Por Christian Sales

Introducción

La tecnología de emulsión acrílica /estireno  ha dominado las tintas al agua y sobrecargado el mercado de los barnices. Adicionalmente ha ganado aceptación en el mercado de planos, carpintería y mercado de mobiliario de madera de calidad media.

A pesar de los claros avances de la tecnología sobre el barniz de base solvente y los acrílicos convencionales al agua en este mercado, suele aparecer cuando se requieren propiedades de alta resistencia. Recientemente, se han desarrollado nuevos polímeros al agua para superar estas cortas apariciones combinando la tecnología de emulsión  con la química de entrecruzamiento propio.

En este artículo, se analiza el funcionamiento de los nuevos polímeros desarrollados para la madera. Se presentan las propiedades de rápido secado de los acrílicos al agua en combinación con los de base solvente.

La madera

La madera es una materia prima renovable para la construcción y decoración, que ofrece ventajas económicas, tecnológicas y ambientales (biodegradabilidad) sobre otros materiales competitivos como plásticos o metal.

Sin embargo, la madera al ser una sustancia orgánica, se degrada al exponerse a ambientes con saturación de humedad. La influencia ambiental tal como el calor, humedad, degradación foto química y acción de microorganismos influencia sobre su durabilidad.

Las variaciones de  humedad causarán el encogimiento y expansión de la madera debido al movimiento de la humedad entre la madera y el medio ambiente. Ciertos componentes de la madera, particularmente la lignina, cuando son expuestos a la luz se foto oxidan por la fracción de la radiación solar UV, degradándola y alterando su color. Bajo condiciones elevadas de humedad y condiciones de temperatura determinadas, puede ocurrir una  contaminación de hongos favoreciendo la degradación de la madera. El contenido de humedad en la madera debe ser mantenido bajo para prevenirla de la pudrición.

Para asegurar el valor a largo plazo de la madera, esta generalmente debe recubrirse con pinturas y barnices decorativos. Además de sus visibles efectos decorativos, los barnices para la madera debe proteger a la lignina dela luz ultravioleta, también debe ser una barrera para la migración de humedad y proteger a la madera de los altos niveles y rápida fluctuación de su contenido de humedad.

Es más, la protección contra microorganismos, los detalles constructivos de la madera, el sellado efectivo de las terminaciones y protección de juntas de la entrada de agua son prioridades para favorecer la durabilidad exterior. Para mantener los aspectos protectores y decorativos, los barnices de madera adaptados son formulados para lograr una buena adhesión después de ciclos de secado, manteniendo una buena permeabilidad al vapor al agua, una buena flexibilidad de película de larga duración para lograr cambios dimensionales adaptables al sustrato de madera, resistencia UV, retención del brillo, resistencia al impacto, y una buena y adecuada resistencia al pegado.

Las resinas

En la actualidad una gran variedad de nuevas resinas está disponible para los formuladores para componer sistemas de altas prestaciones. Debido a su beneficioso impacto en el medio ambiente y la seguridad que ofrece para los trabajadores, las tecnologías de bajo contenido en disolventes, en la industria de la madera ha recibido recientemente mucha atención. Las tecnologías innovadoras de látex y nuevos compuestos químicos han sido el tema de recientes desarrollos.

En este artículo se presenta el funcionamiento de los nuevos polímeros de entrecruzamiento propio, basados en una combinación de tecnología emulsión con química de entrecruzamiento.  El método de verificación calor/frío usado en la industria del mueble ha sido modificado para evaluar la adhesión después de ciclos repetidos húmedos/secos. Se usan como referencia dos sistemas comerciales de pintura transparente y opaca. Las mayores ventajas sobre los sistemas de base solvente tienen que ver con el cuidado del medio ambiente, seguridad laboral y de salud, reducción de costos de seguros y reducción de incendios potenciales. En comparación con las resinas acrílicas convencionales de base agua, los nuevos polímeros de tecnología RC ofrecen beneficios de un comportamiento del flujo newtoniano y demanda de disolventes de baja coalescencia para formar una buena película.

Materiales experimentales

Los nuevos polímeros de entrecruzamiento propio han sido fabricados por procesos patentados donde se usaban resinas modificadas como origen para la copolimerización de la emulsión. Los polímeros fueron formulados en pinturas (transparente y opaca). Los materiales referentes fueron sistemas de pintura comerciales recomendados para uso exterior.

Se ha realizado una investigación de los disolventes-coalescentes con el objetivo de encontrar el óptimo para la formación de película a baja temperatura y buena resistencia al bloqueo.  Para el estudio se seleccionaron tres agentes coalescentes hidrofílicos y tres hidrofóbicos usados en la industria:

  • Hidrofílicos: Dowanol PnB, Butilglicol (BG) y Butildiglicol (BDG).
  • Hidrofóbicos: Texanol, Dowanol PPh y Dowanol DPnB.

Las emulsiones con diferente composición de agentes coalescentes fueron preparadas añadiendo a 100 g de emulsión, 10 g de una combinación del solvente hidrofílico y/o hidrofóbico y agua. Los productos obtenidos fueron probados de la siguiente forma:

Las pruebas de Resistencia al pegado

Las pruebas de Resistencia al pegado (blocking ) se han efectuado de la siguiente manera.

  • Se han aplicado 100 micras de película húmeda en una tarjeta con brillo
  • Secado durante 10 minutos a 50ºC
  • Enfriar a temperatura ambiente durante 10 minutos
  • Probar las piezas, cara a cara (negro – blanco), por 1 hora a 50ºC
  • Separar las piezas calientes

La formación de película

Las pruebas de formación de película a baja temperatura se efectuaron de la siguiente manera:

  • Se han aplicado 100 micras de película húmeda usando una paleta en una madera

de haya que ha sido lijada y pre-acondicionada a 5ºC por un mínimo de 16 horas.

