TOMO I INTRODUCCIÓN E
HISTORIA
PFC. EUETIB INTRODUCCIÓN E HISTORIA PROYECTO FINAL DE CARRERA FABRICACIÓN DE UNA PINTURA
José Miguel Rando Cardalda
Rubén Rafael González Rivero
JUNIO 2005
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I
1. TOMO I. INTRODUCCION E HISTORIA........................................................................Página
1.1. Introducción. 1
1.2. Pinturas de venta en tiendas. 5
1.2.1. Pinturas para exteriores de viviendas
1.2.2. Pinturas para accesorios exteriores
1.2.3. Pinturas para cemento y estuco
1.2.4. Pinturas asfálticas para tejados
1.2.5. Pinturas para suelos
1.2.6. Pinturas mate para interiores de vivienda
1.2.7. Pinturas semibrillantes para interiores
1.2.8. Pinturas brillantes para interiores
1.2.9. Esmaltes de secado rápido de uso corriente
1.2.10. Barnices para la construcción
1.3. Componentes fundamentales de las pinturas. 8
1.4. Definiciones. 13
1.5. Aspecto de los recubrimientos. 18
1.5.1. El fenómeno del color
1.5.2. Medida del color
1.5.3. Igualación óptica del color
1.5.4. Medida del color mediante instrumentos
1.5.5. Coeficientes de cromaticidad
1.5.6. Medidas espectrofotométricas
1.5.7. Medida de diferencias de color
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II
1.6. Poder cubriente de las pinturas. 44
1.7. Poder cubriente de los pigmentos. 52
1.8. Tamaño de partícula de los pigmentos. 59
1.8.1. Determinación del tamaño de partícula
1.8.2. Peso específico y volumen por peso (Bulking Value)
1.9. Absorción de aceite de los pigmentos. 69
1.10. Concentración crítica del pigmento en volumen. 71
1.11. Resistencia mecánica y dilatación. 73
1.12. Resistencia al exterior. 75
1.13. Pigmentos reactivos y no reactivos. 77
1.14. Sangrado y flotación de pigmentos. 79
1.15. Dispersión de los pigmentos en las pinturas. 80
1.16. Atracción entre partículas finalmente divididas. 82
1.17. Tensión superficial e interfacial. 84
1.18. Agentes tensioactivos. 88
1.18.1. Clasificación de los agentes tensioactivos
1.19. Viscosidad y propiedades de fluidez. 98
1.19.1. Definiciones y unidades de viscosidad
1.19.2. Fuerzas que originan la consistencia o viscosidad
1.20. Factores que afectan al comportamiento de los recubrimientos de superficies. 110
1.20.1. Formulación
1.20.2. Fabricación
1.20.3. Preparación de la superficie
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III
1.20.4. Métodos de aplicación
1.20.5. Secado
1.21. Bibliografía. 112
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1. INTRODUCCIÓN E HISTORIA1. INTRODUCCIÓN E HISTORIA
1.1. Introducción.
Los recubrimientos de superficies se han venido utilizando durante miles de
años con un incremento gradual de su consumo a medida que la civilización se
ha ido desarrollando. En la prehistoria la pintura se limitaba casi
exclusivamente a la decoración de cavernas y otras moradas.
Antiguamente se aplicaban recubrimientos en barcos, utensilios, instrumentos
musicales, armas, momias, templos y palacios con una gran cantidad de
pigmentos y aglutinantes, algunos de los cuales se siguen utilizando hoy en
día.
La pintura es aquel producto que se presenta en forma fluida o fluidificada y
que es capaz de transformarse en una película sólida y opaca, tenazmente
adherida al substrato sobre el que se aplica, confiriéndole el color del pigmento
que tiene en su composición.
Actualmente existen gran cantidad de tipos de pintura con diversas variaciones
de cada tipo, pero todos ellos tienen una propiedad común, se aplican de forma
líquida y se transforman en películas sólidas y continuas una vez que han
secado. La pintura en forma física presenta diversos grados de viscosidad o
fluidez y el proceso de conversión en película seca, que forma el recubrimiento
final, tiene lugar por diferentes mecanismos: catalización, secado al horno,
evaporación de los disolventes. Algunas pinturas secan lentamente, mientras
que otras lo hacen con gran rapidez.
A través de la Edad Media y aun después de haber empezado la era industrial,
el volumen de pinturas fabricadas era insignificante comparado con el de
ahora, a causa del bajo nivel de vida de la inmensa mayoría de los habitantes
del mundo.
Hasta que las primeras fábricas de pinturas y barnices fueron puestas en
marcha en el siglo XIX, los pintores tenían que elaborarse las pinturas ellos
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mismos, convirtiendo pigmentos en líquidos por medio de toscos molinos. Un
tipo de molino consistía en una bola de piedra que rodaba de un lado a otro
contra otra piedra. Los pintores compraban sus materias primas en las boticas,
las cuales parecen haber sido la mayor fuente aprovisionamiento de muchas de
las cosas que nuestros antepasados necesitaron, aparte de la comida y la ropa.
La formulación era entonces casi un arte. Los pintores guardaban sus limitados
conocimientos, que habían obtenido lenta y pacientemente a lo largo de
pruebas y errores. Estos conocimientos pasaban oralmente de padres a hijos a
través de generaciones. Los progresos técnicos eran extremadamente lentos.
En los comienzos de del siglo XIX la técnica de la pintura era aún bastante
elemental.
La primera fábrica de albayalde de los Estados Unidos se construyó en
Filadelfia en 1804, y la primera planta de barniz apareció alrededor de 1915,
aunque la fabricación de pinturas preparadas no comenzó hasta 1867. Estos
fueron los comienzos de la moderna industria de la pintura. Rápidamente, otros
irrumpieron en el nuevo campo y la competencia se adueñó del mercado
entonces existente. Las pinturas eran generalmente de baja calidad, ya que la
técnica de la industria era todavía muy limitada y los químicos y los laboratorios
de investigación eran, por entonces, desconocidos. La competencia
encarnizada tubo como consecuencia adulteraciones, tumultuosos reclamos
propagandísticos, y otras muchas prácticas comerciales inseguras.
