FACTORES A CONSIDERAR EN LA SELECCIÓN DE DISOLVENTES EN UNA PINTURA.

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

Podemos describir a una pintura o recubrimiento como una solución en disolvente o dispersión en agua de un polímero o resina, que puede ser también llamado medio ligante, y en el que se encuentran dispersas pequeñas partículas conocidas como cargas y que hacen la función de pigmentación.

En cuanto al tema de los disolventes, las pinturas los contienen para mantener una adecuada viscosidad en un rango de 50 a 1000 cp, que permiten una fácil aplicación y formación de un film de un espesor conveniente. Para la selección correcta del disolvente, se deben tomar en cuenta factores como la solubilidad, volatilidad, tensión superficial, efectos de viscosidad, inflamabilidad, olor, costo y el contenido de VOC’s, que debido a las tendencias y legislaciones, se pretende tener un mínimo o nula cantidad de éstos.

La solubilidad es la capacidad de disolver a la resina ligante, y puede ser analizada a través del parámetro de solubilidad δ, el cual es una medida de la energía cohesiva de cierto material. Teniendo los valores δ de dos materiales, se puede saber si son solubles entre sí, si sus parámetros son similares, así se puede identificar cuándo un solvente funcionará de la manera correcta con ciertos polímeros. La solubilidad también se puede analizar en cuanto a la clasificación de cada solvente, teniendo solventes no polares, medianamente polares y muy polares, cada clasificación será adecuada para distintos tipos de polímeros.

La volatilidad que tiene una pintura indica la velocidad a la que el solvente se evapora después de su aplicación, y repercute en el aspecto y propiedades físicas de la película final, además de que el tiempo de secado es un parámetro importante en las pinturas. La volatilidad de un solvente puede ser medida en función de su temperatura de ebullición, por ejemplo, solventes con temperaturas de ebullición mayores a los 150°C se consideran solventes lentos, entre 100-150°C son considerados solventes medios, mientras que los que ebullen por debajo de los 100°C son solventes rápidos. Algunos de los factores que influyen en la volatilidad son la presión de vapor del solvente a la temperatura de secado, la relación de superficie/volumen, que se incrementará cuando se tenga un film de espesor menor, y la velocidad de flujo de aire sobre el disolvente.

En el caso de las pinturas base agua, el curado suele ser un poco más complejo, ya que si se pretende que después del secado el film sea insoluble en agua, el polímero o agente ligante no puede solubilizarse en el agua mientras se encuentra en estado líquido antes de la aplicación. Debido a esto, las pinturas base agua forman emulsiones o dispersiones en las que el ligante se encuentra inmerso en pequeñas gotas formadas a través de un agente emulsionante. A medida que avanza el secado, el espacio entre las gotas se reduce hasta conseguir que se toquen unas con otras y exista coalescencia entre ellas, es decir, que las moléculas del polímero comiencen a unirse y entrelazarse, mediante el fenómeno de difusión, y así formen un material continuo. Ya que la difusión está en función de la temperatura, se debe tener una temperatura mínima de secado, la cual siempre será mayor a la temperatura mínima de formación del film (TMFF), que suele ser ligeramente menor a la Tg del polímero. Por lo tanto, para polímeros con Tg altas, la temperatura de secado también es mayor, sin embargo, estas temperaturas se pueden disminuir con la adición de agentes coalescentes o formadores de film, que normalmente son glicoles o alcoholes de alto punto de ebullición, por lo que el agua se evapora más rápidamente, dejando al ligante disolviéndose en un solvente rico en formador de film, donde se favorece la coalescencia y se obtiene un film continuo y exento de porosidad, a menos que se tenga una alta humedad relativa que disminuya la velocidad de evaporación del agua, y se pierda primero el agente coalescente, quedando huecos entre las moléculas que resultarán en porosidad.

Es importante una buena selección de disolvente para reducir posibles efectos adversos durante la aplicación y funcionamiento de la pintura, como el descuelgue, el ampollamiento, adhesión al sustrato o durabilidad.

