Formulacion de Pinturas y Aplicaciones

POLÍMEROS EN EDIFICACIÓN Y CONSTRUCCIÓN

FORMULACIÓN DE PINTURAS Y APLICACIONES

INTRODUCCION.- Las Pinturas o más correctamente los Recubrimientos Superficiales, revisten una extraordinaria importancia en nuestra vida diaria, prácticamente casi todos los objetos de la vida cotidiana, edificios, estructuras, etc. se encuentran pintados o con un recubrimiento superficial de naturaleza generalmente orgánica.

Los recubrimientos se aplican por una o más de las siguientes razones:

 Como elemento de Decoración.

 Como Protección (proteger de pudrición, corrosión, etc.).

 Por algún propósito funcional (Pinturas conductoras, Sanitizadas, etc.).

De los efectos decorativos, el más importante con mucho es el Color. El color es una percepción visual que depende de multitud de factores, del observador, de la superficie observada (tamaño y forma), de la iluminación así como de la distancia a la que se observa (en el caso de una fachada), otros colores próximos etc.

El ojo humano puede discriminar cientos de miles de colores, sin embargo es difícil la descripción del color se puede realizar utilizando alguno de los sistemas de atlas de colores o de representación de color (Munsell, NCS, Ostwald, CIE, etc.).

Un color puede ser descrito por tres características principales:

Tono: Es la variación cualitativa del color y mediante el cual lo definimos como rojo, azul, verde, etc. y corresponde al color de la longitud de onda predominante (máxima). Saturación: Corresponde a la mayor o menor fuerza y pureza del color, esto es cuando corresponde a la longitud de onda dominante sin mezcla de blanco o de negro, el color más puro físicamente posible correspondería a una luz monocromática. La saturación varía en forma inversa con el blanco añadido al tono, así los tonos sin blanco se denominan vivos o fuertes, mientras que si la cantidad de blanco añadida es alta tendremos los tonos pálidos.

Luminosidad: Todo color, este o no saturado tiene la capacidad de reflejar la luz blanca que incide en él, a esta capacidad es la que denominamos luminosidad de un tono la luminosidad es máxima en el blanco y disminuye a medida que se va añadiendo negra en el que la Luminosidad es cero. Cuando se añade tanto blanco como negro a un color, es decir gris, el color se va haciendo sucio o turbio y pierde saturación y luminosidad. Como elemento de protección, las pinturas actúan principalmente por efecto barrera, es decir separando el elemento a proteger del agente agresor, esto requiere la aplicación de un espesor mínimo que garantice la protección durante el tiempo adecuado, así como el evitar en lo posible, los defectos sin pintura o con espesores menores del adecuado. También en algún caso pueden contener sustancias que contribuyan a proteger el sustrato.

La durabilidad de una pintura va a depender del espesor aplicado y de la naturaleza química de la misma (para unas condiciones ambientales dadas), por tanto sobrepasado

este periodo se habrá de proceder a unos trabajos de mantenimiento a fin de aumentar la protección del sustrato.

Es corriente dividir la industria de fabricación de pinturas en tres grandes apartados: a) Pinturas de decoración (empleadas en Edificación): Es el volumen más importante, incluye las pinturas “tradicionales” los barnices para madera utilizados en reparaciones caseras, el mercado del bricolaje, etc. Es de venta al público en general o bien a profesionales, pero generalmente la venta es a través de distribuidores. Dentro de ella los productos más importantes en volumen son la pintura plástica (al agua o látex). Se caracteriza porque son productos muy generales y con características similares entre distintos fabricantes, permiten su aplicación en circunstancias muy variadas y no requieren equipos complicados para aplicación o secado. Su volumen es de un 50% del total de pinturas.

b) Pintura Industrial (OEM): Es aquella que se utiliza en las factorías donde se fabrican los objetos, así es la pintura utilizada en fábricas de automóviles, muebles, electrodomésticos, etc. Al contrario del caso anterior son muy específicas para cada aplicación completa para la que han sido diseñadas, generalmente requieren equipos más o menos complicados tanto para su aplicación como para su secado, a cambio se obtienen procesos de pintado de mucha rapidez y calidad. Suelen ser un 30-35% del volumen total de fabricación de pinturas.

c) Pintura de propósitos Especiales: Es una categoría que recoge aquellas pinturas que no han quedado englobadas en alguno de los dos apartados anteriores. Así por ejemplo incluye la pintura de reparación de coches que se efectúan en los talleres de reparación, la pintura de barcos que se hace en astilleros, las pinturas de puentes, depósitos, estructuras, etc. las pinturas de mantenimiento efectuadas en el emplazamiento y muchas otras. Se diferencian de las pinturas de decoración en que son aplicadas siempre por profesionales y tienen que cumplir determinadas especificaciones, mientras que se diferencian de las segundas en que generalmente no necesitan equipos complicados y pueden aplicarse en una variedad de condiciones ambientales. Su volumen es de alrededor de un 12-15% del volumen total de fabricación de pinturas. En la presente charla nos centraremos en lo que hemos denominado Pintura Decorativa y especialmente en los aspectos de protección de la misma.

COMPONENTES DE UNA PINTURA.- La mayoría de los recubrimientos orgánicos o pinturas pueden describirse como una solución en disolvente o dispersión (en agua) de un medio ligante, también llamado resina, en el que se dispersa un sólido inorgánico constituido por el pigmento y/o cargas. Se denomina vehículo a la fracción líquida de la pintura constituida por el disolvente y el ligante disuelto en el mismo. Finalmente una serie de componentes utilizados generalmente en pequeña proporción y cuya misión es tener algún determinado efecto, constituye lo que se denominan aditivos.

De todos los componentes anteriores el más importante y el que más afecta a las características de la pintura una vez aplicada es el Ligante, que es un polímero orgánico (en algunos casos puede ser inorgánico, pinturas al silicato, al cemento) y cuyas propiedades están relacionadas con su estructura.

ADITIVOS: Sustancias que añadidas en muy baja proporción a una pintura a fin de mejorar o modificar ciertas propiedades de las pintura bien del film seco o de la pintura durante su fabricación, almacenaje, transporte y aplicación.

La expresión “mejorar o modificar ciertas propiedades”, incluye aspectos económicos, tales como reducción de tiempo y/o mano de obra o costos y optimización de utilización de pigmentos. La cantidad de aditivos en una formulación no suele sobrepasar el 5% en peso. Algunos aditivos pueden incorporarse en el momento de la aplicación.

Existe unas amplia variedad de aditivos para pinturas, podemos clasificarlos de acuerdo con su función en:

 Agentes Espesantes: Influencian las propiedades reológicas de una pintura, incrementando la viscosidad.

 Agentes Tensoactivos: En este grupo se encuentran dispersantes y humectantes; Antiespumantes y promotores de adhesión.

 Modificadores de Superficie: Aditivos de tacto (deslizamiento), matizantes.

 Nivelantes y Coalescentes:

 Aditivos Catalíticamente Activos: Secantes, Acelerantes, Catalizadores.

 Aditivos Especiales: Antipiel, Estabilizantes a la luz, Inhibidores de Corrosión, Biocidas, Retardantes de llama, etc.

DISOLVENTE: La mayoría de las pinturas contienen material volátil que se evapora durante la aplicación y formación de film. Su función principal es reducir la viscosidad de la pintura para que sea la adecuada para su aplicación (generalmente en el rango de 0.05 a 1 Pa.s) y controlar los cambios de viscosidad durante la aplicación y los procesos de formación del film. La selección de los componentes volátiles afecta a la aparición de defectos tales como ampollamiento (burbuja), descuelgue y nivelación y puede afectar a propiedades tales como adhesión, protección a la corrosión y durabilidad exterior. Hay muchos factores que han de tenerse en cuenta a la hora de seleccionar los disolventes para una pintura o para utilizar para su rebaje en el momento de aplicación. Estos factores incluyen criterios de solubilidad, volatilidad, efectos de viscosidad, tensión superficial, inflamabilidad, olor, polución y costo.

