FACTORES QUE INFLUYEN EN LA RESISTENCIA QUÍMICA DE LAMINADOS PRFV PARA LA CONSTRUCCIÓN

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

En la actualidad, los materiales han ido ganando terreno en muchos campos, como es el de la construcción, en el que los laminados poliméricos reforzados con fibras de vidrio (laminados PRFV) son utilizados en varias aplicaciones como las plantas de proceso, tanques de almacenaje, depósitos de reacción, tuberías, bombas y en techos que permiten el paso de la luz. 

La resistencia química de este tipo de materiales, depende sobre todo del tipo de polímero que forma la matriz, el acabado de la superficie, el grado de curado y de un agente adicional, el gel-coat que protege la superficie expuesta a la atmósfera contra los efectos adversos del agua y el ambiente.

El grado de curado es un factor muy importante que le proporcionará a las resinas buena resistencia a los ataques alcalinos y ácidos, cuando el material se encuentra sometido a condiciones ambientales normales.

Para probar químicamente los laminados PRFV, son expuestos al ambiente (ya sea en condiciones normales o en presencia de sustancias que comprometan las propiedades del material, como ácidos o bases fuertes) por periodos prolongados de tiempo, estos ensayos cumplen con los requerimientos tiempos y condiciones establecidos en los estándares ASTM. La respuesta que se obtiene del material, son las variaciones en sus propiedades mecánicas, así como la aparición de defectos que se pueden apreciar de manera visual, como las ampollas o de laminaciones.

Los principales factores que se deben tomar en cuenta, y que pueden alterar o modificar de manera significativa las propiedades del material y la resistencia química y mecánica del mismo son:

• Tipo de resina

• Tipo de fibra o refuerzo

• Espesor del gel-coat

• Sistema catalizador y programa de curado

• Relación fibra/matriz

• Aditivos (rellenos, ceras retardantes a la flama)

• Tipos de exposición

• Espesor del laminado

Dentro de los grupos de resinas más utilizadas en la fabricación de laminados PRFV, se encuentran las ortoftálicas que muestran baja resistencia química, las isoftálicas y terftálicas que presentan resistencia media a los ataque químicos, mientras que las resinas de bisfenol, ácido caliente, viniléster, furánicas y epoxis tienen alta resistencia a este tipo de ataques.

También es de suma importancia conocer que el gel-coat es el recubrimiento más importante de un laminado, ya que es la parte que interactúa con la atmósfera, por lo que se debe cuidar su formulación y su aplicación, en la que se debe conseguir un espesor uniforme de entre 0.4 y 0.5 mm. Si esta capa de gel-coat es más pequeña, puede obtenerse un curado incompleto y el refuerzo puede quedar expuesto a la intemperie. Si se tiene el caso contrario, la capa puede agrietarse o romperse, provocando disminución en propiedades. En caso de que dicha capa tenga variaciones en el espesor, se tendrían diferentes grados de curado, por lo que la viscosidad del gel-coat.

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.

COMPONENTES BÁSICOS DE LOS ADHESIVOS REACTIVOS Y VENTAJAS DEL USO DE ACRíLICOS EN ELLOS

POR: Marcela Correa

El sector de los adhesivos está en pleno crecimiento y su desarrollo será muy importante en los próximos años, dado que ofrece rendimientos similares y en ocasiones superiores a los de otras soluciones para el ensamblaje y el sellado con ventajas en cuanto a ahorro de coste.
Como sistema de unión y/o sellado de materiales, los adhesivos ocupan un lugar muy importante que en ocasiones comparten con otros sistemas de unión. No obstante, los adhesivos requieren conocimientos básicos para un adecuado uso y solo a través de un diseño adecuado de la unión se logran resultados satisfactorios.