PINTURAS IMPERMEABLES

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

En cuanto a la industria de la impermeabilización, se puede destacar el uso de las dispersiones acrílicas debido a su alta resistencia al agua, y que pueden ser aplicadas tanto verticalmente en fachadas, como horizontalmente en techo y terrazas, aprovechando su capacidad de evitar el descuelgue con determinada cantidad de cargas. Normalmente, a este tipo de pinturas impermeabilizantes se les mejora la resistencia mecánica con la adición de una malla de fibra de vidrio o de algún otro material sintético, sobre todo en aplicaciones horizontales donde se tienen zonas de tránsito pesado.

Según la norma UNE-EN ISO 7783, las pinturas impermeabilizantes deben presentar propiedades de los recubrimientos elastoméricos, es decir, presentan una alta barrera a la carbonatación, y una baja absorción capilar de agua, así como baja permeabilidad al vapor de agua, por lo que es necesario verificar la ausencia de humedad en el sustrato, para asegurar que no haya problemas de ampollamiento durante el secado, por humedad atrapada. Además, debido a su comportamiento elástico, estos recubrimientos pueden cubrir grietas de hasta 2 mm de espesor, mantener sus propiedades mecánicas entre los 10 °C y 40 °C, tener buena resistencia a la intemperie y evitar la pegajosidad y el ensuciamiento.

A través del tiempo y el desarrollo de los recubrimientos, la temperatura de transición vítrea de las pinturas impermeabilizantes se ha ido modificando, a fin de disminuir la pegajosidad y el ensuciamiento, así como la pérdida de la elasticidad debido a la migración del plastificante. En la actualidad, las resinas que se utilizan como ligantes para recubrimientos elásticos tienen una Tg de entre -5 a -30°C, lo cual cumple con el objetivo de disminuir pegajosidad y ensuciamiento, sin comprometer tenacidad o resistencia mecánica debido a un entrecruzamiento interno producido por un agente fotoiniciador de curado por rayos UV, lo que genera una superficie más dura y aumenta en general las propiedades mecánicas a temperatura ambiente y elevadas temperaturas.

Los acrílicos o los acrílicos estirenados utilizados como ligantes en la formulación de pinturas impermeabilizantes al agua o emulsiones de caucho, tienen una TMFF (temperatura mínima de formación del film) de 0°C, por lo que se trata de polímeros blandos de alta elasticidad. Los principales pigmentos usados son los óxidos de hierro, además de cromo y titanio. También pueden ser añadidas otras cargas como carbonato de calcio y sulfato de bario para modificar propiedades reológicas y mecánicas, y pequeñas cantidades de parafina para disminuir la absorción de agua en la película curada, la cual debe tener un espesor mínimo de alrededor de 600 μm de espesor para evitar la fragilización y la disminución de elasticidad.

Es importante verificar las condiciones en las que se encontrará trabajando el impermeabilizante, por ejemplo si funcionará sobre una superficie de tránsito pesado o no, para que en base a los requerimientos establecer la cantidad de cargas y aditivos que deberá contener.

PUNTOS IMPORTANTES PARA EVALUACIÓN DE CALIDAD EN ADHESIVOS Y PINTURAS (NORMATIVIDAD ASTM)

POR: MARCELA CORREA

La calidad de un producto final es muy importante para garantizar que este no falle durante su uso. Para evaluar dicha calidad es necesario someter al producto a una serie de pruebas normadas; dentro de éstas normas existen las de la ASTM Internacional ( American Society for Testing and Materials), que son normas utilizadas y aceptadas mundialmente y abarcan áreas tales como pinturas, textiles, plásticos, adhesivos, construcción, medio ambiente, etc.

Las normas son importantes porque les brindan a los fabricantes de productos tanto información como requisitos mecánicos y dimensionales claros, además de métodos específicos para el aseguramiento de la calidad y pruebas para garantizar que cumplan con las normas específicas de ASTM u otras normas de la industria. Las normas también les brindan a los proveedores la información necesaria para verificar que los productos cumplen con ellas.

