NANOTECNOLOGÍA EN IMPERMEABILIZANTES: REDUCCIÓN DE LA POLUCIÓN DEL AIRE

Por: Marcela Correa

La contaminación del aire generada por las emanaciones de gases debido al marco de sus procesos productivos de la industria o por las actividades habituales del hombre, ha despertado una gran preocupación debido a que está alterando nuestros ecosistemas, afectando directamente al ser humano, ya que estos compuestos son tóxicos. Por tanto, se está buscando el aprovechamiento de algunos productos para hacerlos más funcionales, y con ello puedan contribuir a la reducción de la polución (VOC, NOx) del aire. En los últimos años, se ha invertido a la investigación de la nanotecnología aplicada a impermeabilizantes, ya que éstos se encuentran durante grandes periodos de tiempo expuestos al medio, nos protegen de la humedad, y si poseen la propiedad de ser térmicos, también pueden contribuir al ahorro de energía. Es por ello que se está haciendo uso del proceso de fotocatálisis heterogénea, la cual consiste en la degradación de los contaminantes a través de la utilización de catalizadores (óxidos semiconductores) y radiación ultravioleta, para poder generar radicales libres que realicen la oxidación de dichos contaminantes. Uno de los catalizadores con mayor utilización es el TiO2, el cual, debido a sus nano partículas cristalinas, presenta grandes áreas superficiales y actividad catalítica.

En la fotocatálisis heterogénea los fotones solares son absorbidos por el catalizador (TiO2), generando un par electrón-hueco que conlleva a nuevos procesos, principalmente de oxidación por la excitación de un semiconductor. En esta segunda etapa es donde se utilizan compuestos de baja energía y con alto poder oxidante, para obtener así una  descontaminación o desinfección. Este tipo de reacciones pueden ocupar un amplio rango del espectro solar tanto como sea posible. Además, se pueden realizar en distintos medios como en fase gaseosa, fases líquidas orgánicas o disoluciones acuosas.

El TiO2 posee dos fenómenos foto inducidos: la fotocatálisis y la hidrofobia. El fenómeno de fotocatálisis se debe a que TiO2 es un semiconductor que posee una banda de gap de 3.0 eV, gracias a la cual la luz ultravioleta realiza la fotocatálisis heterogénea. Los electrones generados por esto, reaccionan con el oxígeno molecular (O2) para producir aniones radicales de súper óxido (O2-) y los agujeros reaccionan con el agua para generar radicales hidroxilo (OH). Estos dos tipos de radicales trabajan en conjunto para la descomposición de compuestos orgánicos.

Debido a las propiedades obtenidas por el Dióxido de Titanio como catalizador, se están elaborando investigaciones para dar lugar a un material compuesto con base a resinas acrílicas reforzado con nano partículas de TiO2, siendo la finalidad de uso de este material una función impermeabilizante con acción fotocatalítica.

PIGMENTOS INORGÁNICOS

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

Parte fundamental de las pinturas y recubrimientos es la coloración de los mismos, y esta es productos de los pigmentos que se le añadan. Los tipos de pigmentos se pueden dividir en orgánicos e inorgánicos, que generalmente aparecen en forma de pequeñas partículas. 

Los pigmentos inorgánicos pueden ser llamados también pigmentos minerales, y normalmente son componentes metálicos que se pueden obtener mediante tres métodos principales, de los cuales, los que se obtienen a las más altas temperaturas, presentan una mayor estabilidad al calor y mejor resistencia al ambiente:

• Precipitación y Secado: Amarillos de cromo, Naranjas de cromo y de molibdato.
• Precipitación, Secado y Calcinación: Pigmentos de cadmio, Azul de ultramar.
• Calcinación de mezcla de óxidos: Titanato de níquel.

Los pigmentos inorgánicos presentan ciertas desventajas frente a los orgánicos, ya que estos últimos presentan una mayor capacidad de coloración, y los inorgánicos generalmente son más tóxicos debido a su origen metálicos, como los amarillos de cromo y los naranjas de molibdeno por el plomo y el cromo que contienen.

En la industria de las pinturas y recubrimientos, algunos de los pigmentos inorgánicos más utilizados son:

Dióxido de Titanio: es el pigmento blanco más utilizado gracias a su alta capacidad de cubrición y su resistencia. En la naturaleza el dióxido de titanio se puede encontrar en forma de rutilo y de anatasa, que se diferencian de tener diferentes estructuras cristalinas. En la industria de las pinturas es más utilizado el rutilo debido a que no presenta exudación hacia la superficie a diferencia de la anatasa. En general, el dióxido de titanio se caracteriza por su excelente opacidad, alto rendimiento y blancura, estabilidad química y térmica y excelente solidez a la luz. Además, es químicamente inerte e insoluble en disolventes orgánicos y acuosos

Existen dos métodos de obtención del dióxido de titanio, vía cloruro en el que se obtiene un producto de mayor blancura y pureza, y vía sulfato (método clásico) que es menos costoso pero mucho más contaminante. Posterior a su obtención el dióxido de titanio, suele ser tratado con aluminio, silicio y algunos otros metales para modificar y mejorar propiedades de estabilidad de color, dispersabilidad, opacidad etc. 

Los dióxidos de titanio son utilizados en la obtención de pinturas blancas opacas o de colores claros opacos como rosa pastel, salmón, azul cielo, ocre o gris. La opacidad viene dada por la diferencia de los índices de refracción entre el pigmento y el medio en el que se encuentra disperso, y entre mayor sea esta diferencia, mayor será el grado de opacidad.

