Fotoestabilidad de recubrimientos y protocolo para evaluar su

ii
UNIVERSIDAD SIMÓN BOLÍVAR
DECANATO DE ESTUDIOS PROFESIONALES
COORDINACIÓN DE INGENIERÍA QUÍMICA
FOTOESTABILIDAD DE RECUBRIMIENTOS Y PROTOCOLO PARA
EVALUAR SU DESEMPEÑO BAJO CONDICIONES AMBIENTALES
Por:
Karla Méndez Marín
Realizado con la Asesoría de:
Prof. Nieves Canudas.
PROYECTO DE GRADO
Presentado ante la Ilustre Universidad Simón Bolívar
Como requisito parcial para optar al título de
Ingeniero Químico
Sartenejas, Marzo de 2012
ii
DEDICATORIA
A quienes han guiado mi camino: MI FAMILIA.
A mi abuela Zuleima y mi tía Mauren, gracias a ellas me he convertido en el ser
humano que soy. Este trabajo es prueba de que el esfuerzo invertido ha valido la
pena.
A mis padres, quienes me enseñaron que aunque la adversidad nos rodee,
mientras estemos unidos podremos salir adelante. El amor es una fuente muy
poderosa.
A mi hermano, que es mi modelo a seguir. Mi mejor amigo y mi guía.
A mis abuelas, que han sido mis ángeles desde pequeña.
Gracias
por
el
apoyo
incondicional,
este
trabajo
es
para
ustedes.
iv
AGRADECIMIENTOS
El realizar un trabajo de esta magnitud no es tarea fácil. Desde los inicios de éste,
muchas personas a mi alrededor se ha visto involucrada.
Es por ello que quiero agradecer primeramente a mis padres por amarme del
modo que lo hacen y darme las palabras de aliento adecuadas para seguir adelante,
durante la carrera universitaria así como también durante la elaboración de este
trabajo. A mi madre, por enseñarme el significado de la palabra fortaleza, por
fomentar en mi la fe y la esperanza. A mi padre, por decirme SIEMPRE lo orgulloso
que está de mi y por no permitir que me diera por vencida a pesar del panorama.
A mi hermano, porque siempre ha sabido qué decir para alentarme, y por hacerme
ver que no podemos caernos sin pensar en levantarnos. Es el mejor consejo que me
ha dado.
A mi tío Mario, por siempre estar atento a mi progreso durante la elaboración de
la tesis y alentarme en la búsqueda de los conocimientos en pro de ser un ser
humano integral.
A mi tutora, Dra. Nieves Canudas, por continuamente alentarme a la
investigación, al conocimiento y estar orgullosa de mi durante la realización de este
proyecto. Por ser siempre mi apoyo y darme razones para seguir adelante.
A Mario en el laboratorio de Fotoquímica y Fotobiología, por responder mis dudas
durante la etapa final de la tesis y a Gabo, que me apoyó continuamente.
A las personas pasajeras de mi vida, que en su momento supieron apoyarme y
ayudarme durante la realización de los experimentos para este proyecto.
A mi familia, que siempre se ha preocupado por mí y me han ofrecido su amor en
todo momento logrando ser mi fuerza ante la adversidad.
A Andreina Seijas, por su amor y palabras de aliento en los momentos difíciles.
A Sonia y a Ángela, gracias por quererme del modo que lo hacen, estar orgullosas
de mi y ser de mucha ayuda en todo momento.
A Dios, por iluminarme y escuchar mis oraciones en los momentos más difíciles.
iv
RESUMEN
Este proyecto consistió en la generación de un protocolo de ensayo que permita
analizar la fotoestabilidad de recubrimientos comerciales para exteriores, a base de
agua, de aceite y barniz, Para las pruebas de fotodesgaste y operación de las
cámaras de irradiación, se tomaron como referencia las normas “American
Standards for Testing Materials” (ASTM) y las “International Conference on
Harmonization” (ICH), respectivamente. De acuerdo a normas ASTM fueron
utilizadas láminas de acero inoxidable, que se cubrieron con pintura color marrón
(clase A y B) y esmalte color verde (calidad A y B). Para pruebas de barniz, se
utilizaron paneles de madera de pino. Las variables a evaluar fueron calidad de la
pintura, número de capas, color, grosor, dilución de las pinturas (para pintura a base
de agua). Se hicieron las pruebas por separado en cámaras para irradiación
provistas con lámparas de emisión de UVA, UVB y luz visible; con humedad por
inmersión y rocío; se usaron ciclos de 66 horas de irradiación. Los resultados
mostraron el fotodesgaste de los distintos tipos de recubrimiento producto de las
condiciones de intemperie a los que fueron expuestos. Se observó una pérdida de
masa, asociada con la pérdida de humedad y material polimérico para
recubrimientos a base de agua y de tipo esmalte. En el caso de recubrimientos con
barniz, se obtuvo un deterioro principalmente por acción de la humedad.
Adicionalmente a lo establecido en las normas ASTM, se utilizó como
procedimiento novedoso la técnica de IRTF con dispositivo ATR, para determinar
cambios en la superficie del recubrimiento a nivel molecular. Se relacionó el daño
por fotodesgaste con una modificación del tipo y la concentración de los componentes
en la superficie del recubrimiento, asociado a la incorporación de agua y
modificación de grupos funcionales en las moléculas del material polimérico.
Como producto de este trabajo se generó un protocolo experimental asociado al
fotodesgaste y al tipo de recubrimiento que permite estudiar la calidad y el
desempeño del material bajo estudio.
iv
v
INDICE GENERAL
1
CAPITULO I................................................................
......................................................................................
...................................................... 16
1.1
Recubrimientos ................................................................
.......................................................................................
....................................................... 16
1.2
Composición del recubrimiento ..............................................................
.............................................................. 17
1.2.1
Pigmentos .............................................................................................. 17
1.2.2
Disolvente o vehículo ............................................................................ 18
1.2.3
Resinas .................................................................................................. 19
1.2.4
Cargas ................................................................................................... 20
1.2.5
Aditivos.................................................................................................. 20
1.3
Recubrimientos de látex acrílico (pinturas a base de agua) ................... 20
1.4
Esmaltes sintéticos ................................................................
.................................................................................
................................................. 23
1.5
Sistema de estabilización de las dispersiones ........................................
........................................ 23
1.5.1
Dispersiones con coloide protector ....................................................... 23
1.5.2
Dispersiones con emulsionantes .......................................................... 24
1.6
Consideraciones del recubrimiento.........................................................
......................................................... 24
1.6.1
Adhesión del recubrimiento al sustrato ............................................... 24
1.6.2
Preparación del sustrato....................................................................... 25
1.6.3
Fuerza cohesiva..................................................................................... 25
1.6.4
Permeabilidad ....................................................................................... 26
1.7
Causas de falla en los recubrimientos ....................................................
.................................................... 28
1.7.1
Ambientes de exposición ....................................................................... 28
1.7.2
Ampollamiento osmótico ....................................................................... 30
1.8
Consideraciones para la aplicación de la pintura ..................................
.................................. 31
vi
1.8.1
Almacenamiento de la pintura antes de la aplicación ....................... 31
1.8.2
Preparación de la superficie ................................................................. 32
1.8.3
Preparación para la aplicación de pintura........................................... 33
1.8.3.1 Mezcla ................................................................................................... 33
1.8.3.2 Temperatura ........................................................................................ 33
1.8.3.3 Humedad .............................................................................................. 33
1.9
Estudio del envejecimiento acelerado mediante el uso de radiación
electromagnética. ................................................................
................................................................................................
......................................................................
...................................... 34
1.10
Técnicas para determinar el desempeño de los recubrimientos. ............ 36
1.10.1
Pruebas de fotoestabilidad con radiación UV. ..................................... 36
1.10.2
Prueba de adhesión. .............................................................................. 38
1.10.3
Espectroscopía de reflectancia atenuada. ............................................ 39
2
CAPITULO 2 ................................................................
.....................................................................................
..................................................... 41
2.1
Condiciones de irradiación ................................................................
.....................................................................
..................................... 43
2.2
Factores y variables evaluadas...............................................................
.............................................................. 43
2.3
del
el
Procedimiento para la evaluación de la fotoestabilidad d
recubrimientos de pintura a base de agua. ...............................................................
............................................................... 44
2.3.1
Preparación de las placas. Norma ASTM D 609-0018. ......................... 44
2.3.1.1 Clasificación de las placas. .................................................................. 44
2.3.2
Exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación. ................. 45
2.3.2.1 Experimento P1: humedad por rocío con agua desionizada (18 MΩcm). Calidad de pintura A ..................................................................................... 45
2.3.2.2 Experimento P2: humedad por inmersión en agua desionizada.
Calidad de pintura A ............................................................................................ 46
2.3.2.3 Experimento P3: humedad por rocío con agua desionizada. Calidad
de pintura B ........................................................................................................... 47
vii
2.3.2.4 Experimento P4: humedad por inmersión en agua desionizada.
Calidad de pintura B ............................................................................................. 48
2.3.3
Evaluación de las placas irradiadas ..................................................... 48
2.3.3.1 Observación y clasificación de cambios visuales ................................ 48
2.3.3.2 Realización de pruebas de adhesión.................................................... 48
2.3.3.3 Desarrollo de la prueba de absorción de agua .................................... 49
2.3.3.4 Espectros IR por reflectancia total atenuada ..................................... 49
2.4
Procedimiento para evaluación de la fotoestabilidad del recubrimiento de
barniz teñido brillante, color samán ................................................................
.........................................................................
......................................... 49
2.4.1
Preparación de los paneles. Norma ASTM D 1641-923........................ 49
2.4.1.1 Aplicación de la primera capa de barniz ............................................. 50
2.4.1.2 Aplicación de la segunda capa ............................................................. 50
2.4.1.3 Aplicación de la tercera capa ............................................................... 50
2.4.1.4 Aplicación del sellador de aluminio..................................................... 50
2.4.2
Exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación. ................. 50
2.4.2.1 Experimento B1: humedad rociada con agua desionizada. ................ 51
2.4.2.2 Experimento B2: humedad por inmersión en agua desionizada ....... 52
2.4.3
Procedimiento para evaluación de la fotoestabilidad del recubrimiento de
pintura a base de aceite (esmalte) .............................................................. 53
2.4.4
Preparación de las placas. Norma ASTM D 609-0018.......................... 53
2.4.5
Clasificación de las placas .................................................................... 53
2.4.6
Exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación .................. 53
2.4.6.1 Experimento ES1: humedad por rocío con agua desionizada. Esmalte
calidad A 53
2.4.6.2 Experimento ES2: humedad por inmersión en agua desionizada.
Calidad de esmalte A ............................................................................................. 54
2.4.6.3 Experimento ES3: humedad por rocío con agua desionizada. Calidad
de esmalte B ........................................................................................................... 54
viii
2.4.6.4 Experimento ES4: humedad por inmersión en agua desionizada.
Calidad de esmalte B ............................................................................................. 54
3
CAPITULO 3 ................................................................
.....................................................................................
..................................................... 55
3.1
Análisis de resultados obtenidos para las pruebas de fotoestabilidad de
recubrimientos con pintura a base de agua ..............................................................
.............................................................. 55
3.1.1
Pérdidas de espesor, masa de la película y variación de adhesión ..... 55
3.1.2
Resultados para prueba de absorción de agua. ................................... 67
3.2
Análisis de resultados obtenidos para las pruebas de fotoestabilidad de
recubrimientos con pintura de tipo esmalte .............................................................
............................................................. 69
3.2.1
Pérdidas de espesor, masa de la película y variación de adhesión ..... 69
3.2.2
Resultados para prueba de absorción de agua. ................................... 72
3.3
Análisis de resultados obtenidos para las pruebas de fotoestabilidad de
recubrimientos con barniz.................................
barniz.................................................................
........................................................................................
........................................................ 75
3.3.1
Pérdidas de espesor y masa de la película ........................................... 75
3.3.2
Resultados para prueba de absorción de agua. ................................... 76
3.4
Análisis del cambio sufrido por los recubrimientos, mediante la
utilización de Espectroscopia Infrarroja de Reflectancia Atenuada. ........................ 77
3.4.1
Estudio de fotoestabilidad de recubrimientos con pintura a base de agua
clase A, según versiones 1, 2,3 y 4, sometidos a humedad por inmersión y
rocío, mediante la técnica de espectroscopia Infrarroja de reflectancia
atenuada. ..................................................................................................... 78
3.4.2
Estudio de fotoestabilidad de recubrimientos con pintura a base de agua
clase B, según versiones 5, 6,7 y 8, sometidos a humedad por inmersión y
rocío. Mediante la técnica de espectroscopia de reflectancia atenuada. ... 83
ix
3.4.2.1 Análisis de Fotoestabilidad de Recubrimientos con pintura de tipo
esmalte clase A, según versiones 1 y 2, sometidos a humedad por inmersión y
rocío. Mediante la técnica de espectroscopia de reflectancia atenuada............... 87
3.4.3
Estudio de fotoestabilidad de recubrimientos con pintura de tipo esmalte
clase B, según versiones E3 y E4, sometidos a humedad por inmersión y
rocío. Mediante la técnica de espectroscopia de reflectancia atenuada. ... 90
3.4.4
Estudio de los cambios en los espectros, inducidos por la exposición a la
luz y el agua para recubrimientos con barniz, humedad por rocío y por
inmersión. .................................................................................................... 93
3.5
Especificación de un protocolo de oferta de servicio para diagnóstico
experimental de fotodesgaste de recubrimientos con pintura a base de agua, a base
de aceite y barniz transparente ................................................................
................................................................................
................................................ 97
3.5.1
Descripción del servicio ........................................................................ 97
3.5.2
Ejecución del Servicio ........................................................................... 98
3.5.3
Informe. ................................................................................................. 98
x
INDICE DE TABLAS
Tabla 1.1. Tipos de luz ultravioleta........................................................................................ 35
Tabla 1.2. Relación entre la intensidad de la radiación simulada en la cámara de
fotoestabilidad y el tiempo de exposición bajo la luz solar real13. ....... 38
Tabla 2.1 Equipos, materiales y suministros para la realización de los experimentos
de fotodesgaste de recubrimientos. ................................................................. 42
Tabla 3.1. Intensidad de la radiación suministrada en los experimentos y
equivalencia en tiempo de exposición para la luz solar directa. .......... 55
Tabla 3.2. Variación de la masa, grosor y adhesión de la capa de recubrimiento para
pintura clase A, rociada con agua; en las versiones tipo 1, 2, 3 y 4 bajo
condiciones de irradiación uva y uvb. ............................................................ 57
Tabla 3.3. Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento con pinturas clase
A y clase B, para humedad rociada................................................................. 65
Tabla 3.4. Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento con pinturas clase
A y clase B, para humedad sumergida. ......................................................... 66
Tabla 3.5. Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento tipo esmalte A y
clase B, para humedad rociada......................................................................... 74
Tabla 3.6. Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento tipo esmalte A y
clase B, para humedad sumergida. ................................................................. 74
xi
INDICE DE FIGURAS
FIG RAS
Figura 2.1 Vista de la camara de irradiacion ..................................................................... 41
Figura 2.2. Interior de la cámara de irradiación .............................................................. 41
Figura 3.1. Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura Clase A sin
diluir. ......................................................................................................................... .79
Figura 3.2. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento Tipo 1,
sometidas a humedad, sin irradiación. .......................................................... 79
Figura 3.3.
Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo 1,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación. 80
Figura 3.4.
Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo 1,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación. ......................... 80
Figura 3.5.
Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo 1,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación. .............. 81
Figura 3.6. Espectro IR e las superficie del recubrimiento con pintura Clase B sin
diluir. .......................................................................................................................... 83
Figura 3.7. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento Tipo 5,
sometidas a humedad, sin irradiación. .......................................................... 84
Figura 3.8.
Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo 5,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación. 84
Figura 3.9.
Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo 5,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación. ......................... 85
Figura 3.10.
Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo 5,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación. .............. 85
Figura 3.11. Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura tipo esmalte
Clase A. ...................................................................................................................... 87
Figura 3.12.
Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento de
esmalte Tipo 1, sometidas a humedad, sin irradiación. .......................... 88
xii
Figura 3.13. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
1, sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.88
Figura 3.14. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
1, sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación. .................... 89
Figura 3.15. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
1, sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación........... 89
Figura 3.16. Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura esmalte
Clase B. ...................................................................................................................... 91
Figura 3.17.
Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento de
esmalte Tipo 3, sometidas a humedad, sin irradiación. .......................... 91
Figura 3.18. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
3, sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.92
Figura 3.19. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
3, sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación. .................... 92
Figura 3.20. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
3, sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación........... 93
Figura 3.21. Espectro IR de la superficie del recubrimiento con barniz.................. 94
Figura 3.22. Espectros correspondientes a paneles control, con recubrimiento de
barniz, sometidas a humedad, sin irradiación............................................ 94
Figura 3.23.
Espectros correspondientes a paneles con recubrimiento de barniz,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación. 95
Figura 3.24.
Espectros correspondientes a paneles con recubrimiento de barniz,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación. ......................... 95
Figura 3.25.
Espectros correspondientes a paneles con recubrimiento de barniz,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación. .............. 96
13
INTRODUCCION
IN TRODUCCION
Uno de los aspectos involucrados en la determinación de la estabilidad de un
material cuyo uso implica exposición a la intemperie, tiene que ver con la
fotoestabilidad, es decir, la inalterabilidad de sus propiedades físicas, químicas y
mecánicas frente a la radiación solar y/o artificial. Para ello se realizan estudios que
permiten determinar las variaciones de dichas propiedades y con ellos desarrollar y
establecer protocolos con base a patrones de comportamiento para determinar el
desempeño de un material expuesto a la intemperie. La fotoestabilidad es una parte
importante dentro del desarrollo, diseño y control de calidad de industrias de
pinturas, polímeros, cosméticos, fármacos y alimentos, etc. En base a ello, es posible
detectar la naturaleza del daño y la velocidad con la que se manifiesta el mismo al
ser expuestos a distintos componentes de la luz solar u otros tipos de ondas de
radiación de acuerdo al uso destinado para tales materiales.
En la Universidad Simón Bolívar (USB) se realizan estudios para determinar
la fotoestabilidad de pinturas con base a protocolos asociados a normas American
Standards for Testing and Materials ASTM y con éstos se persigue el desarrollo de
nuevos protocolos, orientados a generar una metodología de diagnóstico de
fotoestabilidad adaptada a los recursos existentes en los laboratorios de
investigación.
En 2009, López, Negrín y Silva1, haciendo uso de los equipos disponibles en el
Laboratorio
de
Fotoquímica
y
Fotobiología
de
la
USB,
determinaron
la
fotoestabilidad de un tipo de pintura comercial para exteriores a base de agua,
mediante la aplicación de normas ASTM para la realización de los ensayos e
International Conference of Harmonization ICH para operación de las cámaras de
irradiación.
Continuando con la misma línea de investigación, en 2010, los estudiantes de la
USB Rondón y Torres2 realizaron pruebas similares con pinturas comerciales de
color blanco, clase A y B, evaluando la resistencia de ambos tipos de pintura al
fotodesgaste. Los resultados en ambas investigaciones mostraron la resistencia
14
superior al fotodesgaste de la pintura de calidad A sobre la B y una mayor
sensibilidad a la radiación de luz visible que a la ultravioleta, lo cual coincide con la
calidad ofrecida por el fabricante.
Del mismo modo, en 2011, Del Olmo y Urquía3, ambos estudiantes de la USB,
continuaron el estudio de fotoestabilidad de un recubrimiento de color azul de
calidad A y B para exteriores a base de agua, mediante la aplicación de normas
ASTM. Los autores encontraron igualmente, una mayor resistencia al fotodesgaste
por parte de la pintura calidad A en comparación con la pintura de calidad B.
Aunado a esto, en 2010 Méndez y Delgado4, implementaron en el Laboratorio
de Fotoquímica y Fotobiología de la USB, un protocolo de ensayo que permitió
analizar la fotoestabilidad de dos materiales poliméricos utilizados en la cubierta de
equipos de medición eléctrica, tomando como referencia las normas ASTM
correspondientes. Los resultados obtenidos permitieron constatar la calidad del
material en concordancia con las especificaciones expresadas por el fabricante.
Los trabajos realizados hasta la fecha en la universidad han permitido
implementar los protocolos normalizados por la ASTM y constatar la validez de los
ensayos realizados en la USB ya que los resultados obtenidos están acordes con las
especificaciones del fabricante en cuanto al desempeño del producto frente a la
acción de la intemperie.
Una vez validado el protocolo en el Laboratorio de Fotoquímica y Fotobiología de
la USB, se hace necesario establecer una metodología de trabajo que incluya las
normas ASTM y aquellos ensayos novedosos adicionales sobre una mayor variedad
de materiales a fin de establecer un procedimiento para el diagnóstico de
fotoestabilidad con el uso de la tecnología y personal humano disponible en la
universidad.
En este proyecto se planteó como objetivo general generar un protocolo de
ensayo que permita evaluar la fotoestabilidad de recubrimientos comerciales a base
de agua y de aceite, y barniz, para exteriores, para así generar una oferta de
servicio, basado en un protocolo experimental para orientar al fabricante sobre el
15
desempeño del recubrimiento bajo condiciones de intemperie. Dicho protocolo
incluye tres módulos:
1. Descripción del servicio: presentar en un lenguaje técnico la descripción de las
variables a evaluar y tiempo de ejecución.
