Agua sobre madera de exterior

Por Esinal Ediciones

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 baja/media.

A pesar de los claros avances de esta 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 química de entrecruzamiento propio.

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

La madera, su protección y los polímeros

Las variaciones de  humedad causan 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 contaminación de hongos favoreciendo el decaimiento 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, los sustratos generalmente se recubren con pinturas y barnices decorativos y protectores. Además de sus visibles efectos decorativos, los barnices para madera destinada a la carpintería deben proteger a la lignina dela luz ultravioleta, debe ser una barrera para la migración de humedad para proteger ala madera de los altos niveles y rápida fluctuación de su contenido de humedad.

Es más, la protección contra microorganismos, los detalles del marco de una ventana de 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 buena adhesión después de ciclos de secado y mojado, permeabilidad al vapor y agua, flexibilidad de película de larga duración para lograr cambios dimensionales adaptables al sustrato de madera, resistencia UV, retención del brillo, resistencia al impacto del granizo, adecuada resistencia de bloque y buena resistencia a las ampollas.

Una variedad de nuevas tecnologías de resina 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 carpintería esta recibiendo mucha atención recientemente. 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.  

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 hizo 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 y Butildiglicol .
• 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 se efectuaron de la siguiente manera.

• Aplicar 100 micras de película húmeda en una tarjeta con brillo
• Secar 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.

Aplicar 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 basada en la protección de los coalescentes. Estas cualidades fueron desarrolladas para carpintería exterior.

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 pícea 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 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 con una toalla y se registraron inmediatamente los pesos. El incremento del peso era calculado y dividido entre el área pintada 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 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 simulación de impacto de granizo

Los resultados de las evaluaciones se presentan después de A pesar del impacto de la bola de acero causando una deformación considerable en el sustrato de aluminio, no se formaron grietas en el recubrimiento. La prueba del impacto en la madera dio una mayor diferenciación. Los paneles de pícea tuvieron un mayor daño del impacto que los paneles de haya. Esto es probablemente debido a que la pícea es más blanda que la madera de haya.

No hay una diferencia significativa del daño del impacto entre 7 días de secado a temperatura ambiente y 1 día a temperatura ambiente seguido de 1 día de secado a 50ºC. Sin embargo, la temperatura a la cual se llevó a cabo la prueba de impacto influyo en los resultados.

Se observó más daños de impacto cuando se hizo la prueba a 0ºC que cuando se llevó a cabo a temperatura ambiente. El nuevo producto superó la referencia comercial.

Conclusiones

Las formulaciones del comienzo basadas en el nuevo polímero superaron las referencias comerciales. Al ser probados de acuerdo a las guías establecidas, 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  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  H. Kelly
• Roland Baumstark
• H. Derbyshhire,