Alrededor de 1900, los fabricantes de pinturas empezaron a emplear químicos
tratando de hallar el modo de producir pinturas y barnices realmente de buena
calidad. Este periodo también se caracterizó por la formación de asociaciones
comerciales para un intercambio mutuo de conocimientos en la realización de
negocios seguros, extensión de mercados y supresión de abusos, de los cuales
surgió la National Paint, Barniz and Lacquer Association. Los químicos y los
productores eran al principio en 1914 pequeños grupos, que finalmente
desembocaron en la moderna Federación de Sociedades para la Técnica de
Pinturas. (Federation of Societies for Paint Technology), designada en principio
para el estudio mutuo de la tecnología de los revestimientos de superficies.
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Como resultado, las prácticas comerciales, así como la calidad de los artículos
producidos comenzaron a mejorar.
Desde aquellos primeros días del siglo XX la historia de la industria de la
pintura ha ido en constante y acelerado crecimiento en tecnología, así como en
la cantidad de los artículos vendidos.
Las pinturas modernas están muy por encima de aquellas fabricadas a
principios del siglo XX en cuanto a calidad y comportamiento, como a su vez
los recubrimientos de superficies actuales parecerán igualmente pobres en un
futuro.
Es muy interesante este avance de la técnica de la pintura y el gran incremento
del volumen comercial, los cuales han seguido de cerca el crecimiento de otras
industrias tales como la industria química y la eléctrica. Este acelerado proceso
ha sido principalmente el resultado de la gran cantidad de investigaciones que
ahora se llevan a cabo en comparación con las que se hacían anteriormente.
Los frutos de estas investigaciones han permitido que las industrias antiguas
aumenten sus actividades, así como el establecimiento de muchas industrias
completamente nuevas. Se han creado nuevos puestos de trabajo y el nivel de
vida se ha elevado, lo cual incrementará aún más el nivel adquisitivo y la
expansión de mercados de pinturas y productos afines.
La moderna industria americana de pintura se compone de un gran número de
tipos de organización bien definidos.
En primer lugar están los proveedores de materiales, de los cuales existen
algunos cientos. Estos, son empresas que suministran los ingredientes de los
revestimientos de superficies, tales como pigmentos, aceites, resinas y
disolventes. Otros se dedican a la maquinaria, a los envases, muestrarios de
color y a los más diversos servicios requeridos por los fabricantes de pinturas.
Los proveedores de materiales tienen en algunos casos sus propios medios de
venta y otros introducen sus productos a través de agentes. Las grandes
compañías cuentan con un servicio técnico de laboratorios en los cuales se
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estudian las características de los productos y los problemas relacionados con
ellos para el servicio de sus clientes.
Determinadas clases de productos se venden principalmente a través de
mayoristas y detallistas, mientas que otros se venden directamente a los
consumidores.
Los recubrimientos de superficies se han venido utilizando durante miles de
años con un incremento gradual de su consumo a medida que la civilización se
ha ido desarrollando. En la prehistoria, la pintura se limitaba casi
exclusivamente a la decoración de cavernas y otras moradas.
Los antiguos aplicaban recubrimientos a sus barcos, utensilios, instrumentos
musicales, armas, momias, templos y palacios con una gran variedad de
pigmentos y aglutinantes, algunos de los cuales se siguen utilizando hoy en
día. Los pigmentos blancos eran blanco de plomo y tierras blancas naturales,
tales como la arcilla, el yeso y el blanco de España. Los pigmentos negros eran
carbón, negro de humo, carbón animal, grafito natural y polvo de carbón, y
entre los pigmentos amarillos había ocres, oropimente, polvo de oro y litargirio.
Como pigmentos rojos se utilizaban óxidos de hierro, minio, cinabrio y tintes
rojos naturales sobre bases diversas. Tenían gran número de azules, tales
como el azul de Egipto, lapislázuli (ultramar), carbonato de cobre e índigo.
Entre los verdes estaban la tierra verde, malaquita, cardenillo y tintes naturales,
entre los aglutinantes se encontraban la goma arábiga, la cola, los huevos, la
gelatina, la cera de abejas, la pez, la goma laca, grasas de animales y savias
de diversos árboles, así como aceites secantes.
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1.2. Pinturas de venta en tiendas.
Los productos de venta en el comercio o productos de estantería son pinturas
envasadas en pequeñas cantidades para la venta al público o a pintores
profesionales en establecimientos de pinturas y en droguerías. Evidentemente
es una rama importante de la industria. Las pinturas envasadas se venden
generalmente en botes de 1/16 de litro a 4 litros llenados y etiquetados
automáticamente.
Entre los numerosos tipos de recubrimientos de superficies que se venden se
encuentran las siguientes categorías.
1.2.1. Pinturas para exteriores de viviendas
Desde luego, el color blanco es el más importante de esta línea de productos.
Muchos fabricantes también producen pinturas de colores para exteriores de
viviendas de gran variedad de tonos, pero apenas entre todos juntos suman
más de un 30% del total de la producción de este tipo de pinturas,
correspondiendo el resto al blanco.
1.2.2. Pinturas para accesorios exteriores
La mayoría de las empresas suelen producir un surtido de este tipo de pinturas
en tonos claros u oscuros de verde, azul, marrón, rojo, etc. Suponen un
volumen moderado, por regla general, muy productivo.
1.2.3. Pinturas para cemento y estuco
Estas pinturas se han concebido especialmente para resistir la alcalinidad y la
humedad del cemento. Se fabrican en varios colores, de los cuales el blanco es
con mucho el de mayor venta.
1.2.4. Pinturas asfálticas para tejados
Estas pinturas para tejados se fabrican corrientemente sólo en negro, aunque
existe una creciente demanda de otros colores, tales como aluminio, rojo y
verde.
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1.2.5. Pinturas para suelos
Muchas de las empresas producen un surtido de diferentes colores para
utilizarlos en suelo y zócalos tanto interiores como exteriores. Un zócalo es una
banda de pintura de varios decímetros de ancho que rodea la parte baja de las
paredes de una habitación.
1.2.6. Pinturas mate para interiores de vivienda
En estas pinturas, la venta del blanco mate iguala en importancia al blanco
para exteriores, aunque también se fabrican en una gran gama de colores.
Estas pinturas se fabrican en los tipos corrientes para diluir con hidrocarburos y
en los tipos de emulsión diluidos con agua.
1.2.7. Pinturas semibrillantes para interiores
Las pinturas semibrillantes para interiores se producen generalmente en blanco
y otros colores. Se usan en paredes y accesorios y son más populares, en
general, que las pinturas brillantes para su uso en la construcción, ya que
deslumbran menos y son menos visibles los posibles defectos de los substratos
que cubren. También se fabrican pinturas semibrillantes diluidas en agua.