2. Ejecución del servicio: Ejecución de los ensayos de fotoestabilidad, con base a
las normas ASTM y en el uso de la técnica de IRTF.
3. Informe: generación de una planilla con los resultados, su interpretación,
discusión,
conclusiones y recomendaciones para diferentes requerimientos del
cliente.
Para lograr este objetivo general se establecieron los siguientes objetivos
específicos:
Determinar la fotoestabilidad tres tipos de recubrimientos con base a las normas
ASTM correspondientes.
Evaluar el alcance de la técnica IRTF por reflectancia atenuada para el
diagnóstico cualitativo del fotodesgaste en los recubrimientos expuestos a la
intemperie y poder determinar susceptibilidad a la fotodegradación de los mismos.33
Generar un formato para una oferta de servicio que incluya el protocolo de
ensayo propuesto para orientar al fabricante sobre el desempeño del recubrimiento
bajo condiciones de intemperie. Este formato debe incluir:
Descripción y ejecución del servicio.
Elaboración de un informe.
En este proyecto se abordó la evaluación en tres tipos de recubrimientos:
Barniz transparente, alquílico-maleico.
Una pintura a base de agua, acrovinílica.
Un esmalte brillante.
16
1 CAPITULO I
FUNDAMENTOS TEORICOS
Con la idea de conocer los componentes de una pintura y la interacción con la
superficie a recubrir, se realiza una descripción detallada de los diferentes
componentes de la pintura, y se exponen aspectos relacionados con la interacción
que presenta la adhesión del recubrimiento al sustrato.
1.1 Recubrimientos
Un recubrimiento o pintura líquida es una suspensión que una vez aplicada y
seca se transforma en una película continua no pegajosa y con las características
para las que ha sido concebida.5
Un recubrimiento en condiciones óptimas debe cumplir los siguientes requisitos:
- Resistencia a los rayos solares sin cambios de color apreciables.
- Resistencia al cambio de temperaturas sin quebrar, formar fisuras o grietas
y sin desprenderse.
- Resistencia mecánica sin abrasión y pérdida de estructura.
Aunado a ello, existen ciertos criterios que determinan y orientan sobre la
calidad de las pinturas o recubrimientos:
- Precio por litro, que está relacionado con el precio de material requerido por
m2 de superficie.
- Aptitud para la aplicación con brocha y rodillo.
- Poder para cubrir superficies, relacionado con el consumo de pintura por m2.
- Resistencia al frote en húmedo con un criterio de anclaje, de poder ligante y
de resistencia mecánica.
17
-
Criterios de protección y contaminación ambiental.
1.2 Composición
Composición del recubrimiento
Los componentes genéricos de una pintura, incluyen los siguientes materiales,
aun cuando algunos tipos pueden no contener todos los ingredientes:
Pigmentos
Disolvente
Ligante o resina
Cargas
Aditivos
Cada uno de estos componentes tiene una función especial en la formulación
de las pinturas. La resina y el disolvente componen la porción líquida, llamada
vehículo. Dado que el disolvente se evapora a medida que el recubrimiento se
seca, éste muchas veces es llamado vehículo volátil, mientras que la resina se
conoce como vehículo no volátil.
La
resina y
los pigmentos que
componen la película sólida después
de
la
evaporación del disolvente se denominan total de sólidos o sólidos de la película.
A continuación se describen en detalle cada uno de los componentes de la
pintura.
1.2.1 Pigmentos
Pigmentos
Constituyen la parte sólida de una pintura húmeda. Éstos son insolubles en el
vehículo y son generalmente más densos que el vehículo líquido. La porción de
pigmentos en el
recubrimiento contribuye a las siguientes características
deseables:
Opacidad
Color
Inhibición de la corrosión
18
Resistencia a la intemperie
Resistencia a la humedad
Nivel de brillo y dureza
Formación de la película y su refuerzo
La principal función del pigmento es proporcionar opacidad para ocultar el
sustrato y proteger la resina de la degradación por la luz ultravioleta del sol. Las
resinas orgánicas se degradan en cierta medida con la luz solar, algunas mucho más
que otras. El dióxido de titanio es el pigmento más utilizado para proporcionar
opacidad a las pinturas blancas, porque posee alta opacidad. Éste presenta un color
blanco puro y un elevado índice de refracción, por lo que tiene un poder de
ocultamiento elevado. El dióxido de titanio es altamente resistente y los
recubrimientos formulados con éste tienden a ser resistentes a la abrasión.6
Otra importante función de ciertos pigmentos corresponde al control de la
corrosión. Los pigmentos inhibidores pueden ser muy eficaces en la reducción de la
corrosión que, de no existir éstos, ocurriría. Pigmentos inhibidores a base de plomo y
cromo fueron comúnmente utilizados en las pinturas en el pasado, pero en la
actualidad se restringen debido a los efectos adversos para la salud. Los pigmentos
también pueden mejorar la adherencia y disminuir la permeabilidad a la humedad.
El tamaño de las partículas de pigmento en el vehículo afecta el brillo. De este
modo, mientras más fina es la dispersión, más brillante es la película seca. 6
Pigmentos secundarios o de relleno (talco, sílice, etc.) se utilizan para controlar la
viscosidad, la construcción de la
película húmeda y su establecimiento. Estos
pigmentos ofrecen poca opacidad.6
1.2.2
Disolvente o vehículo
Los solventes orgánicos se utilizan para disolver la resina y reducir la viscosidad
del producto permitiendo una fácil aplicación. Además,
durabilidad y la adherencia de la película.
controlan el secado, la
En la mayoría de los recubrimientos a
base de agua, el agua es un agente dispersor en lugar de un agente de disolución. 5
19
Los disolventes más comunes en la formulación de pinturas son etilenglicol y
propilenglicol.
1.2.3 Resinas
Las resinas, también llamadas aglutinantes, son las porciones que forman las
capas de los recubrimientos. Por lo general son polímeros sólidos de alta masa
molecular cuando forman la película seca. Según el tipo de resina utilizada, la
pintura tendrá características de secado y resistencias determinadas.5 El tipo de
monómeros que componen los polímeros definen una gran parte de las propiedades
de las dispersiones. Los monómeros más comunes son:
Estireno
Metilmetacrilato
Acetato de vinilo
Acrilato de n-butilo
Acrilato de 2-etilhexilo
Acrilatos estirenados
Muchas resinas naturales provienen de árboles. Éstas proporcionan dureza,
brillo, resistencia a la humedad y un tiempo de secado mejorado, mientras que el
aceite vegetal proporciona flexibilidad y durabilidad. Ejemplos de resinas naturales
incluyen Elemí, Damar y Copal, entre otras. El uso principal de la mayoría de las
resinas naturales es en la fabricación de barnices. En la elaboración de un barniz,
la resina natural es 'cocinada' junto a un aceite secante, como aceite de linaza, para
obtener una solución homogénea, que es posteriormente reducida hasta obtener una
viscosidad adecuada. Estos barnices se conocen como barnices oleoresinosos.5
Existen también resinas maléicas que se obtienen haciendo reaccionar ácido
maleico o su anhídrido con alcohol polivalente, como la glicerina. Tienen una muy
rápida liberación de disolvente, buena compatibilidad con nitrocelulosa, y buenas
propiedades de lijado; presentan también una capacidad de secado rápido y buena
retención del color, lo que las hace óptimas para utilizarse en recubrimiento de
secado rápido.
20
Otro tipo de resinas corresponde a las alquílicas, obtenidas haciendo
reaccionar un ácido polibásico tal como ácido ftálico o su anhídrido con un alcohol
polivalente como la glicerina y el pentaeritritol, y que son modificadas con aceites
secantes o no secantes. Estas son probablemente las resinas más importantes como
base de pinturas. Por lo general, las resinas alquílicas, las cuales son poliésteres,
tienen excelentes propiedades de secado combinado con buena flexibilidad y una
excelente durabilidad.5
1.2.4
Cargas
Las cargas son partículas de bajo costo, empleadas exclusivamente para hacer
más económicos los recubrimientos. La mayoría de las cargas son minerales molidos
(arcillas, carbonatos de calcio, bióxido de silicio y sulfato de bario). Aportan cuerpo,
materia sólida, y dan estructura, viscosidad y reología a la pintura. Las cargas son
opacas cuando están secas pero son translucidas en estado líquido. Las comúnmente
utilizadas son las sales de polifosfatos de sodio o potasio. 5
1.2.5 Aditivos
Son productos que se dosifican en pequeñas cantidades para facilitar el proceso
de fabricación de la pintura, aportar unas características específicas a la pintura
seca, crear las condiciones adecuadas para que el secado se produzca de forma
correcta y para estabilizar la pintura durante el periodo de almacenamiento.5
1.3 Recubrimientos de látex acrílico (pinturas a base de agua)
Un látex es básicamente una dispersión de partículas de polímero (la fase
discontinua) en agua (la fase continua). El látex se obtiene generalmente por un
proceso llamado polimerización en emulsión. En este tipo de proceso, niveles
relativamente altos de los tensioactivos se mezclan y se agitan en agua
generalmente caliente. Cuando la concentración de los tensioactivos excede lo que se
conoce como la "concentración micelar crítica” (CMC por sus siglas en inglés),
espontáneamente se forman micelas en una solución. Los extremos hidrófobos de
estos tensioactivos se orientan hacia el interior de las micelas, mientras que sus
colas hidrofílicas se orientan hacia el exterior. En el interior de la esfera se halla un
21
hidrocarburo en un entorno propicio para la solubilización de las moléculas
orgánicas. Cuando los monómeros acrílicos son agregados a esta mezcla de agua y
surfactantes, éstos, junto con los iniciadores de la polimerización, migran hacia el
interior de las micelas, y se inicia la formación de polímero.
La coalescencia de las partículas del látex es fundamental para lograr las
propiedades deseadas del recubrimiento. Dos de los principales factores que la rigen
son la humedad de la emulsión y la temperatura de transición vítrea (Tg) del
polímero. Para que la coalescencia se produzca, las partículas de polímero deben
primeramente entrar en contacto una con la otra, lo cual no sucederá hasta que la
mayoría del agua se haya evaporado del recubrimiento. La tasa de evaporación del
agua será mucho más lenta en condiciones de elevada humedad que en condiciones
secas.
Es en general deseable tener una capa final con una Tg varios grados más alta
que la temperatura ambiente prevista. Una
Tg
menor que la temperatura
ambiental causará que el recubrimiento sea blando y pegajoso, y considerablemente
poroso. Durante la formación de la película, el co-solvente orgánico ayuda a la
coalescencia de partículas de látex, disminuyendo de este modo su Tg por debajo de
la temperatura ambiente. Dentro de uno o dos días después de la aplicación, el cosolvente se ha evaporado en gran medida, y la Tg de la película seca resultante es
ahora más alta que la temperatura ambiente imperante. Dos monómeros que se
utilizan habitualmente para elevar la Tg son el metacrilato de metilo (Tg del
homopolímero es de 105 ° C) y estireno (la Tg del homopolímero es 100 ° C). El
metacrilato de metilo da durabilidad exterior, y el grupo metilo dificulta la
hidrólisis debido al impedimento estérico. El estireno también imparte buena
resistencia a la humedad porque no tiene enlaces del tipo éster para hidrolizar, a
pesar de que puede tornarse amarillo y degradarse cuando es expuesto a la luz solar
debido a la oxidación del anillo aromático.
Los recubrimientos de látex acrílico constituyen la mayor parte de la pintura de
casas y de tipo arquitectónico. Dos grandes ventajas para el consumidor son: bajo
olor y una fácil limpieza con agua. Cuando fueron introducidos inicialmente en el
22
mercado, la calidad de los recubrimientos de látex fuer muy inferior en comparación
con pinturas a base de aceites, pero los rápidos avances en la tecnología han cerrado
la brecha. Éstos permiten la humedad dentro de una estructura para difundir con
mayor facilidad a través del recubrimiento y por lo tanto, tienen menos tendencia a
formar ampollas que los productos a base de aceite.8
Recientemente, las pinturas
de látex han resultado
muy eficaces en la
prestación de atractivo y acabados de protección. También son menos afectadas por
la humedad
que los
recubrimientos a
base
de
aceite y
son
generalmente
más flexibles y por tanto, menos susceptibles a la aparición de grietas a medida que
la superficie se hincha y se contrae con los cambios de humedad. 9
Las propiedades
de los polímeros acrílicos que componen este tipo de
recubrimientos dependen en gran medida del tipo de alcohol a partir del cual se
preparan los ésteres. Normalmente, los alcoholes de menor masa molecular
producen polímeros más fuertes, por ejemplo los acrilatos de metilo. Los acrilatos
son generalmente más suaves que los metacrilatos. Debido a que el acrilato se
polimeriza casi completamente antes de su aplicación como película de pintura, no
hay prácticamente fragilidad o
cambio de color con el envejecimiento. Este
factor aumenta la durabilidad de las pinturas acrílicas; de hecho, la durabilidad es
una característica especial de los recubrimientos acrílicos. Son los polímeros de
mayor estabilidad y requieren un mínimo de estabilizadores como coloides de
protección,
agentes
dispersantes, y
espesantes. También pueden
soportar
condiciones extremas de temperatura. 9
En general, los monómeros acrílicos otorgan a la película del polímero una
resistencia a la saponificación, reducción de la sensibilidad al agua y una resistencia
a la intemperie. Una vez expuestos a un medio húmedo alcalino, los polímeros a
base de acetato de vinilo saponifican rápidamente. Por ejemplo en fachadas
expuestas a la lluvia, se forma alcohol polivinílico y ácido acético, dos sustancias
solubles en agua. Los recubrimientos a base de este polímero pierden su
consistencia, presentando desprendimientos y caleo.6
23
El estireno es el encargado de otorgar rigidez y resistencia al agua al polímero,
contribuyendo también al brillo de la superficie de los recubrimientos. Sin embargo
los polímeros con estireno tienen tendencia a descomponerse con los rayos UV,
amarillean y pierden el poder ligante ocasionando un caleo de los recubrimientos.6
1.4 Esmaltes
Esmaltes sintéticos
Son productos que se aplican indistintamente sobre madera o hierro, su aspecto
debe ser liso y continuo. Se caracterizan por una buena estabilidad de color y un
brillo que se mantiene bien en interiores, y en exteriores se reduce paulatinamente a
partir de los seis meses de aplicado.
El nivel de protección es suficiente en ambientes rurales y urbanos; en ambientes
industriales y altamente corrosivos, no es suficiente. En los esmaltes sintéticos se
utiliza como ligante una mezcla de resinas alquílicas largas y medias. El tipo de
resinas utilizadas se debe elegir en función de si se quieren obtener colores pasteles
o blancos y si se formulan colores medios y oscuros. Éstos se formulan con resinas de
linaza y otros aceites de mayor poder secante pero que tienen cierta tendencia al
amarilleo.
El sistema pigmentario de estos recubrimientos debe estar constituido por
pigmentos de elevada estabilidad a la luz y la intemperie. Se utiliza dióxido de
titanio para blancos y pigmentos inorgánicos, óxidos de hierro y cromo. Cuando no es
así, se utilizan pigmentos orgánicos con las resistencias adecuadas.
Los niveles de pigmentación varían según el color, los colores formulados con
pigmentos inorgánicos varían en función de su poder cubriente. Los dispersantes
pueden ser cualquier tipo de lecitina de soya u otro dispersante no polimérico. En la
actualidad se utilizan sales del ácido poliacrílico, metil etil cetoxima, entre otros.5
1.5 Sistema de estabilización de las dispersiones
1.5.1 Dispersiones
Dispersiones con coloide
coloide protector
protector
El coloide protector es una macromolécula soluble en agua que forma un gel que
le proporciona a la dispersión la estabilidad coloidal. Estos geles dispersores en agua
estabilizan las partículas de polímero, y generalmente son elaborados a base de un
24
homopolímero o un copolímero de acetato de vinilo. Los coloides protectores
estabilizan las dispersiones contra electrolitos. Adicionalmente la solubilidad en
agua de los coloides protectores es una propiedad que perdura en el proceso de
formación de la película y se transfiere a los productos recubiertos en ellos. Esto ha
sido superado con el uso de dispersiones con emulsionantes. 10
1.5.2 Dispersiones con emulsionantes
emulsionantes
Los emulsionantes son el aditivo estándar que se emplea actualmente para las
dispersiones acrílicas y vinílicas modernas. Son moléculas orgánicas con un extremo
hidrofílico y otro hidrofóbico. Durante el proceso de secado y formación de la película
del polímero se separan los emulsionantes del polímero, quedando atrapados en la
película de producto terminado. Estos emulsionantes dan una hidrofilia inicial al
recubrimiento pero son extraídos al rehumectarse los productos. El agua transporta
los emulsionantes a la superficie y el recubrimiento aumenta su carácter hidrofóbico.
Un ajustado balance de los emulsionantes es definitivo para obtener una buena
humectación del sustrato a recubrir, para la penetración del polímero en sustratos
porosos y así mejorar el anclaje al recubrimiento.10
1.6 Consideraciones del recubrimiento
recubrimiento
1.6.1 Adhesión del recubrimiento al sustrato
Si bien hay cierto desacuerdo en cuanto a la naturaleza de la adhesión referida
al tipo de interacción con el sustrato, la mayoría de los investigadores están de
acuerdo en que se conforma por tres componentes: el enlace químico primario, el
enlace polar y el enlace mecánico. Los enlaces químicos primarios que contribuyen a
la adhesión son aquellos que mantienen las moléculas juntas, corresponden a
enlaces iónicos o covalentes. Los enlaces iónicos se basan en las fuerzas
electrostáticas que atraen a los iones con carga negativa hacia iones con carga
positiva. Los enlaces covalentes se forman entre los átomos que tienen menos
tendencia a ionizarse, y se deben a un “compartir” de electrones en lugar de la
transferencia de los mismos. Los compuestos orgánicos generalmente se mantienen
unidos por concatenación a través de enlaces covalentes.
25
Los enlaces químicos primarios entre el recubrimiento y el sustrato son
altamente favorables debido a la fuerza del enlace, ya sea iónico o covalente. El
término "sustrato" se refiere a la superficie a recubrir. La misma puede ser de acero,
madera, aluminio o concreto.
En la mayoría de los casos, el mayor componente que contribuye a la adhesión es
la formación de enlaces secundarios o polares. Éstos se basan en las interacciones
polares, como puentes de hidrógeno y fuerzas de Van der Waals tipo dipolo-dipolo o
dipolo-dipolo inducido. Dichas fuerzas se basan en una distribución desigual de
carga eléctrica dentro de la molécula, de tal manera que se produzcan pequeños
dipolos.
Recubrimientos
que
presentan
grupos
funcionales
con
de
átomos
electronegativos muy diferentes, tales como hidroxilo (OH) y grupos amino (NH),
tienen una mayor tendencia a formar enlaces polares con el sustrato.
Si el acero es pretratado, grupos funcionales adicionales a aquellos del
recubrimiento pueden ser introducidos
de manera que puedan interactuar
fuertemente con los grupos funcionales polares en la pintura.
Las fuerzas mecánicas son el tercer factor que contribuye a la adhesión. Por lo
general, se conoce que una capa se adhiere mejor a una superficie áspera que a una
lisa. Esto se atribuye a una mayor superficie de contacto entre el sustrato y el
recubrimiento y con ello la suma resultante de las fuerzas de interacción
individuales es mayor.7
1.6.2 Preparación del sustrato
sustrato
La preparación de la superficie es un factor fundamental para obtener una buena
adherencia, tal preparación puede afectar no sólo a las fuerzas fundamentales de
las interacciones, sino también la tensión superficial de la superficie, y por lo tanto
la aplicación de la película sobre el sustrato.
1.6.3 Fuerza cohesiva
La fuerza cohesiva se refiere al material como un todo, es decir las fuerzas que
permiten continuidad de la película y de sus propiedades. Es bastante común
26
encontrar sistemas de recubrimiento que han fracasado ya sea por agrietamiento
o por división dentro de una misma capa de pintura. Esto se refiere a menudo como
un fallo de cohesión. Los factores que tienen mayor impacto sobre la fuerza de
cohesión incluyen el pigmento, la masa molecular del aglutinante y la densidad de
éste. La proporción de pigmento aglutinante puede afectar a varias propiedades de
la capa. A medida que la concentración de pigmento se aproxima al valor crítico
(CPVC: la máxima concentración posible de pigmento en una película de pintura
seca de tal modo que el pigmento esté bien disperso), la fuerza de cohesión de la
capa se
verá
comprometida. Por
ejemplo,
recubrimientos con
cargas
de pigmento muy altas, tienen por lo general una fuerza de cohesión pobre.
Mayor masa molecular, por lo menos para
polímeros lineales o ligeramente
ramificados, contribuye a mejorar la fuerza cohesiva. Esto se debe a que a mayor
longitud de las cadenas del polímero, más se pueden torcer y entrelazar unas con
otras.
Por
lo
tanto, la
resistencia
cohesiva es
mejorada
por un
efecto
mecánico simple. Polímeros que resultan de la unión química de las cadenas
de polímero con otros polímeros en varios lugares, forman lo que se conoce como
polímero de red o entrecruzado. En este caso la mayor parte del polímero se compone
esencialmente de una molécula gigante interconectada, de una masa molecular muy
alta.
