Pintura Arquitectónica: Química Forense de Recubrimientos

Pintura arquitectónica
L (Brun-Conti) Bender, Centro Nacional de Laboratorios, Ammendale, MD, EE. UU.
Publicado por Elsevier Ltd.
Glosario
Recubrimiento Término genérico para pintura, laca, esmalte u otros
líquidos o licuables que se convierten en sólidos,
protectora o decorativa, o una combinación de estas
los tipos de películas secas finales después de la aplicación.
Polímero convertible Película en la que el polímero
sufre un cambio químico con el secado y no puede
disolver en el disolvente original.
Emulsión Los monómeros se dispersan en un disolvente inmisc
disolvente y la película resultante se forma a través de
Coagulación. Si el disolvente es agua, el recubrimiento es un látex; si
recubrimientos
el disolvente es otro distinto del agua, el recubrimiento es una
permanezcan en dispersión no acuosa (NAD).
Pigmento Partículas que aportan color, opacidad y efecto.
(brillo o lustre), a granel (pigmentos de relleno y extensores),
y otras propiedades físicas deseadas a la pintura. película
Las partículas de pigmento quedan suspendidas en su lugar en
película por la resina.
Muestra cuestionada: muestra de recubrimiento cuya
se desconoce su origen.
Resina o aglutinante Cualquier polímero que se disuelva o
suspendidos en un disolvente que puede convertirse en
película autosostenible.
Disolvente Líquidos volátiles de baja viscosidad utilizados en
permitiendo que el polímero, los pigmentos y otros componentes
permanecer en solución hasta que la pintura esté lista para ser
sustrato.
aplicada a un Esmalte Término que designa un recubrimiento pigmentado que forma una
Pigmentos suspendidos en un vehículo que imparte color. sistema
película duradera y brillante. Este término no se refiere a ningún
No contiene aglutinante.
de polímeros o disolventes en particular.
Barniz Recubrimiento transparente que contiene resinas y
Muestra conocida: muestra de recubrimiento de origen conocido.
aceites que Laca Recubrimiento transparente o coloreado que forma una película convertible mediante oxidación. película no
Vehículo: componentes líquidos de un recubrimiento.
convertible mediante evaporación.
En general, el vehículo está compuesto por el aglutinante
Polímero no convertible Recubrimiento que se puede disolver en
y de cualquier disolvente volátil, secante y otros
el disolvente original y forma una película por evaporación del
componentes. disolvente.
La parte no volátil se denomina vehículo
sólidos.
Pintura Comúnmente conocida como recubrimiento pigmentado.
A efectos de este artículo, se entiende por pintura arquitectónica cualquier
revestimiento que confiere color y/o protección a las superficies
(sustratos) de los edificios. Estos revestimientos pueden ser
pigmentados o transparentes. Las pinturas o revestimientos líquidos
pigmentados constan de tres componentes básicos: la resina o
aglutinante, la parte particulada (pigmentos colorantes y pigmentos
extensores) y los disolventes. La resina es la parte polimérica de la
pintura que forma la película. Los pigmentos que forman la parte
particulada de la pintura consisten en pigmentos orgánicos e
inorgánicos e es de color, así como pigmentos extensores. Los
pigmentos extensores no añaden color, sino que aumentan el
volumen de la pintura y también pueden conferirle propiedades
físicas (por ejemplo, resistencia de la película o resistencia al agua).
Los científicos forenses rara vez encuentran la parte solvente de la
pintura, pero es una parte integral de la formulación de la pintura.
Los solventes se utilizan para controlar el flujo de la pintura y la
velocidad de evaporación. También se pueden añadir aditivos a la
pintura, en forma de secantes, agentes antidescrepantes y agentes
matizantes, pero no son componentes necesarios para la formación
de la película.
Los sustratos como paneles de yeso, mampostería, hormigón, metal
y madera se encuentran generalmente en hogares y edificios. La
mayoría de estos sustratos deben imprimarse para prepararlos para el
recubrimiento con la capa superior. La capa de imprimación mejorará la
adhesión entre el sustrato y la capa superior. Las imprimaciones
también pueden sellar el sustrato (si es poroso), evitando el exceso de
humedad o sequedad.
250
Sustratos y sus imprimaciones y recubrimientos
adecuados
La tabla 1 enumera algunos sustratos que se encuentran habitualmente
en una estructura o edificio, junto con los recubrimientos e
imprimaciones recomendados para ellos. No se trata de una lista
exhaustiva y pueden darse variaciones en la práctica.
Disolventes
El primero de los tres componentes de los recubrimientos que se
examinarán en este artículo es el que los peritos forenses en pintura rara
vez encuentran: el disolvente. Sin embargo, las pinturas arquitectónicas
se dividen en dos categorías principales en función de los disolventes
que utilizan: «recubrimientos diluidos en disolvente» y «recubrimientos
diluidos en agua».