Recordemos finalmente que actualmente la legislación esta impulsando la disminución de dichos compuestos (denominados COV o compuestos orgánicos volátiles), por lo que se esta haciendo un enorme esfuerzo de investigación para desarrollar pinturas basadas en agua, con alto contenido en sólidos o exentas en disolvente.

Veamos algunas de estas propiedades:

Solubilidad: El disolvente (o mezcla de disolvente a emplear) ha de ser capaz de disolver al polímero o ligante, para ello ha de tener una cierta afinidad por las moléculas del mismo. Así se puede emplear el concepto de Parámetro de Solubilidad (, que es una medida de las fuerzas intermoleculares en el estado líquido, así si se conoce el , de un determinado ligante podremos utilizar un disolvente (o mezcla de disolventes) de similar 

Otra forma menos sofisticada de seleccionar disolventes es en función de su naturaleza, de modo que puedan emplearse con ligantes de naturaleza similar. Así podemos clasificarlos en:

No Polares: Como Aguarrás, Tolueno, Xileno, Tricloroetano, etc. Medianamente Polares: Esteres (Acetatos), Acetonas, Nitropropano .

Muy Polares: Alcoholes y Glicoles.

Volatilidad: Durante la aplicación y formación del film, el disolvente debe de evaporarse. La velocidad a la que transcurre dicha evaporación afecta no sólo al tiempo requerido para que la pintura pase del estado sólido al líquido, sino que afecta también al aspecto y a las propiedades físicas del film seco.

Varios son los factores que influyen en la velocidad de evaporación de un disolvente y son: La Presión de Vapor del disolvente a la temperatura de secado, y que aumenta con la temperatura; La Relación Superficie/Volumen, ya que la evaporación transcurre en la interfase disolvente-aire, si dicha relación es muy alta la evaporación transcurre con mucha rapidez; La Velocidad del flujo de aire sobre el disolvente, ya que si el disolvente evaporado no es arrastrado de encima de dicha superficie, se frena la evaporación, ya que el aire se satura; Finalmente la Humedad Relativa, aunque tiene poca influencia sobre la velocidad de evaporación de los disolventes, si que influye notablemente en la evaporación de las pinturas que contienen agua, que reduce mucho su evaporación en condiciones de alta humedad.

Una forma de clasificación de los disolventes en relación con la volatilidad es en función de su temperatura de ebullición, así tenemos:

 Disolventes Lentos: Con Temperaturas de Ebullición superiores a 150ºC.

 Disolventes Medios: Con Temperaturas de Ebullición entre 100 - 150ºC.

 Disolventes Rápidos: Con Temperaturas de Ebullición inferiores a 100ºC. Evaporación de Disolventes a partir del Film: Una vez aplicado la capa de pintura comienzan a evaporar los disolventes, al principio su velocidad de evaporación depende principalmente de la presión de vapor de sus componentes volátiles, así como los otros factores mencionados anteriormente, espesor aplicado, velocidad del aire, temperatura, etc.

Sin embargo a medida que la evaporación continua se alcanza un estadio en el que la velocidad de evaporación disminuye notablemente. Esto se debe a que el mecanismo de evaporación ha pasado a un mecanismo de difusión. Al principio, estadio húmedo, el disolvente en la superficie se evapora, pero disolvente procedente del interior se mueve con facilidad aportando nuevo disolvente a la superficie, por lo que la velocidad de evaporación prácticamente sólo depende de la evaporación del disolvente en superficie. A medida que la cantidad de disolvente en el film va disminuyendo, la viscosidad de la solución aumenta y por tanto disminuye el espacio libre disponible entre moléculas del ligante por lo que cuando se alcanza un determinado valor, estadio seco, entonces el disolvente se difunde muy lentamente tardando mucho en llegar a la superficie, y es ese proceso, el de difusión el que regula la evaporación, proceso que es mucho más lento que el anterior.

El estadio seco, se alcanza aproximadamente cuando la Temperatura de Transición Vítrea (Tg) de la mezcla ligante disolvente, es aproximadamente igual a la temperatura de secado de la pintura. La Tg de la mezcla podemos calcularla de modo aproximado de la siguiente manera:

Tgl d Tgd d Tg ) 1 ( 1 _{ } 

donde d es la fracción en peso del disolvente, Tg la de la mezcla y los subíndices d y l hacen referencia al disolvente y al ligante. Como Tgl >> Tgd al disminuir d por la evaporación la Tg de la mezcla tenderá hacia Tgl, y de modo mucho más rápido cuanto mayor sea Tgl.

Hay que tener en cuenta que durante el secado se produce un gradiente en la concentración de disolvente, de modo que su concentración es menor en la superficie que en el interior, pudiera producirse en caso de evaporación rápida de disolventes, alta temperatura de secado, ligante con Tg, alta, un endurecimiento de la superficie, por haberse alcanzado en ella un valor de Tg igual a la temperatura, quedando disolvente en el interior y que ya no podría salir, con los problemas consiguientes de producto blando, falta de adherencia, etc.

Evaporación en productos base agua: En el caso de los productos en base agua el proceso es algo más complejo. Como la pintura una vez seca ha de ser insoluble en agua, no podemos utilizar como ligantes polímeros o ligantes solubles en agua (un caso especial lo constituyen aquellos ligantes que adquieren insolubilidad durante el secado mediante alguna reacción química), por tanto hemos de recurrir a polímeros insolubles que estarán en el medio acuoso como emulsiones o dispersiones.

En una emulsión el polímero o ligante se encuentra en el interior de unas pequeñas gotas, cuya pared la forma el agente emulsionante y que se encuentran dispersas en el agua, a medida que el agua va evaporando y disminuye el espacio disponible, las gotitas de la emulsión se van aproximando hasta estar en contacto unas con otras, entonces es preciso, para que se produzca un buen secado, que dichas partículas coalezcan, es decir que las moléculas de polímero de cada una de las gotas se entremezcle con las moléculas de las gotas vecinas para formar un film continuo.

Coalescencia

Para que dicha coalescencia se produzca es necesario que las moléculas de polímero tengan que tener cierta movilidad para poder difundirse por las gotas vecinas, lo que implica que la temperatura de secados sea superior a una temperatura determinada que es la Temperatura Mínima de Formación de Film (TMFF), esta temperatura suele ser algo inferior a la Tg del polímero (ya que el emulsionante actúa de plastificante rebajando algo la Tg del polímero puro).

Como veremos más adelante cuanto mayor es la Tg de un polímero, mejores son sus propiedades mecánicas y de resistencia, esto podría obligarnos a tener que necesitar unas temperaturas relativamente altas de secado si quisiéramos utilizar un ligante de altas prestaciones (y por tanto alta Tg y TMFF), sin embargo con la ayuda de Agentes

Coalescentes o Formadores de Film, podemos bajar la TMFF de una determinada pintura.

Un coalescente es un disolvente, generalmente un glicol o un alcohol, de alto punto de ebullición que se caracteriza por tener cierta miscibilidad con agua y con el polímero, al evaporar más lentamente que el agua, en los últimos estadios del secado, el disolvente que queda es rico en el coalescente y es capaz de “redisolver” el polímero facilitando la coalescencia.

Un factor a tener en cuenta es que la evaporación del agua depende de la Humedad Relativa y que si esta es alta la evaporación del agua se ralentizaría bastante y podría ser más lenta que la del coalescente y por tanto no se produciría la coalescencia de modo adecuado, aunque el film estuviera seco, pero al no haberse interpenetrado las moléculas del polímero, este sería poroso, faltaría cohesión y no tendría el film las propiedades de resistencia requeridas.

Entre otras propiedades no debe de ser demasiado enérgico en el ablandamiento del polímero ya que puede provocar grumos.

Se encuentran en el mercado Texanol, Dowanol DPnB, Coasol (mezcla de éteres diisobutílicos de los ácidos glutámico, succínico y atípico), Butil glico (puede formar grumos), acetato de butilglicol (tendencia a hidrólisis

CARGAS Y PIGMENTOS: Los Pigmentos y Cargas, son componentes sólidos que se dispersan en el vehículo. Son partículas muy finas (algunas micras) insolubles en el medio que las contiene. Sus principales funciones son aportar color, ocultar el color del sustrato (cubrición), modificar propiedades del recubrimiento (porosidad, brillo, reología, propiedades anticorrosivas, retardo del fuego, etc.) y abaratar costos.