Debido a la cantidad de enlaces químicos en la cadena, los polímeros de
red tienen puntos fuertes de cohesión. Paradójicamente, sin embargo, tienen poca
resistencia
al
impacto y
pueden
romperse
con
más
facilidad
que los
polímeros lineales o ramificados.
1.6.4 Permeabilidad
Todos los recubrimientos son permeables al menos en cierta medida. A menudo,
éste es un factor crítico. ¿Qué tan bien protege el recubrimiento al sustrato? El
ejemplo obvio es un recubrimiento que protege al acero, actuando como una barrera
que impida el paso del agua, oxígeno y sales. Los principales factores que afectan
a la permeabilidad de una capa incluyen la proporción de aglutinante, el tipo
de pigmento y la densidad éste.
27
Recubrimientos de mayor espesor presentan una mayor barrera que los de capas
delgadas frente a la permeabilidad. Sin embargo, en ciertos casos, en recubrimientos
de mayor espesor se genera más estrés que en los más delgados, además de que
pueden retener más solvente, que a veces puede dar lugar a problemas adicionales.7
El agua es un plastificante del polímero, (disolventes cuya volatilidad es tan
reducida que, en lugar de evaporarse, permanecen en la película seca, reduciendo su
fragilidad y rigidez, y haciéndola más plástica), que reduce la resistencia mecánica
de la película. Recubrimientos con alta absorción de agua pierden el poder ligante de
los pigmentos y cargas así como la adherencia al sustrato, especialmente en procesos
cíclicos de sequedad y humedad.
La absorción de agua generalmente está relacionada con la pérdida de resistencia
al frote húmedo, un factor importante en pinturas para interiores. Es obvio que en
recubrimientos de fachadas la absorción de agua es perjudicial para el sistema. Esta
absorción depende fundamentalmente de la hidrofilia de los monómeros que forman
el polímero. El estireno es el más hidrofóbico de los monómeros disponibles, de ahí
su importancia en recubrimientos; le siguen los monómeros acrílicos y metacrílicos.7
Un factor asociado a la absorción de agua es el contenido de coloide protector en
la dispersión. Como el coloide protector permanece anclado al polímero, la absorción
de agua es una característica intrínseca del polímero. Con la polimerización con
emulsionantes se obtienen polímeros más resistentes al agua y por eso predomina
este tipo de dispersiones en el mercado.
Esta absorción de agua se expresa como el aumento de la masa del polímero
después de una inmersión durante 24 horas en agua desmineralizada.
Otro criterio importante a tener en cuenta por su relevancia en el
comportamiento de los polímeros a la intemperie es el papel que juega la absorción
de agua en los ciclos de humedad y de secado posterior. En una primera
humectación del polímero, el agua extrae los emulsionantes atrapados en el interior,
de manera que después del secado permanece muy poco emulsionante en la película.
En un segundo ciclo de humectación se encuentra entonces notablemente menor
28
absorción de agua que en el primer ciclo. Esta es la explicación por la cual pinturas y
recubrimientos de fachada aumentan su resistencia al agua de la lluvia con el
tiempo que llevan aplicados.
Aunando a ello, este proceso depende también de factores como el espesor de la
película a probar, las condiciones de secado de ésta y el contenido de electrolitos en
el agua, así como la medición de la absorción de agua.6
En pinturas líquidas hay que tener presente que la dosificación de agua a una
pintura baja la viscosidad y por consiguiente degrada la aplicabilidad y disminución
de la capa, así como el poder cubriente.
La dilución de una pintura con agua debe contrarrestarse con un incremento de
espesante celulósico de baja viscosidad o pequeñas cantidades de espesante acrílico,
aunque esto incrementa la sensibilidad de las pinturas al agua.7
1.7 Causas de falla en los recubrimientos
1.7.1 Ambientes de exposición
exposición
Es muy común que se experimente el deterioro de la pintura al aire libre,
especialmente sobre madera; es decir, no se conserva la apariencia o la integridad
de la película. Esta exposición a la intemperie disminuye el nivel de brillo de la
pintura, ya que se desvanecen o cambian los colores, se produce agrietamiento o
descamación y pueden aparecer un gran número de ampollas, sobre todo por la
exposición a la luz solar directa. Un examen más detenido muestra que ni el medio
ambiente ni la
exposición a
procesos
químicos y físicos
pueden
considerarse
fenómenos "simples". La pintura es sometida a numerosas presiones ambientales,
dentro de las cuales se encuentran el calor, el oxígeno, la luz solar, el agua (líquido y
vapor), cambios mecánicos y térmicos, contaminantes atmosféricos y diversos
productos químicos de limpieza. El recubrimiento tiende a contener bajos niveles de
disolvente residual o agua que se conservan después de la aplicación, así
como pigmentos, cargas, aditivos o rastros de impurezas metálicas incorporadas
durante la fabricación, lo cual podría generar cierta actividad fotoquímica.
29
A partir de esta descripción, la degradación térmica y foto-oxidativa de
los polímeros utilizados en recubrimientos debe
considerarse importante en el
diseño de sistemas resistentes para exteriores.6
Las partículas de pigmento, sobre todo las de tipo orgánico, también pueden
verse afectadas por la radiación solar,. Cuando las mezclas de estos pigmentos se
utilizan para producir un color específico y una de ellas es más susceptible a la
radiación que la otra, un gradual cambio de color puede tener lugar por la
exposición, a medida que uno de los pigmentos sufre reacciones fotoquímicas. Hay
algunos pigmentos que por sí mismos son fotoquímicamente activos. Un ejemplo
bien conocido es el dióxido de titanio que en presencia de luz solar, oxígeno y
agua,
genera peróxido de hidrógeno y especies radicales. Para reducir esta
reacción, se
usan
formas
estable, anatasa es
específicas
fotoquímicamente
de
óxido
de
activa), con
titanio (rutilo es
diferentes
más
tratamientos
superficiales. Se obtienen como resultado pinturas para exteriores de color blanco,
sobre la base de la pigmentación de óxido de titanio.
Para algunos sistemas, la exposición a alta humedad o inmersión en agua puede
provocar un grave deterioro de las propiedades de los recubrimientos, ya sea a
través
del
ataque
químico (hidrólisis) o
por
medio
de las
tensiones de
dilatación causadas por la absorción de agua. En muchos casos, el efecto combinado
de agua y la luz del sol representa un medio ambiente más grave que cada uno por
separado. Por
regímenes
esta
razón,
acelerados se
han
una
serie
diseñado
de ensayos
para
simular
de
una
laboratorio de
exposición de
pinturas a diversos ciclos de la irradiación solar con temperatura y la humedad
controladas.
Ha habido muchos intentos de producir pruebas aceleradas de laboratorio para
predecir la durabilidad al aire libre. Muchas de ellas incorporan los ciclos de calor
seco, calor húmedo, irradiaciones, y períodos de oscuridad de longitud variable. Sin
embargo, hay casos en los que la correlación entre estos ensayos acelerados y la
exposición en tiempo real no es muy buena. Para ser de alguna utilidad, las pruebas
30
deben dar un resultado que reproduzca la realidad en una forma aceptable, en un
tiempo experimental razonable, es decir, máximo 1 a 2 meses.
Desde hace algún tiempo se hizo común el uso de radiación de menor longitud
de onda que la existente en forma natural en la luz del sol. Esto ciertamente
produjo resultados rápidos, pero que no estaban relacionadas con lo que ocurre
durante la exposición natural. El énfasis ahora está en el uso de fuentes de luz
UV filtrada que cortan el espectro a 300 nm (igual que la luz del sol natural), pero
que ofrecen una mayor intensidad que la iluminación de la luz solar en las
longitudes de onda más cortas. Del mismo modo, una temperatura demasiado alta
en la prueba puede producir resultados erróneos si, por ejemplo, la Tg de los
recubrimientos se excede en la prueba, pero no en servicio activo. Se han
encontrado también que los períodos de "descanso" a oscuras son necesarios para
permitir que las concentraciones de
oxígeno en la capa superficial se repongan,
como ocurre de forma natural durante la noche.
1.7.2 Ampollamiento osmótico
Los recubrimientos pueden fallar debido a la penetración de agua. Es discutible
si la permeación
debe considerarse
como un estrés producto del
clima o
no, pero puede sin duda pueden conducir a fallas de recubrimiento. La penetración
de una capa de agua y de oxígeno puede conducir a la corrosión de sustratos de acero
o de otros metales.
En general, las sales, ácidos y bases tienen dificultad para pasar a través de la
mayoría de los recubrimientos, tanto por su tamaño físico como por el hecho de que,
al ser iónicos, son generalmente incompatibles con los polímeros
componen al recubrimiento. Por supuesto, esta situación
orgánicos que
puede cambiar si
realmente estas sustancias químicas logran reaccionar con el recubrimiento, o si se
presentan defectos físicos tales como agujeros en la película.
El agua, sin embargo, es una molécula relativamente pequeña, y bajo condiciones
normales, sólo una pequeña fracción de ella se ioniza. El agua puede penetrar a
través de todos los recubrimientos de hoy en día, aunque mucho más lentamente
31
en unos en comparación con otros. En circunstancias normales, esto no supondría
ningún fallo prematuro. Sin embargo, si hay especies solubles en agua detrás del
recubrimiento o dentro de una capa inferior de un sistema de múltiples capas, la
situación puede cambiar dramáticamente. Una minúscula cantidad de agua que
penetre el recubrimiento y entre en contacto con especies solubles en el agua, basta
para que éstas se disuelvan. Si estas especies están ausentes en el agua que se ubica
en la capa exterior, puede crearse una célula osmótica.
Es lógico preguntarse acerca de la identidad y el origen de éstas especies solubles
en agua
que
pueden causar ampollas osmóticas. Una
de estas
especies es la
sal. Existen varias maneras en las que la sal podría introducirse en sustratos de
acero o de otro tipo. Podría ser producto de la sal del ambiente, que entra en el
acero nuevo durante el transporte, o en el acero viejo producto de grietas y
peladuras en la pintura vieja. Podría contaminarse el acero en un ambiente marino,
ya sea por contacto directo con el agua salada o por medio de la sal existente en la
humedad en el aire. El acero limpio puede ser contaminado con sales de limpieza
abrasivas que presentan alto contenido de sal.
1.8 Consideraciones para la aplicación de la pintura
1.8.1 Almacenamiento de la pintura antes de la aplicación
Para evitar la falla prematura de la pintura y reducir al mínimo el peligro de
incendio, las pinturas deben ser almacenadas en áreas secas y bien ventiladas. No
deben ser almacenadas al aire libre, expuestas a la intemperie. La sala de
almacenamiento debe estar aislada de otras áreas de trabajo. El mejor rango de
temperatura para el almacenamiento es de 10 a 29 grados ºC. Las temperaturas
altas pueden causar la pérdida de solvente orgánico o el deterioro prematuro de las
pinturas a base de agua. Un
almacenamiento a bajas temperaturas afecta al
disolvente, de manera que puede aumentar la viscosidad de la pintura, y la
congelación puede dañar las pinturas de látex. Una mala ventilación del área de
almacenamiento puede causar una excesiva acumulación de vapores tóxicos y/o
combustibles. La humedad excesiva en el área de almacenamiento puede provocar
que las etiquetas se deterioren y también que las latas se corroan. Las etiquetas
32
deben mantenerse intactas antes de usar y libres de pintura después de la apertura
para que el contenido pueda ser fácilmente identificado.
No se debe permitir que la pintura supere su tiempo de vida útil (normalmente
de 1 año a partir de la fabricación) antes de su uso. 9
1.8.2 Preparación de la superficie
Constituye el factor más importante para determinar la durabilidad del
recubrimiento. Para la preparación adecuada de la superficie debe considerarse:
- Eliminar los contaminantes de la superficie (por ejemplo, sales y polvo) y las
capas superficiales deterioradas del sustrato (por ejemplo, el óxido o madera
degradad por la luz solar y la humedad) que impiden la adherencia del
recubrimiento.
- Producir un
perfil de
superficie (textura) que promueva
la
adherencia
al
sustrato.9
Cada tipo de material de construcción puede requerir una preparación de la
superficie diferente según un protocolo particular. Para todos los sustratos, la
grasa y el aceite son retirados generalmente con solventes orgánicos o vapor y el
moho se mata y se retira con una solución de hipoclorito (lejía).
La madera desnuda no debe ser expuesta a la luz solar durante 2 semanas antes
de pintarse. La luz solar causa la fotodegradación de las paredes celulares de la
madera. Esto resulta en una capa cohesiva débil en la superficie de la madera que,
cuando se pinta, puede fallar. Si se expone la madera al sol, la capa externa debe ser
removida mediante
el lijado antes de ser pintada, La falla de pinturas causada
por una degradación de la superficie de la madera se sospecha cuando las fibras
de madera se detectan en el parte trasera de virutas de la pintura descascarada.
Cuando la pintura existente está intacta, la superficie debe ser limpiada
con agua, detergente y cloro cuando sea necesario para eliminar contaminantes de la
superficie, tales como tierra, tiza, y moho. Cuando
la
pintura
pelando, la pintura suelta se puede quitar raspando a mano.
existente se
está
33
Lijar puede dañar la madera si no se hace correctamente. Agua y limpieza
abrasiva no se recomiendan para la madera, ya que éstas técnicas pueden dañar
la madera. 9
1.8.3 Preparación para la aplicación de pintura
1.8.3.1 Mezcla
Durante el almacenamiento, los pigmentos pesados tienden a asentarse en el
fondo de la lata de pintura. Antes de la aplicación, la pintura debe estar bien
mezclada para obtener una composición uniforme. Bultos de pigmento o pigmentos
compactos deben ser divididos y completamente dispersados en el vehículo. Mezclas
incompletas
pueden
producir en un
cambio de la
fórmula, lo
que puede
causar secado incompleto y propiedades inferiores de película. Sin embargo, se debe
tener cuidado de no agitar en exceso pinturas al agua ya que puede crearse
espuma en exceso.6
1.8.3.2 Temperatura
La mayoría de las pinturas
deben ser aplicadas cuando la temperatura
ambiente y la de la superficie se encuentran entre los 7 y 32 ºC. La aplicación de
pinturas en un clima caliente también puede causar películas poco aptas. Por
ejemplo, las pinturas de látex pueden secarse antes de una coalescencia adecuada,
lo que resulta en agrietamiento. En todos los casos la pintura debe ser aplicada
dentro de los límites recomendados por el fabricante. Además, la temperatura de la
pintura deberá ser al menos tan alta como la superficie que se pinta. La pintura
no debe aplicarse cuando la temperatura puede descender por debajo de 4 °C antes
de que la pintura se haya secado (excepto cuando está permitido en las instrucciones
del fabricante).11
1.8.3.3 Humedad
Velar por la adecuada humedad relativa durante la aplicación y el curado puede
ser esencial para la formación de una buena película. Sin embargo, los diferentes
tipos de
recubrimientos requieren diferentes
humedades
relativas. La
ficha
técnica del fabricante acerca de los datos del recubrimiento debe ser consultada.
34
Algunos recubrimientos se secan al reaccionar con la humedad del aire. En otros
casos, una humedad demasiado baja puede causar un secado demasiado rápido,
resultando en una película de baja calidad. Además, una humedad demasiado alta
puede causar “rubor” (partículas blanquecinas en la superficie de la película seca),
producto de algunos disolventes en el recubrimiento. El rubor es causado cuando la
superficie de una película se enfría por evaporación de un disolvente a tal punto que
el agua se condensa sobre la película aún húmeda. El exceso de humedad puede
también causar coalescencia pobre
de las capas del látex, ya que el agente
coalescente puede evaporarse antes de que suficiente agua se evapore para causar
la coalescencia de la película.11
1.9
Estudio del envejecimiento acelerado mediante el uso de radiación
electromagnética.
electromagnética.
El envejecimiento acelerado comprende el estudio de la interacción de la materia
y la radiación electromagnética correspondiente a las longitudes de onda de la
energía solar. La radiación electromagnética es la energía radiante que muestra
tanto las propiedades de las partículas como las propiedades de las ondas. Los
diferentes
tipos
de
radiación
electromagnética
constituyen
el
espectro
electromagnético.
La relación entre la energía de un fotón (E) y la frecuencia de la radiación
electromagnética está descrita por la Ecuación 1.1.
E = h*v
La
(Ec. 1.1)
frecuencia tiene unidades de Hertz (Hz) o ciclos por segundo (cps). La
constante de Planck, h, es la constante de proporcionalidad entre la frecuencia de la
radiación y la energía de un fotón.
La radiación electromagnética de mayor energía (frecuencia más alta) se conoce
como rayos γ (gamma). Estos rayos gamma son emitidos desde los núcleos de ciertos
35
elementos radiactivos y, debido a su alta energía, pueden dañar gravemente los
organismos biológicos.
Los rayos X, algo más bajos en energía que los rayos γ, son menos dañinos
excepto en dosis altas.
La luz ultravioleta (UV) corresponde al intervalo de longitudes de onda de 100 a
400 nm es responsable de las quemaduras de sol, y la exposición repetida puede
causar cáncer de piel por los fotones que dañan el ADN en las células de la piel.14
La luz visible es la radiación electromagnética perceptible por el ojo humano y
comprende el intervalo de la radiación electromagnética entre la longitud de onda
400 a 800nm.14
La principal causa de la degradación inducida por el clima es la radiación UV. La
luz del sol se compone de tres tipos de radiación: ultravioleta, visible e infrarroja.
Entre ellas, la luz ultravioleta tiene la mayor frecuencia (o longitud de onda más
baja) y es por lo tanto el componente más energético y potencialmente perjudicial.
Ésta puede ser dividida en tres regiones: rayos UVA, UVB y UVC, cuyos intervalos
de longitudes de onda se muestra en la Tabla 1.1.
Tabla 1.1.- Tipos de luz ultravioleta
Región
Rango de
longitud de onda
(nm)
UVA
320-400
UVB
280-320
UVC
<280
La región UVC es la más energética y destructiva. Afortunadamente, este tipo de
radiación es totalmente absorbida por la atmósfera y no es un factor degradación.
Una pequeña cantidad de radiación UVB alcanza la superficie de La Tierra,
mientras que aproximadamente el 6% del total de energía de radiación que llega a la
36
superficie de La Tierra, corresponde a la región UVA. Esta cantidad es suficiente
para causar daños considerables a los recubrimientos orgánicos.
La fotodegradación de los recubrimientos orgánicos se debe a la absorción de luz
ultravioleta, que rompe los enlaces químicos directamente lo que resulta en la
formación de radicales libres que pueden iniciar reacciones en cadena.
Estas reacciones pueden incluir escisión de la cadena y reducción de masa
molecular, o el entrecruzamiento de cadenas y aumento de la masa molecular.
Cualquiera de los procesos originará
cambios en las propiedades físicas del
recubrimiento, por lo general para producir su deterioro.14
La mayoría de los enlaces orgánicos no absorben la luz UV a frecuencias
superiores a aproximadamente 280 nm y por lo tanto no son directamente dañados
por la luz solar. Por desgracia, la mayoría de las resinas utilizadas en
recubrimientos contienen pequeñas cantidades de impurezas que pueden absorber
la luz solar para formar los radicales libres e iniciar un proceso de foto-oxidación. El
problema se encuentra particularmente en polímeros con doble enlaces conjugados
carbono-carbono, que estabilizan la formación de radicales libres. En el otro extremo
de la escala, la silicona y las resinas son altamente estables frente a la fotooxidación, lo que explica una mayor durabilidad exterior de siliconas alquiladas.
Dos tipos de recubrimientos importantes que muestran una absorción
significativa de luz UV a longitudes de onda por encima de 280 nm son los uretanos
aromáticos y las resinas epóxicas. La luz solar puede directamente romper los
enlaces de estos recubrimientos. Recubrimientos de poliuretano a partir de
aromáticos se amarillecen frente a la luz solar, mientras que los recubrimientos
epóxicos sufren entizamiento rápidamente.14
1.10 Técnicas
Técnicas para determinar el desempeño de los recubrimientos.
recubrimientos.
1.10.1 Pruebas de fotoestabilidad con radiación UV.
UV.
Para validar la veracidad de las pruebas de fotoestabilidad en sustancias se debe
cumplir con la guía Q1B del ICH12 titulada: “Guidance for industry Q1B
Photostability Testing on New Drug Substances and Products”, que define los
37
conceptos de fotoestabilidad y estabilidad en drogas y productos. La guía Q1B
especifica que para que sea válido el ensayo de fotoestabilidad, se requiere de una
exposición mínima de 1.2 millones de lux-hora para luz visible y 200 W/m2 para luz
UVA (cercana a 300 nm). El fabricante de la cámara de irradiación usada en este
trabajo incluyó las relaciones expresadas en la Ecuación 1.2 que permiten verificar
que se está trabajando bajo las especificaciones dictadas por el ICH12.
lectura
W 
intensidad  2  =
*10 * Calib
 m  radiómetro
(Ec. 1.2)
Donde:
Intensidad: la intensidad suministrada en los fotorreactores.
Calib: el factor de calibración para la cámara utilizada es de 0,0045 (LuzChem,
2003).
