Práctica N° 5: Envejecimiento acelerado – Weather - UTN

Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional La Plata
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA
CATEDRA DE INGENIERIA DE LOS MATERIALES
PRACTICA DE LABORATORIO N° 5
ENSAYOS EN EQUIPOS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO:
WEATHER-O METER
METODO DE MEDICION DE BRILLO: GLOSSMETER
Objeto de la experiencia:
• Generar las condiciones necesarias para acelerar el deterioro o
desintegración de películas protectoras, con el fin de evaluar su carácter
protector y la pérdida de ciertas propiedades tales como color, brillo y
ampollado.
• Medición del brillo de la película envejecida.
Fundamento:
Los equipos de envejecimiento acelerado se utilizan en ensayos de
laboratorio para predecir el comportamiento de una película protectora en
servicio sometida a la combinación de factores atmosféricos agresivos, tales
como la luz solar, cambios de temperatura, agua de lluvia, humedad ambiente,
etc..
Estos factores poseen características cíclicas, luz y calor durante el día,
oscuridad y descenso de temperatura ambiente durante la noche, pero no se
pueden establecer o predecir condiciones fijas anuales para un determinado
lugar, y menos comparar diferentes zonas entre sí. Generalmente un mes en
estos equipos, equivale a un año al exterior.
Para evaluar el comportamiento de la película envejecida en este ensayo
se procederá a determinar la pérdida de brillo.
Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo
Se define BRILLO como el poder de una superficie para reflejar la luz por
reflexión especular, es decir el tipo de reflexión proporcionada por un espejo.
El procedimiento más usual que utiliza el laboratorista es el de comparar
visualmente dos superficies pintadas entre sí, o también emplea paneles
estandarizados de brillo decreciente. En todos los casos la luz deberá incidir
sobre la superficie con el mismo ángulo. Observaciones a cargo de un mismo
operador pueden dar resultados razonablemente comparables; sin embargo,
dos o más operadores pueden llegar a emitir opiniones diferentes, ya que la
apreciación del brillo es una percepción sensorial, que varía de un individuo a
otro.
Sobre
esta base, se desarrollaron las primeras especificaciones
argentinas sobre el tema. En ellas el brillo de las películas de pintura se
clasificaba de la siguiente manera:
MUCHO: (pinturas muy brillantes) Por observación de la superficie a 90°,
se aprecia una imagen reflejada de contornos nítidos.
REGULAR: (pinturas al aceite, denominadas como brillantes) Con la
observación mencionada se obtiene una imagen de contornos difusos.
POCO: (pinturas semibrillantes o semimates) Con la observación
mencionada no se aprecia imagen, pero sí aparece imagen reflejada de
contornos difusos por observación a 45°.
NADA: (pinturas para paredes de interiores) En ninguno de los dos casos
se aprecia imagen reflejada.
Para evitar anomalías de la apreciación personal, se utilizan medidores en
los cuales la determinación de BRILLO consiste en medir la luz reflejada
especular, en condiciones tales que el ángulo de visión es siempre igual al
ángulo de incidencia.
Los "medidores de brillo o glossmeters" miden fotoeléctricamente la
intensidad de un rayo reflejado por la superficie en examen y pueden ser
usados para medir sobre superficies tales como pinturas, esmaltes, barnices,
cerámicos, plásticos, papel, metales, etc.
Este dispositivo está constituido por dos partes fundamentales: el
instrumento propiamente dicho, dotado del instrumento de medición (un
galvanómetro), la fuente de energía y los controles de ajuste; y la unidad de
medida que comprende la fuente luminosa, el sistema óptico y la célula
Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo
fotoeléctrica, esta unidad se conecta con el instrumento para realizar las
mediciones y se coloca generalmente sobre el objeto cuyo brillo se desea
medir.
Los glossmeters están diseñados para medir el brillo especular (brillo de la
luz reflejada), y para definir el mismo es necesario especificar las condiciones
de medida que surgen de las características del sistema óptico: el ángulo de
incidencia y ángulo de dispersión en la dirección de reflexión.
Para pinturas, la mejor correlación con la observación visual corresponde
a un ángulo de incidencia y de reflexión de 60°. Para cerámicos se emplea 45°
y para papel 75°. Un material, medido con diferentes ángulos, proporciona
valores de brillo diferentes.
El ángulo de dispersión depende fundamentalmente de la distancia focal
de las lentes y del tamaño del diafragma utilizado del lado receptor. Para cada
tipo de ensayo se requiere una unidad de medida diferente.