Los pigmentos son los responsables de impartir color los podemos dividir en dos grandes grupos: Pigmentos Inorgánicos, estos se suelen caracterizar por buen poder cubriente, buenas resistencias al exterior y a agentes químicos (algunos son sensibles a ácidos o bases) y bajo costo. Son los más usados, entre ellos destacan Bióxido de Titanio (Blanco), Óxidos de Hierro (amarillo y Rojos) y los basados en Cromatos (amarillos, naranjas y rojos), aunque debido a su toxicidad se esta restringiendo su utilización, especialmente en aplicaciones no industriales.

Pigmentos Orgánicos, se caracterizan por su fuerza de color, viveza de tono, sin embargo su cubrición y sus resistencias (solideces) al exterior suelen ser inferiores y generalmente su precio suele ser más elevado que el de los inorgánicos. Hay una amplia variedad de pigmentos orgánicos que se suelen clasificar por la naturaleza química de los mismos y así tenemos los Azules y verdes de Ftalocianina, Amarillos Azo, Rojos de Toluidina, Negros de Humo, etc.

Las Cargas o Extendedores, no imparten color como los pigmentos, su misión es incrementar el volumen de la pintura utilizando productos de bajo costo. Pueden servir para propiedades tales como resistencia a la abrasión o al impacto, permeabilidad, brillo, etc.

Otras propiedades en la que influyen es en la reología incrementando viscosidad a baja cizalla, evitando el descuelgue de la pinturazas laminares como talco y mica reducen la permeabilidad al vapor de agua y Oxígeno. Las cargas fibrosas refuerzan la estructura del film, etc. Como cargas se utilizan, además de las anteriormente citadas, los carbonatos cálcicos, silicatos de Aluminio, Cuarzo, Barita, etc.

Se distingue entre Cargas que básicamente aportan sólidos a la pintura y los Extenders que mejoran la eficacia del pigmento.

Las cargas son en general de tamaño esférico o nodular mientras que los extenders suelen ser de forma laminar o acicular favoreciendo una distribución más uniforme de los pigmentos.

Entre las cargas tenemos Carbonato cálcico natural (calcita, creta) o precipitado. Dolomita, sulfato de bario y sulfato cálcico (blanco de España) que sólo tiene su aplicación en pinturas al temple o a la cola, donde se usa como pigmento. Por su alta reactividad no se emplea en pinturas ni al agua ni al disolvente ya que las haría muy inestables.

Extenders.- Caolín (Silicato de Al natural) es el típico. Silicato de Aluminio pp., Talco (silicato Mg esférico a acicular) evita formación de grietas y da estructura a la pintura, buena resistencia a agentes químicos. Mica Silicato de Al y K, estructura laminar, su principal aplicación es por el efecto barrera (“pizarra”) para exterior.

Sílice Diatomea: Forma irregular lo que favorece el mateado. Wollastonita.-Silicato de Ca y Mg, se presenta en general con tamaños superiores a 45 micras se utiliza en exteriores por sus buenas resistencias atmosféricas y químicas. La absorción al aceite es media y no proporciona estructura a la pintura. Arenas de Mármol y sílice.- Se utilizan para dar textura, pueden obtenerse en diferentes granulometrías que van desde polvo impalpable hasta arenas de 0,1-0,5 mm, 0,5-0,8 mm e incluso superiores. Téngase en cuenta que las primeras son poco resistentes al ácido y menos duras que las segundas. Otras Cargas.- Cargas poliméricas (ROPAQUE); Sílices pirogénicas y aerogeles (por su proporción se suelen considerar más como aditivos); Harinas de cuarzo y granulados del mismo producto que se utilizan en la preparación de morteros epoxi o de poliuretano. Las fibras de celulosa que se utilizan para obtener características reológicas determinadas.

Concentración de Pigmento en Volumen (CPV): En el film de pintura seca las partículas de pigmento y de cargas quedan dispersadas en el seno de la matriz de ligante, ya que por su naturaleza sólida no han podido coalescer o fusionarse como si lo hace el ligante formará un film continuo en el seno del cual esta disperso el pigmento y la carga.

Se define la Concentración de Pigmento en Volumen como la fracción en volumen que ocupan el pigmento y la carga en el total del volumen de la pintura seca (es decir del volumen del pigmento más el que ocupa el ligante), la CPV suele expresarse en porcentajes: l p p V V V PVC  

V hace referencia al Volumen y los subíndices p y l al pigmento (y cargas) y ligante respectivamente.

Si la CPV es baja entonces el volumen de pigmento es bajo y se encuentra distribuido por la masa del ligante, por el contrario si la CPV fuera excesivamente elevado pudiera ser que no hubiera suficiente ligante para rellenar todos los huecos entre las partículas de pigmento y por tanto quedarían huecos que estarían rellenos de aire. Evidentemente habría un punto intermedio, en el que habría el ligante justo para rellenar los huecos entre el pigmento, a dicha proporción de pigmento se denomina Concentración Crítica

de Pigmento en Volumen (CCPV), que se caracteriza porque en torno a ella varían drásticamente muchas propiedades y como veremos a continuación el factor:

CCPV PVC

es un factor importante que determina numerosas propiedades de la pintura.

Veamos ahora como varían algunas propiedades:

En la figura se han representado las partículas de pigmento de color negro y el ligante de color rojo, a la izquierda la CPV es bajo y la pintura es impermeable, mientras que a la izquierda el PVC es alto, superior a CCPV y la pintura es permeable y porosa. Otra propiedad que varía es el brillo, cuando hay suficiente ligante la superficie de la pintura es lisa y tersa y por tanto refleja como un espejo (brillo alto), al ir aumentando la proporción de pigmento no queda suficiente ligante y aumenta la rugosidad superficial disminuyendo el brillo. Otra propiedad que viene afectada es el blistering (ampollamiento) si la CPV es baja hay un film continuo que impide la salida del vapor de agua de una pared húmeda, por lo que al ir creciendo dicha presión se formará una ampolla, sin embargo si es permeable al permitir la salida del vapor de agua no se

producirá el problema. Sin embargo la corrosión aumentaría ya que una pintura permeable permite el paso de Oxígeno y de vapor de agua hacia el interior. Otras propiedades que están relacionadas con la CPV son: resistencia al lavado y al frote, cubrición, adhesión, resistencia del film a la rotura, etc.

Recordemos que la carga en la pintura seca se comporta de modo similar a como lo hace en un plástico composite, es decir si no hay suficiente ligante para humectar y ligar a todo el pigmento entonces esas zonas “vacías” constituyen un defecto y la pintura pierde integridad.

LIGANTES: El ligante o resina forma la matriz de la pintura, la fase polimérica continua en la que se encuentran dispersados el resto de los componentes. El ligante es el agente formador de film y su composición es la principal responsable que determina, la permeabilidad, la resistencia química y a la intemperie, resistencia UV, etc. Determina también método de aplicación, comportamiento de secado y endurecimiento, adhesión al sustrato, propiedades mecánicas, etc.

Un film continuo puede producirse por secado físico, curado químico o combinación de ambos. En el primer caso la simple evaporación de disolvente produce un film continuo al enmarañarse e interpenetrarse las moléculas del polímero.

En el curado químico se produce además una reacción química en la formación de film. Esta reacción química puede ser oxidativa, con el oxígeno del aire o bien una reacción de policondensación (con otras resinas o crosslinkers) o de poliadición. En el caso de que haya una reacción química el polímero resultante tiene mejores propiedades de resistencia mecánicas y químicas.

Los ligantes son productos macromoleculares con pesos moleculares que van desde 500 hasta 30.000. Los de peso molecular más alto (a veces denominados ligantes físicos) incluyen derivados de la celulosa (Nitrocelulosa y Acetobutirato de Celulosa), Acrílicas termoplásticos, Caucho Clorado y Vinílicas, y que son adecuadas para producir filmes por secado físico únicamente. Los ligantes de bajo peso molecular incluyen alcídicas, fenólicas, poliisocianatos, epoxi, etc. Estas para producir filmes de características aceptables deben de endurecer químicamente después de la aplicación en el sustrato a fin de producir macromoléculas de alto peso molecular reticuladas.