El tiempo requerido de exposición para la luz UVA (horas) es:
Ta =
200
9,5 * Lectura * Calib
(Ec. 1.3)
Donde:
Lectura: Lectura del radiómetro.
El tiempo requerido de exposición para la luz Visible (horas) es:
Tv =
Donde:
1200000 − 136000
70,75 * intensidad ( footcandle s )
(Ec. 1.4)
38
Intensidad: la intensidad suministrada en los fotorreactores. (Para esta ecuación
se requiere que la intensidad sea suministrada en “footcandles”)
Intensidad ( footcandle s ) =
Intensidad (lux )
10,76
(Ec. 1.5)
En la literatura13 se encuentra la relación entre la intensidad de la radiación
simulada en las cámaras de fotoestabilidad y el tiempo de exposición bajo la luz
solar real como lo muestra la Tabla 1.2.
Tabla 1.2. Relación entre la intensidad de la radiación simulada en la cámara de
fotoestabilidad y el tiempo de exposición bajo la luz solar real.13
Exposición
Luz Visible
(klux-h)
Luz UV
(W/m²)
Días Soleados
1200
2a3
2400
3a4
3600
5a6
200
1a2
500
2a5
1.10.2 Prueba de adhesión.
dhesión.
Cualquier intento de retirar la capa superficial de pintura resulta principalmente
por una falta de cohesión de la capa de recubrimiento. Cuando la adhesión es
marginal, se requiere un método sensible cuantitativo que permita medir la fuerza
de adhesión de la interfase con el sustrato (metal u otro recubrimiento).
Esta prueba se basa en la utilización de la navaja y el adhesivo para evaluar la
adherencia del recubrimiento, según lo establecido por la norma ASTM D3359 que
permite la cuantificación del deterioro según la escala presente en la misma.
Sin métodos de este tipo, la re-formulación de recubrimientos para mejorar la
adhesión sería
muy difícil, especialmente en vista de la complejidad y la
importancia de la preparación de superficies, las condiciones de aplicación y la
variabilidad del medio ambiente.
39
1.10.3 Espectroscopía
Espectroscopía de reflectancia atenuada.
atenuada.
La espectroscopía infrarroja es una técnica espectroscópica que permite estudiar
los grupos funcionales presentes en una muestra. En su forma clásica, se mide la luz
transmitida a través de una muestra. Para el análisis de muestras que presentan
alguna dificultad, como sólidos de limitada solubilidad, películas, fibras, adhesivos y
polvos opacas o de superficies se emplea la espectroscopia de reflexión; es decir, se
mide la luz reflejada por la muestra. Las modalidades de espectroscopia de reflexión
más comunes son la reflexión atenuada total y la reflexión especular y la reflexión
difusa.
Cuando un haz de radiación pasa de un medio denso a uno menos denso, hay
reflexión. La fracción de haz incidente que se refleja es mayor a medida que
aumenta el ángulo de incidencia; mas allá de un cierto ángulo crítico la reflexión es
completa. Teórica y experimentalmente está demostrado que durante el proceso de
reflexión el haz penetra a una cierta distancia en el medio menos denso antes de
reflejarse. La profundidad de penetración, que puede variar desde una fracción de
longitud de onda hasta varias longitudes de onda, depende de la longitud de onda,
del índice de refracción de los dos materiales y del ángulo que forma el haz incidente
con la interfase. La radiación que penetra se denomina onda evanescente. A
longitudes de onda en las que el medio menos denso absorbe la radiación
evanescente, ocurre la atenuación del haz, lo cual se conoce como reflectancia
atenuada total (ATR).
Los espectros de reflectancia atenuada total son similares a los espectros de
absorción ordinarios. En general, se observan los mismos picos, pero sus
intensidades relativas son distintas. Las absorbancias, aunque dependen del ángulo
de incidencia, son independientes del espesor de la muestra debido a que la
radiación solo penetra unos pocos micrómetros en ella.
Una de las principales ventajas de la espectroscopía de reflectancia atenuada
total es que, con una mínima preparación, se pueden obtener con facilidad los
espectros de absorción de una gran variedad de tipos de muestras. Ésta es
comúnmente aplicada en sustancias como polímeros, cauchos y otros sólidos.
40
Los espectros que se obtienen con los métodos de reflectancia atenuada total
difieren de los espectros de absorción en el infrarrojo debido a las distorsiones que
ocurren cerca de las bandas de absorción intensas, donde el índice de refracción de la
muestra cambia algunas veces con rapidez. Asimismo, la orientación de las muestra
en el cristal de reflectancia atenuada total tiene la aptitud de influir en las formas
de las bandas y en las intensidades relativas. No obstante, la intensidad de la banda
de reflectancia atenuada total por lo regular es proporcional a la concentración, de
modo que se pueden efectuar las mediciones cuantitativas14.
A diferencia de esta técnica, en la espectroscopia de reflectancia difusa
el
espectro producido puede exhibir picos inusuales cuando se compara con los
espectros de transmisión. En ciertos casos el espectro de puede estar tan
distorsionado que sea imposible determinar los componentes de la muestra.14
Debido a que todo tipo de deterioro de recubrimientos, y especialmente la
fotodegradación ocurre principalmente en la superficie, mediante técnicas de
espectroscopía infrarroja de reflectancia es posible identificar cambios moleculares
en la superficie producto del desempeño de los recubrimientos cuando se exponen a
condiciones de intemperie. El espectro de reflectancia atenuada total (ATR)
proporciona información acerca de la absorción infrarroja para capas delgadas de
película. Esta técnica es apropiada para identificar cambios químicos ocurridos en la
superficie de recubrimientos irradiados.31
Resultados de investigaciones previas haciendo uso de espectroscopia atenuada
han permitido la identificación de cambios significativos. Los mayores efectos han
sido observados en regiones entre 1600 a 1800 cm-1, probablemente debido a la
formación de compuestos carbonilos durante el proceso de degradación. Estos
cambios fueron observados en recubrimientos en los cuales se notaba la existencia
de bandas de absorción de carbonilos antes de la irradiación.31
2 CAPITULO 2
METODOLOGIA EXPERIMENTAL
Las pruebas de fotodesgaste y la evaluación del daño ocasionado se realizaron en
el Laboratorio de Fotoquímica y Fotobiología mediante la utilización de equipos,
materiales y suministros especificados en la Tabla 2.1. En las Figuras 2.1 y 2.2 se
muestran fotografías de la cámara de irradiación empleada en los ensayos.
Figura 2.1 Vista de la cámara de irradiación
Figura 2.2 Interior de la cámara de irradiación
42
Tabla 2.1 Equipos y materiales para la realización de los experimentos de
fotodesgaste de recubrimientos.
EQUIPOS
• Cámaras de Irradiación. Fotorreactores marca Luzchem modelo LZC-ICH2 (Fig. 2.1).
Para luz visible y UVB; modelo LZC-EDU para la cámara de lámparas UVA.
• Espectrofotómetro Infrarrojo de Transformadas de Fourier. Thermo Sci. Nicolet iS5.
ATR
• Espectroradiómetro. Marca Luzchem modelo SPR-4002.
• Tornillo Micrométrico de exteriores estándar. Marca Mitutoyo modelo #103-137
(apreciación ±0.01mm)
• Termohigrómetro. Marca BB Mebtechnik modelo AZ8703 con apreciación para la
humedad de ±0.1% y para la temperatura de ±0.1 °C
• Balanza digital. Marca Monobloc modelo PB303 (apreciación ±0,01mg)
MATERIALES
• Brocha de 1 pulgada de grosor
• Lámina de acero inoxidable AISI 304
• Pintura de caucho emulsionada para exteriores, clase A Acrovinílica. (Pintura
emulsionada mate) 15
• COLOR: Marrón, aspecto mate
• Pintura de caucho emulsionada para exteriores, clase B. Acrovinílica (Pintura
emulsionada mate) 15
• COLOR: Marrón, aspecto mate
•
Esmalte Brillante, clase A. Dispersión con coloide protector 16
• COLOR: verde bosque, aspecto brillante
• VEHÍCULO: alquílico, PIGMENTO: dióxido de titanio y pigmentos coloreados.
• Esmalte Brillante, clase B. Dispersión con coloide protector. 16
• COLOR: verde Nápoles, aspecto brillante
• VEHÍCULO: alquílico y PIGMENTO: dióxido de titanio y pigmentos coloreados.
• Barniz Teñido, alquílico- Maleico, color samán. Dispersión por coloide protector. 17
• COLOR: Samán, aspecto brillante
• VEHÍCULO: xileno y naphta.
• Sellador de aluminio
• Acetona para análisis.
• Lámina de acero inoxidable
• Lámina de madera de pino blanco
• Cinta adhesiva
• Hojilla para cortar
43
En resumen, los experimentos comprendieron 3 etapas: preparación de las
muestras, exposición de las muestras a ciclos de humedad e irradiación y evaluación
del fotodesgaste. Es de hacer notar que por razones de confidencialidad no se indica
el fabricante de los recubrimientos evaluados.
2.1 Condiciones de irradiación
Para la correcta reproducción de condiciones de intemperie, debían establecerse
condiciones de irradiación que permitieran una correcta realización de los ensayos.
Los equipos disponibles se emplearon bajo tres condiciones de irradiación:
Condición 1: 16 lámparas de luz UVB marca Luzchem modelo LZC de 8W.
Condición 2: 10 lámparas de luz UVA marca Hitachi FL8BL-B de 8W.
Condición 3: 16 lámparas de luz visible marca Silvana s478 modelo F8T5/CW
de 8W.
2.2 Factores y variables
variables evaluadas
En el estudio de fotoestabilidad de recubrimientos se evaluaron los siguientes
factores:
Tipo de recubrimiento
Calidad de la pintura
Número de capas
Dilución del recubrimiento,
Humedad
Tipo de radiación.
Las variables dependientes estudiadas fueron la pérdida de masa, el cambio de
grosor, la adhesión, la absorción de agua en la superficie de los recubrimientos una
vez irradiados y las variaciones en los espectros ART-IRTF.
La preparación de las placas y los ciclos de exposición se realizaron en apego a las
normas ASTM y en concordancia con lo establecido en la ICH.
44
2.3 Procedimiento
Procedimiento para la evaluación de la fotoestabilidad de recubrimientos de
pintura a base de agua.
agua.
2.3.1 Preparación de las placas. Norma ASTM D 609609-0018
Esta sección de la norma corresponde a la preparación y pintado de las placas
previo a los ensayos. Inicialmente se cortaron y enumeraron un total de 120 placas
de acero inoxidable de 7 cm x 13 cm (acero AISI-304, C 0,08%, Cr 19%, Ni 10%,
espesor 0,8 mm y calibre 24). La superficie de cada placa se limpió con la ayuda de
un algodón para eliminar la grasa presente utilizando etanol para análisis y luego
acetona para análisis. Se pintaron las placas en una sola dirección con un equipo de
aerografía asegurando la uniformidad de la pintura en la superficie.
2.3.1.1 Clasificación
Clasificación de las placas
La clasificación de las placas se fundamentó en la norma ASTM D609-0018, con
base a la dilución de la pintura, su calidad y el número de capas de recubrimiento.
El esquema de pintado para múltiples capas consistió en aplicar una capa de
pintura, dejarla secar completamente durante dos horas para aplicar la siguiente
capa.
Se generaron ocho tipos de placas con recubrimiento:
- Tipo P1: 15 placas con pintura de calidad A, sin diluir, con 3 capas de pintura.
- Tipo P2: 15 placas con pintura de calidad A, sin diluir, con 2 capas de pintura.
- Tipo P3: 15 placas con pintura de calidad A, 25% de dilución, con 3 capas de
pintura.
- Tipo P4: 15 placas con pintura de calidad A, 25% de dilución, con 2 capas de
pintura.
- Tipo P5: 15 placas con pintura de calidad B, sin diluir, con 3 capas de pintura.
- Tipo P6: 15 placas con pintura de calidad B, sin diluir, con 2 capas de pintura.
- Tipo P7: 15 placas con pintura de calidad B, 25% de dilución, con 3 capas de
pintura.
45
- Tipo P8: 15 placas con pintura de calidad B, 25% de dilución, con 2 capas de
pintura.
2.3.2 Exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación
La exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación se realizó con base a
la norma ASTM G151-9734. La misma describe procedimientos para aplicación de
humedad que consiste en inmersión y/o rociado. En cuanto a la radiación
administrada, la variable incluye la energía asociada a UVA y UVB. Se realizaron 4
experimentos descritos a continuación, aplicados sobre cada uno de los ocho tipos de
placas.
2.3.2.1 Experimento P1: humedad por rocío con agua desionizada (18
(18 MΩ
MΩ-cm).
Calidad de pintura A
Factores evaluados: dilución (2 niveles), número de capas (dos niveles), modo de
aplicación de la humedad (2 niveles: seco y rociado) y energía de radiación. (3
niveles: sin luz, UVA y UVB).
Se tomaron seis placas de cada tipo para calidad de pintura A (del tipo 1 al 4,
tomando en cuenta sus respectivos factores). Se midió el espesor de las placas con el
tornillo micrométrico y se pesaron en la balanza. Se rociaron las placas con un
aerosol de agua desionizada y se esperó aproximadamente una hora para su secado
haciendo uso de un ventilador. Se pesaron las placas nuevamente y se registró la
masa.
Se introdujeron dos placas de cada tipo en cada cámara de irradiación y se inició
el ciclo de irradiación. Se tomó registro de la humedad relativa y de la temperatura
dentro de la cámara con un termohigrómetro y se registró la radiación dentro de
cada cámara con el espectroradiómetro. Se activaron las cámaras durante un
período de 66 horas. Las placas fueron rociadas simultáneamente con agua dentro
de la cámara cada 24 horas, tomando registro de la humedad relativa y la
temperatura dentro de la misma. Para las muestras de control, al mismo tiempo se
tomó una placa de cada tipo para calidad de pintura A (del tipo 1 al 4). Se midió su
espesor con la ayuda de un tornillo micrométrico y se pesaron en la balanza
46
analítica. Posteriormente, éstas se rociaron con un aerosol de agua desionizada. Se
esperó a que secara el rociado y se pesaron las placas nuevamente.
Se guardaron las placas en una caja de cartón seca y oscura. Se tomó registro de
la humedad relativa y la temperatura dentro de la caja al inicio y posteriormente
cada 24 horas. Las placas fueron rociadas cada 24 horas dentro de la caja hasta
completar el ciclo equivalente a la irradiación.
Además se tomó una placa de cada tipo y se midió su espesor y su masa en una
balanza digital. Se guardaron las placas en una caja de cartón seca y oscura,
tomándose registro de la humedad relativa y la temperatura al inicio y cada 24
horas equivalente al ciclo de irradiación de las placas expuestas.
Finalizada la experiencia se evaluaron todas las placas, se midió su espesor y la
masa de cada una de las placas, se realizó la evaluación visual, se aplicó la prueba
de la adhesión y la prueba de absorción de agua, y se tomaron los espectros IRTF de
una placa de cada conjunto de réplicas, los resultados obtenidos se presentaron
promediados debido al comportamiento similar de las muestras.
2.3.2.2 Experimento P2: humedad por inmersión en agua desionizada. Calidad de
pintura A
Factores evaluados: dilución (2 niveles), número de capas (dos niveles), modo de
aplicación de la humedad (2 niveles: seco e inmersión) y energía de radiación. (3
niveles: sin luz, UVA y UVB).
Se tomaron seis placas de cada tipo para calidad de pintura A (del tipo 1 al 4). Se
midió su espesor con el tornillo micrométrico y su masa en una balanza analítica.
Las placas seleccionadas fueron sumergidas en agua desionizada durante 4
horas. Se retiraron del agua, se esperaron aproximadamente 3 horas para su secado
haciendo uso de un ventilador, y se pesaron nuevamente.
Se introdujeron dos placas de cada tipo en cada cámara y se inició el ciclo de
irradiación. Se tomó registró de la humedad relativa y de la temperatura con un
higrómetro dentro de la cámara. Se registró con un radiómetro la radiación emitida
47
en las mismas. Se mantuvieron activadas las cámaras durante un período de 66
horas.
Para las muestras de control húmedo sin irradiación se tomó una placa de cada
tipo (del tipo 1 al 4). Se midió el espesor de las placas y la masa. Se sumergieron las
placas en agua desionizada durante 4 horas. Se retiraron, se secaron durante 3
horas frente a un ventilador para que éstas estuviesen secas y se pesaron
nuevamente. Se guardaron las placas control en una caja de cartón oscura y seca. Se
registró la humedad relativa y la temperatura al inicio y cada 24 horas durante el
ciclo equivalente de irradiación de las placas expuestas.
Además se tomó una placa de cada tipo (del tipo 1 al 4 como placas de control
secas. Se midió su espesor y su masa. Se guardaron las placas en una caja de cartón
oscura y seco. Se tomó registro de la humedad relativa y la temperatura al inicio y
cada 24 horas durante el ciclo equivalente de irradiación de las placas expuestas.
Finalizada la experiencia se evaluaron todas las placas, se midió su espesor y se
pesaron, se realizó la inspección visual, se aplicó la prueba de la adhesión y la
prueba de absorción de agua, y se tomaron los espectros IRTF de una placa de cada
conjunto de réplicas, los resultados obtenidos se presentaron promediados debido al
comportamiento similar de las muestras.
2.3.2.3 Experimento P3: humedad por rocío con agua desionizada. Calidad de
pintura B
Factores evaluados: dilución (2 niveles), número de capas (dos niveles), modo de
aplicación de la humedad (2 niveles: seco y rociado) y energía de radiación. (3
niveles: sin luz, UVA y UVB).
Se repitió el procedimiento del experimento 1, tomando para este caso dos placas
de cada tipo para calidad de pintura B (del tipo 5 al 8, con sus respectivos factores).
48
2.3.2.4 Experimento P4: humedad por
por inmersión en agua desionizada. Calidad de
pintura B
Factores evaluados: dilución (2 niveles), número de capas (dos niveles), modo de
aplicación de la humedad (3 niveles: seco e inmersión) y energía de radiación. (3
niveles: sin luz, UVA y UVB).
Se repitió el procedimiento del Experimento 2, tomando esta vez dos placas de
cada tipo para calidad de pintura B (del tipo 5 al 8).
2.3.3 Evaluación de las placas irradiadas
Todas las placas, una vez finalizados los ensayos, fueron evaluadas visualmente,
sometidas a pruebas de adhesión y de absorción de agua. Adicionalmente se obtuvo
el espectro IRTF de cada una.
2.3.3.1 Observación y clasificación de cambios visuales
La observación y clasificación de cambios visuales se realizó con base a las
normas ASTM D71419, D66020 y D77221. Las variables visuales evaluadas fueron
ampollas, fisuras, cambio de color, brillo y arrugas.
2.3.3.2 Realización
Realización de pruebas de adhesión
Las pruebas de adhesión se realizaron para el recubrimiento en cada placa
según la norma ASTM D-3359-0822 en las placas control e irradiadas. Para ello se
marcó con una hojilla una “X” en una esquina de la placa, se colocó un trozo de cinta
adhesiva sobre la X y se retiró luego de 90 segundos de aplicación.
La adhesión de acuerdo a la norma se clasifica de 0 a 5, con base a:
5: No remoción de recubrimiento sobre la placa.
4: Remoción leve en la intersección de los cortes hechos
3: Remoción de 1,6 mm de cualquier lado
2: Remoción de 3.2 mm de cualquier lado
1: Remoción de casi toda el área donde se marcó la X
0: Remoción más allá de la X marcada (adhesión más débil)
49
Se observó y comparó la adherencia de las placas control con respecto a las
irradiadas y humedecidas (rociadas y sumergidas) y se registraron los resultados
según la clasificación de la norma.
2.3.3.3 Desarrollo de la prueba de absorción de agua
Las placas ya irradiadas se sumergieron en agua desionizada durante un periodo
de 4 horas y se dejaron secar por 16 horas con un ventilador y se pesaron
nuevamente. Se registró la masa de cada placa.
2.3.3.4 Espectros IR por reflectancia total atenuada
Se utilizó un equipo IRTF Marca Nicolet modelo iS5. Se colocó directamente la
superficie del recubrimiento sobre el cristal de ZnSe. Inicialmente, para cada tipo de
muestra (tipo de pintura, clase de pintura, número de capas y dilución) se tomó un
espectro de referencia correspondiente al recubrimiento sin irradiar y sin humectar.
Luego, al completar los ciclos de irradiación bajo las distintas modalidades de
humidificación, se obtuvieron nuevamente espectros para cada tipo de muestra (tipo
de pintura, clase de pintura, número de capas, dilución, modo de humidificación y
energía de irradiación)
Los espectros obtenidos para los diferentes modos de humidificación y expuestos
a diferentes energías de radiación fueron comparados para placas con igual número
de capas, dilución y calidad de pintura). Esta comparación fue cualitativa y se
realizó por superposición de los espectros.
2.4 Procedimiento para evaluación de la fotoestabilidad del
del recubrimiento de
barniz teñido brillante, color samán
2.4.1 Preparación de los paneles. Norma ASTM D 16411641-923
Esta sección de la norma corresponde a la preparación y el recubrimiento de los
paneles previo a los ensayos. Inicialmente, se cortaron y enumeraron un total de 22
paneles de madera de pino blanco de 7,5 cm x 30 cm, y espesor de 1,2mm, en
concordancia con la norma ASTM D-358.