Los recubrimientos diluidos con disolventes se basan en resinas
solubles en disolventes orgánicos. Los recubrimientos de la tabla 1
que suelen estar fabricados con este tipo de resinas son alquídicos,
epoxi, barnices, lacas y poliuretanos. La formación de la película en
los recubrimientos diluidos con disolventes orgánicos se produce
por polimerización (alquídicos, epoxi, poliuretanos y barnices) y
evaporación (lacas). Los recubrimientos diluidos en agua consisten en
dos tipos de tecnología: un sistema de emulsión o látex y un sistema
basado en resinas solubles en agua. El único sistema diluido en agua
de la tabla 1 es el látex, y
Enciclopedia de Ciencias Forenses, Segunda Edición
Química/Trazas/Pintura y recubrimientos| Pintura arquitectónica
Tabla 1
sustratos
Sustrato
Ejemplos de recubrimientos e imprimaciones para diversos
251
CH3
CH2 =C
CO2 R
TŒpcŒat/prim9r
Paneles de yeso, placas de yeso Esmalte alquídico/esmalte alquídico o
sellador vinílico
Látex (acrílico, vinilo)/sellador vinílico
Carpintería (pigmentada
esmalte alquídico/imprimación
esmaltada o
recubrimiento)
mezcla de imprimación esmaltada y
esmalte alquídico (opcional)
Látex acrílico/imprimación esmaltada
Imprimación alquídica fenólica/esmalte diluido
Suelos de madera,
diluido
escalones o porches
Imprimación de látex acrílico/esmalte
(revestimiento
pigmentado)
Carpintería (revestimiento transparente)
Laca/sellador para
H
lijado de laca
CH
=C
2
Barniz/barniz diluido
CO2 R
Poliuretano/poliuretano diluido
Suelos de madera (revestimiento transparente)Poliuretano
Esmalte alquídico/esmalte alquídico o sellador vinílico
Mampostería, yeso, ladrillo
o bloque de hormigón
Látex acrílico/esmalte alquídico o sellador vinílico
Suelos de hormigón
Esmalte alquídico fenólico/esmalte
alquídico diluido Látex acrílico
Epoxi de dos componentes
Fuente: Weismantle GE (ed.) (1981) Paint Handbook. Nueva York: McGraw-Hill book
Company.
la resina formadora de película en la solución), la volatilidad (la
rapidez con la que se evapora el disolvente), el olor y la toxicidad.
La velocidad de evaporación, las propiedades de fluidez y la
viscosidad se tienen en cuenta a la hora de formular un
recubrimiento. Algunos ejemplos de disolventes son los disolventes
de hidrocarburos (derivados del petróleo y del alquitrán de hulla y
compuestos principalmente por carbono e hidrógeno), los
disolventes de terpenos (obtenidos de los pinos), los disolventes
oxigenados (que contienen oxígeno junto con carbono e hidrógeno) y el
agua. Todos los disolventes mencionados (excepto el agua) están
considerados compuestos orgánicos volátiles (COV) por la Agencia de
Protección Ambiental (de Estados Unidos) y, por lo tanto, están
regulados. Por lo tanto, los fabricantes de pinturas y recubrimientos se
esfuerzan por formular pinturas que minimicen el contenido de COV
de sus productos.
Resina o aglutinante: la parte de la pintura que forma la
película
La parte de resina de la pintura confiere propiedades a la película final,
como la resistencia a los ácidos, álcalis, disolventes, agua o cualquier
otro material que pueda dañar la superficie del recubrimiento. También
es el componente que aporta la mayoría de las propiedades físicas,
como la dureza, la flexibilidad, la adhesión, la resistencia a la abrasión
y la facilidad de limpieza. Además, la resina une las partículas
(pigmentos de color y pigmentos extensores) en su lugar. En los
recubrimientos arquitectónicos, la proporción de aglutinante y
pigmento afecta al brillo del recubrimiento. Las pinturas para interiores
se presentan en acabados brillantes, semibrillantes y mates, en función
de las propiedades de reflexión de la luz de la pintura. En
-H
ácido metacrílico
-CH3
Metacrilato de metilo
-CH2 CH3
Metacrilato de etilo
-CH2 CH2 CH2
CH3
Metacrilato de butilo
Metacrilato de hidroxietilo
-CH2 CH2 OH
R=
-H
Ácido acrílico
-CH3
Acrilato de metilo
H
CH2 =C
La película se forma por coagulación. La química de la formación de la
película se analiza más adelante en el artículo.
La función principal de los disolventes en la pintura es mantener las
resinas formadoras de película, los pigmentos y cualquier otro aditivo
en forma líquida para que el recubrimiento pueda aplicarse a una
superficie con una brocha, un rodillo, un guante o un dispositivo de
pulverización. Los disolventes se
se eligen en función de su solvencia (la capacidad de disolver
R=
Acrilonitrilo
CN
H
CH2 =C
Estireno
Figura 1 Monómeros basados en ácidos acrílicos y metacrílicos.
Un acabado brillante tiene una proporción de aglutinante y pigmento
mayor que un acabado semibrillante, y una pintura semibrillante tiene
una proporción de aglutinante y pigmento mayor que una pintura mate.