Si incrementamos el peso molecular del ligante (y por tanto la Tg) mejoran propiedades tales como elasticidad, dureza, resistencia al impacto, ataque por disolvente, pero aumenta la viscosidad de la solución. Mientras que son deseables unas buenas propiedades mecánicas, también lo es una baja viscosidad que permita la utilización de poco disolvente. Por tanto se debe de alcanzar un compromiso.

Los ligantes de bajo peso molecular tienen baja viscosidad en solución y por tanto permiten producir pinturas con bajo contenido en disolvente o incluso exentos totalmente de disolventes. En este caso el ligante es una mezcla de varios componentes reactivos que experimentaran una reacción química una vez aplicada la pintura al sustrato.

Una excepción a la relación entre peso molecular y viscosidad de la solución, la tenemos en las emulsiones. En este caso al no estar el polímero disuelto en el medio, sino disperso en forma de pequeñas gotitas, la viscosidad de la pintura ya no es función del peso molecular sino de la fracción en volumen de las gotitas en el medio.

En realidad tanto las propiedades físicas como de solubilidad están relacionadas con la Tg que a su vez esta relacionada con: El Peso Molecular del polímero; Flexibilidad de la cadena, así la presencia de enlaces múltiples, anillos aromáticos, o grupos voluminosos en la cadena y que disminuyen la rotación alrededor del enlace, incrementaran la Tg; Presencia de Cadenas laterales cortas, por el contrario disminuyen

la Tg. Así dependiendo del sector de aplicación se suelen utilizar polímeros con diferentes Tg.

Temperatura de Transición Vítrea (º C)

Área de Aplicación

80 – 100

Pintura Resistente al Fuego

50 – 65

Productos cuidado de suelo

35 – 50

Pintura Industrial en general

10 – 40

Pintura Decorativa

Finalmente otra característica de los polímeros que afectarán a su calidad como pintura es su naturaleza química. Así ligantes que contienen el grupo ester tales como resinas alcídicas o las basadas en acetato de polivinilo, serán fácilmente hidrolizables y poco adecuadas para exterior, los que contengan anillos aromáticos pueden presentar problemas de amarilleo a la intemperie ya que pueden absorber radiación UV y dar compuestos coloreados. La presencia de grupos funcionales polares puede facilitar la adherencia a determinados sustratos, etc.

Secado Por Reacción Química: La existencia de una reacción química que nos incremente el peso molecular del polímero y la reticulación de las moléculas del mismo, nos va a mejorar notablemente las propiedades de la pintura resultante y utilizando una menor proporción de disolventes. A las pinturas que utilizan alguna reacción química para el secar se suelen denominar Recubrimientos Termoestables, de modo análogo a la terminología utilizada en plásticos.

Sin embargo la presencia de una reacción química hace que se presenten algunas complicaciones. En principio los componentes que van a reaccionar tendrán que mezclarse en el momento de su utilización (productos multicomponentes), pero a partir del momento de la mezcla comenzará a reaccionar y dicha mezcla tendrá un tiempo de vida limitado. Existen sin embargo algunas técnicas que nos permiten simplificar dichos problemas:

 Que la reacción química tenga lugar a temperatura elevada y sea prácticamente nula a temperatura ambiente. Es el caso de las pinturas horneables.

 Que la reacción necesite la presencia de un activador, pero que este pueda encontrarse bloqueado y se desbloquee por la acción del calor o de la radiación UV (caso del secado UV).

 Que la reacción se produzca con un agente que se encuentre en la atmósfera, como es el Oxígeno (secado oxidativo) como es cuando utilizamos aceites o alcídicas como ligante. O la Humedad Atmosférica, que es el caso de los poliisocianatos que secan por humedad y utilizados para parquet.

 Utilización de un inhibidor volátil, que evapore durante el secado y entonces pueda comenzar la reacción. Este por ejemplo es el caso emulsiones al agua autoreticulables, en las que la reacción se encuentra inhibida por la presencia de agua y sólo comenzará a producirse una vez evaporada la misma.

 Utilización de medios mecánicos de modo que los componentes se mezclen justo antes de ser depositados sobre el sustrato, por ejemplo utilizando una pistola que tenga dos alimentadores que se junten los componentes en la salida de la boquilla.

Es evidente que estos sistemas o requieren la utilización de equipos de secado por calor o UV, de aplicación especiales o bien pueden plantear también alguna dificultad,

como en el caso del secado oxidativo que como la presencia de oxigeno es permanente el secado continuará indefinidamente (aunque muy lentamente) pudiendo dar acabados excesivamente rígidos, o en el caso del secado por humedad el mismo es muy dependiente de las condiciones ambientales.

Finalmente en el caso de que tengamos que utilizar una pintura multicomponente, entonces se procederá a mezclar los mismos en el momento del uso, proceder a una adecuada homogeneización y teniendo en cuenta el tiempo de vida de la mezcla, preparar únicamente la cantidad a utilizar durante dicho periodo.

Durante el secado de estos productos la Tg va aumentando por una parte por la evaporación del componente volátil (disolvente) y por otra por la reacción química, esta ultima procederá con relativa rapidez mientras la Tg del sistema sea inferior a la temperatura ambiente, pero a medida que ambas se aproximen la velocidad de reacción también se ralentizará, ya que disminuye la movilidad del polímero. Por tanto es posible que si la temperatura de secado es baja el polímero finalmente no alcance una Tg adecuada y sus prestaciones no sean entonces las adecuadas, a pesar de que la pintura aparentemente este seca. Así pues en este caso las condiciones ambientales son mucho más exigentes que en el caso del secado físico. Hay que prestar también especial atención a la posible presencia de inhibidores o de sustancias que puedan reaccionar con los componentes antes de su aplicación.

TIPOS DE LIGANTES: La mayoría de los Ligantes utilizados son polímeros orgánicos obtenidos generalmente sintéticamente a partir de moléculas más pequeñas denominadas monómeros, en un proceso denominado Polimerización, de tal modo que según el tipo y proporciones de los mismos se pueden graduar sus propiedades finales, también durante el proceso de fabricación se puede optimizar el peso molecular final. Los monómeros pueden clasificarse en duros, blandos o reactivos. Entre los duros tenemos metil, metacrilato, estireno y acetato de vinilo. Los acrilatos son más blandos que los metacrilatos y monómeros blandos incluyen Etil Acrilato, 2- etil hexil acrilato, y también metacrilatos de cadena larga. Los monómeros reactivos incluyen grupos funcionales susceptibles de reaccionar con posterioridad a la formación del polímero, durante el proceso de secado y realizando el Secado por Reacción Química. Entre estos grupos funcionales los más utilizados son el grupo hidroxilo, el epoxi, el Isocianato, el grupo Amino o Amido y el doble enlace C = C. A este tipo de Ligantes lo denominamos Termoestables.

Los sistemas poliméricos utilizados raramente son homopolímeros sino que suele emplearse dos (copolímeros) o tres monómeros (terpolímeros) para obtener el polímero final. La dureza del polímero viene caracterizada por su Tg y en el caso de haber utilizados varios monómeros se puede calcular mediante la ecuación:

2 2 1 1 1 Tg w Tg w Tg  

Veamos algunos de ellos:

Acrílicas: Los ligantes acrílicos pueden formularse como termoplásticos (alto peso molecular), Termoestables (menor peso molecular y conteniendo OH) y como Látex o emulsión al agua (alto peso molecular). Las resinas se forman a partir de esteres de los ácidos acrílico o metacrílico.

Los ésteres más usuales son los ésteres del ácido acrílico con el alcohol n-butílico o con el 2-etilo hexil alcohol (EHA). Estos monómeros constituyen la base de las dispersiones plásticas acrílicas. Combinados los esteres acrílicos entre si o en combinación con los esteres metacrílicos se obtienen las dispersiones acrílicas puras. La combinación con estireno, son las dispersiones acrílicas estirenadas.