De hecho, las operaciones comerciales, las negociaciones y los contratos celebrados sin el punto de referencia de las normas serían casi imposibles sin ellas. Los proveedores y sus clientes necesitan normas para definir las características y los niveles de calidad deseados y, posteriormente, para determinar si los productos provistos cumplen con tales niveles. Una vez que se aceptan las definiciones, también se debe acordar cómo se definieron las propiedades y las mediciones críticas que se necesitan utilizar. El desafío es asegurar que se cuenta con métodos normalizados y que se les utiliza. Puede ser algo desarrollado por el productor o el consumidor que luego evoluciona sobre la base de una retroalimentación muy amplia y más tarde se presenta ante un ente normalizador, donde, con el tiempo puede convertirse en el método o la norma estándar.

Algunas normas aplicables para evaluar ciertas propiedades de pinturas y adhesivos provistas por la ASTM son las siguientes:

ASTM D1002

Standard Test Method for Apparent Shear Strength of Single-Lap-Joint Adhesively Bonded Metal Specimens by Tension Loading (Metal-to-Metal)

Este método de ensayo trata sobre la determinación de las resistencias aparentes al cizallamiento de adhesivos para la unión de metales cuando se ensayan en una muestra de junta de recubrimiento sencillo estándar y bajo condiciones especificadas de preparación y ensayo.

ASTM D1876

Standard Test Method for Peel Resistance of Adhesives (T-Peel Test)

Este método de ensayo está destinado principalmente a la determinación de la resistencia relativa al desprendimiento de uniones adhesivas entre adherentes flexibles por medio de una muestra tipo T.

ASTM D3164/M

Standard Test Method for Strength Properties of Adhesively Bonded Plastic Lap-Shear Sandwich Joints in Shear by Tension Loading.

Esta norma trata sobre un método de ensayo para las propiedades de resistencia al cizallamiento por carga de tensión de juntas superpuestas de plástico unidas adhesivamente.

ASTM D3330

Standard Test Method for Peel Adhesion of Pressure-Sensitive Tape

Método de ensayo estándar para la resistencia al despegado de cinta sensible a la presión.

ASTM D3528

Standard Test Method for Strength Properties of Double Lap Shear Adhesive Joints by Tension Loading.

Este método de ensayo trata sobre la determinación de las resistencias al cizallamiento de adhesivos para la unión de metales cuando se ensayan en una muestra estándar esencialmente libre de desprendimiento, que desarrolla una distribución de esfuerzos adhesivos representativa de la que se desarrolla en una junta estructural típica del tipo de producción, de bajo desprendimiento.

ASTM D4214

Standard Test Methods for Evaluating the Degree of Chalking of Exterior Paint Films.

Estos métodos de ensayo tratan sobre la evaluación del grado de eflorescencia de películas de pintura exterior blanca o coloreada.

ASTM D660

Standard Test Method for Evaluating Degree of Checking of Exterior Paints.

Debido a que el agrietamiento no es fácilmente reconocible, este método de ensayo está destinado a proporcionar, a través de la definición e ilustraciones, un medio de evaluar el grado de esta falla de la película.

ASTM D661

Standard Test Method for Evaluating Degree of Cracking of Exterior Paints.

Este método de ensayo trata sobre la evaluación del grado de resquebrajamiento de pinturas exteriores por comparación con estándares fotográficos.

CARACTERÍSTICAS DE LAS CARGAS PARA PINTURA Y CÓMO INFLUYEN EN UNA FORMULACIÓN.

POR: MARCELA CORREA

La formulación de pinturas incluye generalmente mezclas de cargas, las cuales deben de ser optimizadas desde un punto de vista técnico y económico. Las características que deben de ser controladas dependerán del uso al que vayan destinadas, sin embargo hay algunas de ellas que son determinantes, sea cual sea el destino de las mismas, a continuación las mencionamos:

1.-  Absorción de aceite: La variación del índice nos indica diferencia en el grado de molturación (tamaño de partícula) e incluso de la naturaleza del producto. Se utiliza en el control de pigmentos y cargas con el objetivo de verificar su homogeneidad. Una partícula al descender su tamaño incrementa su índice de absorción de aceite y esto conduce a un descenso de la concentración crítica de pigmento (cpv).

