La opacidad y la transparencia de las lacas y pinturas

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Por Angel Lanchas Hervalejo

La película de laca-pintura que cubre la madera debe cumplir, básicamente, dos funciones: una estética y otra protectora. Esta segunda propiedad está avalada por la composición de los productos utilizados y por los sistemas de aplicación y secado. En el proceso de fabricación, el fabricante de muebles y carpintería exige que la pintura posea unas propiedades determinadas: color, brillo, dureza, elasticidad, resistencia al rayado, etc. Dichas propiedades quedan garantizadas a través de los ensayos de homologación que los fabricantes solicitan a los fabricantes de pintura. Los ensayos para determinar y cuantificar estas propiedades consisten en la realización de pruebas normalizadas y controladas, que certifican que las piezas alcanzan los estándares exigidos. Estas pruebas precisan una metodología concreta en cuanto a equipos e instrumentos, tipo de probetas, etapas, resultado y conclusiones.

Medida del poder cubriente

El poder cubriente es la propiedad de una pintura de ocultar uniformemente las diferencias de color de un fondo. Se consigue totalmente cuando la película de pintura (recién aplicada o seca) no deja pasar la luz a través de ella. Los ensayos de opacidad se realizan sobre cartulinas de contraste (blanco-negro) normalizadas, con el fi n de observar y establecer durante la aplicación el momento en el cual la relación de contraste es nula (momento de opacidad). El sistema de pintura HS posee un mayor poder cubriente que el sistema convencional. Esto se traduce en un menor número de manos de color y en una cantidad inferior de producto.

Cada tipo de pintura, dependiendo de su naturaleza, proporciona un espesor concreto de película, tanto en húmedo como en seco. Por esto, es necesario cumplir las especificaciones técnicas facilitadas por los fabricantes de pintura, en cuanto a dilución, viscosidad, número de manos de aplicación, etc. Por lo general, si la capa es superior a la recomendada aumenta el consumo y el riesgo de defectos en el proceso de secado. Por el contrario, si la capa de pintura es inferior, se corre el riesgo de que el poder cubriente y el brillo no sean satisfactorios. En ambos casos, afecta a la flexibilidad y a la dureza.

La luz

La luz es energía radiante, como lo son las hondas de radio, TV, U.V. rayos X, etc.. Nuestros ojos son sensibles a las radiaciones comprendidas entre los 380 y 720 nanómetros, por debajo están las radiaciones ultra-violetas, y por encima las infrarrojas. Este intervalo se le denomina espectro visible y todo lo que vemos son las radiaciones comprendidas en él.

El espectro visible se puede subdividir en intervalos más pequeños y que dan lugar a lo que se conoce como colores espectrales, (el arco iris). La suma de todos los subintérvalos lo conocemos como luz blanca.

Al incidir un rayo o haz de luz sobre la superficie de un cuerpo, suceden una serie de reflexiones y absorciones de luz, estos fenómenos son parte de la causa por la cual vemos las formas, color y brillo de nuestro entorno.

Si nos fijamos en la figura, podemos ver que fenómenos físico-químicos suceden al incidir un rayo o haz de luz sobre un cuerpo. En la superficie se produce una reflexión de luz que es la causante del brillo, y tiene que ver con las características de la superficie, en nuestro caso serán las características del acabado de una pintura. Otra parte de luz penetra hacia el interior cuerpo y es absorbida en parte, la luz no absorbida es devuelta al exterior en forma de luz difusa, y es la causante de la sensación de color. La luz no absorbida depende de la composición química del cuerpo y de la calidad de luz (natural – artificial). Ocurre otro fenómeno físico que se conoce como refracción, esto sucede por la variación de velocidad que sufre la luz al pasar de un medio a otro. La refracción es muy importante porque es la causante del poder cubriente u opacidad de una pintura, a mayor índice de refracción más poder cubriente.

La opacidad

La fuerza que oculta la opacidad de una pintura esta en gran parte influenciada por los índices relativos de refracción del pigmento y el medio, así como el tamaño de partícula la distribución del pigmento, la forma, el grado de agregación de las partículas, la proporción de pigmento en el vehículo y el grosor de la película aplicada.

Los técnicos en pinturas están a veces sorprendidos de ver que una pintura apenas oculta el dibujo o las formas que están debajo, y otro color completamente enmascara todo lo que está debajo. Se sorprenden al ver que transcurridos unos meses de la aplicación de la pintura, comprueban que esta deja ver parte de la coloración que supuestamente se había tapado. Considerando el mismo grosor de película de pintura aplicada, no todas las pinturas son igualmente opacas o transparentes.