1.2.8. Pinturas brillantes para interiores
Las pinturas brillantes para interiores vienen en blanco y en otros tonos.
1.2.9. Esmaltes de secado rápido de uso corriente
Los fabricantes de pinturas tienen, por regla general, un surtido de una docena
o más de tonos de estos esmaltes para uso interior o exterior en muebles,
herramientas y equipos de cualquier clase que necesiten protección o
decoración. Los diversos tonos stándard de estos productos se pueden mezclar
entre ellos y obtener así un gran número de matices suplementarios. Muchos
de los fabricantes de pinturas tienen muestras en sus catálogos de colores que
indican algunos de los colores que se pueden obtener al mezclarlos.
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El método moderno para reducir los gastos de inventario de los vendedores de
pinturas al por menor, es almacenar las diversas series de productos
solamente en blanco y usar las conocidas pastas colorantes universales para
producir una amplia gama de colores. Estas pastas colorantes, se venden en
los almacenes al detalle en tubos, y en máquinas distribuidoras de colores.
1.2.10. Barnices para la construcción
Los barnices para suelos, accesorios, muebles, etc., son productos corrientes
en el mercado.
Además, los surtidos de los almacenes abarcan cientos de productos de menor
importancia, tales como tintes, masillas, goma-laca, quitapinturas,
imprimaciones, emplastecedores y purpurinas.
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1.3. Componentes fundamentales de las pinturas.
Todo tipo de pinturas debe contener un ingrediente esencial que tenga la
capacidad de formar una película continua sobre la superficie pintada. Este
ingrediente es el aglutinante y acostumbra a ser un producto de naturaleza
oleosa o resinosa, capaz de formar por sí solo una película coherente y
albergar cierta cantidad de partículas minerales, pigmentos. Por tanto, las
pinturas contienen dos componentes fundamentales, que son: el aglutinante y
el pigmento. Tanto uno como otro pueden estar constituidos por diferentes
elementos; el primero debe ser fluido en el momento de su aplicación, para lo
cual necesita mezclarse con disolventes volátiles. El resultado de esta mezcla
es el vehículo.
COMPONENTES FUNDAMÉNTALES DE LAS PINTURAS
PINTURA VEHICULO PIGMENTO
Disolvente
Aglutinante
Pigmentos blancos
o de color
Pigmentos inertes
de refuerzo
A las pinturas se les añaden, además, unos productos llamados aditivos, cuya
finalidad es mejorar alguna propiedad, como velocidad de secado, fluidez, etc.
Los pigmentos blancos son:
• blanco de plomo
• tierras blancas naturales, tales como la arcilla, el yeso y el blanco de
España.
Los pigmentos negros son:
• carbón
• negro de humo
• carbón animal
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• grafito natural
• polvo de carbón
Los pigmentos amarillos son:
• ocres
• oropimente
• polvo de oro
• litargirio
Los pigmentos rojos son:
• óxidos de hierro
• minio
• cinabrio
• tintes rojos naturales sobre bases diversas
Los pigmentos azules son:
• azul de Egipto
• lapislázuli (ultramar)
• carbonato de cobre
• índigo
Los pigmentos verdes son:
• tierra verde
• malaquita
• cardenillo
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• diversos tintes naturales
Los aglutinantes son:
• goma arábica
• la cola
• los huevos
• la gelatina
• la cera de abejas
• la pez
• la goma laca
• grasas de animales
• savias de diversos árboles
• aceites secantes
Los productos obtenidos en la industria de pinturas se destinan
fundamentalmente para la protección y decoración en las industrias de envases
para productos alimenticios, en las carrocerías, en electrodomésticos, en la
construcción de edificios y en la conservación de las instalaciones industriales y
marinas. A pesar de la diversificación tan amplia que encuentran los productos
preparados por la industria de pinturas, éstos pueden clasificarse
fundamentalmente en dos grandes grupos: productos des tinados a la
decoración en la construcción y pinturas industriales en general. Las pinturas
de decoración, incluyendo barnices, pinturas y esmaltes, pueden ser
consideradas como productos comerciales de carácter general, mientras que la
mayor parte de los recubrimientos destinados al mantenimiento y conservación
empleados en construcciones e instalaciones industriales, en puentes, barcos.
etc., se consideran como formas especializadas de la industria de pinturas.
Estas últimas comprenden desde los recubrimientos protectores y decorativos
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utilizados en la industria, hasta las pinturas anticorrosivas y las resistentes a
productos químicos emplea das como materiales de uso específico en la
industria química.
Las pinturas industriales son aplicadas sobre una gran variedad de materiales
incluyendo metales, madera, papel, productos textiles, cuero, vidrio y plásticos,
y se pueden considerar como esenciales para que puedan transcurrir
eficazmente muchas de las operaciones industriales. Motores, radios,
televisores, etc., precisan cada año millones de kilómetros de alambre
conductor, papel, tejidos y materiales que han de recubrirse con películas
aislantes y protectoras. Las carrocerías de acero de los automóviles sufrirían
fuertemente las consecuencias de la oxidación después de un año de su
empleo. Las modernas embarcaciones dependen de la eficacia de las pinturas
para evitar la adherencia de la fauna y flora del mar sobre sus fondos, lo que
mermaría seriamente sus características generales de navegación y sufrirían
seriamente las consecuencias de los efectos del agua de mar, que los
convertirían en cascos inseguros y herrumbrosos en breve tiempo. El envasado
de la cerveza y demás bebidas y alimentos en recipientes de hojalata, no fue
posible hasta disponer de un sistema de barnizado que protegiese al producto
del envase a la vez que éste resultaba protegido de su contenido.
La pintura ha llegado a ser aceptada en nuestros días como algo tan común y
corriente que pocas personas podrían darse cuenta de lo que representa en las
comodidades actuales. Es un producto que permanece en estado líquido en el
envase, casi indefinidamente, pero que cuando se extiende convenientemente
sobre una superficie queda transformado; a las pocas horas es un
revestimiento tenaz y duradero que protege y decora durante varios años. A
pesar de que su espesor no es mayor que el de una hoja de papel, los
revestimientos de pinturas resultan más duraderos, en muchos casos, que
algunos metales utilizados a igualdad de espesor, actuando de esa forma como
material de protección de inmensas sumas de dinero invertidas en forma de
estructuras de acero, madera o recipientes para el contenido de alimentos y
bebidas.