2.- Índice de refracción: El índice de refracción de un pigmento o carga indica su capacidad de cubrición, cuando más elevado es el índice de refracción, mayor es el poder de cubrición del pigmento o carga. Cuando la luz pasa a través del vacío y luego a través de una sustancia determinada se produce un cambio en su velocidad, esto provoca que el rayo de luz tenga un cambio de dirección. Al cociente de la velocidad de la luz en el vacío y su velocidad en una sustancia determinada se le llama índice de refracción.

3.-Blancura: Dependiendo del tipo de pintura a fabricar (color y características finales) se escoge el tipo de carga y su blancura; ésta se puede determinar mediante un espectrofotómetro, para ello se humecta la carga con un plastificante o ligante incoloro y se envuelve en papel de celofán para realizar la lectura.

4.-Tamaño de partícula: La importancia del tamaño de partícula y su distribución es importante. Primero, desde el punto de vista de la necesidad de ligante, cuando menor es el tamaño de partícula mayor es la superficie específica y por lo tanto la necesidad del ligante. Segundo, por el empaquetamiento de la propia carga, una carga esférica; por ejemplo, del tamaño de partícula homogéneo dejará muchos huecos que una carga que tenga una distribución tal que partículas más pequeñas llenan los huecos dejados por las de mayor tamaño. La carga ideal sería aquella que llenara por si misma todos los huecos, o sea, que no dejara aire ocluido, el empaquetamiento sería total. Los fabricantes de cargas nos indican el tamaño de partícula de cada carga, en algunos casos nos indican el residuo que queda después de pasar la carga por varios tamices. 

ADHESIVOS TERMOPLÁSTICOS

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas.

Dentro de la rama de los adhesivos orgánicos, podemos encontrar una subcategoría de adhesivos termoplásticos, la que incluye a los adhesivos de diferentes bases, como polivinílicos, acrílicos o las poliamidas.

Los polímeros de vinilo son aquellas sustancias que contienen el doble enlace de vinilo o etileno no saturado. Los compuestos de vinilo que tienen aplicación en los adhesivos incluyen los ésteres de polivinilo, los acetales, el alcohol polivinílico y el poliestireno. Uno de los adhesivos más importantes en este grupo es el acetato de polivinilo (PVA por sus siglas en inglés), el cual es preparado en emulsión acuosa y polimerizado mediante catalizadores y calor. Tiene aproximadamente 50% de sólidos y se aplica principalmente sobre sustratos que ayuden a la eliminación del agua mediante absorción, es decir, en materiales con cierta porosidad. Ya en servicio, este tipo de adhesivos tiene valores de resistencia a la fluencia específicos, que están en función de la cantidad de resinas que se le añaden como plastificantes, como resina urea formaldehído. Estos adhesivos pueden encontrarse en diversas presentaciones comerciales, como soluciones o adhesivos hot-melt, emulsiones o polvos secos redispersables comúnmente utilizados en la industria de la construcción, por ejemplo, en la adhesión de hormigón viejo y nuevo. Además, estos productos tienen una toxicidad nula.

Los adhesivos acrílicos son derivados de soluciones adhesivas de ciertos ésteres, como el metil y etil metacrilatos o el etil y el isobutil acrilatos, disueltos en  algún solvente orgánico como tolueno, acetona o dicloroetileno, aunque también se pueden encontrar estos adhesivos como emulsiones acuosas. Existen diversas formulaciones que tienen aplicación en la unión de metales como el aluminio, metales con vidrio, PVC con cuero, e incluso tienen una aplicación especial en el campo de la medicina, ya que el acrílico es un material biocompatible que ayuda a conseguir las uniones entre prótesis y los huesos mediante aplicaciones de cementos óseos.