Óxidos de Hierro: pueden obtenerse de manera natural de los minerales hematita, magnetita y limonita, o de manera sintética. De ambas maneras y dependiendo del precursor, se pueden tener pigmentos rojos, amarillos y negros.

Los óxidos de hierro sintéticos tienen un tamaño de partícula alrededor de 0.1-1.0 μm, y en función al tamaño de partícula y su dispersión estarán la tonalidad, la fuerza colorante y la capacidad de cubrición finales del pigmento. A pesar de que se tienen coloraciones amarillas, rojas y negras a partir de estos óxidos, las tonalidades amarillas y negras tienen menor resistencia térmica, por lo que a temperaturas relativamente altas (180°C), comienzan a degradarse y toman un color rojizo.

Cromatos y molibdatos de plomo: estos compuestos producen pigmentos de tonalidades amarillas, anaranjadas y rojizas. Como pigmentos inorgánicos, no se disuelven en componentes orgánicos, es decir, no presentan sangrado ni migración. Presentan una moderada resistencia a los álcalis y ácidos, una resistencia térmica de alrededor de 200 a 240°C, no son muy resistentes a la luz ya que pueden presentar tonos verdosos “sucios” u opacos. Los cromatos de plomo pueden generar una gran variedad de tonalidades debido a la capacidad de formar cristales mixtos y a su polimorfismo, es decir, se pueden encontrar en estructura monoclínica que da tonalidades amarillo rojizo, en estructura ortorrómbica de color amarillo verdoso, y en estructura tetragonal de color rojo. 

Sólo los cromatos de plomo en estructura monoclínica son estables a temperaturas, mientras que las dos estructuras restantes son estabilizadas con la adición de sulfatos o molibdatos de plomo.

Pigmentos de Ultramar: El pigmento principal en este grupo es el azul ultramar, pero también se encuentran el violeta y el rosado, en general son sílico aluminato de sodio. Se consideran pigmentos no tóxicos, tienen resistencia a altas temperaturas, a la luz ultravioleta, a la intemperie y a los álcalis, no presentan migración, son amigables con el medio ambiente, excelentes correctores de blancos y no presentan metamerismo.

Pigmentos de Negro de Humo: además de su uso como colorantes, en tintas de imprentas por ejemplo, el negro de humo es usado en aplicaciones que necesitan un comportamiento antiestático o de conductividad eléctrica, debido a sus propiedades eléctricas, por lo tanto, el negro de humo además de ser utilizado como pigmento, es usado como carga reforzante para productos de plástico y caucho.

Consideraciones en la formulación de recubrimientos para exteriores.

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

Al hablar de recubrimientos para exteriores se deben tomar en cuenta ciertas funciones que deben cumplir, como la protección del sustrato teniendo en consideración del tipo de soporte al cual serán aplicados. Por lo general son utilizados en la protección de cementos, morteros u hormigones, por lo que deben ser resistentes a los álcalis, ya que estos sustratos tienen una alta tendencia hacia la alcalinidad.

En este tipo de recubrimientos es común el uso se emulsiones de acetato de vinilo/vinil versatato (veoVa), o emulsiones acrílico-estirénicas ya que las dos son altamente resistentes a ambientes alcalinos. Para la pigmentación se tiene en su mayoría dióxido de titanio y carbonato cálcico, además de la incorporación de algún tipo de extender como el caolín.

Los poliacrílicos son comúnmente utilizados como dispersantes, como lo es el poliacrilato sódico ó poliacrilato amónico (en caso de ser un recubrimiento reflectante), para ser utilizado, por ejemplo, en recubrimientos para techos y hacer eficiente el consumo energético debido a que actúan como aislantes térmicos y disipadores de energía. El funcionamiento de las pinturas reflectantes se basa principalmente en el uso de colores claros y/o brillantes, ya que estos son los que tienen mayor capacidad de reflejar y dispersar. Cuando el recubrimiento que se usa tiene una pigmentación clara o no brillante se puede recurrir a la adición de micro esferas de vidrio u otros cerámicos dispersas en pinturas base acrílico, que serán las encargadas de reflectar y dispersar la luz, así como la energía térmica.

Los ésteres de celulosa y de poliuretano son los más utilizados como espesantes en los recubrimientos para exteriores. Los primeros ayudan a proveer de la consistencia necesaria a la pintura, mientras que los espumantes de poliuretano aportan un carácter newtoniano a la reología del sistema, de manera que se puedan aplicar capas de cierto espesor pero sin que se tengan tendencias al descuelgue. Es decir, se conservará el comportamiento tixotrópico del recubrimiento a fin de que no se escurra tan fácilmente durante la aplicación, pero la viscosidad no se eleve en exceso.

También es necesaria la adición de un antiespumante a fin de evitar la formación de espuma durante el proceso y la aplicación. De igual manera se utilizan biocidas (bactericidas y fungicidas) con el objeto de prevenir la formación de contaminación desde el envase; una isotiazolona puede ser utilizada como bactericida. En caso de los impermeabilizantes o recubrimientos aplicados en zonas húmedas y/o poco soleadas se utilizan fungicidas como el acetato de fenil mercurio.

Por último, la cantidad del coalescente añadido se calcula en función de la cantidad de resina que contenga la pintura es común el uso de texanol, pero se evitan los ésteres de glicol, debido a que tienen una baja resistencia a la hidrólisis.