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En los Estados Unidos existen más de 1.400 fabricantes de pinturas, de los
cuales 680 dan información al Bureau of Census, considerándose que esta
información representa el 87 % del total de la producción.
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1.4. Definiciones.
Aparte de los adjetivos calificativos que suelen definir el destino o el uso de un
barniz o pintura determinados, como cuando se habla de un barniz aislante, o
de una pintura submarina, precisa darla de un modo unívoco de las palabras
barniz y pintura.
En sentido técnico, ambos productos designan películas de recubrimiento de
superficies con, un fin decorativo de embellecimiento, o con un fin utilitario de
protección a los agentes atmosféricos, a la corrosión, las incrustaciones, o del
agente destructivo que sea; y, finalmente, con un fin que engloba los dos
conceptos anteriores de un modo simultáneo.
Por barniz se entiende el líquido más o menos viscoso, de color más o menos
oscuro, y más o menos transparente, que cumple los fines señalados.
Por pintura, igual que barniz, acompañado en su constitución de un pigmento
mineral u orgánico, insoluble, que viene a ayudarle al cumplimiento de aquellos
fines.
Esta definición incluye los aceites empleados en la confección de la pintura
llamada al aceite, entre los barnices, y así se llama, barniz de aceite de linaza
al aceite cocido simplemente para aumentar su poder secante, y lacas a los
barnices grasos que contienen aceite, resina y un disolvente.
En España, conformándose más a la nomenclatura francesa, y aun inglesa,
que a la alemana, se llama corrientemente barnices grasos al “lacke” y aceites
cocidos al “firnisse” alemanes; sin querer decir que ello sea exclusivo de éstos.
Las palabras barniz y pintura deben ser tomadas en sentido muy amplio,
aunque ateniéndose siempre a que la designación pintura implica la presencia
de un pigmento, y la de barniz, el vehículo o aglutinante de un pigmento, pero
que puede tener existencia y uso propio e individual; contrariamente al
pigmento, que requiere siempre un aglutinante y vehículo para su utilización.
De acuerdo con el uso establecido, se suponen divididos en cuatro grandes
grupos los productos de esta industria: En el primero se comprenden los
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barnices llamados grasos, o al aceite, naturales o sintéticos, constituidos por
una disolución o combinación de una natural o artificial en un aceite secante,
diluida hasta un grado de viscosidad que permita una aplicación adecuada, con
un disolvente volátil, que una vez cumplida su misión queda eliminado,
permitiendo al aceite, extendido en película sobre la superficie tratada, el
experimentar una resinificación, y endurecerse por solidificación.
En un segundo grupo se incluyen las llamadas pinturas al aceite y los esmaltes,
constituidas aquéllas por un pigmento mineral opaco, colorante e insoluble; un
aceite secante como vehículo y aglutinante, y un disolvente como en el caso
anterior; y estando formados los esmaltes, cuyo nombre designa pinturas que
proporcionan superficies muy lisas y de hermoso brillo (como los barnices) por
un vehículo de aceite secante polimerizado por cocción o un barniz del primer
grupo.
En todos los casos, los productos comprendidos en ambos grupos, por fijación
del oxígeno del aire y transformación del aceite en una nueva sustancia
llamada linoxina, ocasionan la formación de un gel coloidal que aprisiona entre
sus mallas al pigmento, si se trata de una pintura, o contiene a la resina si se
trata de un barniz; con combinación de ambas cosas en el caso de un esmalte
manufacturado con aceite, resina y pigmento; quedando convertido el conjunto
en una capa dura y brillante.
En un tercer grupo se comprenden los barnices y esmaltes nitrocelulósicos,
constituidos por una dispersión de ésteres de la celulosa en un solvente
adecuado, que luego se evapora como en los barnices y pinturas grasos, y
substancias para endurecer la película formada (resinas), para evitar que se
contraiga (plastificantes), y un pigmento si se trata de esmaltes y no de
barnices.
Los productos de este grupo no experimentan ninguna acción oxidante del aire
ni ninguna transformación química en su secado, o formación del gel coloidal.
Han venido siendo especialmente usados en la pintura de carrocerías
metálicas, similares y muebles, cuyo trabajo era largo y oneroso con barnices y
esmaltes grasos excluidos los barnices sintéticos, hoy usados con éxito en el
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acabado de carrocerías de automóviles, y con radiaciones infrarrojas en
instalaciones a propósito.
Los barnices sin aceite, obtenidos por disolución de ciertas resinas en esencia
de trementina o alcohol, que al evaporarse dejan simplemente dicho material
extendido en forma de película, nada transformada, como en los barnices de
alcohol, o con alguna modificación en ella, como en el caso de los barnices a la
esencia; los barnices modernos especiales para usos determinados,
elaborados con resinas artificiales, y las pinturas a la cola o al temple, en las
que el aglutinante del pigmento es una disolución acuosa de cola animal,
obtenida de huesos o de pieles; de cola vegetal obtenida por hidrólisis de
ciertas féculas; o de caseína que se obtiene del suero de la leche.
Éstas y las demás clases de pintura, como son a la cal, al silicato, al fresco,
etc., pertenecen a la técnica de la pintura y al oficio de pintor.
Como es muy corriente y extendido el uso inadecuado de conceptos técnicos
en las industrias de la pintura, debido a los largos años de empirismo que en
las mismas ha reinado, ocurren a menudo confusiones de términos y empleos
sin relación conveniente con el fin perseguido.
Los significados de los principales conceptos de mayor importancia en la
tecnología de pinturas y barnices; en general, del modo como fueron definidos
por la «Deutschen Maltechnischen Vereinigung», o Asociación Alemana de
Técnicos de la Pintura.
Película. Capa delgada que recubre una superficie, considerada
independientemente de ésta, sobre la que se halla extendida.
Aceite secante. Es el que tiene la propiedad de formar película, por sí mismo,
por acción del oxígeno del aire, o por ambas cosas a la vez; experimentando
durante el proceso cambios de constitución química y física.
Secado. Conversión de un barniz o de una pintura en película sólida.
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Capacidad de secado o poder secante. Es la mayor o menor aptitud de un
barniz o pintura para formar película. Una película se considera seca, cuando
no es pegajosa y está suficientemente dura.
Disolvente. Líquido volátil apto para obtener un barniz, o para diluirlo, en cuyo
caso se llama diluyente.