Dentro de los acrílicos, los alquil-2-cianoacrilatos forman un grupo importantes de adhesivos, con excelentes propiedades como la capacidad de polimerizarse a temperatura ambiente sin presencia de catalizador, velocidades altas de polimerización y una amplia gama de sustratos con una alta resistencia mecánica. Sin embargo, tienen baja viscosidad, por lo que en ocasiones deben ser adicionados agentes espesantes y plastificantes. Además, el acrilonitrilo butadieno es unos de los copolímeros de mayor interés, ya que con un contenido del 25  al 40% de acrilonitrilo el adhesivo presenta buena resistencia al aceite y a los hidrocarburos aromáticos, mientras que la adición de butadieno le proporciona bastante flexibilidad, la que se puede contrarrestar con pequeños porcentajes de resinas fenólicas.

Por último, las resinas de poliamida pueden encontrarse en dos tipos distintos de adhesivos, el de tipo nailon y el de versamidas, estas últimas tienen presentaciones desde sólidas hasta líquidas con bajas viscosidades y se caracterizan por tener puntos de fusión exactos y bajos, resisten a la humedad y a un ataque químico, son flexibles y compatibles con resinas epoxi o fenólicas para actuar como endurecedores. Estos adhesivos pueden ser aplicados como adhesivos termofusibles, y en ocasiones como soluciones, sin embargo, como adhesivos termofusibles presentan una sujeción rápida con uniones fuertes, resistentes y flexibles.

MEMBRANAS LÍQUIDAS IMPERMEABLES

Por: Perla Itzel Alcántara Llanas

La manera más común que hace algunos años existía para impermeabilizar superficies, era utilizar sistemas basados en asfaltos o láminas sintéticas con distintos acabados en las que generalmente se necesita realizar procesos finales adicionales en la colocación, sin embargo; en la actualidad existen soluciones alternativas como las membranas líquidas impermeables, que se aplican con diferentes técnicas y tienen espesores de unos cuantos micrómetros, llegando a tener algunos cuantos milímetros, con la ventaja de no necesitar de tratamientos finales, sino que son líquidos de composición polimérica que curan o endurecen, convirtiéndose en películas continuas por sí mismas.

Las membranas se pueden clasificar en tres grandes grupos, las que endurecen por reacción química como los poliuretanos o las poliureas, que se forman a partir de las mezcla de dos componentes separados y al unirse ocurre un endurecimiento por entrecruzamiento molecular; una segunda categoría incluye las membranas que endurecen por secado físico, tales como los acrílicos, los cauchos, los compuestos vinílicos y estirénicos, las cuales son polímeros en soluciones base agua o base solvente, que deben su endurecimiento a la evaporación del disolvente, por lo que depende de la temperatura y humedad ambiental. Por último, se encuentran las membranas prefabricadas de PVC o bituminosas, que se encuentran en  forma de rollos listas para ser aplicadas.

Como es de esperarse, cada tipo de membrana tiene propiedades específicas y se pueden identificar ventajas y desventajas frente a las membranas de los demás tipos. Para resumir las propiedades, ventajas y desventajas que tiene cada tipo de membrana, se realiza una comparación entre ellas, por ejemplo, podemos decir que las membranas de curado por reacción tienen una resistencia mecánica y química más altas que las membranas de secado físico debido al fuerte entrecruzamiento que existe entre las cadenas moleculares, por lo que tiene mayor tiempo de vida y su endurecimiento es más rápido, sin embargo, el aumento de propiedades implica un mayor costo en este tipo de resinas y su aplicación es más complicada. En general, las membranas de curado por reacción presentan una buena elasticidad, resistencia al desgaste y al desgarro, adherencia al hormigón, estabilidad térmica, se adaptan fácilmente a cualquier geometría, se aplican a gran velocidad y soportan cargas de compresión.

La aplicación de membranas puede ser en la impermeabilización de cubiertas, estanques o piscinas, estacionamientos y depósitos, pero para cada situación se debe elegir la mejor configuración de capas de impermeabilizantes; normalmente el fabricante es encargado de este diseño. En general, los sistemas de membranas de curado por reacción incluyen:

· Imprimación: protegen al sustrato y facilitan la adherencia de las siguientes capas  de recubrimientos, en este caso de la membrana. Existe una gran variedad de imprimación, dependiendo del soporte recubierto.