La fuerza con que una pintura puede tener este poder cubriente o también llamado opacidad, está en gran parte bajo la influencia de los índices relativos de refracción del pigmento y el medio, así como el tamaño de partícula y la dispersión del pigmento, p. ej. la forma y el grado de agregación de las partículas, la proporción de pigmento en el vehículo y el grosor de la película aplicada. Estos factores determinan la opacidad de una pintura.

El poder cubriente y su relación con el índice de refracción.

Las pinturas son materiales que contienen partículas de pigmento diminutas suspendidas en una resina y en los disolventes. Estamos acostumbrados a considerar los pigmentos como transparentes, translúcidos, y otros como opacos.

Los pigmentos opacos son por lo general transparentes en un medio sumamente de refracción. Usando un medio de alto índice de refracción puede mostrarse que los colores más opacos, pueden ser llevados hasta aparecer transparentes. Esto demuestra que la fuerza que se oculta o la opacidad de un pigmento pueden se pueden perder por un cambio de las condiciones que rodean el pigmento, o del caso de pintura, un cambio en el sustrato.

Las partículas de pigmento absorben las longitudes de onda de la luz, creando pinturas coloreadas, y estas pueden ser translúcidas, apareciendo blanca a nuestros ojos. Deja consideran que pasa cuando la luz encuentra una capa de pintura que contiene sólo las partículas de pigmento que son transparentes.

Si nos fijamos en el gráfico inferior, podemos ver que fenómenos físico-químicos suceden al incidir un rayo o haz de luz sobre un pigmento. En la superficie se produce una reflexión de luz que es la causante del brillo, y tiene que ver con las características de la superficie, en nuestro caso serán las características del acabado de una pintura. Otra parte de luz penetra hacia el interior cuerpo y es absorbida en parte, la luz no absorbida es devuelta al exterior en forma de luz difusa, y es la causante de la sensación de color. La luz no absorbida depende de la composición química del cuerpo y de la calidad de luz (natural – artificial). Ocurre otro fenómeno físico que se conoce como refracción, esto sucede por la variación de velocidad que sufre la luz al pasar de un medio a otro.

Como se puede ver en la figura siguiente, la refracción es muy importante porque es la causante del poder cubriente u opacidad de una pintura, a mayor índice de refracción más poder cubriente.

El índice de refracción de los pigmentos

El índice de refracción es un concepto fácil para aprender y simple de entender. El índice de refracción de una partícula de pigmento es no necesariamente el mismo en todas las direcciones. La mayor parte de los pigmentos están compuestos de cristales que tienen formas definidas y son clasificados en sistemas diferentes. En los cristales cúbicos, la luz viaja en la misma velocidad en todas las direcciones dentro del cristal. Sin embargo la luz no viaja con la misma velocidad en todas las direcciones dentro de las sustancias que pertenecen a otras clases de cristal; estos, como se dice, son anisotropicos. Además, estas sustancias anisotropicas se dividen en dos tipos:

Uniaxiales: tienen dos índices de refracción (minerales de sistema tetragonales y hexagonales)

Biaxiales: son caracterizados por tres índices de refracción (triclínicos, la monoclínica y minerales de sistema ortorrómbicos).

Es importante de recordar que una sustancia que tiene un índice más alto de refracción es una sustancia que impide la velocidad de luz y ofrece más resistencia a su paso, y por lo tanto una proporción más grande de la luz será reflejada.

En nuestra consideración de pigmentos, la reflexión es la más importante. Si nosotros hacemos pasar un rayo de luz a un grupo de pigmentos de varios colores, vemos que la refracción del rayo de luz se bifurca en dos motivada por los diferentes índices que tienen ambos pigmentos, y la reflexión queda alterada. Ver las figuras siguientes.

El Comportamiento de la Luz y su efecto en la Pintura

Acercaremos ahora sobre las condiciones que encontramos en la pintura y volvamos a nuestro ejemplo de la hoja de cristal suspendida en el líquido. Ahora hacemos pedazos el cristal y lo molemos en un polvo fino. Este polvo es blanco y opaco, pero si nosotros examinamos una partícula del cristal en un microscopio veríamos que es transparente. La razón es que la luz reflejada de los millones de facetas es dispersada, y esta dispersión de la luz, produce la opacidad.

Ahora pongamos el cristal en polvo en un contenedor, y llenamos el contenedor de agua. Las diferencias entre los índices de refracción del agua y el cristal no son tan grandes como entre el aire y el cristal. Como hemos llenado el contenedor del agua, el cristal en polvo no refleja tanta luz. Se hace en parte translúcido. Si el líquido tuviera el mismo índice de refracción que el cristal, el cristal sería casi invisible. Aunque el agua no tenga un alto índice de refracción como el cristal, es muchísimo más alto que el aire, y como nosotros vemos el cristal por la reflexión dispersada, si la reflexión aumenta, el cristal desaparece. Esto es el mismo fenómeno que observamos cuando mojamos una sustancia opaca, y esto hace que aparezca más oscuros sus colores.