Al no contener H terciarios unidos directamente a la cadena polimérica son excepcionalmente estables al deterioro por el oxigeno, la luz UV o la saponificación y buena resistencia a la intemperie. En el caso de la modificación con estireno aumenta su dureza y resistencia al blocking, sin embargo no son tan resistentes a la radiación UV y tienen tendencia al caleo.

Acetato de Vinilo: Se puede utilizar como homopolímero del Acetato de Vinilo (VAc) (CH2 = CH – O – CO – CH3), Polivinil Acetato (PVA), empleado principalmente

en colas. El film o pintura seca de las dispersiones de PVA se caracteriza por su dureza por una alta absorción de agua y por su baja resistencia al álcali, ya que es fácilmente saponificable, formándose el alcohol polivinílico que es soluble en agua.

Para su utilización en dispersiones plásticas y mejorar sus prestaciones se copolimeriza con otros monómeros especialmente con ésteres del ácido acrílico y con Veo Va, que son monómeros basados en éster vinílico de diferentes ácidos Versáticos. Estos se caracterizan por una alta resistencia a la saponificación y su hidrofobia Dependiendo del porcentaje del segundo monómero se mejora la resistencia a la saponificación y se reduce la absorción de agua. Los copolímeros Vinílicos – Veo Va se conocen como Dispersiones Veo Va con excelentes características de ligante para recubrimientos de exterior por su alta resistencia a la intemperie.

Con una tecnología más costosa, utilizando reactores bajo presión, se polimeriza el acetato de vinilo con etileno (E). Esta combinación de monómeros se conoce como dispersiones etilénicas. Su campo de aplicación es para pinturas de interior exentas de disolvente (bajo COV o ecológicas) También en estas combinaciones se puede introducir el Cloruro de Vinilo (VC), obteniéndose productos más económicos Vac/E/VC.

Acrilo Nitrilo (AN): De formula CH2 = CH – CN. Contribuye con dos propiedades

importantes a los polímeros. Por un lado es responsable de la reticulación de las cadenas poliméricas dentro de las partículas de la emulsión, lo que aumenta la cohesión del polímero y le otorga un importante carácter elástico y resiliencia a los productos terminados. Por otro lado se caracteriza por una alta hidrofilia en el polímero, que conduce al ensuciamiento del mismo y sensibilidad a la luz UV, lo que acelera el amarillamiento y el caleo de las pinturas.

Resinas Alcídicas: Se introducen en los años 1930 para sustituir a los aceites secantes y a las lacas Nitrocelulósicas. Tienen buena durabilidad y relativamente bajo costo, siendo muy utilizadas en la actualidad. Sus propiedades finales vienen determinadas por el tipo y grado de modificación. Aunque utilizables en exterior su durabilidad a la intemperie a largo plazo así como su resistencia a la decoloración y perdida de brillo son inferiores a las acrílicas.

Las Alcídicas se sintetiza a partir de tres componentes básicos, Ácidos Polibásicos, Polioles y (excepto en alcídicas exentas de aceite), Ácidos Grasos. La naturaleza y proporción de estos componentes controlan las propiedades de la resina. El número de combinaciones es enorme y las especificaciones de una resina alcídica.

Dependiendo del porcentaje de ácido graso en la resina se clasifican las alcídicas en cortas en aceite (< 45%), medias (45 – 55%) y altas (> 60%). El tipo de ácido graso también gobierna las propiedades de la alcídica. Las resinas se clasifican en secantes, semisecantes y no secantes, dependiendo del grado de insaturación en el resto ácido graso (Índice de Yodo de, > 140, 125 – 140 e < 125, respectivamente).

El secado oxidativo de las alcídicas, lleva consigo la oxidación de los dobles enlaces del ácido graso (dicha oxidación es más rápida y eficiente si los dobles enlaces están conjugados). Una vez seco la dureza alcanzada es inversamente proporcional al grado de modificación con aceite.

Las alcídicas cortas en aceite dan generalmente, filmes de alta calidad por lo que respecta a retención de brillo y color pero de baja flexibilidad y pobre adhesión. Las largas en aceite son generalmente superiores en términos de dispersión de pigmento, propiedades reológicas y estabilidad al almacenaje.

Las resinas alcídicas se caracterizan por su adherencia, flexibilidad y durabilidad. Con modificaciones determinadas pueden mejorarse prestaciones. Un punto débil es su tendencia a la saponificación.

Son solubles en disolventes alifáticos las largas en aceite y en aromáticos las cortas en aceite. También se pueden emulsificar para obtener productos en base agua. Las no secantes se utilizan como plastificantes en lacas NC y las modificadas con OH en resinas que pueden ulteriormente reaccionar con Isocianatos, melamina, etc.

Resinas Epoxi: El grupo epoxi u oxirano puede participar en muchas reacciones en particular con los grupos carboxilo, hidroxilo, fenol y amina. Estas reacciones son exotérmicas (70-80 Kjoules/equivalente epoxi) y a menudo son catalizadas fácilmente. La reacción epoxi-amina (o amida) es la más utilizada.

Las resinas epoxi más utilizadas están basadas en la reacción entre el Bisfenol A y la Epiclorhidrina. Según el peso molecular pueden ser líquidas o sólidas.

Las excelentes propiedades de los productos epoxi pueden explicarse por su estructura. La cadena sólo contiene enlaces C – C o éter (C – O – C) que son muy estables y aportan resistencia química, mientras que un factor importante en su tenacidad es el amplio espacio entre los grupos epoxi. La presencia de grupos OH que son polares ayuda a la adhesión, así como al formarse un enlace éter a partir del grupo epoxi no se produce contracción. También los grupos aromáticos contribuyen a la dureza del film resultante, aunque por otra parte los hace sensibles al amarilleo por radiación UV, lo que limita su utilización al exterior, salvo como fondos.

Las resinas epoxi pueden utilizarse en un sistema de dos componentes con poliaminas o poliamidas. Los filmes así obtenidos tienen una extraordinaria resistencia química, dureza, resistencia a abrasión, flexibilidad y adhesión. Las resinas epoxi se pueden modificar con resinas de silicona para incrementar la resistencia al agua.

Isocianatos: El grupo Isocianato (NCO) es muy reactivo tanto consigo mismo como con otros grupos funcionales y la reacción puede catalizarse con facilidad. Reacciona exotéricamente (40 KJoule/mol) con aquellos compuestos conteniendo H activos, en particular alcoholes, aminas, fenoles y agua a temperatura ambiente o temperaturas moderadamente elevadas. La reacción con aminas es la más rápida, pero con OH es la más utilizada. La reacción es más rápida con alcoholes y aminas primarias que con las secundarias. Los poliisocianatos pueden ser aromáticos o alifáticos, siendo más reactivos los primeros.

El agua reacciona con los poliisocianatos con una velocidad similar a la de los alcoholes secundarios, se produce en primer lugar ácido carbámico (RNHCOOH) que se

descompone en una amina, que puede reaccionar a su vez con otro isocianato y CO2.

Esta reacción procura evitarse en las aplicaciones normales, por lo que los disolventes utilizados deben de ser deshidratados, pero se aplica en el curado por humedad de los Isocianatos monocomponentes.

Las pinturas de poliuretanos de dos componentes están basadas en resinas hidroxifuncionales y en aductos de isocianato obteniéndose a temperatura ambiente recubrimientos de altas prestaciones, resistencia a disolvente, abrasión, intemperie, etc. Las resinas a utilizar pueden ser Alcídicas, Poliéster, Polieter, Epoxi y Acrílicas.

Se puede disponer también de dispersiones de poliuretano en las que el producto de reacción entre el Isocianato y el compuesto hidroxifuncional se dispersa en agua, estas dispersiones tienen propiedades similares a la de los poliuretanos de dos componentes utilizándose principalmente para recubrimientos para parquets o cuando quieren obtenerse altas prestaciones.

Caucho Clorado: El caucho clorado se obtuvo primeramente por cloración de caucho que había sido degradado previamente. El contenido en Cloro oscila entre el 64 – 68 %, Actualmente se parte de sustancias sintéticas como poliisopreno, polipropileno, polietileno y otras poliolefinas. Los productos así obtenidos tienen un contenido en Cloro superior al 64% y un peso molecular que puede ir de 50.000 a 350.000.