Se pesaron los paneles en una balanza analítica, se les midió su espesor con un
tornillo micrométrico y se procedió a la aplicación de la primera capa de barniz.
50
2.4.1.1 Aplicación de la primera capa de barniz
Para aplicar la primera capa de barniz, se cubrió completamente una cara de
cada panel, haciendo uso de una brocha de una pulgada, según norma ASTM
D 164123, asegurando una total cobertura de la superficie. Se dejaron secar los
paneles durante 24 horas a temperatura ambiente, en concordancia con norma
ASTM D 392424; antes de aplicar la segunda capa.
2.4.1.2 Aplicación de la segunda capa
Antes de aplicar la segunda capa de barniz, se lijaron suavemente los paneles con
una lija 180 (según norma ASTM D164123), teniendo la precaución de no tocar con
las manos los paneles una vez lijados. Se removió de los paneles el polvo producto
del lijado con una brocha y se pesaron en una balanza analítica.
Se aplicó la segunda capa siguiendo el mismo procedimiento utilizado para la
aplicación de la primera capa.
2.4.1.3 Aplicación de la tercera capa
La norma ASTM D164123 contempla la aplicación de tres capas de barniz sobre
los paneles para la realización de los ensayos, por lo tanto se lijaron y pesaron
nuevamente los paneles, se aplicó la tercera capa de manera uniforme. Por último,
se pesaron los paneles para registrar la masa final.
2.4.1.4 Aplicación del sellador de aluminio
Se preparó el sellador de aluminio, (según norma ASTM D164123) y se cubrieron
los paneles uniformemente con el sellador de aluminio y se dejaron secar durante 24
horas, para medir su masa
en una balanza analítica antes de exponerlos a la
radiación en las cámaras.
2.4.2 Exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación.
La exposición de los paneles a ciclos de humedad y radiación se realizó de
acuerdo con la norma ASTM D-609-0018. La misma contempla dos modalidades para
la exposición a la humedad.
51
2.4.2.1 Experimento B1: humedad rociada con agua desionizada.
Factor a evaluar: energía de radiación (4 niveles: UVA, UVB, Visible y sin luz o
control)
Se tomaron nueve paneles ya cubiertos con barniz. Se midió el espesor de los
cada uno de ellos con el tornillo micrométrico y su masa en la balanza analítica. Se
rociaron los paneles con un aerosol de agua desionizada, se secaron haciendo uso de
un ventilador y se esperó una hora para pesarlos nuevamente.
Se introdujeron tres placas en cada cámara para ser sometidas al ciclo de
irradiación. Se tomó registro de la humedad relativa y de la temperatura dentro de
la cámara al igual que la cantidad de radiación dentro las mismas. Se activaron las
cámaras durante un período de 66 horas, rociando las placas dentro de la cámara
cada 24 horas durante el ciclo de irradiación y tomando registro de la humedad
relativa y la temperatura dentro de la misma. Para las muestras de control sin
irradiación, al mismo tiempo se utilizó un panel. Se midió su espesor y su masa.
Posteriormente, se roció con un aerosol de agua desionizada. Se esperó a que secara
el agua (1 hora) y se pesó el panel nuevamente.
Se guardó el panel en una caja de cartón oscura y seca. Se tomó registro de la
humedad relativa y la temperatura al inicio y posteriormente cada 24 horas,
equivalente al
ciclo de irradiación de los paneles expuestos a la radiación,
realizando el rociado del mismo en modo similar a los paneles dentro de las cámaras
de irradiación.
Adicionalmente se tomó otro panel, como panel control sin humedad ni luz. Se
midió su espesor y su masa. Éste se guardó en una caja de cartón oscura y seca,
tomándose registro de la humedad relativa y la temperatura al inicio y cada 24
horas, equivalente al ciclo de irradiación de los paneles expuestos. Finalizados los
ensayos se evaluaron visualmente todos los paneles, se midió su espesor y su masa,
se realizó la prueba de absorción de agua, y se tomó el espectro IRTF-RTA de una
réplica de cada tratamiento.
52
2.4.2.2 Experimento B2: humedad por inmersión en agua desionizada
desionizada
Factor evaluado: energía de radiación (4 niveles: UVA, UVB, Visible y sin luz o
control)
Se tomaron nueve paneles. Se midió su espesor y su masa.
Los paneles
seleccionadas fueron sumergidos en agua desionizada durante 4 horas. Se retiraron
del agua, se colocaron durante 3 horas frente al ventilador y se pesaron nuevamente.
Se introdujeron tres paneles en cada cámara de irradiación. Se tomó registro de
la humedad relativa y de la temperatura con un higrómetro dentro de la cámara. Se
registró con un radiómetro la radiación emitida. Se encendieron las cámaras
durante un período de 66 horas.
Para la muestra de control de irradiación se tomó un panel que se sumergió en
agua desionizada durante 4 horas. Previamente, se midió su espesor con un tornillo
micrométrico y su masa en la balanza analítica. Luego de sacarlo del agua se colocó
durante 3 horas frente al ventilador para secarlo, y se midió su espesor y su masa
nuevamente. Se guardó en una caja de cartón oscura y seca. Se tomaron registros
de la humedad relativa y la temperatura al inicio y cada 24 horas, equivalentes a las
66 horas de irradiación de los paneles expuestos.
Además se preparó un panel de control de humedad e irradiación. Se midió su
espesor y su masa. Se guardó en una caja de cartón oscura y seca. Se tomó registro
de la humedad relativa y la temperatura al inicio y cada 24 horas, equivalente a 66
horas de irradiación de los paneles expuestos.
Finalizada la experiencia se evaluaron visualmente los paneles, se midió su
espesor y su masa, se aplicó la prueba de absorción de agua y se tomó un espectro
IRTF-RTA de una réplica de cada uno de los tratamientos.
Todas los paneles, una vez finalizados los ensayos, fueron evaluadas
visualmente, sometidas a pruebas de adhesión y de absorción de agua.
Adicionalmente se obtuvo el espectro IRTF de cada una. Los procedimientos
aplicados fueron los mismos descritos en la sección 1.14.3
53
2.4.3 Procedimiento para evaluación de la fotoestabilidad del
del recubrimiento de
pintura a base de aceite (esmalte)
2.4.4 Preparación de las
las placas. Norma
Norma ASTM D 609609-0018
Se prepararon y enumeraron, de modo similar a lo descrito en la sección 2.3.1,
un total de 120 placas de de acero inoxidable de 7 cm x 13 cm. (acero AISI-304, C
0,08%, Cr 19%, Ni 10%, espesor 0,8 mm y calibre 24).
2.4.5 Clasificació
Clasificación de las
las placas
La clasificación de las placas se fundamentó en la norma ASTM D609-0018, con
base a la calidad de la pintura y número de capas de recubrimiento aplicadas.
El esquema de pintado consistió en aplicar una capa de pintura con una brocha,
dejándola secar completamente durante cuatro horas haciendo uso de un ventilador,
para aplicar la siguiente capa.
Se prepararon cuatro tipos de recubrimientos:
- Tipo E1: 15 placas con pintura de calidad A, con 3 capas de pintura.
- Tipo E2: 15 placas con pintura de calidad A, con 2 capas de pintura.
- Tipo E3: 15 placas con pintura de calidad B, con 3 capas de pintura.
- Tipo E4: 15 placas con pintura de calidad B, con 2 capas de pintura.
2.4.6 Exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación
La exposición de las placas a ciclos de humedad y radiación se realizó según la
norma ASTM D609-0018, de modo similar a lo descrito en la sección 2.4. Se evaluó el
efecto del modo de humidificación (rociado o inmersión) y la energía de la
irradiación. En cuanto a la radiación administrada, se incluyó la energía asociada a
fotones UVA, UVB y luz Visible, además de los controles sin luz. Para evaluar estos
factores se realizaron 4 ensayos sobre cada uno de los cuatro tipos de placas.
2.4.6.1 Experimento ES1:
ES1: humedad por rocío con agua desionizada.
desionizada. Esmalte calidad
A
Factores evaluados: número de capas (2 niveles: 2 y 3 capas), humedad (2 niveles:
seco y rociado), energía de radiación (4 niveles: UVA, UVB, Visible y sin luz).
54
Se utilizó el mismo procedimiento descrito para el Experimento P1, excepto que
incluyó radiación visible además de la UVA y la UVB. De igual manera se utilizó
una placa como control húmedo sin luz, y otra placa para control seco sin luz.
2.4.6.2 Experimento ES2:
ES2: humedad por inmersión en agua desionizada. Calidad
Calidad de
esmalte A
Factores evaluados: número de capas (2 niveles: 2 y 3 capas), humedad (seco y
por inmersión) y energía de radiación (3 niveles: UVA, UVB, Visible y sin luz).
Este experimento fue similar al Experimento P2, del procedimiento para
evaluación de fotoestabilidad para recubrimiento a base de agua, excepto que se
incluyó radiación visible, además de la UVA y la UVB.
2.4.6.3 Experimento ES3:
ES3: humedad por rocío con agua desionizada. Calidad de
esmalte B
Factores evaluados: número de capas (2 niveles: 2 y 3 capas), humedad (seco y
por rocío) y energía de radiación (3 niveles: UVA, UVB, Visible y sin luz).
Se repitió el procedimiento del Experimento ES1, tomando para este caso dos
placas de cada tipo para calidad de pintura B (de tipo E3 y E4).
2.4.6.4 Experimento ES4
ES4: humedad por inmersión en agua desionizada. Calidad de
esmalte B
Factores evaluados: número de capas (2 niveles: 2 y 3 capas), humedad (seco y
por inmersión) y energía de radiación (3 niveles: UVA, UVB, Visible y sin luz).
Se repitió el procedimiento del Experimento ES2, tomando esta vez dos placas de
cada tipo para calidad de pintura B (de tipo E3 y E4).
En todos los casos, las observaciones visuales, las pruebas de adhesión, las
pruebas de absorción y la prueba mediante la técnica de espectroscopia infrarroja de
reflectancia atenuada se realizaron en forma similar a la descrita para los ensayos
con la pintura base agua, en la sección 2.5
55
3 CAPITULO 3
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La cantidad de radiación que se debió utilizar en los ensayos para las normas
ASTM se determinó con base en la norma ICH, la cual estipula que la dosis mínima
de radiación para evaluar fotoestabilidad debe ser de 1,2 millones lux-hora para luz
visible y 200 W/m2 para luz UV (ICH, 2009). Con base a ello, se calculó el número de
horas mínimas necesarias para satisfacer dicha especificación, utilizando las
ecuaciones 1.2, 1.3 y 1.4 (Capítulo 1). Los cálculos arrojaron un tiempo de 66 horas
para cumplir la norma.
En la Tabla 3.1 se observa la relación entre la intensidad de la radiación en los
fotorreactores y los días equivalentes de exposición de 12 horas bajo la luz solar
directa.
Tabla 3.1 Intensidad de la radiación suministrada en los experimentos y
equivalencia en tiempo de exposición para la luz solar directa.13
3.1
Cámara
Intensidad
(66.5 horas hυ)
Equivalencia a
días soleados
UVA
248.71 W/m2
2a3
UVB
1103 W/m2
6 a 11
VIS
3089 kluxh
>5
Análisis de resultados obtenidos para las pruebas de fotoestabilidad de
recubrimientos con pintura a base de agua
3.1.1
Pérdidas de espesor, masa de la película y variación de adhesión
Es importante considerar que al existir variables no controladas, como es el caso
de la aplicación manual de la pintura sobre las placas, existen ciertas variaciones en
las masas resultantes, que no pueden ser explicadas de una manera acertada.
56
En la Tabla 3.2 se muestran los cambios en grosor y masa observados para
recubrimiento clase A, expuesto a humedad por rocío y a radiación UVA y UVB. En
las Tablas A.1 a la A.3 se resumen estos cambios correspondientes a la pintura base
agua clase A, humedad por inmersión, y clase B con humedad por rociado y por
inmersión.
En las Tablas se observa que en ninguno de los ensayos el recubrimiento
presentó modificación del grosor superiores a las tres centésimas (límite de detección
debido a la apreciación del tornillo micrométrico) luego de ser humedecido e
irradiado con UVA o UVB. Debido a la limitación en la apreciación del instrumento
de medición no es posible concluir si hubo variaciones del grosor menores a los 0,03
mm.
Los valores de ∆masai idealmente reflejan la masa de agua incorporada a la placa
como una masa adicional a la del recubrimiento; en realidad, corresponden la suma
de todos los cambios de masa atribuibles al tratamiento con agua, entre los que
pueden estar fenómenos de remoción de compuestos solubles, especialmente en el
caso de humidificación por inmersión. En las muestras humidificadas por rociado el
agua solo interactúa con la superficie y se deja secar luego, por lo que no puede
arrastrar y eliminar de la película compuestos solubles, ya que éstos, aunque se
disuelvan en el agua, precipitan nuevamente sobre la película al secarse la placa.
Los valores de ∆masaf indican la variación entre la masa de la placa humedecida
antes de irradiar y la masa de la misma placa después de irradiar. Por ello ∆masaf
corresponde a todas las pérdidas de masa por efecto de la exposición a la radiación.
Si solamente ocurre la evaporación del agua, ∆masaf corresponde a la pérdida de
humedad. En la situación ideal en la cual solamente ocurre absorción y evaporación
de agua, la columna de porcentaje de masa perdida en las Tablas 3.2 y A.1 a la A.3
corresponde al porcentaje de humedad inicialmente absorbida, que se evaporó con la
irradiación. Cuando su valor absoluto es igual al valor de ∆masai y el porcentaje de
masa perdida es entonces el 100% de la masa inicialmente ganada por la
humidificación; sin embargo no puede descartarse una posible pérdida de material
de recubrimiento en la superficie de la placa para este caso.
57
Tabla 3.2Variación de la masa, el grosor y la adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura clase A, rociada con agua; en las versiones tipo 1, 2, 3 y 4 bajo
condiciones de irradiación UVA y UVB.
Cámara
Tipo
(mm±0,01)
∆masaib
∆masafc
(mg ± 0,1)
(mg ± 0,1)
Nivel de
Adhesiónd
Porcentaje
de masa perdidae
0,00
0,0033
-0,0343
5
>100%
0,01
0,0192
-0,0564
5
>100%
0,01
0,0311
-0,0035
5
11%
-0,01
0,0296
-0,0132
5
44,59
-0,02
0,0011
-0,0271
5
>100%
0,03
0,0012
-0,0442
5
>100%
0,01
0,0325
-0,0072
5
22%
0,00
0,036
-0,0112
5
31%
0,01
0,0302
-0,0747
5
>100%
0,02
0,0039
-0,027
5
>100%
0,01
0,0271
-0,0113
5
42%
-0,01
0,0236
-0,0041
5
17%
-0,01
0,0019
-0,0102
5
44%
0,00
0,0027
-0,026
5
>100%
0,00
0,0382
-0,0027
5
7%
0,00
0,032
-0,0066
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
5
21%
P1
UVB
P2
P3
P4
P1
P2
UVA
P3
P4
a
∆ea
b
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de irradiar (masa con humedad- masa inicial)
c
Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de placa irradiada-masa de placa con humedad)
d
Nivel de adhesión del recubrimiento al sustrato
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación.
(
b−a
b
*100 %)
Cuando el valor absoluto de ∆masaf es superior a ∆masai se asocia con pérdida de
humedad añadida y pérdida de material de recubrimiento (polímeros, pigmentos,
emulsificantes y otros).10 En el caso de humidificación por rociado, esto debe
corresponder a materia orgánica volátil que pudo estar presente originalmente en la
pintura, o haberse formado por las reacciones en presencia de humedad y radiación
electromagnética. En este sentido, los porcentajes de masa perdida mostrados en la
Tabla 3.2 se asocian a una pérdida de masa >100% para pérdida de material de
58
recubrimiento además de pérdida de humedad. En los casos de valores <100% se
asocia a pérdida de humedad sin descartar una posible pérdida de material de
recubrimiento.
El número de muestras evaluadas vs la consistencia de resultados solo permite
concluir de manera general sobre una tendencia a la pérdida de masa y no es posible
en este trabajo especular sobre el motivo de la pérdida a nivel molecular. Así mismo,
un mayor número de muestras permitirían concluir sobre tendencias más
específicas.
El deterioro evaluado con base al nivel de adhesión, indica, de acuerdo a los
valores obtenidos en la Tabla 3.2, que en ningún caso el recubrimiento con la
pintura clase A, modifica su adhesión al sustrato. Los elementos responsables de la
adhesión del recubrimiento no sufren modificaciones por efecto de la radiación y la
humedad (interacciones intermoleculares, poder ligante).
En la Figura 3.1 se representan gráficamente las pérdidas de masa observadas
para la pintura base agua, clase A, humedecida por rociado. Las barras de ∆masai
corresponden al promedio del incremento de masa experimentado por las cuatro
placas de cada tipo y la barra de error corresponde a ± 1 desviación estándar. Las
barras de ∆masaf UVB y ∆masai UVA corresponden al promedio de las dos placas de
cada tipo sometidas a la correspondiente irradiación, las barras de error
corresponden a ± 1 desviación estándar.
En primer lugar se observa que en general, la repetibilidad de los ensayos fue
superior (menores desviaciones estándar) para las placas con dos capas de pintura,
independientemente de su concentración, tanto para las diferencias de masa con la
humidificación como para las diferencias de masa luego de la irradiación.
Igualmente se observa que la mayor variabilidad está asociada con los cambios de
masa observados al irradiar las placas con tres capas de pintura no diluida, seguido
por los ensayos con tres capas de pintura diluida.
59
Cambios de masa, pintura base agua,
clase A, rociado
Diferencias de masa (g)
0.06
0.04
0.02
0.00
-0.02
-0.04
∆masa ini
-0.06
∆masa fin
UVB
-0.08
-0.10
Tipos de placa
Figura 3.1.- Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por
rociado, seguido de irradiación con luz UVA y UVB de placas recubiertas con pintura
base agua, calidad A
Esto pudiera indicar que, a pesar del cuidado que se tuvo al aplicar las capas,
hay factores no controlados asociados a este proceso, que se suman con el número de
capas aplicadas. Por esto se recomienda realizar un estudio de los posibles factores
que puedan afectar la aplicación de las capas.
En la Figura 3.1 se observa que para los dos conjuntos de placas con tres capas
de pintura las ganancias netas de masa fueron inferiores (realmente fueron
negativas) que para las placas con 2 capas de pintura, independientemente de la
concentración de la pintura. La mayor retención de humedad se observa para la
placa con la menor masa de pintura (2 capas, 25%). Estas observaciones parecieran
indicar que el incremento de masa no se debe a una absorción de agua por parte de
la pintura, ya que en ese caso, la masa de humedad debería aumentar con la masa
de la capa de pintura.
Por otro lado, para las placas de 3 capas de pintura se observa una pérdida de
masa superior al incremento inicial con la irradiación, independientemente de la
dilución, mientras que en las placas con 2 capas de pintura ocurrió lo contrario.
60
Finalmente se infiere que no hay diferencias estadísticamente significativas
entre el efecto de la irradiación con UVA y UVB. Debido al bajo número de réplicas,
no se hizo una prueba de comparación de medias rigurosa; sin embargo se observa
que las barras de error de las columnas de UVA y UVB se solapan para los cuatro
tipos de placas.
La Tabla A.1 muestra la evaluación realizada al recubrimiento con pintura clase
A, sometido a humedad por inmersión previo a la irradiación. Nuevamente, la
precisión del instrumento de medida no permite detectar cambios en el grosor de la
película.
En la Figura 3.2 se representan gráficamente las pérdidas de masa observadas
para la pintura base agua, clase A, humedecida por inmersión. Es de hacer notar
que la pérdida de masa de la placa con 3 capas de pintura diluida al 25% fue muy
elevada en comparación con los demás ensayos (cerca de medio gramo, cuando los
demás valores están por el orden de las centésimas). Esta pérdida puede asociarse
con que la pintura aplicada a la lámina poseía un porcentaje de dilución, lo que
disminuye la viscosidad de la misma y por tanto compromete la formación de la
misma como película, así como su adherencia al sustrato, notándose así como la
humedad por inmersión puede causar mayor daño a este tipo de recubrimiento, por
lo cual puede decirse que el diluir la pintura puede ser no favorable para obtener un
buen recubrimiento. A fin de apreciar mejor el gráfico, la escala del eje de las
ordenadas se inició en -0,1 g, por lo que dicho valor se sale de la escala. Para
interpretar el gráfico debe mantenerse en mente que dicha barra es 5 veces más
grande que la escala.
Se observa que una vez suministrada la humedad por inmersión, el valor de
∆masai
registra una pérdida de masa independientemente del tipo de
recubrimiento. Se infiere que puede atribuirse principalmente a disolución de
emulsionantes en la superficie del recubrimiento debido a que el agua presente en
esta clase de pintura es capaz de transportar, durante la formación de la película,
los emulsionantes a la superficie del recubrimiento y éstos son capturados por la
61
humedad suministrada y posteriormente retirados de la película mediante el secado,
brindando el carácter hidrofóbico final al recubrimiento.10
El valor de ∆masaf indica una pérdida de masa en el recubrimiento una vez
culminado el ciclo de irradiación, este resultado es independiente del tipo de
recubrimiento y la dilución del mismo, por lo que puede inferirse que hay una
pérdida de material de recubrimiento en la superficie del mismo producto del
fotodesgaste experimentado durante la irradiación.