Los componentes básicos de los adhesivos reactivos son los siguientes:

1. Producto base ligante (Resina)

2. Aditivos:
(a) Colorantes
(b) Antioxidantes
(c) Iniciadores
(d) Plastificantes
(e) Agentes de “tack” (pegajosidad)
(f) Sustancias fluorescentes
(g) Agentes de acoplamiento
(h) Estabilizantes
3. Cargas/Espesantes

Una característica diferenciadora de los adhesivos acrílicos es que no necesita que la mezcla entre la resina y activador sea completamente homogénea, ya que una vez generado los “centros activos”, la propagación del polímero se produce en el seno del adhesivo. No se recomienda el uso de calor para acelerar el curado.

En cuanto al ligante para adhesivos industriales (ensamblaje de piezas) el uso de acrílicos tiene grandes ventajas: los diversos ensayos realizados sobre adhesivos acrílicos muestran su excelente durabilidad (resistencia a la fatiga, a agentes medioambientales, propagación de la ruptura, efecto de la holgura de adhesión, diseño de la junta, etc.) comparado con los adhesivos estructurales más conocidos. Presenta además tiempos de manipulación muy cortos.

Algunas otras ventajas son:

• Versatilidad
• Insuperable resistencia hidrolítica y permanencia en diversos medios agresivos.
• Excelente relación precio-rendimiento.
• Preparación superficial mínima o innecesaria para metales y plásticos.
• Propiedades físicas estructurales o de resistencia frente a cargas
• Cierta capacidad de relleno de holgura (3mm).

Las aplicaciones de los acrílicos son muy diversas gracias a su alto rendimiento frente a cargas dinámicas y a temperaturas moderadamente altas:

• Adhesión de ferritas a carcasas de motores eléctricos.

• Adhesión de zapatas de frenos a coronas

• Paneles de calefacción solar

• Equipamiento deportivo sometido a tensiones como las raquetas de tenis

• Adhesión estructural en aviones y embarcaciones

• Adhesión entre madera y vidrio (carpintería)

• Uniones metal-metal, metal-vidrio y metal-plástico

VARIEDADES Y NATURALEZA DE LOS PLASTIFICANTES

Por: Marcela Correa

Un plastificante es una sustancia que, añadida a un material, generalmente plástico o elastómero sirve para aumentar su flexibilidad y facilitar su transformación. Un plastificante puede reducir la viscosidad del fundido, rebajar la temperatura de transición vítrea (también actúa como coalescente) o disminuir el módulo elástico y dependiendo del porcentaje añadido, aumento en la adhesión en pegamentos.

Los plastificantes son disolventes de las resinas, y tienen baja volatilidad. La naturaleza de los plastificantes es muy variada:

-Ésteres del ácido ftálico.

-Ésteres del ácido adípico.

-Ésteres del ácido fosfórico.

-Ésteres butílicos de ácidos poliacrílicos.

-Ésteres del ácido esteárico.

-Ésteres del ácido abiótico.

-Ésteres de ácidos grasos y aceite de ricino.

-Ésteres de ácidos grasos epoxidados.

-Resinas epoxi de bajo peso molecular.

-Resinas de hidrocarburos de bajo peso molecular.

-Parafinas cloradas

-Etc.

Según sus necesidades del producto a formular se utilizarán un tipo u otro de plastificante. Algunos ejemplos que podemos dar son los siguientes.

1) El acetato de vinilo es un producto de elevada dureza y frágil. En la fabricación de pinturas no se utiliza solo, se emplea con una adición del 10-15% de ftalato de butilo. Esta mezcla proporciona una mayor elasticidad, así como una reducción de la tg y de la TMFF. Los esteres del ácido ftálico son incoloros y estables a la luz.

2) Las parafinas cloradas se utilizan preferentemente con resinas de caucho clorado o caucho ciclado. Tienen como principal ventaja que son insaponificables.

3) Las resinas de hidrocarburos líquidas, de bajo peso molecular, se utilizan en sistemas epoxi con objeto de mejorar la elasticidad, siempre a costa de la resistencia a los productos químicos, e incluso para la obtención de membranas sensibles.

4) Los diluyentes reactivos epoxi monofuncionales se utilizan principalmente para la flexibilización de sistemas epoxi y con ello se obtienen productos que conservan mejor su resistencia al ataque de productos químicos que en el caso de las resinas de hidrocarburos.