–    Secar durante 24 horas a 5ºC (clima de cabina)

Formulaciones de pintura

Se desarrollaron una formulación opaca y una transparente basados en la protección de los coalescentes. Estas cualidades fueron desarrolladas para madera expuesta a al agua.

Prueba de respuesta frente al agua

La respuesta frente al agua en el sistema de recubrimiento fue determinado a diferentes condiciones de secado, de acuerdo a la norma EN 927 . Esta norma tiene un paso pre-acondicionamiento, que incluye inmersión en el agua y almacenamiento a 50ºC.- El tiempo de secado de los barnices antes de que empiece la prueba es de al menos 3-4 semanas. Una guía holandesa, el SKH, describe un periodo de tiempo muy corto de sólo 48 horas a un mínimo de 15 ºC. Las pruebas se llevaron a  cabo de la siguiente manera.

Se barnizaron paneles de madera de 7x15x1.5 cm. de un lado. La parte de atrás (no barnizada), los cantos y las terminaciones de grano se sellaron con un poliuretano de 2 componentes

Envejecimiento de acuerdo a EN 927-5

Después de rociar, los paneles se secaron durante dos semanas a temperatura ambiente y después fueron sometidos a dos ciclos de pre-acondicionamiento durante 16 horas de inmersión en agua a temperatura  ambiente y 3 horas a 50ºC. Después de dos ciclos, los paneles se secaron a temperatura ambiente hasta que se obtuvieron pesos constantes.

Respuesta frente  al agua:

Los paneles fueron colocados en agua desmineralizada con la cara barnizada boca abajo durante 72 horas. Los paneles se secaron  y se registraron inmediatamente los pesos. El incremento del peso era calculado y dividido entre el área barnizada y expresada como g/m2.

Flexibilidad

Las propiedades mecánicas de las películas de pintura fueron determinadas midiendo la elongación y fuerza máxima de la película en la ruptura. Generalmente, hay un efecto de envejecimiento de la película de pintura debido a los efectos de lixiviación de las materias primas, posterior a la formación de la película (sinterización) e incluso degradación UV, la elongación tiende a bajar.

Los requerimientos mínimos para la prueba de elasticidad y obtener una buena respuesta del agua después del envejecimiento es de 30%.

Los sistemas de barnizado fueron ensayados usando las siguientes condiciones.

Tiempos de secado de las películas:

  • Secado: 1 semana a temperatura ambiente
  • Tiempo: De acuerdo a EN 927-5
  • 2 ciclos de: inmersión en agua durante 16 horas.

Prueba de la tinta azul

Esta prueba se usa en la industria de barnices de madera expuestos a la acción del agua para demostrar la repelencia de una imprimación semi-transparente. La madera de  albura con la imprimación son colocados sobre una delgada capa de agua, a la que se le añade un poco de tinta azul. Así se puede visualizar la absorción de agua. Generalmente las dispersiones acrílicas al agua obtuvieron una baja puntuación en la prueba. Esta es una de las razones por las cuales las emulsiones o soluciones alcalinas al agua se han vuelto populares en los últimos años. En este experimento, la actuación del nuevo producto se comparó con la imprimación comercial, que está basado en una tecnología acrílica. La madera no tratada es tomada como referencia.

Resistencia de bloqueo y formación de película a 5ºC

Como se puede apreciar en mezclas de Texanol con PnB y BG a nivel de 10% en sólidos, muestra un buen balance entre la formación de la película a 5ºC y resistencia de bloqueo. Texanol, BG y DPnB como solventes únicos tienen buenos resultados incluso a 7,5% en sólidos.

Flexibilidad

Los resultados de la prueba son satisfactorios. Solamente el producto comercial opaco no pasó el ensayo con un mínimo del 20%. Los otros productos tienen una elongación mayor. Las formulaciones basadas en los Nuevos Productos muestran una reducción de elongación después del envejecimiento. Esto es normal y es debido a efectos posteriores de formación de la película., entrecruzamiento y eliminación posterior de coalescentes de ayuda.

Un fenómeno inusual ha sido el incremento de la elongación después del envejecimiento, así como con el producto comercial transparente. Esto podría significar que la formación de la película de la película fresca no se completó después de 1 semana de secado a temperatura ambiente.

Conclusiones

Las formulaciones del comienzo basadas en el nuevo polímero superaron las referencias comerciales. Al ser probados de acuerdo a la guía de usuarios, los nuevos polímeros en un barniz pigmentado o transparente demostraron ser una buena solución frente al agua.

Asimismo, se obtuvo un excelente repelente de agua en la prueba de la tinta azul con una imprimación semi-transparente. Después de 25 ciclos de agua-frío-calor, la actuación en la adhesión cuando la probeta esta mojada sobre madera de pícea era excelente. Los nuevos polímeros actuaron de igual forma o mejor en otras propiedades importantes como flexibilidad y simulación de resistencia al impacto.

Una vez más, se ha demostrado el logro de un nivel alto de actuación combinando tecnología de emulsión RC con química de entrecruzamiento propio. Esta tecnología se ha usado para proveer un alto desempeño de enlace en la madera de la industria de carpintería. Los formuladores pueden usarlos para fabricar imprimaciones y acabados.

Bibliografía

  • David G. Kelly
  • Roland Baumstark and Franka Tiarks, macromol.
  • derbyshhire, E.R. miller and H, Turkulin,
  • Alex Damstra
  • Douwe Levinga