En cuanto al nivel de adhesión cuantificado mediante la norma ASTM D3359,
puede observarse que no hay una modificación de éste independientemente del tipo
de recubrimiento y tipo de radiación al que fue expuesto.
Diferencias de masa (g)
Cambios de masa, pintura base gua
clase A, inmersión
0.00
-0.01
-0.02
-0.03
-0.04
-0.05
-0.06
-0.07
-0.08
-0.09
-0.10
∆masa
ini
∆masa
fin UVB
Tipos de placa
Figura 3.2.- Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por
inmersión, seguido de irradiación con luz UVA y UVB de placas recubiertas con
pintura base agua, calidad A
La Tabla A.2 muestra el desgaste sufrido por las láminas de pintura clase B,
expuestas a humedad rociada. En la Figura 3.3 se representan gráficamente estas
pérdidas de masa. Los resultados presentes en la misma evidencian un
comportamiento similar al observado para la pintura clase A, humedecida por
62
inmersión (experimento P3). Es decir, cuando el recubrimiento fue expuesto a
humedad previo a su irradiación, experimetó una pérdida de masa con respecto a su
valor inicial, a diferencia de lo ocurrido con la pintura clase A cuando fue rociada con
agua.
Se deduce que la calidad de la pintura es un factor que incide en el
comportamiento del recubrimiento cuando se expone a humedad por rocío. Al
comparar las Tablas 3.2 y A.2 se observa que para el caso de placas con
recubrimiento clase B, los valores de ∆masai evidencian una pérdida de material de
recubrimiento en la superficie de las placas y
una vez que estas placas son
irradiadas, se observa una pérdida de masa adicional cuyo origen es difícil de
asignar, ya que se desconoce si las placas, luego de haber sido humedecidas,
incorporaron o no humedad, pues mostraron una pérdida neta de masa que tampoco
se ha podido explicar. Los resultados en cuanto a adhesión fueron similares a los
obtenidos en ensayos previos; es decir, la adhesividad se mantuvo inalterada con el
tratamiento.
Cambios de masa, pintura base agua clase B,
rociado
Diferencias de masa (g)
1.00
0.50
0.00
-0.50
∆masa ini
-1.00
∆masa fin
UVB
-1.50
Tipos de placa
Figura 3.3.- Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por
rociado, seguido de irradiación con luz UVA y UVB de placas recubiertas con pintura
base agua, calidad B
63
La Tabla A.3 y la Figura 3.4 resume los resultados de los cambios físicos
observados para la pintura clase B, expuesta a humedad por inmersión. Se observa
que experimentó un aumento en su masa por la inmersión en agua. Este
comportamiento es similar al que se obtuvo cuando el recubrimiento clase A fue
expuesto a humedad por rocío y demuestra que la pintura clase B pierde menos
compuestos solubles en agua que la pintura clase A, la cual perdió masa neta por
inmersión.
Para este ensayo, la Tabla A.3 muestra que la adhesión del recubrimiento clase B
al sustrato se vio afectada por acción de las condiciones de intemperie simuladas,
manifestando una pérdida de adhesión principalmente en el recubrimiento con 3
capas de pintura sin diluir. Los resultados para este caso permiten inferir que la
adhesión es un factor que, en el caso de la pintura clase B, podría depender del
número de capas de recubrimiento que se apliquen al sustrato.
Cambios de masa, pintura aceite clase B,
inmersión
Diferencias de masa (g)
3.00
2.00
1.00
0.00
-1.00
∆masa ini
-2.00
∆masa fin
UVB
-3.00
-4.00
Tipos de placa
Figura 3.4.- Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por
inmersión, seguido de irradiación con luz UVA y UVB de placas recubiertas con
pintura base aceite, calidad A
64
El número de muestras evaluadas vs la consistencia de resultados solo permite
concluir de manera general sobre una tendencia a la pérdida de masa y no es posible
en este trabajo especular sobre el motivo de la pérdida a nivel molecular. Así mismo,
un mayor número de muestras permitirían concluir sobre tendencias más
específicas.
Cuando se analiza la repetibilidad obtenida en la determinación grosor de los
recubrimientos en las distintas pruebas según lo especificado en las norma ASTM
D1005-9535 (para el caso de medición de grosor), se obtiene una desviación estándar
para los resultados obtenidos que permite considerarlos como como resultados
aceptables ya que en ningún momento las mediciones registradas para grosor
difieren en una precisión de 0.3mm, que es el valor especificado por la norma para
considerar sospechosa la medición realizada. Para el caso de la determinación de
masa, se obtuvieron desviaciones estándar de valores mayores a 1(entre 0.99 y 1.31
para recubrimiento clase B) y en casos en los que el recubrimiento era de 3 capas
sin dilución, independientemente del tipo de radiación a la que se expusieron, por lo
tanto pueden considerarse resultados poco precisos
y no
determinantes del
comportamiento de ciertos tipos de recubrimientos. Estas desviaciones pudieron
deberse a errores de medición durante la realización de los ensayos por lo que deben
verificarse mediante la utilización de un mayor número de láminas de recubrimiento
clase B para cada variable a evaluar, y así obtener resultados que puedan
establecerse como característicos del comportamiento de esta clase de recubrimiento.
Para el caso de la prueba de adhesión, los resultados obtenidos tienen buena
repetibilidad según la norma ASTM D3359, por lo que su precisión se considera
aceptable.
La Tabla 3.3 presenta los aspectos cualitativos asociados al desgaste de las dos
clases de pintura evaluadas bajo condiciones de humedad rociada, irradiación y
posterior inmersión en agua desionizada según se describió en la sección 2.8.5. La
inmersión final en agua desionizada forma parte de un procedimiento destinado a
evaluar el daño superficial con base a la capacidad que presenta el recubrimiento en
principio modificado, luego de la exposición a la radiación. En este sentido se partió
65
del supuesto de que a mayor absorción de agua mayor sería el desgaste debido a un
aumento en cuanto a porosidad y/o modificación de componentes del recubrimiento
que le permita ser más hidrofóbico. La comparación se realiza frente a placas no
irradiadas del mismo recubrimiento evaluado. Esta prueba no está especificada en
las normas ASTM, y constituye una propuesta del Laboratoria de Fotoquímica y
Fotofísica de la USB.
Tabla 3.3 Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento con pinturas clase
A y clase B, para humedad rociada.
Adhesión
Manchas
Arrugas
UVB
A
A
I
UVA
A
A
I
UVB
A
M
A
UVA
A
M
A
Pintura A
Pintura B
A Ausencia de Desgaste
I Desgaste Intermedio
M Desgaste Mayor
Se observa que en cuanto a adhesión, el recubrimiento no presentó alteración en
esta propiedad. La ausencia de manchas en la pintura clase A luego de la inmersión
unido a la presencia de arrugas, estas últimas atribuidas a la formación de ampollas
por inmersión, indica que ocurrió un deterioro leve en cuanto a permeabilidad al
agua en estas placas luego de la irradiación.9
Es importante mencionar que la
presencia de arrugas se realizó haciendo uso de las norma ASTM D66020, que
permitió clasificarlas en Stwich Type (Tipo Cambiado)
y Random Type (Tipo
Aleatorio), según patrones presentes en la norma. Un desempeño inferior para la
pintura clase B en cuanto a aparición de manchas, se corresponde con las
especificaciones del tipo de pintura. El recubrimiento clase B manifiesta un
deterioro mayor que el de clase A en su apariencia, por acción de la humedad a la
que se expone.
La Tabla 3.4 correspondiente a los ensayos de pintura clase A y B y humedad por
inmersión, muestra una modificación de la adhesión del recubrimiento al sustrato
66
para la pintura clase B. Una vez que se ha cuantificado este deterioro según la
norma ASTM D3359, puede concluirse, que la exposición de esta clase de pintura a
humedad por inmersión incide en la manera en cómo el recubrimiento se adhiere al
sustrato. Los resultados mostrados en la Tabla 3.4, que se refieren a la evaluación
del recubrimiento luego de la inmersión posterior a la irradiación, se interpretan de
manera similar a los obtenidos para las placas de humedad por rociado; sin
embargo, en este caso se observa un mayor deterioro asociado a la presencia de
manchas y arrugas para las dos clases de pintura.
Tabla 3.4 Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento con pinturas clase
A y clase B, para humedad sumergida.
Adhesión
Manchas
Arrugas
UVB
A
I
I
UVA
A
I
I
UVB
I
I
M
UVA
I
I
M
Pintura A
Pintura B
A Ausencia de Desgaste
I Desgaste Intermedio
M Desgaste Mayor
La aparición de arrugas fue observada en ambas clases de pintura en este caso.
Para la pintura clase A, con base a la norma ASTM D66020 se clasificaron las
arrugas presentes en Switch Type (Tipo Cambiado)
y también pudo observarse
agrietamiento en la superficie del recubrimiento. Sin embargo no hubo pérdida de
color apreciable en las placas.
Los daños sufridos en el recubrimiento con pintura clase B fueron más
significativos en cuanto a la aparición de arrugas y agrietamientos. Las normas
ASTM D66020, D77221 y D71422 fueron utilizadas para identificar presencia de
arrugas, grietas y burbujas respectivamente. Se identificaron arrugas que
corresponden a Mosaic Type (Tipo Mosaico) y Crow Foot Type (Tipo Pata de Gallo).
Se observó también la presencia de grietas pero en menor cantidad. Sin embargo, al
momento de la inmersión de las placas pudo observarse gran cantidad de burbujas
67
del tipo Medium (Medio) y Dense (Denso) en su mayoría. Estas burbujas podrían
asociarse a la penetración de pequeñas cantidades de agua entre las capas del
recubrimiento durante la inmersión.
Puede
concluirse
mediante
las
observaciones
realizadas,
que
para
un
recubrimiento para exteriores expuesto a humedad y radiación solar un número
repetido de veces, la manifestación del fotodesgaste será más rápida para la pintura
clase B en comparación con la clase A. Dicho deterioro se notará por la aparición de
grietas y manchas, y en menor grado, por pérdida de adhesión.
3.1.2 Resultados para prueba de absorción
absorción de agua.
Una vez culminados los Experimentos desde P1 a P4, se realizó la prueba de
absorción de agua para determinar, mediante la cantidad de agua absorbida, algún
tipo de modificación sufrida por el recubrimiento en su superficie, por acción de las
condiciones de intemperie a la que fue expuesto. Los resultados se presentan la
Tabla 3.5. En la misma puede observarse que una vez que las placas han sido
expuestas a radiación, humedad y posterior secado, cuando se someten nuevamente
a inmersión para determinar si hay absorción, ocurre una pérdida de material, lo
cual podría atribuirse a una disolución de ciertos componentes durante el proceso de
inmersión. La diferencia entre el comportamiento de las placas irradiadas y las
placas de control no es representativa de un efecto de fotodesgaste. Por lo tanto,
para los recubrimientos evaluados mediante el Experimento P1, puede decirse quela
prueba muestra diferencias en cuanto a la capacidad de absorción de agua, si ha
ocurrido o no fotodesgaste.
68
Tabla 3.5 Variación en masa de recubrimiento luego de la prueba de absorción de
agua en láminas para Experimento P1
Mog
Mfh
(g ± 0,1)
(g ± 0,1)
Agua
Absorbida
Absorbidai
(g ± 0,1)
43,2783
43,2490
-0,0293
42,6625
42,6357
-0,0268
42,9604
42,9419
-0,0185
43,0674
43,0510
-0,0164
44,0178
44,0036
-0,0142
43,8313
43,8176
-0,0137
43,2644
43,2538
-0,0106
43,4161
43,4064
-0,0097
43,2098
43,1746
-0,0352
42,4169
42,3702
-0,0467
43,5453
43,5321
-0,0132
43,5165
43,5067
-0,0098
43,4979
43,4967
-0,0012
43,7873
43,7650
-0,0223
42,9800
42,9779
-0,0021
42,3105
42,2977
-0,0128
P1 seco
44,5269
44,4866
-0,0403
P1 humedecido
43,7626
43,7216
-0,0410
P2 seco
42,3784
42,3627
-0,0157
P2 humedecido
43,3281
43,3073
-0,0208
P3 seco
43,7681
43,7339
-0,0342
P3 humedecido
43,8045
43,7800
-0,0245
P4 seco
42,8798
42,8644
-0,0154
P4 humedecido
43,1138
43,0996
-0,0142
Cámara
Tipo
P1
P2
UVB
P3
P4
P1
P2
UVA
P3
P4
CONTROL
g masa
de la placa previa a la prueba de agua
h
masa de la placa posterior a la prueba de agua
i
diferencia de masas
69
3.2 Análisis de resultados obtenidos para las pruebas de fotoestabilidad de
recubrimientos con pintura de tipo esmalte
3.2.1 Pérdidas de espesor, masa de la película y variación de adhesión
Los resultados obtenidos para la evaluación del efecto de la radiación UVA, UVB
y luz visible sobre el recubrimiento bajo condiciones de humedad por rocío o
inmersión, para recubrimientos con esmalte clase A se muestran en las Tablas A.4 y
A.5, respetivamente, así como en las Figuras 3.5 y 3.6. Los resultados indican que el
comportamiento es similar al obtenido para una pintura a base de agua clase B,
expuesta a humedad por rocío, aunque en promedio, la magnitud de los cambios
másicos es menor. En cuanto a la evaluación de la adhesión, el resultado indica una
pérdida cercana al 100%. Esta modificación es independiente del tipo recubrimiento
y del nivel de energía suministrado en la cámara de irradiación, por lo que puede
concluirse que la exposición de cualquier tipo de recubrimiento de esta clase a una
humedad baja junto a radiación solar es capaz de generar un daño considerable en
la adhesión al sustrato.
Cambios de masa, esmalte clase A , rociado
Diferencias de masa (g)
0.01
0.01
0.00
-0.01
∆masa ini
-0.01
∆masa fin
UVB
∆masa fin
UVA
Amasa f Vis
-0.02
-0.02
Tipos de placa
Figura 3.5 - Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por rocío,
seguido de irradiación con luz UVA, UVB y Visible de placas recubiertas con pintura
base aceite, calidad A
70
En el caso de los tipos de recubrimientos clase A que se expusieron a humedad
por inmersión (Figura 3.6 y Tabla A.5) se también observa una modificación en su
nivel de adhesión al sustrato; sin embargo, los recubrimientos no se ven afectados en
la misma magnitud que los recubrimientos expuestos a humedad por rocío. Puede
concluirse entonces que en este caso la de humedad suministrada no modifica de
manera significativa la adherencia del recubrimiento al sustrato. La Figura 3.6
corresponde a los cambios másicos observados con esta clase de recubrimiento.
Cambios de masa, esmalte clase A ,
inmersión
Diferencias de masa (g)
0.01
0.01
0.00
-0.01
-0.01
∆masa ini
-0.02
∆masa fin
UVB
∆masa fin
UVA
Amasa f
Vis
-0.02
Tipos de placa
Figura 3.6 - Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por
inmersión, seguido de irradiación con luz UVA, UVB y Visible de placas recubiertas
con pintura base aceite, calidad A
En esta Figura se muestra la desviación estándar obtenida para cada clase de
prueba. La máxima desviación estándar fue de 0,0015, la mínima de 0,0001, y el
promedio de -0,0053., Estos valores satisfacen los criterios de repetibilidad que se
consideraron durante la realización del ensayo (0,05) por ello pueden considerarse
que la precisión lograda con los ensayos con los esmaltes es válida.
La evaluación realizada al recubrimiento con pintura de tipo esmalte clase B bajo
el efecto de la radiación UVA, UVB y luz visible bajo condición de humedad por rocío
71
o inmersión, se muestra en las Tablas A.6 y A.7, y las Figuras 3.7 y 3.8
respectivamente.
Cambios de masa, esmalte clase B , rociado
Diferencias de masa (g)
0.01
0.01
0.00
-0.01
∆masa ini
-0.01
∆masa fin
UVB
∆masa fin
UVA
Amasa f Vis
-0.02
-0.02
Tipos de placa
Figura 3.7 - Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por rocío,
seguido de irradiación con luz UVA, UVB y Visible de placas recubiertas con pintura
base aceite, calidad B
Diferencias de masa (g)
Cambios de masa, esmalte clase B ,
inmersión
0.01
0.01
0.00
-0.01
∆masa ini
-0.01
∆masa fin
UVB
∆masa fin
UVA
Amasa f
Vis
-0.02
-0.02
Tipos de placa
Figura 3.8- Cambios de masa asociados con el proceso de humidificación por
inmersión, seguido de irradiación con luz UVA, UVB y Visible de placas recubiertas
con pintura base aceite, calidad B
72
Estos resultados son similares a los obtenidos para esmalte clase A; es decir, hay
una pérdida de masa previo a la irradiación por efecto de la humidificación, y una
pérdida de masa en el recubrimiento, producto de la radiación a la que se expuso.
Los resultados son similares independientemente del número de capas aplicadas,
y del tipo de luz, por lo que puede decirse que este factor no incide en el
comportamiento
del
recubrimiento
ante
la
intemperie. Los resultados de
adhesividad para ambos ensayos muestran una modificación de esta propiedad; sin
embargo, no puede establecerse una conclusión debido a que no hay un patrón de
comportamiento definido, por lo que en este caso no se puede determinar si la
adhesión de esta clase de recubrimiento puede o no modificarse por acción de la
intemperie, independientemente del tipo de humedad a la que se exponga.
3.2.2 Resultados para prueba de absorción de agua.
Una vez culminados los Experimentos ES1 y ES2, se realizó la prueba de
absorción de agua para determinar, mediante la cantidad de agua absorbida, algún
tipo de modificación sufrida por el recubrimiento en su superficie, por acción de las
condiciones de intemperie a la que fue expuesto. Los resultados se presentan en la
Tabla 3.6. El comportamiento de los recubrimientos con esmalte es similar al de los
recubrimientos con pintura a base de agua, por lo que la prueba no es representativa
de un efecto de fotodesgaste. Este comportamiento ocurre independientemente del
tipo de recubrimiento y del experimento que se haya realizado previo a la inmersión.
Una vez cuantificadas las modificaciones sufridas por los recubrimientos de
ambas clases de esmalte, en la Tabla 3.7 se muestran los aspectos cualitativos
asociados al desgaste de las dos clases de esmalte evaluadas bajo condiciones de
humedad rociada. En la misma se evidencia la tendencia general al deterioro del
nivel de adhesión de la pintura al sustrato para ambas clases de pintura, por lo que
puede decirse que el recubrimiento experimentará independientemente de su clase,
una modificación de su propiedad de adhesión cuando se exponga a esta condición de
humedad.
73
Tabla 3.6 Variación en masa de recubrimiento luego de la prueba de absorción de
agua en láminas para Experimento ES1
Cámara
Mo
mf
(g ± 0,1)
(g ± 0,1)
Agua
Absorbida
(g ± 0,1)
36,9332
36,9438
0,0106
37,1969
37,2075
0,0106
36,0459
36,0466
0,0007
35,5859
35,5856
-0,0003
35,8158
35,8122
-0,0036
36,7083
36,7055
-0,0028
37,4430
37,4381
-0,0049
35,9714
35,8703
-0,1011
36,6321
36,6308
-0,0013
36,7559
36,7578
0,0019
36,0638
36,0611
-0,0027
36,2965
36,2961
-0,0004
36,8037
36,8055
0,0018
36,8231
36,8228
-0,0003
36,0251
36,0202
-0,0049
36,2408
36,2381
-0,0027
E1
36,9230
36,9195
-0,0035
E2
35,5951
35,5929
-0,0022
E3
36,4891
36,4848
-0,0043
E4
36,8547
36,8521
-0,0026
E1 seco
37,3586
37,3552
-0,0034
E1 húmedo
36,9802
36,9926
0,0124
E2 seco
35,8974
35,8936
-0,0038
E2 húmedo
35,8207
35,8436
0,0229
E3 seco
36,4055
36,4009
-0,0046
E3 húmedo
36,0886
36,0800
-0,0086
E4 seco
37,3319
37,3314
-0,0005
E4 húmedo
36,5386
36,5331
-0,0055
Tipo
E1
E2
UVB
E3
E4
E1
E2
UVA
E3
E4
VISIBLE
CONTROL
g masa
de la placa previa a la prueba de agua
h
masa de la placa posterior a la prueba de agua
i
diferencia de masas
74
En lo que respecta a la aparición de manchas y arrugas en los recubrimientos,
hay presencia considerable de éstas en ambas clases de esmalte por acción del
secado del agua desionizada en la cual se sumergieron los recubrimientos una vez
finalizado el ciclo de irradiación. Estas arrugas se clasificaron en Random Type
(Tipo Aleatorio), según patrones presentes en la norma.
Tabla 3.7 Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento tipo esmalte A y
clase B, para humedad rociada.
Adhesión
Manchas
Arrugas
UVB
I
I
I
UVA
M
I
I
L.VISIBLE
I
A
I
UVB
A
I
I
UVA
I
I
I
L.VISIBLE
A
A
A
Pintura A
Pintura B
A Ausencia de Desgaste
I Desgaste Intermedio
M Desgaste Mayor
En la Tabla 3.8 se presenta un cuadro resumen del fotodesgaste del
recubrimiento tipo esmalte expuesto a humedad sumergida. En esta se muestra
una tendencia a la modificación de la propiedad de adhesión de la pintura al
sustrato para esmalte clase A, principalmente.