Como puede verse, la utilización de un plastificante u otro depende tanto de la durabilidad del efecto de la aplicación concreta a que va destinado. Si se busca un plastificante para una pintura industrial que deba tener una buena resistencia a los álcalis y ácidos. El di fenoxi etil formaldehido cumple estas expectativas y además con una volatilidad muy baja.

IMPORTANCIA DE LA TEMPERATURA DE TRANSICION VITRIA (Tg) AL ESCOGER UNA RESINA

Por: Marcela Correa

La temperatura de transición vítrea es una de las características que presentan los polímeros termoplásticos, como por ejemplo las resinas, a esta temperatura ocurre un fenómeno en donde el material pasa de un estado fundido o plástico a un estado rígido y duro, dado esto, su porcentaje de elongación disminuye de forma drástica.

La Tg no es una temperatura a la cual específicamente ocurre el cambio de estado, dado que existen diferentes métodos para determinarla, pero debido al carácter termodinámico de esta pseudotransición, cada método provee un valor de Tg diferente. Para fines prácticos, no es tan importante el valor exacto de la Tg pues es comprensible que alrededor de esta temperatura, el polímero adquiere cierta plasticidad.

Por tanto podríamos decir que cuando la temperatura es alta (arriba de Tg), las cadenas que conforman al polímero pueden moverse con facilidad, de modo que cuando se toma una porción de polímero y se dobla, las moléculas que ya están en movimiento, no tendrán problema en moverse hacia nuevas posiciones, con el fin de aliviar la tensión que se está ejerciendo sobre ellas. Pero si se trata de doblar una muestra de polímero por debajo de su temperatura de transición vítrea. Las cadenas ya no podrán desplazarse hacia otras posiciones y por este motivo, sucederán dos cosas.

1. El polímero será lo suficientemente resistente como para soportar la fuerza que se está ejerciendo y la muestra se doblará.
2. La fuerza que se está aplicando es demasiado grande para que las inmóviles cadenas poliméricas puedan resistirla, hasta que la muestra se quebré o rompa.

Es por ello que se debe de poner énfasis en la Tg de la resina, teniendo como referencia tanto la aplicación a la que va ser asignada dicha resina y el medio (Temperatura) al que se va a aplicar para su debida polimerización dentro de una formulación.

Si la resina va utilizar para aplicarse en medios fríos donde la temperatura es baja, esta debe de tener por tanto una temperatura de transición vítrea baja, siempre y cuando se requiera de cierta plasticidad de la materia.

Y por el contrario si se requieren propiedades de dureza y una polimerización o secado rápido se debe de tener una temperatura de transición similar a la temperatura del medio en el que se va a ocupar la resina.

Funciones, características y componentes de los Agentes secantes aplicados en pintura

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

En décadas pasadas, era muy común el uso de pinturas o recubrimientos de bajo contenido de sólidos y alto contenido de solventes, sin embargo, en la actualidad la tendencia es disminuir las cantidades de VOC emitidas al ambiente, por lo que ahora es preferible el uso de resinas alquidálicas de alto contenido de sólidos y emulsionables en agua, lo que da como resultado un bajo contenido de VOC. Tanto las pinturas con alto contenido de solventes como las waterborne, tienen un proceso similar de secado; en las primeras el secado se da principalmente por la evaporación del solvente, mientras que en las segundas se genera un proceso de auto-oxidación, el cual se refiere a la absorción y transmisión de oxígeno por medio de agentes secantes, que debido a su función también suelen ser llamados catalizadores.

La función primordial de los agentes secantes es la de acelerar el proceso de secado de una pintura al aceite, alquidálica waterborne o en medio solvente, para promover la formación de una película sólida en un tiempo razonable para los procesos, ya que sin la adición de secantes, el tiempo de secado de una pintura podría alcanzar rangos de semanas o meses. Los agentes secantes son compuestos organometálicos con estructura similar a la de los jabones, y pueden tener ciertas combinaciones de metales, dependiendo de cuáles sean aquellos que confieran grados de oxidación mayor.