Secantes. Materiales químicos que, añadidos a un barniz o pintura, disminuyen
el tiempo que tarda en secarse.
Pigmento. Material colorante insoluble de una pintura.
Lacas. Clase especial de pigmentos obtenida precipitando una materia
colorante soluble sobre un substrato insoluble como sulfato bárico o sulfato
alumínico.
Vehículo o aglutinante. Parte líquida de una pintura, y componentes de aquélla,
que forman la película incluyendo en su constitución la parte sólida.
Volumen aparente. Volumen ocupado por la unidad de peso de un pigmento,
vertido sin compresión.
Adherencia o poder adhesivo. Es la mayor o menor capacidad de unión de una
pintura o barniz con la superficie que recubre, formando película.
Capacidad de extensión. Es la mayor o menor facilidad con que puede
extenderse un barniz o pintura sobre una superficie para formar película. Los
pintores suelen llamarle rendimiento.
Poder cubriente. Es la capacidad de una pintura para ocultar el color de la
superficie sobre que se aplica, que será el propio de ésta o el de otras pinturas
que pueden tomarse como término de comparación, extendidas previamente
sobre aquélla en película.
Color. Sensación producida por los rayos de luz que llegan desde una
superficie al ojo del observador,
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Blanco y negro. Colores que corresponden a una dispersión total de la luz
sobre una superficie y a su absorción completa por ella, respectivamente,
Brillo. Propiedad de una superficie de reflejar la luz incidente sobre ella. La
superficie que no refleja la luz se llama mate.
Colores. Substancias que ocasionan la sensación de color, pudiendo ser
insolubles o pigmentos, llamados generalmente colores minerales; o solubles, y
deben entonces insolubilizarse formando lacas o colores lacados, para
constituir pigmentos. En caso contrario, la pintura es transparente.
Resistencia. A los distintos agentes destructores, es la mayor o menor
capacidad de la película del barniz o pintura para subsistir bajo la acción de
aquéllos.
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1.5. Aspecto de los recubrimientos.
Es aceptado comercialmente que el aspecto final de los objetos juega un
importante papel en la facilidad de venta de los mismos. Las pinturas o
recubrimientos orgánicos, en general, contribuyen en forma decisiva a mejorar
el color, la luminosidad, el brillo, la tersura de superficies y, con ello, la
apariencia de los productos elaborados por la industria, formulándose
cuidadosamente las pinturas a fin de conseguir desarrollar al máximo las
características generales de presentación de los productos que han de ser
decorados por ellas. Se considera como uno de los factores más
fundamentales, la luminosidad y el contraste de color que el objeto ofrece con
relación al conjunto ambiental. Por ello consideramos conveniente estudiar las
propiedades fundamentales de la luz y su comporta miento cuando incide sobre
una superficie recubierta con una pintura pigmentada.
La luz visible, o luz «blanca» es una fracción muy pequeña del espectro
electromagnético. Como es bien conocido, cuando este tipo de luz visible o luz
blanca pasa a través de un prisma, sale de él convertida en un haz de colores
diferentes, lo que puede considerarse como un hecho demostrativo de que la
luz normal está compuesta por una serie de ondas de diferente longitud que se
hallan comprendidas entre 400 y 700 nm, que corresponden respectivamente
con el color violeta y el rojo. Entre ambos extremos del espectro visible se
encuentran las longitudes de onda correspondientes a los colores azul, verde,
amarillo y naranja. Más allá de la longitud de onda del color violeta, está la
zona de longitudes inferiores del ultravioleta, mientras que al otro lado del rojo
se encuentra la zona de longitudes superiores del infrarrojo. Cualquiera de
estas dos zonas extremas del espectro resultan invisibles al ojo humano.
Cuando la luz incide sobre una superficie pintada puede seguir diferentes
caminos, pero normalmente se distribuye por uno u otro según las
características de opacidad, transparencia, color, brillo, etc.,, inherentes a la
película seca del recubrimiento final. Estas características son las que
determinan si la luz ha de ser transmitida, reflejada, absorbida, reflecta da, etc.,
o si seguirá varios de estos efectos al mismo tiempo.
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Los recubrimientos transparentes reflejan desde su superficie una pequeña
cantidad de luz en forma de brillo, ya que la mayor parte se transmite a través
de la película llegando hasta el substrato sobre el que está aplicada. Si este
substrato es de color blanco, la luz que llega a él será devuelta nuevamente en
su mayor parte a través de la película de recubrimiento, mientras que si, por el
contrario, el substrato es de color negro, una gran parte de la misma será
absorbida. Cuando la superficie es coloreada, una parte de las longitudes de
ondas que componen la luz serán selectivamente reflejadas, mientras que las
restantes serán absorbidas, de tal forma que el color que nosotros observamos
representa la suma de longitudes de ondas reflejadas por la superficie
recubierta.
Si por el contrario, la película del recubrimiento está pigmentada, la luz que
incide sobre ella puede ser absorbida o devuelta por reflexión al ojo humano
desde el interior de la película misma. El comportamiento particular de la luz
dependerá en cada caso de la naturaleza del pigmento y del porcentaje
presente del mismo, resultando independiente de la naturaleza y el color del
substrato sobre el que se halle aplicado el recubrimiento en aquellos casos en
que el poder cubriente del mismo sea completo. Los pigmentos coloreados
absorberán determinadas longitudes de onda de la luz que incida sobre ellos y
reflejarán aquellas otras características en cada caso, según el color del
pigmento que se trate. Igualmente, los pigmentos pueden difractar la luz en el
interior de la película de pintura impidiendo con ello el que ésta alcance el
substrato sobre el que se encuentra aplicada antes de que sea reenviada al
observador. También existe una parte de luz reflejada en forma de brillo desde
la superficie de la película de las pinturas pigmentadas y que resulta
equivalente a la reflexión que tiene lugar desde las películas transparentes.
La difracción es un fenómeno complejo que en forma simplificada se podría
explicar como la reflexión consecutiva, desde la superficie de una partícula de
pigmento a la de otra y así sucesivamente. La característica semiespecular de
cada una de estas reflexiones llega a anularse después de repetirse un
determinado número de veces, siendo el resultado final la obtención de un tinte
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homogéneo al igual que una porción de hielo finamente troceado, aparece al
ser iluminado de color blanco reluciente.