Los recubrimientos que se obtienen con estos productos son altas resistencias a agentes oxidantes Ozono o peróxido), agua, sales inorgánicas, ácidos, álcalis y gases, buena solubilidad en disolventes excepto en agua, alcoholes e hidrocarburos alifáticos; baja inflamabilidad; comportamiento bacteriostático y fungistático.

Las desventajas radican en su alto contenido en Cloro y su baja resistencia al calor (70-90º) descomponiéndose y desprendiendo HCl. Su tendencia a amarillear y calear cuando se expone al exterior es inferior a acrílicas y poliuretano.

Se utiliza como ligante principal en pinturas de secado aire y cuando se necesite una gran resistencia química, al agua o productos de gran durabilidad. Como este producto es en sólido frágil necesita la adición de plastificantes. Las pinturas basadas en caucho clorado se han empleado en edificios, piscinas, pinturas de tráfico y marina.

Bitumen: Los sistemas bituminosos incluyen productos asfálticos así como alquitranes de la destilación de hulla, así como combinaciones con resinas sintéticas o naturales. Los procedentes del alquitrán tienen buena resistencia a la humedad (mejorable al combinar con epoxi), buena resistencia a ácidos, álcalis y aceites vegetales, animales y minerales; pero no tienen resistencia a intemperie y se degradan por la acción de la luz. Los recubrimientos bituminosos, disueltos en disolventes aromáticos, se utilizan principalmente en aplicaciones subterráneas.

Al menos que se reticule con otra resina es termoplástico y fluirá a temperaturas superiores a 38ºC. En tiempo frío se endurece y es frágil por lo que puede cuartear por larga exposición al sol, aunque mantiene sus propiedades protectoras. Disponible sólo en color negro se utiliza en recubrimientos de tuberías (pipeline) tanto interior como exterior y es relativamente barato. Debido a su contenido en benzopirenos no puede estar en contacto con agua potable o alimentos.

Las pinturas asfálticas son sólidos procedentes de destilación del petróleo y suspendidas en disolvente alifático. Tiene buena resistencia al agua y estabilidad a la luz UV y no cuartea o se degrada expuesto a la luz. No siendo tóxico puede estar en contacto con alimentos. Es resistente a sales minerales y álcalis hasta concentraciones del 30% y tiene propiedades anticorrosivas.

Por el contrario tiene poca resistencia a Hidrocarburos, aceites, grasas y a algunos disolventes orgánicos.

Por sus mejores propiedades a la intemperie se utiliza allí donde las de alquitrán no tendrían durabilidad, especialmente en el sellado de tejados y terrazas. Se han empleado también para la protección de estructuras de cemento contra agua agresiva químicamente (efluentes y residuales), estructuras de acero.

RECUBRIMIENTOS ARQUITECTÓNICOS:

En las edificaciones encontramos una gran variedad de materiales de construcción. Entre los más usuales en muros y paredes se encuentran: piedra, mampostería, ladrillos y hormigón. Generalmente las edificaciones se construyen con materiales que posteriormente se recubren con un acabado que denominamos Recubrimiento Arquitectónico, que cumplirá diferentes funciones como embellecimiento y protección.

En los muros de exterior los recubrimientos se aplican para protegerlos de los agentes deteriorantes de la intemperie y del medio ambiente, así como darles un efecto decorativo.

Para las pinturas de Exterior los requerimientos más importantes son: a) Efecto Decorativo

1) Baja captación y retención de polvo. 2) Elevada retención de color.

3) Resistencia a Intemperie (radiación UV, agentes atmosféricos, etc.) 4) Resistencia a agua y a agentes alcalinos.

b) Para protección del sustrato.

1) Elevada permeabilidad al vapor de agua (lo que permite eliminación de la humedad de paredes).

2) Baja absorción de agua líquida (lo que impide o disminuye la penetración de agua hacia la pared).

3) Impermeabilidad al CO2 (lo que disminuye la carbonatación del cemento).

4) Adhesión al sustrato.

Estas pinturas se presentan en el mercado como con nombres como: pintura lisa, rugosa, revestimiento liso o rugoso, revoque de capa gruesa (2-3 mm). Se diferencian en textura, el espesor de capa y la forma de aplicación.

En algunas pinturas texturadas se emplean fibras de celulosa de 40 micras o más con el fin de obtener acabados rugosos.

En el caso de las paredes de interior, predomina el efecto decorativo, aunque puede hacerse para tener una mayor higiene (lavabilidad) o proporcionar mejores resistencias mecánicas o químicas en zonas de mayor uso, utilización industrial, etc.

Nos referiremos en general a recubrimientos aunque se pueden subdividir en aquellos que constituyen una base para el acabado final como son los: Empastes o Masillas, Morteros, Preparadores de Fondos (Selladores, Fijadores), y los propiamente acabados como: Pinturas y Recubrimientos texturizados. Distinguiéndose finalmente entre productos de exterior e interior ya que sus requerimientos son distintos.

SUSTRATOS MINERALES: Denominamos sustrato al material que se va a recubrir con pinturas, que son en su mayoría de naturaleza mineral, aunque podríamos encontrar de tipo metálico, madera, plástico, etc.

Una de las características más importante de los sustratos es su porosidad y su poder absorbente.

Entre los sustratos no porosos, se encuentra la piedra, ladrillos vitrificados y lozas. Generalmente no van a ser recubiertos, pero en caso de necesitar hacerlo hay que tener en cuenta problemas de adherencia.

Los sustratos porosos como cemento, hormigón, mampostería y los empastes o masillas plásticas permiten una penetración gradual de los componentes líquidos o en suspensión al aplicar la pintura o el recubrimiento, como son el ligante y las cargas finas obteniéndose un fuerte anclaje entre el sustrato y el recubrimiento garantizando una buena adherencia. .

Los cementos y hormigones son superficies fuertemente alcalinas y tienden a formar una eflorescencia cristalina conocida como “lechada de cal”, eflorescencia que a pesar de su apariencia de adhesión al soporte, acaba desprendiéndose del mismo y además impermeabiliza la superficie no permitiendo la penetración de la pintura.

Las superficies de cemento y hormigón nuevas deben de fraguar durante 28 días antes aplicar cualquier clase de recubrimiento. A partir de los 28 días se puede proceder a la eliminación de la lechada de cal mediante una solución ácida (5% de HCl). El ácido hace una reacción muy visible especialmente con las sales cálcicas: la duración del tratamiento debe de ser de entre 15-30 minutos, debe entonces procederse al lavado de la superficie con agua limpia para eliminar los restos de ácido y a continuación dejar secar. Se debe de procurar que la humedad del hormigón sea inferior al 5%.

La eliminación también puede efectuarse por abrasión mediante cepillo metálico de forma manual o mediante máquina de disco.

El Yeso Proyectado a diferencia del normal es poco poroso, por lo que puede dar problemas de adherencia, por lo que una vez masillado (para tapar defectos) es conveniente el tratamiento con una imprimación de tamaño de partícula pequeña para facilitar la penetración.

Humedad: El agua se encuentra presente muy a menudo en los materiales de construcción, especialmente en los edificios nuevos. Esto es particularmente cierto para el cemento y el yeso, pero también para cualquier otro material que ha estado almacenado a cielo abierto durante la construcción. Las superficies “húmedas” recientes, pueden requerir un recubrimiento inicial de alta permeabilidad para permitir el secado de la pared y un posterior recubrimiento más impermeable.

El contenido en humedad puede cuantificarse según la Humedad Relativa en contacto con la superficie, así la norma BS 6150 clasifica las superficies en cuatro grupos según su contenido en humedad:

 Secas, - < 75%

 Secando, - 75 – 90%

 Mojadas, 100% (con humedad superficial visible)

Las superficies mojadas son difíciles de pintar, pero las húmedas y en proceso de secado pueden pintarse con pinturas en emulsión (base agua) y que estén formuladas por encima del CCPV para incrementar la permeabilidad. El agua a la que no se hubiera permitido salir, por no ser bastante permeable la pintura reduciría la adhesión, podría producir ampollamiento (blistering) y podría facilitar la aparición de moho. La humedad es también un factor importante en el ataque por álcalis, la eflorescencia y el manchado (staining).

