine.

Victoria Concours Wax -  apply a thin coat, gently work it in and let it sit until tacky, then using a 100% cotton micro fibre towel gently remove everything to expose a finish ready for the wax. If needed, repeat cleaning action until all contaminates, grime and foreign products are removed. 

Remember, the cleaning and prepping process should only be done before the wax is applied for the first time and thereafter only when needed.
Concours wax - especially designed for black and red to add extra warmest wettest finish 

Chaos - designed for extra gloss and suitable for all colours especially metallic colours

Mayhem - gives natural look - prepped look suitable for all colours.

Collectors - yellow wax is too similar mayhem but contains fewer polymers.

Using a damp applicator and cold (almost ice) distilled water in a fine mist spray bottle neutralizes any solvents in the newly applied layer; the water should be cold, using ice cold water after applying a wax will harden the wax quicker making the shine deeper and help the new wax adhere to the finish, working until the water/ wax solution disappears. 

The reason for using a damp applicator is to neutralize the solvents as much as possible and to avoid the thin coats of wax sticking to the applicator, this enables the wax to build thin, fine coats. Spray fine mists of cold (almost ice) distilled water to a single panel and then apply a light Carnauba wax to the paint surface.

 Always apply extremely thin layers using a very light pressure when spit shining, Wipe it onto a small work area and continue wiping until most of the wax disappears. Mist lightly as needed, keeping a few water droplets on the surface. Move to the next work area and repeat. After you do the final area you’ll have a surface with many spots of hazed wax. Lightly mist an area with the very cold distilled water - 1/2 hood or door - and lightly buff with a 100% cotton towel. Turn the towel frequently, when the towel becomes too damp switch to a new towel. 

When you spray very cold water on a Carnauba wax layer that has been allowed to outgas (i.e. the solvents that make up its carrier system have evaporated) it reduces the wax surface temperature to the point that the next applied waxes carrier solvents do not dilute the previously applied wax and it forms a semi-hard coat. 

·Allow each subsequent Carnauba waxes solvents to outgas before applying more layers. Spit shining allows definitive layers, as opposed to a thick coat of wax that would result if the solvents dissolve the wax layer that they are applied to. 
·After 24 hours you can repeat the procedure, using cold (almost ice) distilled water and Pinnacle Crystal Mist (a low solvent quick detail (QD) each coat applied will increase the surface depth of shine with five or six coats being optimal 
·Allow the radiation heat to ‘sweat’ the wax and then buff with a 100% cotton micro fibre towel. 

Also be aware that the both the product and the foam pad may be non-abrasive, but application pressure if not kept to an absolute minimum and using use a very light and even pressure, may re-introduce surface marring and/or removal of the previously applied product by friction

Information resource- based the original method used to shine RAF uniform dress shoes