Como se ha indicado anteriormente los pigmentos los podemos considerar como transparentes, translúcidos, y otros opacos. Los pigmentos por lo general son opacos, pero en realidad son transparentes en un medio de refracción. Usando un medio de alto índice de refracción puede mostrarse que los colores más opacos, hasta conducir el blanco, pueden aparecer transparentes.

La mayor parte de la luz que penetra en la pintura, emerge y luego pasa por las partículas de pigmento al azar formadas y orientadas. Estas partículas son translúcidas y absorben mucha luz, dado que tienen un índice de refracción más alto que el medio que los rodea.

¿Pasa la luz a través de estas partículas de pigmento?

La luz refracta y reflexiona sobre la superficie de cada partícula, los cambios de la velocidad de luz hacen que esta luz quede reflejada. La luz es impedida tratando de pasar por las partículas, aun cuando las partículas no absorban mucha luz.

La forma arbitraria y la orientación de las partículas de pigmento son que dan una película de pintura de pigmento blanco su aspecto blanco. Si todas las partículas de pigmento fueran en cambio a base de discos planos que se ponen de forma paralela a la superficie de las pinturas, la pintura reflejaría la luz como un espejo en lugar de una superficie blanca.

La razón es que los discos planos reflejarían la luz directamente detrás de la pintura a la manera de un espejo. La película de pintura aparecería como un espejo más bien que una mezcla de partículas de pigmento. Las superficies arbitrarias de las partículas de pigmento son las que dan su brillo difuso a la pintura blanca. Un haz de luz estrecho que golpea la pintura blanca se dispersa en todas las direcciones mientras un haz de luz que golpea el espejo salta atrás como un rayo estrecho.

¿Si las partículas de pigmento tuvieran exactamente el mismo índice de refracción que el medio que los sostiene, cómo cambiaría esto el aspecto de la pintura?

La pintura aparecería translúcida. Sin cambios del índice de refracción entre el pigmento y el medio, la luz pasa a través de ella prácticamente de una forma natural. Aunque algún rayo de luz reflexione en el límite del aire y la pintura, independientemente, la luz, seguirá de todas maneras bajo la pintura. La pintura aparecerá translúcida. Algunos pigmentos, como por ejemplo los que se emplean en la elaboración de la tiza, cuando se mezclan con el aceite de linaza, aparecerán translúcidos, porque estos pigmentos tienen un índice similar a la refracción del aceite.

Un pigmento blanco debería tener un alto índice de refracción, una alta capacidad de doblar la luz que lo golpea oblicuamente, y una alta capacidad de reflejar la luz. Hay muchas sustancias que son útiles como pigmentos blancos. Como son la silicona (SiO2), la tiza (el carbonato de calcio, CaCO3), el dióxido de titanio (TiO2), la barita (el sulfato de bario, BaSO4), el yeso (el sulfato de calcio, CaSO4), el carbonato de plomo (PbCO3) y el óxido de zinc (ZnO).

En la tabla siguiente se indican los índices de refracción, las sustancias que tienen índices más altos de refracción son las de mayor opacidad.

Color	Índice de refracción
Azul	1,73 – 1,84
Verde	1,62 – 1,90
Amarillo	2,00 – 2,40
Rojo	2,46 – 2,61
Marrón	1,57 – 1,78
Blanco	2,27 – 2,32
Negro	Opaco

En la variabilidad de la gama de pigmentos blancos hay poca o ninguna absorción de luz, este poder de ocultar las pinturas blancas depende completamente de la dispersión de la luz de incidente. El más alto índice de refracción del pigmento esta en relación con el medio y el tamaño de la partícula pone la talla al grado óptimo, mayor poder de dispersión y mayor opacidad de la pintura.

Todos los pigmentos inorgánicos tienen altos índices de refracción, y de ahí, cuando se emplean para colorear la pintura dan una alta opacidad. Tales colores de pigmentos inorgánicos generalmente incluyen óxidos blancos, negros, y amarillos, rojos y verdes. Los colores que comprenden las combinaciones de pigmentos inorgánicos y orgánicos pueden tener una alta opacidad, dependiendo de las dimensiones.

Conclusión

Cuando se seleccione un pigmento es importante conocer como de opaco es. Dependiendo del efecto deseado de la pintura, se tendrá que usar pigmentos opacos o transparentes. Para pinturas de fondo, se tendrán que emplear normalmente un pigmento opaco, y para las capas finales, pigmentos trasparentes. La opacidad de un pigmento dependerá en gran parte de los índices de refracción de los pigmentos y los materiales empleados, sobre la granulometría de los pigmentos y el grado de concentración de pigmento en el medio empleado.

A continuación se indican en los siguientes gráficos los índices de refracción de varios pigmentos.