Otro importante factor es la proximidad de las partículas de pigmento entre sí o,
, la relación entre las cantidades de pigmento y aglomerante. Existen otras
importantes consideraciones sobre las propiedades de la luz que muestran la
influencia del tamaño de partícula y del índice de refracción en relación con el
poder cubriente de los recubrimientos.
1.5.1. El fenómeno del color
La sensación percibida por el ojo humano como color, tiene lugar,
probablemente, en los lóbulos occipitales del cerebro mediante la energía
transmitida a través del nervio óptico desde el ojo. Los bastones y conos
existentes en los terminales nerviosos que residen en la retina, transmiten su
respuesta al cerebro cuando son excitados por luz de diferentes intensidades y
distintas longitudes de onda que les llega, habiéndose demostrado que las
respuestas dadas por el sistema óptico humano varían muy ligeramente entre
individuos con visión “normal”.
Sin embargo, estas diferencias, en determinadas personas, pueden ser tales
que, para ellas, existen regiones del espectro en las que sólo son capaces de
distinguir diferencias en la intensidad de la luz percibida y no las que son
consecuencia de longitud de onda. Tales individuos, sin sensibilidad para los
diferentes colores o para un determinado grupo de ellos, son conocidos como
daltónicos. No obstante, gracias a que las diferencias en la visión de los colores
entre las personas de visión normal no son grandes, existe la posibilidad
práctica de igualar diferentes fabricaciones de pintura de un color determinado
frente a un testigo común por simple apreciación y ajuste visual, si bien es
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cierto que existen personas capaces de diferenciar más fácilmente que otras
pequeñas variaciones en la tonalidad de dos muestras del mismo color. Por
esta razón, el Research Committee of the Federation of Societies for Paint
Technology ha desarrollado un ensayo que indica la natural aptitud para la
apreciación de colores del personal empleado en las fábricas de pinturas.
El ojo humano precisa de la luz para poder distinguir los objetos; por otra parte,
la apariencia de dichos objetos está influenciada por la intensidad de la luz que
incide sobre los mismos y, además, por la gama de longitudes de onda de la
luz que llega a ellos de tal forma, que parezcan con aspecto diferente al ser
observados bajo la iluminación solar directa que cuando se les observa con la
luz difusa de un día nublado. Igualmente, los colores nos preaparecen con
aspecto diferente según sean observados con luz blanca o lo sean bajo luz de
un determinado color. Por ello, es interesante especificar, en cada caso, el tipo
de luz utilizada en la apreciación del color. La luz blanca es la que se compone
de una serie completa de ondas de energía electromagnética cuyas longitudes
están comprendidas entre 400 y 700 nm. correspondientes a diferentes colores.
Como todos los colores que el ojo humano puede apreciar están comprendidos
dentro de este margen, a esta zona del espectro se le denomina
“espectrovisible”. Por observación del arco iris, que la distribución de colores en
el espectro visible ofrecido por la Naturaleza no presenta contrastes marcados,
de tal forma, que los tonos azules se convierten progresivamente en verdes, y
éstos en amarillos, y así sucesivamente. La gama general de colores, así como
el margen de longitudes de onda para cada uno de los tres filtros utilizados en
ciertos colorímetros.
Los seis colores que aparecen en el espectro visible corresponden a las
longitudes de onda que se dan para cada uno de ellos a pesar de que no existe
una línea de contraste definido entre uno y el siguiente.
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La diferencia esencial existente entre superficies blancas, negras y de otros
colores estriba en la cantidad y tipo de luz que es reflejada por ellas. Cuando
se refleja la casi totalidad de la luz incidente, la superficie se nos aparece de
color blanco; cuando la mayor parte es absorbida el color percibido es el negro,
y cuando se absorben ciertas longitudes de onda selectivamente, mientras son
reflejadas las restantes, la superficie en cuestión es vista con el color
correspondiente a las longitudes de onda reflejadas por ella. Por ejemplo, si
una superficie absorbe las ondas electromagnéticas cuyas longitudes
corresponden a las de los colores azules y verdes, reflejando, por el contrario,
las correspondientes al color rojo, dicha superficie la vemos de este último
color. Puede decirse que el color de los objetos es consecuencia de la reflexión
y absorción selectiva de las ondas electromagnéticas componentes de la luz
blanca al incidir ésta sobre la superficie en cuestión. Puede visualizarse de una
manera gráfica este fenómeno,
La razón fundamental que determina el color de los diferentes productos es la
distribución de los electrones y las vibraciones características de los mismos en
las estructuras atómicas y moleculares de las sustancias. De cualquier manera,
la propiedad de un pigmento de color determinado está influenciada, además,
por factores tales como su forma cristalina, el contorno de sus partículas, el
tamaño de las mismas, su grado de dispersión y, en menor proporción, por las
características del aglomerante.
Existe un gran número de productos, con características de composición en
cierto modo similares, que presentan, sin embargo, grandes diferencias en el
color. Por ejemplo, el cromato de plomo es amarillo y, sin embargo, el óxido de
plomo es naranja, y el sulfuro de plomo es negro. El óxido de zinc es blanco, el
óxido de cromo es verde y el óxido de hierro es rojo. En cada uno de estos
casos las diferencias de color son producidas por diferencias en las frecuencias
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de las vibraciones de los electrones y en sus estructuras moleculares. En cada
compuesto, los electrones vibran con una frecuencia característica que está
determinada por los tipos de átomo que lo constituyen y el número y
distribución de los electrones en la estructura de la molécula correspondiente.
Como la masa de un electrón es muy pequeña, la frecuencia de su vibración es
sumamente elevada de tal forma que, normalmente, está comprendida dentro
de la zona ultravioleta del espectro, por lo que su absorción de luz no resulta
visible para el ojo humano. Sin embargo, y por la distribución de los electrones
en la molécula, las fuerzas que actúan sobre ellos puede ser debilitada y, por
consiguiente, su frecuencia disminuida en forma similar hasta el punto de que
lleguen a tener sus valores comprendidos dentro de la zona del espectro
visible, por lo que el producto absorberá las radiaciones correspondientes a esa
frecuencia, a la vez que refleja el resto de las que lleguen a su superficie. Si
una estructura electrónica es de tal naturaleza que vibra con unas frecuencias
que se corresponden a las del color verde en el espectro visible, dicha
estructura absorberá la radiación correspondiente a ese color y reflejará las
restantes de la luz que incida sobre ella. Si la luz incidente fuera blanca, el
objeto resultaría al ojo humano de color rojo. La discusión que se hace del color
en relación con los pigmentos orgánicos, muestra la importancia que tienen las
distribuciones estructurales en la molécula sobre la característica del color,
pudiéndose apreciar cómo cambios en la estructura molecular se corresponden
con variaciones en el color del producto. Igualmente se demuestra la influencia
de la estructura cristalina y de la forma de la partícula del pigmento, sobre el
color de cada producto.