La película de pintura brillante es dura, resistente a las marcas, fácil de
limpiar y refleja la luz. Sin embargo, la adhesión de cualquier
recubrimiento posterior sobre una superficie brillante será mínima; por
lo tanto, el recubrimiento brillante deberá imprimarse o lijarse, o ambas
cosas, para lograr la adhesión entre los recubrimientos. La pintura
semibrillante tiene un poco más de pigmento que la pintura brillante,
por lo que la luz se refleja en direcciones ligeramente diferentes, lo que
le da a la película un aspecto sedoso. En una pintura mate, muchas de
las partículas de pigmento se extienden más allá de la superficie de la
película, lo que provoca una reflectancia difusa y la ausencia de brillo.
La adherencia entre la película mate y cualquier recubrimiento posterior
será buena, lo que excluye la necesidad de una imprimación adicional.
A continuación se enumeran las resinas que se encuentran en los
recubrimientos arquitectónicos.
Acrílico
Las resinas acrílicas son polímeros fabricados a partir de monómeros
basados en ácido acrílico y/o metacrílico (Figura 1). Los grupos
funcionales confieren las propiedades deseadas (dureza, flexibilidad,
resistencia al rayado, etc.) a la película final (Tabla 2). Las resinas
acrílicas se utilizan en recubrimientos arquitectónicos principalmente
en forma de emulsiones en agua o pinturas de látex. Los monómeros se
introducen en el
Química/Traza/Pintura y recubrimiento| Pintura arquitectónica
c
o
c
o
c
o
Acrilatos, metacrilatos
Estireno, metacrilato de metilo
Acrilonitrilo, metacrilamida
Estireno, componentes aromáticos
Acrilato de etilo, butilactilato
Acrilonitrilo, metacrilato
Estireno, metacrilato de metilo
Estireno, viniltolueno
CH2
Durabilidad exterior
Dureza
Resistencia al mar
Brillo
Retencion del color
Flexibilidad
Resistencia a los disolventes
Resistencia al agua
o
MŒfiŒm9rS
CH
Película prŒp9rti9S
o
Ejemplos de monómeros y sus efectos en la formación de películas
o
Tabla 2
H2 C
252
Figura 2 Triglicérido.
CH2 OH
Fuente: Allyn G (1971) Acrylic Resins. Filadelfia, Pensilvania: Federación de Sociedades
para la Tecnología de la Pintura.
CH2
O
emulsiones utilizando dos métodos diferentes: el método redox y el
método de reflujo. En el método redox, se colocan el agua, los
emulsionantes y los monómeros en un reactor. El aire del reactor se
a continuación se desplaza con un gas inerte y se añaden los
iniciadores y los agentes reductores, lo que da lugar a una reacción
vigorosa. El método de reflujo comienza colocando en el reactor una
parte del agua que contiene los emulsionantes y los iniciadores, que
luego se calienta a una temperatura cercana a la temperatura de
reacción. A continuación, se añaden los monómeros, junto con la
cantidad restante de agua, al reactor y se lleva la solución a la
temperatura de reacción.
La formulación del recubrimiento en emulsión comienza con la
dispersión de los pigmentos en agua. A continuación, se añade la emulsión
de resina acrílica con los aditivos necesarios. Los pasos finales
incluyen el tintado y la prueba de la película acabada. Las resinas
acrílicas pueden modificarse mezclándolas con otras resinas para
conferir propiedades adicionales al recubrimiento final. Por ejemplo,
se puede añadir una emulsión alquídica a una emulsión acrílica para
mejorar la adhesión y la humectación sobre una superficie calcárea, así
como la adhesión entre capas entre la capa superior y la imprimación.
CH2 OH
CH2 OH
etilenglicol
CH2
CH2 OH
Dietilenglicol
Figura 3 Ejemplos de polioles con diferentes longitudes entre los grupos
hidroxilo.
Aceites vegetales; el aceite de soja es el más utilizado. Se pueden
utilizar aceites de pescado y, ocasionalmente, se emplean colofonias
para mejorar la dureza. Algunos recubrimientos que contienen resinas
alquídicas de aceite corto deben hornearse para formar una película
sólida. En los recubrimientos arquitectónicos, la resina alquídica debe
curarse mediante secado al aire y oxidación; por lo tanto, se utilizan
resinas alquídicas de aceite medio y largo para este fin.
El ácido ortoftálico se utiliza principalmente como ácido
polibásico, y normalmente en forma de anhídrido (anhídrido ftálico).
Se añade ácido isoftálico para aumentar la resistencia química, lo que da
como resultado un secado más rápido y una mayor dureza en la
película final. Se pueden añadir pequeñas cantidades de ácidos
dibásicos alifáticos más largos para aumentar la flexibilidad (Figura
4).
Alquídicos
Las resinas alquídicas son un segmento de una gran clase de polímeros
conocidos como poliésteres. Los poliésteres son, técnicamente,
cualquier polímero producido por monómeros de éster. Los alquídicos
son poliésteres que contienen aceites secantes y se forman con tres
componentes básicos: ácidos grasos, polioles y ácidos dibásicos. Los
triglicéridos (aceites que consisten en 3 moles de ácido graso
monobásico y 1 mol de glicerol) pueden sustituir al poliol y al ácido
graso (Figura 2).