Los agentes secantes se pueden clasificar en dos grandes divisiones: activos y auxiliares. Los secantes activos cumplen su función absorbiendo y transfiriendo oxígeno a temperatura ambiente mediante reacciones redox, mientras que los secantes auxiliares ayudan a mejorar la eficiencia de los secantes activos durante el proceso de secado de profundidad, por lo que aportan mejores propiedades al acabado final superficial.

La composición de los agentes secantes se basa principalmente en sales metálicas y ácidos sintéticos como el 2 – etil hexanoico, isononanoico y neodecanoico disueltos en ciertos solventes. Dentro de los metales que participan en la formación de estas sales, se encuentran Co, Mn, Pb, Fe, Cu, Ca, Zr, Al y Zn, entre otros. De los metales mencionados, el cobalto genera la reacción más enérgica y el zinc la más débil.

El cobalto es el metal más utilizado en los secantes por su gran actividad oxidativa, sin embargo es necesaria la adición de otros metales para evitar acabados rugosos, y se prefiere añadirse al final del proceso debido a que actúa muy rápidamente.

El manganeso es un agente secante activo, sin embargo, es menos efectivo que el cobalto. No es recomendable usarlo en pinturas blancas ya que afectan el color.

El calcio es usado con muy buenos resultados junto con cobalto y circonio bajo adversas condiciones de clima, bajas temperaturas y alta humedad. Aumentan la estabilidad de pinturas expuestas a prolongados periodos de almacenamiento. Ayudan a mejorar la dureza y a reducir la formación de piel y grietas.

El Circonio es uno de los candidatos para sustituir al plomo y responde bien bajo adversas condiciones del clima, mejora el proceso de secado por su habilidad de formar enlaces coordinados con los grupos hidroxilos y carboxílicos presentes en las resinas o formados durante el proceso de secado. El Circonio forma complejos con el cobalto, lo cual influencia en el efecto catalítico del secante primario. Tiene baja tendencia al amarillamiento y mejor durabilidad respecto a otros secantes auxiliares.

Un buen secante dependerá de las combinaciones de las sales metálicas que se utilicen, la compatibilidad de estas con la resina y además debe poseer una fuerza secante (oxidativa) suficiente, no espesar o cuajar los colores metálicos y no formar sedimento alguno.

¿Qué componentes debemos de tomar en cuenta para formular un recubrimiento?

Cualquiera que sea su aplicación, un recubrimiento o pintura líquida es una mezcla heterogénea de productos que una vez aplicada y seca se transforma en una película uniforme, continua, sin pegajosidad y con las características para las que ha sido concebida.

Estemos donde estemos al abrir los ojos lo primero que vemos es pintura; es una industria que aporta un efecto estético y de protección de gran importancia tanto cuantitativa como  cualitativamente.

Los componentes de la pintura varían en función del tipo de acabado que se requiera y de las condiciones de aplicación y secado; sin embargo, su composición genérica es la siguiente: 

• Pigmentos
• Cargas
• Ligante o resina
• Disolventes
• Aditivos

La cantidad total de cada uno de los componentes en la formulación, va ligado con las propiedades finales requeridas. Pero no debemos olvidar que la cantidad de algunos elementos como los disolventes y aditivos también pueden ser ajustados en relación al total de cargas y al tipo de resina o ligante a utilizar, así como a la dispersión del pigmento, es decir, algunos elementos dependen tanto de las propiedades finales, como del contenido de los elementos sobrantes del total de la formulación. 

Para saber qué tipo de elementos debemos de tener en cuenta y cuáles descartar, las pinturas se pueden clasificar de diversas formas en función del tipo de ligante o resina, de la aplicación a que van destinadas, etc. y son:

• Decorativas
• Industriales
• Para suelos
• De protección industrial

Para entrar de lleno al diseño de una pintura o recubrimiento, es preciso saber sobre la reología, relaciones estequiometrias y el control de calidad, para el buen comportamiento de la pintura aplicada.