Ataque Alcalino: El cemento es fuertemente alcalino así como algunas mamposterías, tal alcalinidad en presencia de humedad puede saponificar pinturas basadas en aceite y alquídicas así como decolorar algunos pigmentos.

Eflorescencia: Son depósitos de tipo salino que aparecen sobre la superficie de mampostería, ladrillo, etc. a menudo en forma densa y voluminosa. El movimiento de la eflorescencia es debido a que dichas sales están solubilizadas en agua y precipitar al llegar a la superficie y evaporar el agua. La eflorescencia más voluminosa suele ser sulfato sódico y a menudo puede romper la pintura de baja permeabilidad, aunque las pinturas al aceite (alquídicas) tienen cierta capacidad de mantener enterrada la eflorescencia. Los recubrimientos permeables, tales como las pinturas en emulsión formuladas por encima de la CPV crítica, permiten que la eflorescencia pase a través de ellas a la superficie donde pueden limpiarse con un paño húmedo, pero cantidades importantes de eflorescencia pueden provocar fallos de adherencia y desprendimiento de la pintura sobre la eflorescencia. Los tipos más densos de eflorescencia suelen ser Carbonato Cálcico, es más difícil de quitar (por su menor solubilidad) pero permite el repintado con más facilidad después de una ligera abrasión.

Manchado (Staining): Son manchas amarronadas que pueden aparecer en pinturas en emulsión aplicadas sobre ladrillo, clinker, bloques huecos de arcilla. El color se debe a sales solubles o materia orgánica capaz de colorearse en medio alcalino.

CARACTERISTICAS SUSTRATOS MINERALES: Veamos las características de los principales sustratos minerales así como las condiciones y requerimientos para su pintado.

Sustratos a base de Cemento: El cemento industrial que es un aglomerante hidráulico es un ligante mineral a base de Silicatos Di y Tricálcicos en polvo al añadir agua se produce una reacción química en un proceso denominado fraguado y que según la temperatura puede tardar hasta 28 días. Mediante este proceso el cemento en polvo se convierte en un cuerpo rígido, duro y resistente a la intemperie y al agua.

El desarrollo inicial de la reacción está basado entre otras reacciones, en la reacción entre la cal y el agua para formar hidróxido cálcico:

CaO + 2H2O → Ca (OH)2

pero la durabilidad a largo plazo la proporciona la reacción del Hidróxido Cálcico coloidal con el CO2 para formar carbonato cálcico.

Los materiales fabricados con cemento se diferencian por los componentes con los que va mezclado. El Hormigón es la mezcla de cemento y áridos, generalmente sirve para formar el esqueleto de soporte de una edificación. Tiene alta durabilidad a la intemperie y resistente al agua su estructura es porosa y alcalina.

La permeabilidad al agua es un factor importante de durabilidad del cemento, tanto en el sentido de resistencia mecánica que como resistencia química. Durante su vida en servicio el hormigón está sujeto a procesos físicos como enfriamiento o calor que pueden provocar daños. Otros daños potenciales son las reacciones expansivas álcali – agregado, aunque en este caso un recubrimiento no sería de protección. En principio el hormigón es un material durable que no suele requerir protección aunque en algunos casos, un recubrimiento pueda proteger de un ambiente ácido y prevenir el ataque del refuerzo, si el espesor del hormigón no se considera suficiente. También puede ser necesario protegerlo contra algún agente específico para el que sea sensible el hormigón.

El cemento Portland (pero no el que tiene un alto contenido en Alúmina) es atacado fácilmente por SO2 y sulfatos, especialmente Magnésico y Amónico. Esto produce una

reducción de la alcalinidad del hormigón y una degradación de la dureza. El ataque por agua de mar se debe al sulfato magnésico y además la presencia de cloruros puede atacar al refuerzo metálico. El agua pura puede disolverle carbonato cálcico, pero esta acción es lenta a menos que este pasando continuamente agua. La presencia de CO2 que

incrementa el pH aumenta el ataque.

La resistencia a los ácidos tanto orgánicos como inorgánicos del cemento es baja. La resistencia del cemento Pórtland a los álcalis es buena, no así la del que contiene un alto porcentaje de Aluminio que son atacados por álcalis, debiendo de evitarse el lavar con detergente suelos con este tipo de hormigón.

En las construcciones de hormigón armado lleva en su interior una armadura metálica de varillas de hierro destinados a resistir altos esfuerzos de flexión y tracción. El hierro está protegido de la corrosión por los pH > 11 del hormigón. Por reacción con el CO2

del aire (carbonatación) el hierro se puede oxidar. Para proteger el hormigón se puede emplear un revoque plástico o una pintura impermeable.

Aunque estos sustratos no son biodegradables la estructura superficial rugosa de la mayoría de los sustratos de mampostería o de cemento, permite la recolección de nutrientes y humedad, así se puede encontrar crecimiento de algas, líquenes, mohos y hongos. En soportes de yeso las bacterias reductoras de sulfatos pueden provocar el manchado (staining) de pinturas conteniendo plomo y también pueden incrementar la corrosión. Es vital que previo al pintado se quite por rascado o cepillado cualquier resto de crecimiento orgánico para evitar su reinfección. También deberían de tratarse las paredes con un desinfectante adecuado.

Otros sustratos a base de cemento son los Morteros, mezclas de cemento con arenas y eventualmente con cal. Se aplican en construcción como masillas para cerrar fisuras y como revoco o enlucido sobre paredes huecas o de ladrillo para nivelar la superficie. También los Bloques de Hormigón Celular, con alto contenido en células de aire y da bajo peso y el Fibrocemento, que contiene cemento, arena y fibras.

Yeso y sus Derivados: El yeso o escayola es un material utilizado extensamente para terminar paredes interiores; sus problemas característicos son la porosidad y alcalinidad variables. Esto último es especialmente importante con yesos altos en cal.

El yeso más común está basado en el sulfato cálcico semihidratado (Yeso de Paris o escayola) obtenido por deshidratación del yeso mineral (el dihidrato). Al amasarlo con

agua el yeso fragua volviendo a formar el dihidrato. La reacción con el agua es rápida por lo que cuando tiene que aplicarse sobre superficies grandes se tiene que retardar el fraguado con sulfato potásico o bórax. En los yesos que contienen cal se puede formar hidróxido potásico por reacción con el sulfato potásico lo que puede afectar a las propiedades de la pintura a aplicar con posterioridad.

Los materiales de yeso son rígidos, blandos y fácilmente lijables. Si sin embargo el yeso no ha fraguado bien la superficie puede quedar pulverulenta y de fácil desprendimiento, además si se mojan con posterioridad se expande con consecuencias adversas para el yeso y la pintura. Todos los yesos son fuertemente hidrofílicos y al mojarse pierden notablemente sus resistencias mecánicas.

Algunos defectos que nos podemos encontrar en la aplicación de recubrimiento sobre sustratos de yeso son los siguientes:

Los yesos incorporan rellenos de tipos muy diversos, entre ellos residuos de cartón reciclado que están contaminados de taninos y tintes. Estas impurezas son solubles en agua y al aplicar pintura acuosa son extraídas a la superficie, presentando manchas marrones. Una solución práctica es la de aplicar sobre estos empastados una imprimación a base de disolventes.

Al empastar muros con yeso y proceder a su nivelación puede haber diferencias en el proceso de compactación y por tanto diferencias de absorción de agua. Al pintar estas diferencias de absorción se traduce en diferencias de brillo.

Las escayolas industriales pueden presentar una dificultad para el pintado, ya que contienen aceites desmoldeantes que dificultan la adherencia de la pintura. Se recomienda lijar la superficie o aplicar una imprimación a base de disolvente.

Piedra y Ladrillo: Ambos son vistos como materiales durables que salvo contadas excepciones no necesita protección. Cuando se pintan se hace generalmente por motivos decorativos, en el caso de paredes interiores para facilitar limpieza y mejorar iluminación. Se puede presentar eflorescencia tanto en piedra como en ladrillo.