En lo que respecta a la aparición de manchas en los recubrimientos, hay
presencia considerable de éstas en las placas con esmalte clase A, producto de la
inmersión y secado a las que fueron sometidas.
La presencia de arrugas es una característica común observada en las láminas
con recubrimiento clase B, debidas a la aparición de pequeñas burbujas en el
recubrimiento durante su inmersión en agua desionizada.
Estas arrugas se
identificaron haciendo uso de las norma ASTM D66020, que permitió clasificarlas en
Random Type (Tipo Aleatorio), según patrones presentes en la norma.
75
Tabla 3.8 Cuadro comparativo del fotodesgaste de recubrimiento tipo esmalte A y
clase B, para humedad sumergida.
Adhesión
Manchas
Arrugas
UVB
I
A
I
UVA
I
I
A
L.VISIBLE
M
I
A
UVB
I
A
I
UVA
A
A
I
L.VISIBLE
A
A
A
Pintura A
Pintura B
A Ausencia de Desgaste
I Desgaste Intermedio
M Desgaste Mayor
3.3 Análisis de resultados obtenidos para las pruebas de fotoestabilidad de
recubrimientos con barniz.
3.3.1 Cambios de espesor y masa de la película
Cuando
la
madera
es
expuesta
a
intemperie
puede
experimentar:
fotodegradación y foto-oxidación por la luz ultravioleta, así como hidrólisis por el
agua, decoloración y degradación por manchado. Las Tablas A.8 y A.9 muestran los
resultados obtenidos producto de la degradación experimentada por las maderas con
exposición previa a humedad rociada y sumergida, respectivamente. La madera de
pino blanco es de color marrón claro, y al exponerse al aire se torna un poco más
oscura. Esta
madera tiene una textura relativamente uniforme, es de alta
resistencia y al ser secada o sometida a condiciones ambientales es de baja
contracción y alta estabilidad. La aplicación de barniz a la madera pretende una
protección al deterioro y a diferencia de los estudios con esmalte y pintura a base a
de agua sobre acero inoxidable, para barniz el deterioro de la madera forma parte
del proceso de fotodesgaste del recubrimiento.
La evaluación realizada al recubrimiento barniz sometido a humedad por rocío se
muestra en la Tabla A.8. El efecto de la radiación UVA, UVB y luz visible sobre el
76
recubrimiento es evaluado bajo condiciones de intemperie simuladas, mediante la
variación del grosor y agua retenida. A diferencia del esmalte y la pintura a base de
agua, la adhesión no es un factor a considerar.
El uso de un tornillo micrométrico (mm ± 0,01) como instrumento de medición,
permitió detectar un aumento en el grosor del recubrimiento, por lo que puede
decirse que al agua suministrada por humedad fue capaz de penetrar en el panel
causando un aumento de grosor. Sin embargo, dado que el panel solo estaba
recubierto por una cara, no es posible determinar si el agua penetró por las caras no
recubiertas, o la cara recubierta. Se recomienda realizar el recubrimiento por las
seis caras del panel para estudiar efectivamente el efecto del barniz.
Los valores correspondientes a ∆masai, que expresan la variación de la masa
de recubrimiento producto de su exposición a humedad, reflejan un aumento para
ambos ensayos, producto de la absorción del agua suministrada a los paneles previa
a la irradiación. Es importante mencionar que para el caso de los recubrimientos
expuestos a humedad por inmersión, los valores de ∆masai fueron más significativos
que para el ensayo con humedad rociada, lo significa que hubo una mayor absorción
de agua en las cinco caras no recubiertas del panel de madera además de absorción
en la superficie del recubrimiento. Cuando se humedeció por rocío, estas caras no
recubiertas tuvieron menos contacto con el agua.
Una vez concluido el ciclo de irradiación el valor ∆masaf evidencia una tendencia
a la pérdida de masa que al relacionarse con los porcentajes de masa perdida, podría
asociarse con una pérdida de humedad, así como de material de recubrimiento para
el caso del ensayo con humedad por rocío. Contrario a esto, la Tabla A.9 exhibe en el
valor ∆masaf una pérdida de masa que al relacionarse con el porcentaje de masa
perdida podría asociarse a una pérdida principalmente de humedad tanto en el
recubrimiento como en la madera utilizada como sustrato.
3.3.2 Resultados para prueba de absorción de agua.
Una vez culminados los Experimentos B1 y B2, se realizó la prueba de absorción
de agua para determinar, mediante la cantidad de agua absorbida, algún tipo de
modificación en la superficie del recubrimiento. Sin embargo, esta prueba no arrojó
77
resultados concluyentes acerca de la absorción de agua debido a que los paneles se
encontraban cubiertos únicamente por una sola cara y al momento de la inmersión,
el agua penetró a través de las caras descubiertas del panel causando un aumento
significativo de masa por absorción de agua en el panel y no en el recubrimiento a
probar.
Haciendo una análisis cualitativo del deterioro sufrido por los paneles una vez
culminadas las 66 horas de exposición a radiación, se observó en la mayoría de éstos
cambios en los tonos de coloración, como resultado de la foto-oxidación en la madera
por efecto de los rayos UV, lo cual coincide con lo señalado por Sell y Feist (1986)
quienes indican que la superficie de la madera cambia de coloración al poco tiempo
de exposición a la intemperie, para después permanecer casi sin alteraciones. Estos
cambios de coloración fueron mayores en los paneles rociados
y sumergidos
expuestos a luz UVB y UVA.
Adicionalmente, pudo apreciarse pérdida de brillo en los recubrimientos
expuestos a luz visible y en los paneles con barniz sumergidos en agua desionizada
se observó un hinchamiento de la madera. Este hinchamiento en la madera se
mantuvo hasta finalizado el ciclo de radiación.
Los resultados indican que el
fotodesgaste del barniz influye en un desgaste de las propiedades de la madera en
cuanto a color y engrosamiento por humedad. La pérdida de brillo del recubrimiento
es uno de las variables indicativas del desgaste, la cual es más acentuada en el caso
de la irradiación con luz visible.
3.4
Análisis del cambio sufrido por los recubrimientos, mediante la utilización de
Espectroscopia Infrarroja de Reflectancia Atenuada.
La obtención de los espectros se realizó una vez culminada la prueba de
absorción de agua luego de la irradiación (sección 2.8.5). En este sentido los
espectros corresponden a superficies de recubrimientos sumergidos en agua
desionizada con posterior proceso de secado. Se pretende entonces mediante esta
técnica, evidenciar un cambio asociado a “deterioro” del recubrimiento, reflejado en
la variación de las señales asociadas a los grupos funcionales en la zona de los
grupos carbonilo, grupos hidroxilo y en aquellos picos importantes fuera de la zona
78
de la huella dactilar. Es importante destacar que las muestras son sumergidas en
agua desionizada posterior a la irradiación, con la idea de observar variación en la
capacidad de absorber agua en la superficie. Dicha variación esta relacionada con un
“deterioro” asociado al fotodesgaste. De tal manera que la variación en la banda
asociada a grupos hidroxilos se espera para este análisis. Adicionalmente, la pérdida
de brillo, asociada a la caída de la línea base y la disminución de la intensidad de los
picos, documentada en la literatura, constituye un recurso valioso para una rápida
evaluación de fotodesgaste.31
Asumiendo una correcta aplicación del recubrimiento, con base a la norma ASTM
D-609-0018, se plantea que las láminas a evaluar presentan un grosor similar en
toda su superficie, dado que se alcanzó una aplicación homogénea. Por ello, la
evaluación del daño en cualquier punto de la superficie se considera representativa
del daño general.
3.4.1 Estudio
Estudio de fotoestabilidad de recubrimientos con pintura a base de agua clase
A, según versiones 1, 2,3 y 4, sometidos
sometidos a humedad por inmersión y rocío,
mediante la técnica de espectroscopia Infrarroja de reflectancia atenuada.
El análisis por IRTF se realizó por comparación del espectro IR de las placas de
recubrimiento sometidas a condición de intemperie con respecto a la placa control
correspondiente al tipo de ensayo. La figura 3.9, muestra el espectro IR de la pintura
clase A, sin diluir, con 3 capas de recubrimiento, que se tomó como control para el
análisis. La figura contiene información obtenida del instrumento, que permite
relacionar señales de compuestos presentes en la pintura
y que pueden ser
identificados como grupos funcionales en el recubrimiento. Así, se tomarán las
señales correspondientes al grupo hidroxilo, al grupo carbonilo y a cadenas
carbonadas, como significativas para detectar cambios.
Se obtuvieron espectros del recubrimiento en placas control de cada tipo para
calidad A, y al compararlos se concluyó que factores como dilución y número de
capas no influyeron significativamente en cuanto a una modificación de estas
bandas de absorción identificadas previamente. Ello está de acuerdo con la ventaja
79
de la técnica utilizada en cuanto a que el análisis se refiere exclusivamente a la
superficie del material y no depende del grueso del mismo.
Figura 3.9 Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura Clase A sin
diluir.
Por ello se seleccionan las Figuras 3.10, 3.11, 3,12 y 3,13 que permitieron
identificar y analizar las bandas de absorción significativas en base a las cuales se
hizo el análisis de los espectros. Para todos los tipos de recubrimiento de pintura
clase A.
Figura 3.10 Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento Tipo P1,
sometidas a humedad, sin irradiación.
80
Figura 3.11Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P1,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura 3.12 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P1,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
81
Figura 3.13 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P1,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
En la Figura 3.10 se muestran los espectros IR correspondientes a las placas
control tanto humedecidas como sin humedecer. En ésta, puede observarse que las
placas que han sido expuestas a condición de humedad, exhiben un aumento ligero
en la banda correspondiente al estiramiento del enlace O-H en comparación a la
placa control sin humedad añadida. Esto puede asociarse a la absorción de agua en
la superficie de las placas control que han sido rociadas y sumergidas, es decir, las
placas fueron capaces de absorber una mayor cantidad de agua que en el caso de la
placa control seca.
Haciendo uso de la literatura26, se relacionan las bandas en la región que
comprende desde 2850cm-1 hasta los 3026cm-1, con la presencia de grupos alquilos
en el recubrimiento. Cuando se detallan los espectros de las placas expuestas a
humedad, se observa una disminución en la intensidad relativa de las bandas
correspondientes a los estiramientos Csp3-H (grupos alquílicos) en la superficie de la
82
película. Esta disminución en la intensidad junto con la variación en la línea de
fondo para cada espectro, se atribuye a un efecto de la pérdida de brillo en la
superficie del recubrimiento.31 En este sentido puede plantearse con base a la Figura
3.2, que la placa expuesta a inmersión en agua desionizada, experimentó una
pérdida de brillo superior a la observada en la placa expuesta a humedad por rocío.
Adicionalmente en la Figura 3.3, pueden observarse que los grandes cambios en los
espectros IRTF de este tipo de película ocurren principalmente entre 1770 cm-1 y
1650 cm-1 y se deben principalmente a una modificación en los grupos carbonilos
producto de la condición de irradiación y humedad a los que fueron expuestos los
recubrimientos. Esta modificación se encuentra documentada en la literatura.31
Otros cambios observables son: la modificación de la señal a 1165cm-1, un aumento
en la banda de absorción cercana a 1000 cm-1 (probablemente debido a enlaces
carbono-oxígeno), un aumento en la banda de absorción cercana a 3400 cm-1
(probablemente debido a grupos hidroxilos). La variación en esta banda relacionada
a la presencia de grupos hidroxilos puede deberse a la modificación de la superficie
del recubrimiento, provocando una mayor absorción de agua en la misma, productos
de los cambios que experimentaron por acción de la radiación a la que fueron
expuestos
Al comparar la Figura 3.12
y la Figura 3.13, que corresponden a los
recubrimientos expuestos a humedad por rocío e inmersión respectivamente, puede
notarse que la banda correspondiente a la presencia de grupos hidroxilos en la
superficie del recubrimiento es mucho mas intensa en la Figura 3.4. Esto permite
decir que la exposición de las placas a humedad rociada causó en la superficie una
modificación tal que logró incrementar la absorción de agua una vez que culminó el
ciclo de irradiación.
Examinando los espectros en la Figura 3.11, puede concluirse que la exposición
de las placas a la radiación logra incidir de modo tal en la superficie de la película,
que causa una modificación de ésta a nivel molecular, permitiendo una mayor
interacción de agua en la superficie del recubrimiento.
83
3.4.2
Estudio de fotoestabilidad de recubrimientos con pintura a base de agua
clase B, según versiones 5, 6,7 y 8, sometidos a humedad por inmersión y
rocío. Mediante la técnica de espectroscopia de reflectancia atenuada.
La Figura 3.14, muestra el espectro IR de la pintura clase B, sin diluir, con 3
capas de recubrimiento, que se tomó como control para el análisis. En ella pueden
ser identificados grupos funcionales de compuestos en el recubrimiento. Un análisis
del espectro revela la presencia de bandas de absorción similares a las observadas
en la Figura 3.9 para recubrimiento clase A. De modo similar al recubrimiento
clase A, se concluyó que factores como dilución y número de capas no influyeron
significativamente en cuanto a una modificación de estas bandas de absorción
identificadas previamente.
Figura 3.14 Espectro IR e las superficie del recubrimiento con pintura Clase B sin
diluir.
84
Figura 3.15Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento Tipo P5,
sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura 3.16 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P5,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
85
Figura 3.17 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P5,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
Figura 3.18 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P5,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
86
En la Figura 3.15 que muestra los espectros IR correspondientes a las placas
control tanto humedecidas como sin humedecer puede observarse que la placa
expuesta a humedad por rocío presentó un aumento ligero en la banda
correspondiente al estiramiento del enlace O-H en comparación a la placa control sin
humedad añadida. Puede inferirse gracias a esto, que la placa expuesta a humedad
por rocío experimentó una modificación de su superficie tal que le permitió absorber
una mayor cantidad de agua que en el caso de la placa control seca.
Se detallaron los espectros de la Figura 3.16 y se identificaron las mismas
bandas que para recubrimiento clase A. Lo que permite concluir acerca de una
similitud de componentes para ambas clases de recubrimiento, sin embargo no
puede conocerse la proporción de éstos en el recubrimiento para establecer una
diferencia entre ambos. Adicionalmente puede observarse que la banda ubicada
entre 1770 cm-1 y 1650 cm-1 principalmente asociada a la presencia de grupos
carbonilos es de menor intensidad a la que se muestra en la Figura 3.12, por lo que
podría decirse que esto está relacionado con una presencia menos marcada de
compuestos asociados a este grupo funcional en el recubrimiento.
De contrastar las Figuras 3.17 y 3.18 puede extraerse que los recubrimientos
expuestos a humedad por rocío que finalmente se sumergieron, experimentan
independientemente del tipo de radiación suministrada, una modificación en su
superficie que les permite una mayor absorción de agua durante la inmersión final
en agua desionizada.
Finalmente se observan variaciones de bandas de absorción asociadas a grupos
funcionales, similares a las identificadas para recubrimiento clase A. producto de la
condición de irradiación y humedad a los que fueron expuestos los recubrimientos.
Puede concluirse entonces, que para ambas clases de recubrimiento la exposición
a humedad por rocío que constituye una humedad relativamente baja, es capaz de
causar un deterioro que la superficie que se asocia con una mayor absorción de agua
por parte del recubrimiento irradiado.
87
3.4.2.1 Análisis de Fotoestabilidad de Recubrimientos con pintura de tipo esmalte
clase A, según versiones 1 y 2, sometidos a humedad por inmersión y rocío.
Mediante la técnica de espectroscopia de reflectancia atenuada.
La comparación de espectros de las placas de recubrimiento de tipo control
muestra que no hay diferencias por efecto del número de capas en las mismas. Por
ende se presenta la Figura 3.19 que permitió la identificación de grupos funcionales
asociado a compuestos presentes en el recubrimiento. Se observaron bandas de
absorción en el espectro, que corresponden a la presencia de grupos funcionales del
grupo hidroxilo, grupo carbonilo que pueden relacionarse con la presencia de éteres
aromáticos, aceites de silicona y grasas, alcohol, dióxido de titanio y ácidos
carboxílicos.
Figura 3.19 Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura tipo esmalte
Clase A.
88
Figura 3.20 Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento de
esmalte Tipo E, sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura 3.21 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
E1, sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
89
Figura 3.22 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
E1, sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
Figura 3.23 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
E1, sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
90
Los resultados muestran el decrecimiento de la altura de ciertos picos asociados a
grupos funcionales en el recubrimiento. Una excepción a esto es la banda ubicada a
1020cm-1 que se relaciona con el enlace carbono-oxígeno, la misma muestra un
aumento en su intensidad que puede observarse en las Figuras 3.20, 3.21, 3.22 y
3.23. La exposición a irradiación produce pequeños decrecimientos en los picos
significativos (alrededor de 1700cm-1, por ejemplo). Sin embargo, no hay cambios que
puedan considerarse significativos en los espectros para recubrimientos irradiados
en comparación con los de las placas control, por lo que puede hablarse de una buena
resistencia a condiciones ambientales por parte de este tipo de recubrimiento.
La disminución en la intensidad de ciertos picos junto con la variación en la línea
de fondo para cada espectro, se atribuye como en otros casos, a un efecto de la
pérdida de brillo en la superficie del recubrimiento. Adicionalmente esta pérdida de
brillo por parte de los recubrimientos irradiados pudo notarse mediante una
observación visual detallada de las superficies de los recubrimientos irradiados en
comparación con las placas control.31
3.4.3 Estudio de fotoestabilidad de recubrimientos
recubrimientos con
con pintura de tipo esmalte clase
B, según versiones E3 y E4, sometidos a humedad por inmersión y rocío.
Mediante la técnica de espectroscopia de reflectancia atenuada.
Los espectros para recubrimientos con esmalte clase B mostraron la presencia de
bandas asociadas a los mismos grupos funcionales que se identificaron en el espectro
de recubrimiento clase B, en la Figura 3.24 puede observarse con detenimiento el
espectro obtenido.
91
Figura 3.24 Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura esmalte
Clase B.
Figura 3.25 Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento de
esmalte Tipo E3, sometidas a humedad, sin irradiación.
92
Figura 3.26 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
E3, sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura 3.27 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
E3, sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
93
Figura 3.28 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte Tipo
E3, sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
En este caso, los espectros que se muestran en las Figuras 3.25, 3.26, 3.27 y 3.28
no presentan bandas adicionales a las observadas en los espectros para
recubrimiento clase A, lo que permite concluir en este aspecto, que la composición de
ambas calidades de recubrimientos es similar en cuanto a presencia de compuestos,
sin embargo no puede discutirse en lo que a proporción de éstos se refiere. De las
figuras anteriores puede extraerse la alta resistencia de este tipo de recubrimientos
a condiciones de intemperie y como única modificación, la pérdida de brillo q
experimentan por acción de la radiación a la que se exponen.31
3.4.4
Estudio de los cambios en los espectros, inducidos por la exposición a la luz y
el agua para recubrimientos con barniz, humedad por rocío y por inmersión.
El espectro IR del barniz transparente aplicado al panel que no se sometió a
ningún tipo de exposición, se muestra en la Figura 3.29. De éste puede extraerse que
las características de la superficie a la cual se aplicó este tipo de recubrimiento,
influyen modificando el espectro obtenido. Se hace esta afirmación debido a que se
94
obtuvieron alrededor de once espectros en total para este tipo de recubrimiento,
incluyendo el recubrimiento no irradiado, con resultados similares.
El espectro
revela que la madera y el barniz que se aplicó presenta una banda de absorción
alrededor de los 1700cm-1 que se asocia a la presencia de compuestos carboxílicos.
Figura 3.29 Espectro IR de la superficie del recubrimiento con barniz.
Figura 3.30 Espectros correspondientes a paneles control, con recubrimiento de
barniz, sometidas a humedad, sin irradiación.
95
Figura 3.31 Espectros correspondientes a paneles con recubrimiento de barniz,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura 3.32 Espectros correspondientes a paneles con recubrimiento de barniz,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
96
Figura 3.33 Espectros correspondientes a paneles con recubrimiento de barniz,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
Al observar la Figura 3.31 puede notarse un incremento de la intensidad de
banda entre 1735 y 1729 cm-1 que se debe principalmente al estiramiento del grupo
carbonilo de los grupos carboxílicos y acéticos presentes en el recubrimiento luego de
irradiación con luz UV, lo que indica un aumento de la concentración de estos grupos
que pueden derivarse de la celulosa de la madera en la cual se aplicó el
recubrimiento.32
Las bandas de absorción ubicadas entre 1510 y 1265cm-1 experimentan una
disminución en su intensidad (Figura 3.32 y 3.33) lo que puede indicar que ciertas
estructuras químicas presente en el recubrimiento y la madera fueron sujetas a
degradación fotoquímica.32
Puede concluirse gracias a estas observaciones, que la madera y esta clase de
recubrimiento son capaces de absorber luz y degradarse por acción de ésta. Estos
espectros
permiten
inferir
que
adicional
al
daño
experimentado
por
el
recubrimiento, el daño es capaz de penetrar este tipo de sustrato causando una
fotodegradación del mismo también.