Otros polioles distintos del glicerol son el etilenglicol (dos dOH),
el pentaeritritol (4 dOH) y el sorbitol (6 dOH). La elección de los
polioles afectará al grado de ramificación del polímero resultante.
Además, la distancia entre los grupos hidroxilo influirá en la
flexibilidad de la película resultante. Por ejemplo, un polímero que
utilice dietilenglicol producirá un recubrimiento más flexible que uno
que utilice etilenglicol (Figura 3).
Los ácidos grasos o aceites utilizados tienen un efecto
significativo en el curado y las propiedades físicas de la película
final (Tabla 3). Cuanto más insaturado es el ácido graso, menos
tiempo tarda en secarse el recubrimiento. Los alquídicos se
clasifican según el porcentaje de ácido graso presente en la resina. Los
alquídicos de aceite corto contienen un< del 30 % de ácidos grasos, los
de aceite medio entre un 45 y un 55 %, y los de aceite largo un> e
del 55 %. La mayoría de los ácidos grasos proceden de
Uretano
Los recubrimientos de uretano proporcionan una película muy duradera
y se utilizan principalmente en recubrimientos arquitectónicos para
suelos. La película se forma mediante la reacción de isocianatos y un
compuesto que contiene un protón activo (Figura 5). Cuando los dos
componentes se mantienen separados, se denomina sistema «de dos
componentes». Cuando se combinan, la reticulación comienza
inmediatamente; por lo tanto, solo deben mezclarse justo antes de su
aplicación. También existe un sistema de uretano «de un solo
componente» más práctico. Uno de estos sistemas utiliza la humedad
atmosférica, que reacciona con el terminal N]C]O para formar un
dNH₂, que actúa como catalizador, continuando así la reacción. El otro
sistema de uretano de un solo componente utiliza monómeros de
isocianato bloqueados; sin embargo, este sistema requiere el horneado
de la película, por lo que no se trata en este artículo.
Resinas vinílicas
Las resinas de vinilo se encuentran en los recubrimientos
arquitectónicos en forma de pinturas de emulsión diluidas en agua o
pinturas de látex. Suelen presentarse en forma de polímeros compuestos
por acetato de vinilo, cloruro de vinilo o un copolímero de ambos. Los
polímeros de vinilo están formados por monómeros que
Química/Trazas/Pintura y recubrimientos| Pintura arquitectónica
253
Tabla 3
Ejemplos de aceites, su grado de insaturación (determinado por su «índice de yodo», un método para determinar la cantidad de hidrógeno
necesaria para convertir cada uno de ellos de una grasa insaturada a una saturada) y las propiedades resultantes de la película.
Grasa Œr Œil
D9gr99 Œf ufiSaturatiŒfi (iŒdifi fiumb9r)
Sp99d Œf dryifig
NŒfi-y9llŒwifig Œfi agifig
GlŒSS
Aceite de linaza
Aceite de tung
Aceite de soja
Aceite de girasol
Aceite de semilla de
algodón
173–201
170
137–143
119–135
108-110
Excelente
Excelente
Bueno
Excelente
Aceptable
Deficiente
Deficiente
Bueno
Excelente
Excelente
Regular
Aceptable
Excelente
Bueno-excelente
Bueno-excelente
Información recopilada a partir de apuntes de clase del curso «Composición básica de recubrimientos» de la Universidad de Missouri-Rolla.
O
CH3
O
H2 C
O
CH2
CH2
Cl
HO
C
OH
CH3
O
Epiclorohidrina
Anhídrido ftálico CO2 H
Bisfenol A
Figura 7. Monómeros primarios utilizados en la polimerización de resinas
epoxi.
CO2 H
Estireno-butadieno
El copolímero de estireno-butadieno se encuentra en recubrimientos de
látex o emulsión utilizados principalmente para pinturas arquitectónicas
de interiores debido a su tendencia a la oxidación, que hace que la
película se vuelva quebradiza. Los recubrimientos de estirenobutadieno han perdido cuota de mercado en los últimos años, a pesar de
que suelen ser menos costosos que las pinturas de látex vinílico o
acrílico.
Ácido isoftálico
HO2 C(CH2 )4 CO2 H
Ácido adípico
Figura 4. Forma anhidra del ácido ortoftálico (anhídrido ftálico) y otros
ácidos polibásicos.
Epoxi
H
R
N C O
R'
OH
R
N
C
O
R'
O
Isocianato
Proton activo
Uretano
Figura 5. Estructura del isocianato y un protón activo que forman el
uretano resultante.
Las resinas epoxi tienen un uso limitado en pinturas arquitectónicas,
pero se utilizan en aplicaciones que requieren resistencia química. Las
dos resinas epoxi principales son las resinas epoxi de éter glicidílico
y las olefinas epoxidadas; la primera se utiliza principalmente en la
industria de los recubrimientos. Los éteres glicidílicos epoxidados,
basados en bisfenol A y un compuesto que contiene un anillo de
oxirano, normalmente epicloro
La rohidrina es el más destacado de esta categoría y se polimeriza
mediante una reacción de condensación (Figura 7). Las olefinas
epoxidas tienen una resistencia química inferior y, por lo tanto, no se
utilizan para recubrimientos.
H
Cloruro de vinilo H2
Barnices, lacas y goma laca
C
Cl
H
Acetato de vinilo H2
C
O
C
O
Figura 6
vinílicas.
Monómeros primarios utilizados en la polimerización de resinas
contienen un grupo vinilo (-C=C-); por lo tanto, un polímero acrílico es
técnicamente un polímero vinílico. Sin embargo, los polímeros
vinílicos se definen principalmente como el producto de la
polimerización del cloruro de vinilo y/o el acetato de vinilo (Figura 6).
Los términos «barniz» y «laca» se han utilizado indistintamente a lo
largo de la historia. Para minimizar la confusión, cada uno se describe
en función de sus componentes y propiedades de curado. Un barniz está
compuesto por resina, aceite y disolvente. Anteriormente denominados
barnices oleorresinosos, los barnices son convertibles y no pueden
volver a disolverse con el disolvente original. La película se forma por
oxidación si se deja secar al aire, o puede hornearse para obtener una
película más dura, resistente y resistente a los disolventes. La dureza de
la película final depende de la resina y del aceite. Los aceites se
clasifican en aceites blandos (dobles enlaces aislados, como los aceites
de linaza y cártamo) y aceites duros (que contienen dobles enlaces
conjugados, como los aceites de tung y oiticia). Las resinas pueden ser
naturales, como la colofonia, o sintéticas, como el producto de la
reacción del fenol y el formaldehído.
254
Química/Traza/Pintura y recubrimiento| Pintura arquitectónica
Las lacas están hechas de resinas no convertibles (pueden volver a
disolverse en un disolvente), como la nitrocelulosa y un disolvente. Las
lacas también pueden ser transparentes o pigmentadas. Otras resinas
utilizadas en las lacas son la etilcelulosa, el acetato butirato de celulosa
y ciertos copolímeros de vinilo. Los recubrimientos que utilizan el
término «barniz al alcohol» son lacas.
La goma laca es generalmente una laca transparente que se
obtiene disolviendo las secreciones del insecto lac en alcohol. Se
cura por evaporación (recubrimiento no convertible) y, por lo tanto,
no debe utilizarse en lugares donde pueda estar expuesta al alcohol.
Pigmentos
Los pigmentos aportan color, añaden volumen a la pintura líquida o
confieren una cualidad física deseada a la película final. Sin
embargo, no todos los recubrimientos contienen pigmentos. Los
recubrimientos incoloros se utilizan para proteger el sustrato y suelen
añadir algún tipo de acabado reflectante (alto brillo, bajo brillo, mate) a
la superficie. Los pigmentos consisten en partículas que se
introducen en la pintura incorporándolas primero a una resina y/o
disolvente adecuado denominado «dispersión de pigmentos». La
dispersión del pigmento es necesaria para separar las partículas
agregadas y aglomeradas del pigmento y dispersarlas en la
resina/disolvente elegido mediante el uso de un molino (molino de
bolas, molino de tres rodillos o molino Netzsch) o la acción de
cizallamiento de una cuchilla giratoria especializada. Este proceso
estabiliza el pigmento en el sistema de resina resultante, evitando así
la reagregación, la floculación (formación de reagregaciones sueltas de
pigmentos) y la sedimentación de las partículas de pigmento.
Además, este proceso reduce el tamaño de las partículas de
pigmento para que sea e mente menor que el espesor final de la
película. Si el tamaño de las partículas de pigmento es mayor que el
espesor de la película, las partículas de pigmento sobresaldrán de la
película. En algunos casos (como en recubrimientos planos o
imprimaciones), la protuberancia del pigmento es una cualidad
deseada, ya que permite un acabado mate y/o una mejor adhesión de los
recubrimientos posteriores. La protuberancia del pigmento en películas
planas e imprimaciones es un resultado deliberado conseguido por el
formulador del recubrimiento; se debe a la proporción de resina y
pigmento y no necesariamente al tamaño de las partículas de pigmento
resultante de una dispersión inadecuada del pigmento.
Los pigmentos que se utilizan en los recubrimientos arquitectónicos
incluyen pigmentos blancos y negros, pigmentos de color absorbentes y
pigmentos extensores.
Pigmentos blancos y negros con poder cubriente
Un aspecto importante de los recubrimientos de color es que ocultan el
color anterior o cualquier imperfección visual (como dos colores
diferentes) que se produzca en la capa inferior. Los pigmentos
utilizados para realizar esta función se denominan «pigmentos
ocultantes». Los pigmentos ocultantes son principalmente blancos y
negros; sin embargo, se utilizan pigmentos de color en recubrimientos
de tonos oscuros, como se explica a continuación.
Los pigmentos blancos cubrientes están compuestos por dióxido de
titanio y, en menor medida, óxido de zinc. Existen tres tipos de cristales o
polimorfos de dióxido de titan : anatasa, brookita y rutilo. La
anatasa y la brookita no son formas estables, y el suministro natural
de brookita no es abundante. Además, la forma anatasa solo tiene
aproximadamente el 75 % de la capacidad cubriente de la forma
rutilo y tiende a enblanquearse o degradarse con la exposición a la
radiación ultravioleta. La forma rutilo es el pigmento blanco principal
en pinturas debido a su coste, capacidad de ocultación y resistencia al
blanqueo. La capacidad de la forma rutilo para actuar como un
excelente pigmento de ocultación se debe a su alto índice de refracción
(niso~ 2,7).
El otro pigmento blanco opaco que se utiliza actualmente, el
óxido de zinc, solo tiene aproximadamente un 15 % del poder
cubriente del dióxido de titanio rutilo y tiene un precio más elevado. Sin
embargo, se utiliza para ayudar a reducir el caleo, prevenir el
crecimiento de moho, mejorar la retención del color y añadir dureza a
la película final.
Cabe señalar que, aunque actualmente el dióxido de titanio y el
óxido de zinc se utilizan casi exclusivamente como pigmentos
blancos, no siempre ha sido así. Los edificios más antiguos pueden
haber sido pintados con revestimientos que utilizaban pigmentos blancos
que contenían plomo, como carbonato básico de plomo, sulfato básico
de plomo y fosfato dibásico de plomo. Otros pigmentos blancos para
pintura arquitectónica que no se utilizan habitualmente son el
trióxido de antimonio, el sulfuro de zinc y el litopón (una mezcla de
dióxido de titanio y sulfato de bario). Los pigmentos negros se
fabrican mediante diversas técnicas. Los pigmentos que tienen
mayor poder cubriente y fuerza tintórea (se necesita menos
pigmento para impartir color) son el negro de horno y el negro de
canal. El negro de horno se produce inyectando un aceite con un alto
contenido aromático en una cámara refractaria caliente (~ 2600◦ F).
Las minúsculas partículas de carbono producidas se pasan a
continuación por una zona de enfriamiento y se recogen. El negro de
canal se produce quemando gas natural e incidiendo la llama sobre
una superficie metálica. Otros pigmentos negros utilizados para teñir
o añadir propiedades mecánicas/químicas a la pintura son el grafito,
Negros óseos, vegetales, minerales y óxidos de hierro.
Pigmentos de color
Los pigmentos de color son de dos tipos: orgánicos e inorgánicos.
Los pigmentos orgánicos son más brillantes, puros y ricos en color
que los inorgánicos; sin embargo, son más susceptibles al daño por
radiación ultravioleta, al daño químico y a la pérdida de color.
Además, los pigmentos orgánicos son translúcidos y, por lo tanto, no
aumentan el poder cubriente de la pintura. Los pigmentos
inorgánicos se consideran pigmentos cubrientes o semicubrientes y
son de bajo precio. Sin embargo, los colores de los pigmentos
inorgánicos tienden a ser terrosos y turbios.
Los colorantes en los recubrimientos arquitectónicos se clasifican
además en «tonos claros» y «tonos oscuros». Los recubrimientos de tonos
claros se elaboran a partir de una base de dióxido de titanio y utilizan
una pasta colorante para conferirles sutiles diferencias de color. Casi
cualquier pigmento adecuado para una pintura arquitectónica puede
utilizarse para teñir un recubrimiento de tonos claros. En los
recubrimientos de tono oscuro, el pigmento principal es otro distinto
del dióxido de titanio. Por ejemplo, una pintura de tono azul oscuro
puede tener como pigmento principal el azul ftalocianina. Cabe
señalar que los pigmentos adecuados para recubrimientos interiores no
tienen por qué serlo para recubrimientos exteriores. El análisis de estas
diferencias queda fuera del alcance de este artículo. Véase la tabla 4
para ver ejemplos de pigmentos en recubrimientos arquitectónicos.
Pigmentos extensores
Los pigmentos extensores se añadían inicialmente a las pinturas para
aumentar su volumen o masa y, por lo tanto, reducir el coste, ya que los
pigmentos extensores son menos costosos que los pigmentos de color.
Sin embargo,
Química/Trazas/Pintura y recubrimientos| Pintura arquitectónica
Tabla 4
Ejemplos de pigmentos utilizados en revestimientos
arquitectónicos
CŒlŒr
OH
OH
Weismantle GE (ed.) (1981) Paint Handbook. Nueva York: McGraw-Hill book Company.
Se descubrió que algunos pigmentos extensores aportan ciertas
cualidades deseables a la película final. A continuación se enumeran
algunos de los pigmentos extensores más comunes que se encuentran
en las pinturas para arquitectura:
Carbonato de calcio (calcita) y carbonato de magnesio y calcio
(dolomita): Estos pigmentos extensores se conocen comúnmente
como piedra caliza y pueden presentarse en una variedad de
tamaños de partículas y tratamientos superficiales. Se pueden
utilizar para controlar el grado de fluidez, el grado de aplanamiento
y la retención del tinte. Dado que su pH natural se encuentra entre 9
y 10, se debe tener cuidado si se introduce un componente ácido en
el recubrimiento. La calcita y la dolomita también actúan como
retardantes del fuego.
Silicato de magnesio (talco): El talco proporciona una suspensión
beneficiosa para otros pigmentos, evitando así la sedimentación.
También aumenta la viscosidad de los recubrimientos de látex,
afecta al brillo de la pintura y proporciona un excelente brillo.
Silicato de aluminio (caolinita): La kanolita mejora la «capacidad de
fregado» y la eliminación de manchas gracias a su microestructura
laminar. La caolinita también mejora la fluidez y la nivelación, y
contribuye al poder cubriente en seco (la capacidad del pigmento
para ocultar la capa anterior en la película seca debido a la
diferencia de refracción entre el pigmento y la resina).
Silicato de aluminio y potasio (mica): La microestructura laminar de la
mica hace que se desprenda o «quede plana» en los recubrimientos, lo
que refuerza y fortalece el recubrimiento. Las láminas de mica
también forman una barrera contra la humedad y ayudan a
minimizar el agrietamiento y el craqueo en la película final.
Sílice amorfa: Se utiliza por su marcado efecto matizante y su
contribución al flujo tixotrópico.
Silicato de calcio (wollastonita): La wollastonita mejora la fluidez tras la
aplicación, lo que garantiza una película seca uniforme. También
aumenta la durabilidad de la pintura seca y la estabilidad de la
pintura húmeda.
Aplicación de recubrimientos y formación de película
Las pinturas y recubrimientos arquitectónicos se aplican normalmente
sobre un sustrato con una brocha o un rodillo. En ocasiones, la pintura
se pulveriza o se aplica con un guante o un paño. También se pueden
utilizar herramientas de texturizado, como paños de diferentes texturas,
esponjas, cepillos de cerdas, etc.
El recubrimiento líquido se convierte en una película sólida por
evaporación, polimerización o coagulación (polimerización por
adición). La película debe formarse en condiciones ambientales, ya
que generalmente no hay forma de hornear la superficie a una
temperatura más alta.
OH
CH2 OH
Pigm9fit
Rojo
Rojo toluidina, óxido de hierro rojo, rojo quinacridona, rojo
litol Naranja
Naranja cromo, naranja molibdato, naranja
dinitroanilina
Amarillo Amarillo cromo, amarillo Hansa, amarillo cadmio, óxido de
hierro Verde
Verde cromo, verde ftalocianina, verde óxido de
cromo Azul
Azul de hierro, azul ftalocianina, azul molibdato
Negro
Ver texto
Blanco
Véase el texto
OH
255
+
CH2
+ H(2) O
Figura 8. Ejemplo de polimerización por condensación.
Evaporación
La formación de una película por evaporación es simplemente la acción
del disolvente al evaporarse y dejar atrás la resina y los pigmentos para
formar la película. El uso de un disolvente concreto en un sistema de
resinas no solo se basa en la velocidad de evaporación del disolvente,
sino también en la capacidad de la resina o el polímero para disolverse
en él (solvencia), en su olor y en su toxicidad. Si un disolvente tiene
una solvencia y una fluidez excelentes, pero es muy tóxico, es evidente
que no puede tenerse en cuenta. Si el olor es especialmente fuerte o
persistente, su uso en revestimientos arquitectónicos para interiores
puede ser inaceptable. La velocidad de evaporación determinará la
fluidez del recubrimiento sobre el sustrato y la rapidez con la que se
seca para formar la película. Por esta razón, se puede utilizar una
combinación de disolventes, incluyendo un disolvente de evaporación
más lenta para ralentizar el tiempo de secado, lo que permite que el
recubrimiento forme un acabado más suave. Se añadirá un disolvente
de evaporación más rápida para evitar que el recubrimiento se
descuelgue o se «desgarre» en superficies verticales. Por regla general,
una resina polar será más compatible con un disolvente polar; por lo
tanto, la polaridad de la resina y el disolvente debe ser coherente. Las
lacas utilizan la evaporación para la formación de la película.
Polimerización por condensación y oxidación
La polimerización de la película se produce cuando los polímeros
del aglutinante o la resina de la pintura se reticulan para formar un
recubrimiento convertible. Esto se produce en los recubrimientos
arquitectónicos como polimerización por condensación u oxidación.
Otro tipo de polimerización, la polimerización por adición, se
produce con polímeros acrílicos y vinílicos durante la coagulación
del sistema de recubrimiento en emulsión y se trata en la siguiente
sección. Los polímeros de condensación forman subproductos como
agua, dióxido de carbono o gas hidrógeno cuando los monómeros se
polimerizan (Figura 8). Las resinas de uretano y epoxi forman
películas mediante polimerización por condensación.
La oxidación se produce en sistemas de resinas que contienen
aceites, concretamente barnices y alquídicos. Los aceites de estos
sistemas se clasifican en secantes, semisecantes y no secantes. El grado
de secado está relacionado con el grado de insaturación del aceite
(Tabla 3). La conjugación de los dobles enlaces también influye en la
capacidad de secado del aceite. Sin embargo, para facilitar y acelerar el
proceso de secado, se pueden añadir «secantes». Los secantes son
jabones de metales pesados de ácidos orgánicos. Se cree que el
mecanismo de oxidación se produce cuando se forman hidroperóxidos
en los dobles enlaces, creando radicales libres (Figura S). Los secantes
ayudan a catalizar la descomposición del hidroperóxido a un estado de
radical libre.
Coagulación o polimerización por adición
Este tipo de formación de película se produce en sistemas que implican
tecnología de emulsiones. En una emulsión, las partículas de los
monómeros se dispersan en un líquido (fase continua) en el que
256
Química/Traza/Pintura y recubrimiento| Pintura arquitectónica
CH2
H
C
H
C
CH2
H
C
C
*
O
+ O2 →
R
C
O
O
O
R•+ H2
O
Hidroperóxido
R
2R• + 2 CO(2)
C
C
R
Cl
Figura 10
H
H
C
C•
H
Cl
H
O
*
C
Ejemplo de coagulación o polimerización por adición.
Figura 9. Formulación de un hidroperóxido.
No son miscibles. En lo que respecta a las pinturas arquitectónicas, el agua
es la fase continua. Para evitar que las fases inmiscibles se separen,
se añaden emulsionantes. La coagulación se basa en la
polimerización por adición y se produce cuando se forma un radical
libre, que inicia y propaga la polimerización sin crear subproductos
(figura 10). La polimerización se inicia en la fase acuosa. Un radical
en crecimiento (polimerización por adición) precipita en una micela
que contiene monómeros y continúa polimerizándose, siendo
reabastecido con monómeros adicionales por difusión desde la
solución de emulsión. Las películas de látex acrílico y vinílico se
curan mediante coagulación o polimerización por adición- .
Aditivos
Como se ha mencionado anteriormente, se añaden secantes, en forma
de jabones de metales pesados, a los polímeros que contienen aceite
para facilitar la formación de polímeros. A continuación se enumeran
algunos de los aditivos que se añaden a los recubrimientos
arquitectónicos:
Agentes antidesposicionales: se utilizan para evitar que los pigmentos se
depositen o se separen del vehículo en el recubrimiento húmedo. El
silicato de magnesio (también conocido como talco y considerado
un pigmento extensor) es un ejemplo de agente antidesposicional.
Agentes antiesquamantes: Se utilizan para evitar la oxidación
prematura de la película húmeda, que provoca la formación de una
«piel» en la superficie. La metiletilcetoxima y la butiraldoxima son
ejemplos de agentes antiesquamantes.
Antifúngicos: Los antifúngicos se utilizan para prevenir el crecimiento
de moho en la superficie de la pintura. El pigmento blanco óxido de
zinc se utiliza para este fin.
Agentes matizantes: Los agentes matizantes se utilizan para reducir el
brillo de una película acabada. Los pigmentos extensores, como la
sílice amorfa y el talco, son ejemplos de agentes matizantes.
Agentes coalescentes: Se utilizan en películas de látex para suavizar y
solubilizar parcialmente las partículas de látex, lo que facilita el
proceso de coagulación para formar una película casi continua. El
butilcelosolve y el butilcarbitol son ejemplos de agentes
coalescentes.
S99 alSŒ: Química/Trazas/Pintura y recubrimientos: Pintura para
automóviles; Análisis forense de pintura; Interpretación de pruebas de pintura;
Química/Trazas/Pruebas de trazas: Microquímica.
Lecturas adicionales
Allen RA (1981) Epoxy Resins in Coatings. Filadelfia, Pensilvania: Federación de Sociedades para
la Tecnología de la Pintura.
Allyn G (1971) Resinas acrílicas. Filadelfia, Pensilvania: Federación de Sociedades
para la Tecnología de la Pintura.
Blegen JR (1979) Resinas alquídicas. Filadelfia, Pensilvania: Federación de Sociedades
para la Tecnología de la Pintura.
Patton TC (ed.) (1973) Manual de pigmentos, vols. I y II. Nueva York: Wiley. Rheineck
AE (1979) Tecnología moderna de barnices. Filadelfia, Pensilvania: Federación de
Sociedades para la Tecnología de la Pintura.
Rodrigues F (1989) Principios de los sistemas poliméricos, 3.ª ed. Nueva York:
Hemisphere Publishing Corporation.
Thornton JI (2002) Examen forense de pinturas. En: Saferstein R (ed.) Manual de ciencia
forense, 2.ª ed., pp. 430-478. Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
Tracton AA (ed.) (2007) Coatings Materials and Surface Coatings. Boca Ratón, Florida: CRC
Press.
Weismantle GE (ed.) (1981) Manual de pintura. Nueva York: McGraw-Hill book Company.
Sitios web relevantes
http://www.swgmat.org/ – Grupo de trabajo científico para el análisis de materiales
(SWGMAT). http://www.swgmat.org/paint.htm – Directrices del SWGMAT para el análisis y la
comparación forense de pinturas.
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