La variación en el tamaño de partícula modifica también el color de los
pigmentos tal como ocurre con los óxidos de hierro, que por la simple
modificación del tamaño de partícula pueden conseguirse con ellos tonalidades
diferentes dentro de una gama de color que va desde el naranja hasta el
marrón. De la misma forma que los negros de humo varían desde aquellos que
tienen una tonalidad gris azulada hasta los que se presentan intensamente
amarronados como consecuencia de la reducción en el tamaño de partícula
que varía desde 0,09 a 0,01 µ. No obstante, la negrura intensa que pueden
desarrollar los negros de humo con tamaño de partícula muy pequeño no se
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obtiene totalmente a no ser que sean dispersados perfectamente. El obtener un
grado de dispersión conveniente requiere un elevado consumo de energía
necesaria para romper los agregados de partículas en sus constituyentes más
pequeños. Además es preciso el que el vehículo tenga un poder de
humectación suficiente para conseguir la dispersión deseada.
1.5.2. Medida del color
Los fabricantes de pinturas han de enfrentarse continuamente con el problema
de mantener inalterable con el transcurso del tiempo el color de los testigos
correspondientes a una tonalidad determinada, a los que es necesario ajustar
la tonalidad de las diferentes fabricaciones que se tengan que realizar. Por ello
resulta de gran interés poder determinar mediante medida física el color de una
determinada muestra. Tres razones que justifican esta necesidad:
1. Tener una permanencia del color de los testigos.
2. Poder comparar los valores físicos de las diferentes muestras con los
del testigo correspondiente.
3. Determinar la cantidad necesaria de color a agregar a una muestra de
pintura para igualar su tonalidad a la del testigo establecido.
Han sido desarrollados métodos que permiten resolver las dos primeras
razones habiéndose conseguido, igualmente, grandes avances en la
determinación de la cantidad de color a adicionar a una pintura determinada
para igualar su tonalidad con la de la muestra testigo, pudiéndose agrupar los
métodos de medida e igualación de color en ópticos y fotoeléctricos.
La igualación óptica consiste en la simple comparación de la muestra de
pintura que se está fabricando con el testigo al cual se quiere igualar,
acostumbrándose a hacer una primera comparación con la pintura líquida y,
finalmente, con la pintura ya aplicada convenientemente y seca. Este método
simplista no permite establecer un valor numérico e inalterable del color de la
muestra testigo, lo que nos facilitaría una garantía respecto a la permanencia
de su color.
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También puede realizarse la comparación óptica de los colores, preparando
una película seca de la muestra o de la nueva fabricación que se está
ajustando y compararla a continuación con una serie de diferentes muestras de
color clasificadas numéricamente en catálogos tales como los de Munsell y
Ostwald. Este método puede considerarse como superior al de la simple
comparación directa de la muestra con el testigo, ya que de esta forma se
consigue una referencia numérica para un color determinado que sirve para
cuando esté en fabricación nuevamente, pero, a pesar de ello, sigue
dependiendo de la habilidad del operario el determinar en qué momento se ha
conseguido igualar la fabricación que se está elaborando a la muestra testigo
del catálogo o sistema con que se trabaje, fijada previamente según una
referencia numérica.
Entre los métodos ópticos directos están comprendidos los que emplean
colorímetros del tipo Lovibond Tintometer. Mediante este instrumento es
posible efectuar la comparación visual de un color determinado a igualar frente
a tres series de vidrios transparentes coloreados de forma que por combinación
de ellos entre sí se consiga igualar la tonalidad de la muestra. De esta forma
resulta posible el hacer referencia a la combinación de vidrios elegida que
puede reproducirse siempre que se precise realizar posteriores comparaciones
o para volver a igualar nuevas fabricaciones al mismo tono. Existe la posibilidad
de designar numéricamente la combinación testigo, pero, sigue dependiendo
de la habilidad del operario el establecer cuando una nueva fabricación queda
igualada al testigo de referencia.
Los diferentes métodos fotoeléctricos, están basados en el empleo de
instrumentos tales como colorímetros, fotocolorímetros y espectrofotómetros. El
costo de estos instrumentos es muy diferente y también lo es la exactitud o
precisión de cada uno de ellos. Mediante su empleo resulta posible definir con
valores numéricos, abstractos, un determinado color sin que se precise la
comparación visual del mismo frente a una muestra física cuya tonalidad
difícilmente se puede mantener inalterable.
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La Comisión Internacional de Iluminación (International Commission
Illumination (ICI) o Commission Internationale de l’Eclairage (CJE)) estableció
durante la reunión celebrada en 1931 gran número de los fundamentos
relacionados con el establecimiento de los colores fundamentales y con los
testigos de color. Hardy ofrece una excelente exposición teórica sobre los
fundamentos de la colorimetría y espectrofotometría en su obra Handbook of
Colorimetry. Hunter describe los principios del colorímetro triestímulos
fotoeléctrico y Gardner y Sward hacen referencia a una amplia variedad de
instrumentos empleados en la determinación del color. Evans y Judd relacionan
las propiedades de la luz y el color de los sistemas utilizados para su medida.
Las normas ASTM en su Designación D304-44 normalizan el método de
ensayo para determinar las características espectrales y de color, y a través de
las Federal Specification TT-P-141 b, Method 425.1 y 425.2. Munsell, Ostwald y
otros han hecho posible establecer unas referencias de color mediante las
cuales puede fijarse con valores matemáticos cualquier tonalidad que se
precise.
1.5.3. Igualación óptica del color
La igualación óptica ha representado siempre un serio problema en la industria
de pinturas a causa de la dificultad para conservar inalterables las muestras
testigo que se precisan como referencia y sin que éstas experimenten variación
en su tonalidad con el transcurso del tiempo, así como el establecer con
precisión y sensibilidad suficiente cuándo las diferentes fabricaciones de una
misma tonalidad se pueden considerar suficientemente igualadas al testigo
establecido. Normalmente se establece el testigo de un color y se conserva una
muestra en húmedo de la pintura correspondiente a la fabricación última, así
como una aplicación de la misma. Desgraciadamente, en ambos casos se
presenta con el tiempo una desviación de la tonalidad respecto a la que se
obtuvo inicialmente. A causa de ello se acepta el que exista una mínima
diferencia entre diferentes fabricaciones, si bien esta diferencia deberá
reducirse al mínimo posible. Se han hecho múltiples esfuerzos para intentar
fijar los colores, sin que éstos experimenten alteración en su tonalidad con el
transcurso del tiempo.