El ladrillo es un material cerámico cocido a base de arcilla o de barro con arena. El proceso de sinterización lo hace resistente a la intemperie. Los ladrillos vitrificados son muy resistentes a la intemperie, tienen repelencia a la suciedad y son de fácil lavado. En muros de ladrillos no vitrificados es apropiado proteger el muro o la pared contra la humedad impregnándola con hidrofugantes de tipo silicona.

TIPOS DE RECUBRIMIENTOS ARQUITECTÓNICOS.-

Este tipo de recubrimientos puede abordarse de múltiples maneras: por tipo de sustrato (mampostería, cemento, etc.); aplicación (ingeniería civil, residencial, etc.); por propósito (protección, reparación) o por función (anti grafiti, resistencia química, etc.). Probablemente el sector más amplio del mercado sea el de pintura decorativa de paredes y fachadas, en los que normalmente se utilizan pinturas en emulsión bien acrílicas o vinílicas.

Recientemente se está desarrollando la utilización de pinturas de baja permeabilidad para la protección del cemento armado y en el que han encontrado un importante nicho las pinturas basadas en resinas epoxi liquidas.

La Comisión Europea de Normalización ha desarrollado una norma europea EN-1062 – 1 (Mayo 1994) para intentar normalizar los distintos tipos de recubrimientos. En ella se distinguen tres niveles de brillo especular y cinco niveles de espesor de film (cuerpo), así como para pinturas texturadas se distinguen cuatro niveles de tamaño de grano. De este modo y refiriéndonos sólo a características de aspecto hay 60 categorías posibles.

El Estándar hace también referencia al tipo químico de ligante así como al estado de dispersión: (a) en base agua; (b) en base disolvente; (c) exento de disolvente. Por lo que hace referencia al tipo químico:

 Inorgánico - Cal, Cemento, Yeso, Arcilla, Silicato.

 Orgánico – Acrílica, Vinílica, Aceite, Alquídica, Poliéster, Caucho Clorado, epoxi, organosilicona, poliuretano, asfalto.

Los recubrimientos también se clasifican en función del uso final. Las principales categorías son. (a) Preservación; (b) Decoración y (c) Protección. El termino Preservación significa mantener el aspecto y estado original del sustrato, como podría ser un tratamiento con un producto repelente al agua transparente.

Un énfasis especial se pone en la absorción y permeabilidad al agua de las pinturas, tanto líquida como vapor. La Absorción Capilar de agua se expresa por el coeficiente W que es la cantidad de agua en Kg. Que pasan a través de una superficie de 1 m2

durante el transcurso de una hora (el test se realiza pintando un ladrillo y sumergiéndolo en agua, se representa el aumento de peso en función de la raíz cuadrada del tiempo, tomándose el valor de la porción lineal de la gráfica). La permeabilidad al vapor de agua se mide con el factor Sd (metros) que es el espesor de aire equivalente en permeabilidad. Para la protección de la lluvia una buena pintura plástica ha de tener baja absorción y alta permeabilidad.

Otras propiedades requeridas en algunos casos para los recubrimientos son: Capacidad de unir grietas (Crack Bridging); Resistencia a Mohos, Algas y Hongos, Resistencia a Álcalis y Permeabilidad al CO2.

Veamos algunos tipos de recubrimientos.

Selladores y Tratamientos Incoloros: La naturaleza porosa y a menudo pulverulenta de las superficies de mampostería ha creado la necesidad de productos repelentes al agua y/o selladores que actúen como imprimaciones previas al pintado.

Los repelentes al agua disminuyen la penetración del agua de lluvia con un efecto mínimo sobre el aspecto (“preservativos” en la terminología). Actúan inhibiendo la absorción capilar pero en general no producen un film continuo. Las propiedades de interés incluyen resistencia a la penetración del agua, velocidad de transmisión de vapor de agua (permeabilidad), resistencia a la eflorescencia y longevidad del efecto.

Como repelentes se han utilizado ceras, aceites y jabones metálicos aunque actualmente han sido sustituidas por resinas de silicona en sus diversas formas. Se han utilizado también: siliconatos, silanos, resinas epoxi y acrilatos. Cuando se utilicen las siliconas hay que tener en cuenta sus características, así por ejemplo no deben de utilizarse sobre cal.

Los Selladores (estabilizadores) intentan consolidar las superficies pulverulentas. Suelen ser resinas alquídicas disueltas en aguarrás. Las modificadas con aceite de Tung o fenólicas modificadas con aceite de Tung, son adecuadas por su resistencia al álcali. Hay que tener en cuenta que algunas pinturas en emulsión no adherirán bien sobre un film continuo de estos selladores. Es importante asegurar que estos selladores tienen la suficiente baja viscosidad para facilitar la penetración y aplicarlos únicamente si la superficie es friable, si esta es sólida no se debe de aplicar.

Una alternativa a resinas en disolvente es la utilización de un látex de un tamaño de partícula muy fino y a relativamente baja concentración, así se han utilizado látex acrílicos, de estireno y de poliuretano.

Imprimaciones resistentes al Álcali: Estos productos tienen como misión aislar sustratos alcalinos de pinturas no resistentes a los álcalis. Aunque se utilizan normalmente previas a la aplicación de pinturas alquídicas o al aceite, se han empleado también para mejorar la adherencia de pinturas en emulsión sobre sustratos de yeso. Las imprimaciones álcali-resistentes se han venido formulando con resinas fenólicas y de cumareno modificadas con aceite de Tung. También pueden formularse con Látex acrílico, aunque ha de ser de pequeño tamaño de partícula para asegurar una buena penetración.

PINTURAS INORGÁNICAS: Entre estas tenemos:

Pinturas al cemento: Está constituida por cemento blanco y a veces gris solo o mezclado con cal, con Dióxido de Titanio y pigmentos resistentes al álcali. En polvo para ser mezclado en el momento del uso. El secado se produce por fraguado del cemento, teniendo que mojar el soporte antes de la aplicación. Se aplica sobre mortero de cemento o ladrillo poroso, tiene una buena resistencia al exterior.

Como tiene esta pintura una textura rugosa tiende a coger polvo y facilitar el crecimiento de algas, además se erosiona fácilmente en ambientes ácidos. La posible interacción entre esta pintura y el yeso inhabilita su aplicación sobre el mismo. Sus propiedades pueden modificarse con la ayuda de aditivos.

Pinturas al Silicato: Están basados en Silicato Potásico aunque los recubrimientos de silicato actuales llevan una cantidad de polímero apreciable para cumplir con las exigencias del mercado.

El Silicato Potásico es prácticamente una solución de cuarzo (SiO2) en Potasa (KOH)

formándose una molécula de silicato SiO3K2 hidratado, el cual en el proceso de secado

y en contacto con el anhídrido carbónico en el aire se deshidrata y polimeriza, formando nuevamente moléculas de cuarzo con una estructura tridimensional que liga en forma muy resistente y duradera los materiales minerales en contacto. Durante la reacción se puede formar Carbonato Potásico higroscópico que forma una fina capa en la superficie y que es disuelto lentamente por la humedad, este es el motivo de utilizar silicato potásico en vez de sódico, ya que este último produciría eflorescencias salinas. Con silicato potásico se pueden formular pinturas y texturizados.

Estos recubrimientos al silicato difieren de los sistemas de pinturas orgánicas. Se forman enlaces químicos entre la pintura y el sustrato y por tanto la adhesión no es puramente física. La capa de pintura tiene estructura de silicato y es permeable con un alto grado de dureza. La evaporación de la humedad no queda impedida, por lo que no se produce delaminación de la pintura. Como las capas de silicato tienen una amplia permeabilidad al vapor no disturban el equilibrio con el CO2 del aire cuando se aplican a

yeso o a mortero. Como el sustrato mineral y la capa de silicato tienen una estructura química similar exhiben análogo comportamiento frente al calor y al frío, por lo que se minimizan las tensiones entre sustrato y pintura.

Las buenas resistencias de las pinturas de silicato a las condiciones medioambientales intemperie y temperatura se deben a su estructura mineral, resistente químicamente y a la utilización de pigmentos estables a la luz. Al secar estas pinturas tienen un aspecto mate y no forma una película continua sobre el soporte.