· Capa base: se refiere al tipo de membrana que actuará como capa impermeabilizante, que se adhiere directamente a la imprimación después del curado de ésta última.

· Capa de acabado: dependiendo del diseño final o aplicación de la superficie que se desee impermeabilizar, pudiendo ser desde recubrimientos resistentes a los rayos ultravioleta, hasta el montaje de un jardín.

¿QUÉ SON LAS ARCILLAS EXPANSIVAS Y CÓMO ES QUE AFECTAN A LAS CONSTRUCCIONES?

POR: MARCELA CORREA

Al iniciar un proyecto para la construcción de viviendas, edificaciones o de cualquier obra estructural de la que se trate, se tienen que considerar varios elementos para dar inicio a ésta, entre éstos y uno de los más importantes es un estudio geotécnico, que es el resultado de los trabajos de inspección y caracterización del subsuelo, motivados por la necesidad de conocer el comportamiento del terreno ante la influencia de dicha obra, y que además de comprender los aspectos descriptivos formales del terreno. En estos estudios se tenía poco conocimiento de los terrenos expansivos (arcillas expansivas) o se les prestaba poca atención, hasta que al paso del tiempo se ha mostrado que estas arcillas afectan las obras, presentado grandes grietas y movimientos de las construcciones, siendo un riesgo potencial para la construcción y sus habitantes.

Se llama arcillas expansivas aquellas que presentan un gran cambio de volumen con los cambios de humedad. Cuando dichas arcillas se humedecen sufren fuerte expansión, y cuando se secan se contraen considerablemente. Cuando la arcilla se encuentra a considerable distancia bajo la superficie no se expande y contrae tanto como cuando se encuentra cerca de la superficie, ya que la primera es menos afectada por los cambios de clima. Las arcillas expansivas se caracterizan por su alto límite líquido y un alto índice de plasticidad como consecuencia de un alto contenido de minerales activos. Cuando se encuentran estos tipos de arcilla es necesario efectuarles prueba de expansión libre, de presión de expansión y de límite de contracción en estado natural. La expansión libre se determina humedeciendo una muestra inalterada y midiendo el incremento de volumen de la misma. Generalmente la prueba se hace sobre una muestra inalterada sujeta lateralmente y sometida a una presión normal de 0.07 kg/cm². Si se aplica una presión normal para evitar la expansión del suelo, esta presión es conocida como la presión de expansión. Algunas arcillas presentan presiones de expansión hasta de 10 kg/cm².

Algunas veces cuando se colocan vigas de cimentación sobre arcillas desecadas, dichas vigas pueden ser reventadas debido a la presión que sobre ellas provoca la arcilla al sufrir expansión. Aun cuando las vigas hayan sido reforzadas para resistir alta presión, el levantamiento o movimiento de los soportes de las vigas pueden causar tanto daño como si las mismas vigas se reventaran. Por tanto es necesario tomar las precauciones debidas para promover cierto vacío bajo las vigas, a efecto de que la arcilla puede sufrir expansión sin ejercer presión del levantamiento sobre la viga.

La forma más simple de promover dicho vacío bajo las vigas consiste en excavar unos 50 cm debajo de éstas y luego colocar el material en estado suelto a fin de que la arcilla tenga  espacio para sus movimientos. En muchos casos poner paja o hierba empacada en el fondo de las zangas para las vigas ha dado muy buenos resultados, ya que cuando la arcilla comienza a hincharse ella comprime a la paja, evitando así que presione fuertemente sobre las vigas.

Cuando se quiere colocar  un piso al nivel del suelo y sobre arcilla desecada, la única manera de evitar que se levante y dañe es haciéndolo de concreto armado, soportando sobre un marco estructural y dejando un espacio en su parte inferior para que la arcilla pueda sufrir cualquier hinchazón sin estar en contacto con la parte inferior de la losa.