97
3.5 Especificación de un protocolo
protocolo de oferta de servicio para diagnóstico
experimental de fotodesgaste de recubrimientos
recubrimientos con pintura a base de agua, a
base de aceite y barniz transparente
Para dar cumplimiento a uno de los objetivos de este trabajo de investigación, se
especifica a continuación un protocolo de oferta de servicio para diagnóstico de
fotodesgaste. El protocolo del servicio incluye tres módulos que se describen a
continuación y conforman la oferta de servicio:
3.5.1 Descripción del servicio
servicio
El servicio consiste en la evaluación del fotodesgaste del recubrimiento sobre
una superficie metálica. Para ello se incluye en el servicio la generación de la
superficie de recubrimiento,
experimentos de fotodesgaste considerando seis
variables, evaluación de las variables y cuantificación del deterioro, discusión de
resultados y conclusiones y entrega de informe. La evaluación del fotodesgaste se
realiza mediante condiciones simuladas haciendo uso de fotorreactores provistos de
lámparas para irradiación (UVA, UVB y Luz Visible). Todos los experimentos se
realizan en apego a las normas ASTM y considerando el correcto funcionamiento de
las cámaras de irradiación en concordancia con las especificaciones del ICH.
La evaluación del desempeño del recubrimiento se realiza por unidad de calidad
y color de pintura, lo cual se identifica como tipo de recubrimiento. Para cata tipo se
genera un set de experimentos que conforman el servicio.
Para cada tipo de recubrimiento se consideran las siguientes variables: dilución,
número de capas, humedad y tipo de radiación administrada en la cámara.
Los resultados que ofrece el servicio se traducen en un deterioro acelerado del
recubrimiento, que equivale a un fotodesgaste en condiciones de intemperie de un
máximo de seis días de exposición, equivalente a 12 horas diarias de radiación solar.
El informe final con las especificaciones mencionadas se entrega en un máximo
de 30 días hábiles.
98
3.5.2
Ejecución del Servicio
La determinación del fotodesgaste se realizará en el laboratorio de fotoquímica y
fotobiología de la USB, con el uso de cámaras de irradiación marca Luzchem modelo
LZC-ICH2 y el uso de equipos calibrados para medidas de grosor y masa. La
determinación a nivel molecular del daño superficial se realiza mediante la técnica
de IRTF. La determinación visual del deterioro del recubrimiento la realiza un
personal capacitado y entrenado para ello. Todas las determinaciones y
cuantificaciones del deterioro se realizan en comparación con patrones no expuestos
a la luz y la humedad. Las medidas se realizan por triplicado para cada variables
evaluada.
3.5.3
Informe.
El informe final se presenta mediante el uso de tablas en las cuales se
transcriben los valores asociados a los cambios de grosor, masa, adhesión, color,
integridad del recubrimiento y variación de la data asociada al análisis por
espectroscopia infrarroja( variación del contenido de agua en el recubrimiento,
alteración de componentes acrílicos y pigmentos, alteración del brillo). Se realiza un
análisis del deterioro de la pintura en correspondencia con la tipificación de la
misma
y se ofrecen recomendaciones sobre el uso del recubrimiento para un
desempeño óptimo. Tabla 3.9 Modelo de Planilla para resultados, interpretación y
discusión de los mismos
99
Figura 3.34 Modelo de planilla para ejecución del servicio para diagnóstico de
fotodesgaste de recubrimientos
100
C ONCLUSIONES
-Este trabajo ha permitido evaluar la capacidad del laboratorio de fotoquímica y
fotobiología de la USB, para la realización de pruebas de fotodesgaste simulado para
recubrimiento a base de agua, tipo esmalte y barniz. El laboratorio esta en
capacidad de realizar dicha evaluación.
-La técnica de IRTF mediante reflectancia atenuada utilizada en este trabajo ha
permitió relacionar el "deterioro" del recubrimiento con una variación en las
principales bandas de absorción del mismo. Sin embargo, la cuantificación de dicha
variación escapa del alcance de este trabajo.
-Se compararon los resultados obtenidos con los valores del fabricante,
verificándose que la pintura a base de agua, calidad A, resulta mayor resistente al
fotodesgaste que la pintura de calidad B.
-Para el caso de recubrimientos con barniz, la humedad es el factor más
importante a considerarse en el estudio del deterioro de este tipo de recubrimiento.
-La pintura a base de aceite es altamente resistente a condiciones de intemperie.
-La humedad sobre la superficie del recubrimiento es un factor contribuyente al
deterioro del mismo.
-La capacidad de adhesión del recubrimiento al sustrato puede verse altamente
modificada por acción de la radiación solar.
-La pérdida de brillo es un factor apreciable para los tres tipos de recubrimiento
detectada a través del uso de la técnica de espectroscopia infrarroja de reflectancia
atenuada. 31
-La prueba de absorción de agua para recubrimientos de esmalte y a base de
agua no permitió obtener resultados que puedan atribuirse directamente a una
modificación por acción de la radiación a la cual fueron expuestos estos
recubrimientos.
101
-La prueba de absorción de agua para recubrimientos con barniz no arrojó
resultados que permitan concluir acerca de una modificación en la superficie del
recubrimiento producto de la modificación del mismo.
-La repetibilidad de las pruebas es un factor a considerar para darle validez al
ensayo realizado, por ello, una vez finalizados los experimentos deben validarse con
la repetibilidad expresada en la norma ASTM correspondiente.
102
RECOMENDACIONES
Con el fin de aumentar la confiabilidad de los resultados de los protocolos
implementados, es recomendable:
-Continuar la implementación del protocolo para distintas marcas y colores de
recubrimientos.
-Realizar las pruebas no sólo sobre acero inoxidable, sino sobre otros sustratos,
ya que no siempre se usarán estas pinturas para recubrir acero.
-Ampliar el número de parámetros a evaluar, tales como intensidad de color y de
brillo,
modificaciones
a
nivel
molecular
e
identificación
del
material
de
recubrimiento perdido.
-Hacer uso de un equipo para la determinación del grosor de recubrimiento, que
permita medir la variación del mismo con mayor precisión.
-Se recomienda para el caso de los ensayos para recubrimientos con barniz,
cubrir el sustrato con el barniz por todas las caras para evitar así absorción de agua
durante la prueba final para medir cantidad de agua absorbida por acción de la
modificación de la superficie del recubrimiento.
-Se recomienda el uso de la técnica de IRTF por reflectancia atenuada para
realizar un rápido diagnóstico del deterioro de la pintura tanto a nivel cualitativo
como cuantitativo. En este último caso es necesario realizar estudios adicionales con
un mayor número de muestras para la calificación del daño a nivel molecular.
103
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internet:www.astm.org, consultado el 22 de marzo de 2011
Disponible
en
107
APÉNDICE
Figura A.1. Placas correspondientes a Experimento 1, para recubrimiento con
pintura a base de agua, una vez finalizado el ciclo de irradiación.
Figura A.2. Placas correspondientes a Experimento 3, para recubrimiento con
pintura a base de agua, una vez finalizado el ciclo de irradiación.
108
Figura A.3. Aparición de burbujas en las placas con recubrimiento de pintura a
base de agua, una vez sometidas a condiciones de humedad de inmersión.
Figura A.4. Agrietamiento presente en las placas con recubrimiento de pintura a
base de agua, producto de la exposición a condiciones de intemperie.
109
Figura A.5. Placas correspondientes a Experimento 1, para recubrimiento con
esmalte, una vez finalizado el ciclo de irradiación.
Figura A.6. Paneles de madera con recubrimiento de barniz, expuestos a
condición de intemperie con humedad rociada.
110
Figura. A.7. Cambio de color en panel sometido a Luz visible con respecto a panel
control.
Figura. A.8.
A.8 Cambio de color en panel sometido a UVB con respecto a panel
control.
111
Figura A.9. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento Tipo
P2, sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura A.10.
A.10. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P2,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
112
Figura A.11.
A.11. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P2,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
Figura A.12. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P2,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
113
Figura A.13. Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura Clase A
a 25% de dilución.
Figura A.14. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento
Tipo P3, sometidas a humedad, sin irradiación.
114
Figura A.15. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P3,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura A.16. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P3,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
115
Figura A.17. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo E3,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
Figura A.18. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento
Tipo E4, sometidas a humedad, sin irradiación.
116
Figura A.19. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo E4,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura A.20. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo E4,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
117
Figura A.21. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P4,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
Figura A.22. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento
Tipo P6, sometidas a humedad, sin irradiación.
118
Figura A.23. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P6,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura A.24. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P6,
sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
119
Figura A.25. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P6,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
Figura A.26. Espectro IR de la superficie del recubrimiento con pintura Clase B a
25% de diluición.
120
Figura A.27. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento Tipo
P7, sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura A.28. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P7,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
121
Figura A.29. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P7,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura A.30. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P7,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
122
Figura A.31. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento
Tipo P8, sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura A. 32. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P8,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
123
Figura A.33. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P8,
sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
Figura A.34. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P8,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
124
Figura A.35. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento de
esmalte Tipo E2, sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura A.36 Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte
Tipo E2, sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
125
Figura A.37. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte
Tipo E2, sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
Figura A.38. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de Tipo P8,
sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
126
Figura A.39. Espectros correspondientes a placas control, con recubrimiento de
esmalte Tipo E4, sometidas a humedad, sin irradiación.
Figura A.40. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento esmalte
Tipo E4, sometidas a humedad por rocío e inmersión y posterior irradiación.
127
Figura A.41. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte
de Tipo E4, sometidas a humedad por rocío y posterior irradiación.
Figura A.42. Espectros correspondientes a placas con recubrimiento de esmalte
Tipo E4, sometidas a humedad por inmersión y posterior irradiación.
128
Tabla A.1. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura clase A, sumergida en agua; en las versiones tipo P1, P2, P3 y P4 bajo
condiciones de irradiación UVA y UVB.
∆ea
∆masaib
∆masafc
Porcent.
Nivel
de
Cámara
Tipo
de
masa
Adhesiónd
(mm± 0,01)
(g ± 0,1)
(g ± 0,1)
perdidae
1
2
UVB
3
4
1
2
UVA
3
4
0,01
-0,0405
-0,0272
5
67%
0,01
-0,0414
-0,029
5
70%
0,00
-0,0644
-0,0036
5
6%
0,01
-0,0591
-0,0027
5
4%
-0,01
-0,0561
-0,0111
5
20%
0,00
-0,0418
-0,0065
5
16%
0,00
-0,0459
-0,0013
5
3%
0,00
-0,0528
-0,0012
5
3%
-0,01
-0,0253
-0,0552
5
>100%
0,00
-0,0392
-0,0329
5
84%
0,01
-0,0511
-0,0026
5
5%
0,00
-0,0587
-0,0082
5
14%
-0,01
-0,0437
-0,6015
5
>100%
-0,01
-0,0449
-0,2987
5
>100%
0,01
-0,05
-0,001
5
2%
0,00
-0,05
-0,0011
5
2%
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de irradiar (masa
con humedad- masa inicial)
a
b
Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de placa irradiadamasa de placa con humedad)
d Nivel de adhesión del recubrimiento al sustrato
c
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación. (
b−a
b
*100%)
129
Tabla A.2.
A.2. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura clase B, rociada con agua; en las versiones tipo P5, P6, P7 y P8 bajo
condiciones de irradiación UVA y UVB.
∆masaf
Porcent
Nivel
c
∆ea
∆masaib
aje
Cámara
Tipo
de
(mm±
(g ±
de masa
Adhesiónd
(g ± 0,1)
0,01)
0,1)
perdidae
5
6
UVB
7
8
5
6
UVA
7
8
0,00
-0,9736
-0,9569
5
98%
0,00
-0,4691
0,455
5
97%
-0,01
-0,0133
-0,0004
5
3%
-0,01
-0,0703
-0,0137
5
19%
0,00
-0,0161
0,00
5
0%
0,00
-0,003
-0,0099
5
>100%
0,00
-0,0035
0,0007
5
20%
0,01
-0,0276
-0,0166
5
60%
0,01
-1,0165
-1,0312
5
>100%
0,00
-0,53
0,5122
5
96%
-0,01
-0,0089
-0,0039
5
44%
-0,01
-0,0228
-0,0164
5
72%
0,01
-0,0167
-0,0291
5
>100%
0,00
-0,0095
-0,0062
5
65%
0,00
-0,0169
-0,0125
5
74%
0,00
-0,0190
-0,0176
5
93%
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de
irradiar (masa con humedad- masa inicial)
c Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de
placa irradiada-masa de placa con humedad)
d Nivel de adhesión del recubrimiento al sustrato
b−a
e Porcentaje de masa perdida durante la irradiación. (
*100%)
b
a
b
130
Tabla A.3. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura clase B, sumergida en agua; en las versiones tipo P5,P 6, P7 y P8 bajo
condiciones de irradiación UVA y UVB.
∆ea
∆masaib ∆masafc
Porcentaje
Nivel de
Cámara
Tipo
de masa
Adhesiónd
e
perdida
(mm± 0,01) (g ± 0,1) (g ± 0,1)
5
UVB
6
7
8
5
6
UVA
7
8
0,00
0,6037
-0,6769
3
>100%
0,003
2,4477
-2,5354
3
>100%
-0,007
1,8463
-1,8962
5
>100%
-0,007
1,7456
-1,7989
5
>100%
0,00
1,0625
-1,12
5
>100%
0,00
2,0918
-2,1494
5
>100%
0,00
0,0332
-0,0028
5
8%
0,00
0,0326
-0,0088
5
27%
0,00
2,8218
-2,9121
4
>100%
0,00
2,3497
-2,4366
5
>100%
0,01
0,1745
-0,24
5
>100%
0,01
3,0809
-3,1456
5
>100%
0,00
0,8324
-0,9037
4
108,53
0,00
2,4997
-2,5602
5
>100%
-0,003
0,0376
-0,0033
5
9%
0,007
0,0125
-0,0017
5
14%
a Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
b Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de
irradiar (masa con humedad- masa inicial)
c Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de
placa irradiada-masa de placa con humedad)
d Nivel de adhesión del recubrimiento al sustrato
b−a
e Porcentaje de masa perdida durante la irradiación. (
*100%)
b
131
Tabla A.4. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura de esmalte clase A, rociada con agua; en las versiones tipo E1 y E2,
bajo condiciones de irradiación UVA, UVB y Luz Visible.
∆ea
∆masaib
∆masafc
Nivel Porcentaje
Cámara
Tipo
de
(mm±
0,01)
(g ± 0,1)
(g ± 0,1) Adhesiónd
de masa
perdidae
0,01
-0,0066
-0,0027
3
41%
-0,06
-0,0122
-0,0029
0
24%
0,00
-0,0008
-0,0008
5
100%
0,00
-0,0106
-0,0106
2
100%
0,00
-0,0117
-0,0065
0
56%
0,03
-0,0069
-0,0036
0
52%
0,00
-0,0017
-0,0042
5
>100%
0,00
-0,0023
-0,0063
5
>100%
1
-0,02
-0,0001
-0,0065
5
>100%
2
0,00
-0,0001
-0,006
0
>100%
1
UVB
2
1
UVA
2
LUZ
VISIBLE
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de irradiar (masa
con humedad- masa inicial)
a
b
Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de placa irradiadamasa de placa con humedad)
d Nivel de adhesión del recubrimiento al sustrato
c
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación. (
b−a
b
*100%)
132
Tabla A.5. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura de esmalte clase A, sumergida en agua; en las versiones tipo E1 y E2,
bajo condiciones de irradiación UVA, UVB y Luz Visible.
∆ea
∆masaib
∆masafc
Nivel Porcentaje
Cámara
Tipo
(mm ±
(g ± 0,1)
de
de masa
Adhesiónd
perdidae
0,01)
(g ± 0,1)
0,00
-0,0006
-0,0079
4
>100%
-0,03
0,00
-0,0114
4
>100%
0,02
-0,01117
-0,0088
2
79%
-0,01
-0,0091
-0,0059
2
65%
-0,01
-0,0018
-0,0095
5
>100%
-0,01
-0,0067
-0,0116
4
>100%
0,01
-0,0088
-0,0069
5
78%
0,00
-0,0062
-0,0060
4
97%
1
0,01
-0,0044
-0,0117
5
>100%
2
-0,01
-0,0032
-0,008
4
>100%
1
UVB
2
1
UVA
2
LUZ
VISIBLE
a
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de
irradiar (masa con humedad- masa inicial)
b
Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de placa irradiada-masa de
placa con humedad)
c
d Nivel
de adhesión del recubrimiento al sustrato
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación.
(
b−a
b
*100%)
133
Tabla A.6. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura de esmalte clase B, rociada con agua; en las versiones tipo E3 y E4,
bajo condiciones de irradiación UVA, UVB y Luz Visible.
∆ea
∆masaib
∆masafb
Nivel Porcentaje
Cámara
Tipo
de
(mm ±
de masa
(g ± 0,1)
(g ± 0,1) Adhesiónd
0,02
-0,0014
-0,0044
5
>100%
-0,01
-0,0047
-0,0049
5
>100%
0,00
-0,0023
-0,004
5
>100%
-0,01
-0,0027
-0,0042
4
>100%
0,00
-0,0029
-0,008
5
>100%
-0,02
-0,0031
-0,0085
4
>100%
-0,01
0,0009
-0,0009
2
100%
0,00
-0,0028
-0,0025
0
89%
3
0,00
-0,0062
-0,0077
5
>100%
4
-0,03
-0,007
-0,0045
4
65%
0,01)
perdidae
3
UVB
4
3
UVA
4
LUZ
VISIBLE
a
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de
irradiar (masa con humedad- masa inicial)
b
Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de placa irradiada-masa de
placa con humedad)
c
d Nivel
de adhesión del recubrimiento al sustrato
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación.
(
b−a
b
*100%)
134
Tabla A.7. Variación de la masa, de grosor y adhesión de la capa de recubrimiento
para pintura de esmalte clase B, sumergida en agua; en las versiones tipo E3 y E4,
bajo condiciones de irradiación UVA, UVB y Luz Visible.
∆ea
∆masaib ∆masafc
Porcent.
Nivel de
Cámara
Tipo (mm ±
(g ±
de masa
Adhesiónd
0,01)
(g ± 0,1)
0,1)
perdidae
-0,01
-0,0096
-0,0184
2
>100%
0,00
-0,0123
-0,014
3
>100%
-0,02
-0,0128
-0,0063
5
49%
0,01
-0,0193
-0,0068
5
35%
0,02
-0,0083
-0,0092
5
>100%
0,02
-0,0111
-0,0113
5
>100%
-0,05
-0,0114
-0,0076
4
66%
0,03
-0,0133
-0,012
3
90%
3
0,01
-0,0095
-0,0125
5
>100%
4
0,00
-0,0169
-0,0093
5
55%
3
UVB
4
3
UVA
4
LUZ
VISIBLE
a
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
Variación de masa, una vez que la placa ha sido expuesta a humedad antes de
irradiar (masa con humedad- masa inicial)
b
Variación de masa, una vez que la placa ha sido sometida a radiación (masa de placa irradiada-masa de
placa con humedad)
c
d Nivel
de adhesión del recubrimiento al sustrato
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación.
(
b−a
b
*100%)
135
Tabla A.8. Variación de la masa y de grosor de la capa de recubrimiento para barniz,
rociada con agua, bajo condiciones de irradiación UVA, UVB y Luz Visible.
Porcentaje
∆masai b
∆masafc
Cámara
∆ea (mm ± 0,01)
de masa
(g ± 0,1)
(g ± 0,1)
perdidae
UVB
UVA
LUZ
VISIBLE
a
0,11
0,8926
-1,5208
>100%
0,11
0,9968
-1,3224
>100%
0,13
1,1038
-1,479
>100%
0,10
1,1019
-1,5796
>100%
0,07
1,0651
-1,4513
>100%
0,16
0,7794
-0,7103
91%
0,09
0,8698
-1,2711
>100%
0,08
0,9812
-1,5857
>100%
0,19
0,9818
-1,2984
>100%
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
b Variación
c Variación
de masa, una vez la placa ha sido expuesta a humedad
de masa, una vez la placa ha sido sometida a radiación
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación.
(
b−a
b
*100%)
136
Tabla A.9. Variación de la masa y de grosor de la capa de recubrimiento para barniz,
sumergida en agua, bajo condiciones de irradiación UVA, UVB y Luz Visible.
Porcentaje
∆masaib
∆masaf c
Cámara
∆ea (mm ± 0,01)
de masa
(g ± 0,1)
(g ± 0,1)
perdidae
UVB
UVA
LUZ
VISIBLE
a
0,60
20,56
-22,07
>100%
0,36
18,03
-16,42
91%
0,34
22,46
-18,75
83%
0,31
18,01
-16,77
93%
0,30
21,12
-20,06
95%
0,41
18,18
-17,23
95%
0,24
20,39
-17,62
86%
0,17
17,81
-17,23
97%
0,21
18,77
-16,31
87%
Variación del grosor del recubrimiento una vez finalizada la experiencia
de masa, una vez la placa ha sido expuesta a humedad
b Variación
c Variación
de masa, una vez la placa ha sido sometida a radiación
e Porcentaje
de masa perdida durante la irradiación. (
b−a
b
*100%)