Las medidas se realizan con respecto a patrones de brillo. El standard lo
constituye el espejo perfecto, que refleje el 100% de la luz incidente, en la
dirección especular. Un espejo perfecto en estas condiciones no existe: en su
lugar se utiliza un vidrio negro pulido. La reflexión del espejo perfecto se indica
con el valor de 1000 y en esa escala el aparato proporciona, con el standard de
vidrio negro una lectura que permite ajustar a 96% la escala citada. Hecho este
ajuste todas las lecturas quedan expresadas en la escala que considera al
espejo perfecto como 1000, y en esta escala el brillo se expresa como valores
por mil.
En pinturas no se alcanza nunca valores superiores a 100, que es, por
otra parte el valor máximo en la escala del instrumento.
Una vez calibrado el aparato, reemplazando el standard del vidrio negro
por
las
superficies
a
medir,
se
obtiene
rápidamente
los
valores
correspondientes a cada uno. La luz reflejada, ya sea por el patrón de brillo o
por la superficie que se compara con él, incide sobre la célula fotoeléctrica, y la
excitación que produce en la misma es registrada por el galvanómetro de la
escala. Se debe controlar periódicamente el ajuste con el valor que suministra
la superficie de comparación.
El aparato puede ser calibrado también por el otro extremo de la escala,
utilizando un bloque de carbonato de magnesio, que proporciona una superficie
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perfectamente reflectante y completamente difusa, dando una lectura de 2,5.
En esta zona de la escala se registran los valores para superficies mates,
semimates, etc..
Descripción del Weather-O meter o Interperiómetro:
En estos equipos se reproduce la acción de la luz solar, el agua y de la
temperatura ambiente, existiendo la posibilidad de acelerar la oxidación
(mediante suministro de ozono), o de crear condiciones similares a las de un
clima industrial, por el empleo de anhídrido sulfuroso o de dióxido de nitrógeno.
La fuente de energía radiante que utilizan imita lo mas próximo posible en
su distribución energética al de la luz solar. La fuente luminosa tiende a
reproducir la decoloración que se observa al exterior, y fundamentalmente las
fallas de cuarteado (checking) y agrietado (cracking).
La energía debe ser absorbida para que se produzca la degradación de
los polímeros constituyentes de los vehículos de las pinturas. Las diferencias
más importantes entre la fuente de luz natural y artificial se encuentra entre los
2700 y 3000 A.
Entre los dispositivos que utilizan electrodos de carbono el más utilizado
es el Atlas Sunshine XW (Figura 1), cuya lámpara posee tres pares de
electrodos, los que forman tres arcos que funcionan alternadamente, pero
suministrando energía luminosa, en forma continua. La duración oscila entre 18
y 20 horas.
La luz emitida pasa a través de filtros especiales que retienen las
radiaciones no convenientes. Además posee un dispositivo que permite una
lenta circulación de aire dentro de la lámpara que arrastra los productos de
combustión al exterior del aparato, evitando que las cenizas se depositen en
los filtros.
Un motor sincrónico regula la posición de los electrodos a medida que los
mismos se van consumiendo, lo que permite obtener un arco de luz constante.
Una vez consumidos los carbones del equipo se detiene automáticamente.
En los equipos más recientes, la fuente energética esta constituida por
lámparas de xenón, de 2500 a 6000 W, también provistas de filtros. Estas
lámparas se deben reemplazar (luego de su deterioro) cada 1500 o 2000 horas
Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo
de trabajo. También los filtros de vidrio se deben reemplazar periódicamente.
La ventaja de estas lámparas es que reproducen manera de mas exacta a la
luz solar y pueden funcionar las 24 H.
El equipo se completa con un dispositivo que permite pulverizar agua en
forma de lluvia sobre las probetas. El tiempo de humedecimiento puede ser
modificado mediante programas que trae el aparato. Generalmente el agua se
suministra en forma periódica, de manera de provocar un choque térmico en el
film de pintura.
Figura 1: Weather - O meter
Método Operativo:
Las probetas se colocan en un tambor giratorio y a una distancia
determinada de la lámpara.
Se puede controlar la humedad relativa dentro del aparato en un amplio
rango, la temperatura sobre el panel se determina mediante un termómetro de
bulbo negro (puede regularse entre 50 y 100° C ). Es conveniente usar agua
desionizada o destilada, a fin de evitar el depósito de sales sobre la película de
pintura.
Esta acción del agua, complementando la de la luz, afecta las
propiedades ópticas de la película (color y brillo), y es uno de los factores que
provoca tizado.
Las muestras se dejan en el equipo por un lapso de tiempo conveniente y
luego se procede a medir el brillo.
Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo
Determinaciones Experimentales:
Medir el brillo de las probetas sometidas a los equipos de envejecimiento
acelerado.
Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo