ACETATO DE POLIVINILO COMO ADHESIVO

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

Dentro de la gama de los adhesivos se encuentran los adhesivos vinílicos, fabricados a partir de acetato de polivinilo, conocido normalmente como PVA o PVAc, y que no se debe confundir con el alcohol de polivinilo, este compuesto proveniente de la familia de los viniléster es el de más fácil obtención y de amplio uso. El acetato de polivinilo, además de ser usado como base y componente principal de los adhesivos, es utilizado como sellador en materiales de construcción y como componente resinoso de pinturas acrílicas. En cuanto a su función como adhesivo, tiene ciertas propiedades que pueden considerarse como beneficios, como su facilidad de aplicación, la ausencia de color (posterior al curado), de olor y de toxicidad, además de que después de su curado no presenta amarillamiento.

El PVA es un polímero amorfo relativamente ramificado y es conocido por ser un excelente vehículo formador de películas adhesivas. La mayoría de las propiedades mecánicas finales de los adhesivos vinílicos son consecuencia de la concentración de sólidos que se tengan, como la viscosidad durante la aplicación, resistencia mecánica, a la humedad y a altas temperaturas y velocidad de curado. Debido a su viscosidad, el acetato de polivinilo emulsionado se utiliza en los adhesivos a base de agua y ofrecen una excelente capacidad de llenado, por lo que son muy utilizados en la adhesión de sustratos porosos.

Para mejorar ciertas propiedades inherentes a los adhesivos, como la pegajosidad y la capacidad de trabajarse mecánicamente, se hacen modificaciones al PVA simple, en las que se afecta la viscosidad, porcentaje de sólidos y resistencia a la humedad. El pH de la emulsión es un factor importante que debe conocerse para saber qué tipo de modificadores son compatibles, y cómo puede afectarse la adhesión en ciertos sustratos reactivos a diferente pH. 

Todas las modificaciones tienen repercusión en el costo final del adhesivo, por ejemplo, para reducir costos se utilizan los almidones, las arcillas y las soluciones de polivinil alcohol. Los almidones aumentan la viscosidad al elevar el porcentaje de sólidos, las arcillas modifican las propiedades de fraguado controlando la penetración y el sellado de poros en los sustratos, mientras que el polivinil alcohol mejora la trabajabilidad y la resistencia a la humedad, además mejora la fuerza de unión, acelera el curado y facilita la aplicación a temperatura ambiente. Otros aditivos que se encuentran en los adhesivos son los plastificantes, humectantes y espesantes, que también mejoran las propiedades del pegamento como la resistencia mecánica y a la humedad.

Las emulsiones de acetato de polivinilo pueden ser clasificadas en tres clases principales, de acuerdo a su uso o desempeño:

Clase I: se denominan emulsiones de homopolímeros de uso general. Su diferencia principal frente a las demás emulsiones, es que el tamaño de partícula y peso molecular presenta cierta dispersión, es decir, las partículas no son de tamaño homogéneo y oscilan entre 0.5 y 10 micrómetros. Además, tienen una alta compatibilidad con agentes espumantes, plastificantes y humectantes. 

Clase II: se les conocen como emulsiones de usos especiales, y difieren de las de clase I porque no son tan compatibles con los agentes modificadores, para poder conservar otras propiedades propias de la emulsión. Tienen un tamaño de partícula similar a la clase I.

Clase III: tienen como característica el tamaño fino y uniforme de partículas, que oscila entre 0.5 a 1.5 micrómetros. Debido al tamaño más fino es necesaria la utilización de surfactantes.

Es importante que al buscar una emulsión de PVA, el proveedor especifique ciertas propiedades importantes para determinar si es la adecuada a nuestra aplicación. Las especificaciones más importantes incluyen: viscosidad, contenido de sólidos, pH, densidad, porcentaje de monómero sin reaccionar y la temperatura de transición. 

CARGAS Y RELLENOS EN FORMULACIONES DE ADHESIVOS DE CURADO QUÍMICO Y SU FORMULACIÓN GENÉRICA

POR: MARCELA CORREA

Al igual que ocurre dentro de las formulaciones de pinturas, los adhesivos están formados por diferentes compuestos químicos donde cada uno de estos tiene una función específica, dentro de un adhesivo además del ligante que lo forma y aporta las propiedades principales, se encuentran otros elementos como lo son los aditivos y las cargas que aportan una serie de propiedades específicas.

Los adhesivos se pueden clasificar de varias maneras, aquí los clasificaremos de acuerdo al ligante, es decir la resina que lo forma, atendiendo la manera en que reticulan, que puede ser curado químico o físico, solo hablaremos de los de curado químico:

Los adhesivos de curado químico son aquellos que logran su reticulado mediante una serie de reacciones químicas (poliadición, policondensación o polimerización) que se producen internamente entre los monómeros, este tipo de adhesivos está formado por los siguientes elementos como ejemplo tenemos a los adhesivos de acetato de polivinilo:

• Monómeros: Son las unidades básicas que formarán al polímero, adoptando estructuras y propiedades de materiales termoplásticos, elastómeros o termoestables. La resina, el catalizador y los reactivos diluyentes se consideran monómeros.

• Prepolímeros: Son cadenas de polímeros ya conformados de pequeño longitud y peso, esencialmente se utilizan para adhesivos como el poliuretano y para los adhesivos de poliéster insaturado.

• Cargas o rellenos: Se trata de compuestos químicos los cuales varían fundamentalmente las propiedades mecánicas de los adhesivos, entre las cargas más utilizadas nos encontramos con el sílice, la arcilla, el polvo de aluminio, entre otras.

• Pigmentos: Son los compuestos químicos que aportan el color al adhesivo.

• Aditivos: Se tratan de compuestos químicos que varían las propiedades químicas de los adhesivos, los aceleradores, inhibidores de la corrosión, promotores de adhesión, retardantes de fuego y fungicidas son considerados como aditivos de los adhesivos.

De todos los compuestos anteriores nos enfocaremos en las cargas o rellenos, dado a que la correcta selección de las cargas o rellenos nos influirá directamente en las propiedades físicas, químicas y mecánicas del adhesivo así como también en su precio final.

Como ejemplos de rellenos o cargas en los adhesivos nos encontramos con polvo de aluminio, esferas de cristal, cobre, talco, óxido de aluminio, óxido de titanio, fibras de carbono. El uso de polvo de aluminio en formas de esfera reduce la viscosidad del adhesivo, el uso de fibras de vidrio reduce el mermado y a la vez aumenta la resistencia al impacto del adhesivo, el uso de óxido de aluminio reduce el coste.

Las cargas y rellenos que se incluyen en la formulación del adhesivo pueden influir en las siguientes propiedades o características del propio adhesivo:

• Reología
• Mojado
• Adhesión
• Curado
• Merma o contracción tras el curado
• Precio
• Propiedades mecánicas como la elongación, resistencia al impacto y vibraciones, módulo de elasticidad…
• Resistencia al calor, fuego, radiación…
• Conductividad térmica
• Conductividad eléctrica
• Coeficiente de expansión térmica
• Propiedades ópticas, color

Durante la fase de la formulación de las cargas que se van a utilizar en el adhesivo, hay que encontrar un equilibrio entre las propiedades que aporta cada tipo de relleno, puesto que puede producir efectos contrarios al deseado, por ejemplo, el uso de rellenos con poca viscosidad produce la concentración de estos mismos en la zona de adhesión o interface, impidiendo al polímero del adhesivo adherirse al sustrato, por otro lado el uso de cargas o rellenos con alta viscosidad aumentan la viscosidad del adhesivo empeorando las propiedades de mojado y por ende la adhesión del adhesivo al sustrato.

DIFERENCIA ENTRE UN HIDROFUGANTE E IMPERMEABILIZANTES ACRÍLICOS

POR: MARCELA CORREA

La impregnación hidrófuga o hidrofugante es un tratamiento incoloro, que no forma película e impide la absorción capilar del agua y sus contaminantes sin tamponar los poros y, por lo tanto, sin alterar significativamente la permeabilidad del sustrato a los gases y al vapor de agua, es decir no inhibe la transpiración del material en el que se aplica, es por ello que los sistemas h aidrofugantes se utilizan y trabajan mejor donde no hay presiones continuas… de agua, en construcciones con pendientes y en casos donde se quiera impermeabilizar zonas que existan humedades ya que permite la difusión del vapor de agua y no altera más el problema. 

En cambio la impermeabilización consta de una creación de una membrana totalmente impermeable que evita el paso del agua y la humedad, por ser una membrana continua con un alto contenido de sólidos no permite la difusión del vapor de agua, y se recomienda en zonas donde la humedad aún no se ha presentado.

Hay diferentes sistemas de impermeabilización, pero el más recomendable y ecológico son los sistemas a base de resinas acrílicas o resinas estiren-acrílicas en dispersión por su resistencia al agua además de que se pueden aprovechar en aplicaciones verticales para impermeabilizar fachadas, y en aplicaciones horizontales para techos y terrazas.
Diferenciaremos tres tipos de polímeros que marcan escalones en el desarrollo tecnológico de polímeros para esta aplicación:

• Acrílicos estirenados: estándar con plastificantes pesados de poca tendencia a la migración, que han dado excelente resultados en impermeabilizante de techos.
• Acrílicos blandos: con un film polimérico de un TG:-5 a -10°C, que los calificamos como blandos y flexibles y de baja cohesión con alargamiento de ruptura de 1.000 a 2.000%
• Acrílicos elásticos: con un film polimérico elastómero de TG=-20 a -30 °C, en los cuales encontramos un valor alto de cohesión por incorporar el polímero alrededor de un 20% de acrilonitrilo (AN) como polímero elastomérico o por incorporar un sistema de reticulación química que produce un excelente carácter elastomérico.

Con estos polímeros se formulan pinturas de fachadas lisas y rugosas para recubrir fachadas agrietadas que evitan que a través de las grietas penetre el agua de la lluvia.

Para aumentar la resistencia mecánica del recubrimiento se incorpora un amianto de fibras o una malla de fibra sintética o de vidrio, además de conferirle propiedades térmicas. Esto es imprescindible para garantizar resultados duraderos en aplicaciones horizontales en terrazas transitables. 

Las pinturas y recubrimientos impermeabilizantes deben de tener propiedades elásticas como indica la norma ISO 7783.
Como orientación podemos postular como requisito una elongación a la ruptura no mayor de 100% a 300% y un doblado a -5°C sin grietas. Las pinturas presentan generalmente una alta barrera a la carbonatación.

RECUBRIMIENTOS INDUSTRIALES

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

En las industrias, existen muchos factores que tienen gran impacto en su buen funcionamiento y en el nivel de calidad final, uno de estos factores clave se refiere a la seguridad e higiene, ya que este aspecto es el responsable de que se puedan llevar a cabo las diversas actividades, con la certeza de que no habrá riesgo alguno. Un piso adecuado y funcional contribuye a reducir riesgos, y mejorar la forma en la que se realizan las operaciones.

Para tener un piso apropiado acorde con la industria, se deben tomar en cuenta diversos factores, es decir, un piso industrial debe tener alta resistencia mecánica, resistencia a la abrasión y al desgaste, así como ser inerte químicamente. ¿Cómo se pueden lograr estas características para una misma aplicación? La respuesta se encuentra en la elección de los materiales a usar, y en este caso, principalmente al recubrimiento que se debe aplicar al piso.

El piso industrial está hecho de concretos con altas prestaciones mecánicas para soportar cargas y desgastes, sin embargo, es necesaria la aplicación de un recubrimiento que proporcione resistencia química y que mejore la tenacidad al impacto inherente del concreto. Además de los requerimientos básicos de los recubrimientos para pisos industriales, se pueden tener exigencias diversas, como la resistencia a choques térmicos en caso de que se manejen materiales a temperaturas extremas que puedan afectarlo, resistencia al fuego, que evite la formación y proliferación de hongos, curado rápido para disminuir tiempos muertos, resistencia a la radiación y la baja permeabilidad para evitar la filtración de líquidos al concreto.

Los principales recubrimientos que cumplen estas características son los epóxicos y los acrílicos, tales como las resinas AF1220, AF5000 y AF6000 de AP que pertenecen al grupo de las emulsiones acrílicas, que son ampliamente aplicadas en el ramo de la construcción. Los recubrimientos epóxicos y los acrílicos han ganado terreno en cuanto a la protección de pisos debido a que tienen altas propiedades mecánicas, y proporcionan mayor tenacidad al sustrato, esto es debido a que estos tipos de resinas tienen una baja viscosidad antes del curado, por lo que tienen un efecto humectante en el sustrato, penetrando en las porosidades, rellenando fisuras y grietas, lo que proporcionará mayor resistencia a impactos, y además alta impermeabilidad, debido a que actúan como selladores. Las resinas acrílicas, además de igualar a las epóxicas, tienen otras ventajas como su toxicidad nula, y su alta velocidad de curado.

Para características específicas, es muy común el uso de partículas finas e incluso nanométricas, como partículas de cerámicos refractarios para evitar el choque térmico, o nanopartículas de plata y cobre como agentes microbianos.

RELACIÓN ENTRE PIGMENTO Y RESINA: CONCENTRACIÓN DE PIGMENTO EN VOLUMEN Y SU VALOR CRÍTICO

Por: Marcela Correa Cortés

Considerando que se ha optado por las materias primas adecuadas, la relación pigmento/ligante influye sobre algunas propiedades importantes del film de la pintura como el brillo, la permeabilidad, la adhesión, la elongación, la resistencia a la abrasión, el poder cubriente tanto en seco como en húmedo, etc.
La relación cuantitativa entre el pigmento y el ligante habitualmente se expresa como concentración de pigmento en volumen de la película seca y se lo indica como PVC (pigment volume concentration). La expresión matemática que define esta relación está dada por PVC= VP/ (VP +VL), donde VP es el volumen de pigmento y VL representa el volumen de ligante.

Como primer punto es necesario mencionar qué sucede cuando una cantidad limitada de resina es sistemáticamente añadida a una cantidad limitada de pigmento, en el sistema inicial, el aire ocupa los intersticios entre las partículas del pigmento y en la condición final sólo el ligante está presente. Estos dos extremos dan el rango que representa la escala del PVC, es decir sólo pigmento representa un 100% de PVC y un 0% de PVC representa sólo ligante (Resina), pero dentro de este rango se presentan situaciones intermedias, si vamos disminuyendo el porcentaje de PVC añadiendo paulatinamente ligante, en algún punto estará presente aire, ligante y pigmento; a medida que seguimos aumentando el ligante se presentará un punto en el que sólo habrá ligante y pigmento, en la que los espacios vacíos están totalmente completados por la resina y además hay un exceso de este por lo que la densidad de empaquetamiento de las partículas de pigmento no alcanza su máximo valor.

Para encontrar un punto en donde podemos mediar las propiedades ideales con los mejores porcentajes de resina y pigmento otorgando propiedades al film se introdujo un concepto que fue desarrollado por Van Loo Asbeck y Liderman con respecto al valor de la PVC en el que la demanda de ligante por parte del pigmento, en su máximo grado de empaquetamiento, está exactamente satisfecha.

Este punto único, intermedio que se presenta entre los casos anteriores mencionados, se llama PVCC (Concentración Crítica de Pigmento en Volumen), un valor de PVC superior al de PVCC significa que la cantidad de ligante no es suficiente para completar los espacios vacíos e inversamente un valor de PVC inferior a la de PVCC indica que la resina está en exceso y las partículas de pigmento no están en contacto entre sí. La consecuencia de estos puntos, dan origen a cambios abruptos en las propiedades del film de la película, por ejemplo por encima del PVCC, se produce un aumento de la porosidad del film de la pintura, aumento de la absorción del agua, pérdida del efecto barrera frente a los contaminantes exteriores solubles en agua, pérdida de frote en húmedo, pérdida de brillo, de poder cubriente tanto en seco como en húmedo, etc.

Es preciso saber que, en primer lugar, el PVCC varía en función del grado de dispersión del sistema pigmentario; cuando aumenta el grado de dispersión aumenta también el valor del PVCC debido a que el volumen de huecos es menor. En segundo lugar, el tipo de ligante puede variar el PVCC. Ambas razones conllevan a la necesidad de determinar este parámetro para cada sistema pigmentario y para cada ligante. Hay tres métodos para la determinación del PVCC: Método de la tensión del secado, Método de la gilsonita y Métodos Matemáticos que pueden ser encontrados en la literatura.