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Uno de los métodos más extendidos es el establecido por Munsell, quien
esquematizó la gama de los diferentes colores existentes incluyendo el blanco,
negro y los grises en una esfera de color.
En ella se representa el color blanco en la parte superior del eje vertical y el
negro en el punto inferior del mismo. Teniendo en cuenta que los diferentes
grados de grises conocidos son el resultado de mezcla de blanco y negro,
estarán representados en los puntos intermedios entre ambos extremos
dependiendo su posición de la intensidad relativa del gris. Munsell utilizó cinco
colores primarios o tintes que él situó equidistantemente alrededor de la
circunferencia máxima horizontal. Por esta razón, cualquier color puro que no
pueda considerarse agrisado, deberá encontrarse sobre la circunferencia a la
distancia máxima posible del eje. Si la pureza o intensidad del color,
cromaticidad, se disminuye por agrisamiento del mismo, el punto que
representa el nuevo tono obtenido se desplazará hacia un lugar próximo del
eje. Si con el agrisamiento el color se aclara, entonces quedará situado sobre
una línea en ángulo recto con el eje, pero a menor distancia de la parte
superior, mientras que si el color experimenta un oscurecimiento se situará
próximo al extremo inferior. Como consecuencia, si la esfera fuese cortada en
secciones muy finas y cada una de ellas fuera un libro, el conjunto de éstas
representaría todas las posibles variaciones de color y sus posibles mezclas
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con toda la gama de grises desde el blanco al negro. Esta distribución general
es la base del libro de color de Munsell (Munseli Book of Color) en el que en
vez de representarse un semicírculo de acuerdo con lo descrito, se presenta un
conjunto determinado de colores con una designación numérica para cada uno.
Los principales colores o tonos (hues) son designados mediante letras según la
nomenclatura siguiente:
Cada uno de estos diez colores se divide a su vez en otras 10 partes
distribuidas de tal forma que al color más puro se le asigna el valor 5. Cuando
se expresa la denominación 5B, ésta corresponde con el azul puro, mientras
que 7,5B significaría que el color se encontraba en el centro entre el azul puro y
el verde puro. Los conjuntos de color de igual luminosidad se numeran en
forma consecutiva del 1 al 9 y comenzando desde la parte inferior del eje
vertical, mientras que los colores de pureza o cromaticidad similar se agrupan
según diferentes grados numerados de dos en dos y del 2 al 12 desde el eje
vertical. La designación completa de un color según Munsell se realiza, según
esto, de la forma siguiente: tinte, luminosidad y pureza de tal forma que con un
color determinado al que se le diera la designación 7.5 B 6/8 correspondería a
un color azul que tuviera algo de verde (tonalidad 7.5 B) con una luminosidad
algo superior al valor medio (luminosidad 6) y un grado de pureza intermedio
(pureza 8). La precisión en la denominación de un color determinado y la
facilidad de localizarlo en el libro de color Munsell en el momento que se
precise, resulta, sin duda alguna, mejor que la descripción verbal del mismo, es
decir, tal como sería la definición de “un color azul verdoso de luminosidad
media y pureza intermedia”. Como sería necesario un número infinito de
conjuntos de colores para poder denominar según este sistema todos los
posibles colores, la designación de las muestras que se encuentran entre dos
conjuntos de testigos se estima aproximadamente y se expresa en forma de
fracciones tales como 7.5B 6.4/8.3.
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Las láminas de color utilizadas en el libro Munsell están confeccionadas de tal
forma que las variaciones de tono que puedan tener lugar con el transcurso del
tiempo, sean lo más pequeñas posibles, a pesar de lo cual su permanencia no
puede considerarse definida. También se presenta el problema de tener que
comparar muestras de color con diferente grado de brillo respecto al que tiene
la lámina testigo del libro Munsell, así como la comparación de muestras con
grandes diferencias en la textura de su superficie y, finalmente, debe
considerarse también que la identidad del color de la muestra frente al testigo
se realiza por el ojo humano, que es un órgano que puede encontrarse bajo los
efectos de la fatiga. Pero de cualquier modo, la igualación óptica de los colores
presenta dos ventajas sobre la igualación por medio de instrumentos, que son:
1. Que la muestra aparecerá para los observadores de visión normal con el
mismo color que la referencia testigo y,
2. Que el grado de tolerancia en la igualación del color es establecido
automáticamente por el propio observador.
Es de la máxima importancia el que la comparación del color frente a la
muestra testigo se realice bajo unas condiciones de iluminación previa mente
bien definidas, ya que han de tenerse en cuenta las diferencias en la
composición entre la luz solar, la luz diurna normal y la de diferentes lámparas,
por lo que un mismo color puede aparecer diferente cuando sea observado
bajo cualquiera de estos distintos iluminantes. Una luz normalmente aceptada
para la igualación de colores es la luz diurna natural con orientación Norte, pero
como estas condiciones de iluminación no siempre resulta posible el
reproducirlas con cierta exactitud, el ICI fijó una serie de iluminantes constantes
entre los cuales son de uso más generalizado los conocidos como iluminantes
A, B, C, y D. El iluminante A, por estar basado en una lámpara de tungsteno
llena de gas, presenta una tonalidad amarilla. El B facilita una similar a la luz
solar de mediodía, y el C corresponde con un tipo medio de luz de día. Hardy,
hace una buena descripción de los diferentes iluminantes y de la distribución de
energía de cada uno de ellos. Gardner describe una fuente de luz de intensidad
conocida construida por Macbeth Day-lighting Corporation. El Technical
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Commitee of the New York Paint & Varnish Production Club ha desarrollado
una fuente de luz a un precio económico y que ofrece resultados satisfactorios
que se describen en el Oficial Digest. El Philadelphia Club hizo un estudio de
iluminantes artificiales utilizados en la igualación de colores. Reese discute los
fundamentos de los iluminantes refiriéndose fundamentalmente a los
empleados en la industria de pinturas para el ajuste e igualación de color de las
pinturas, describiendo asimismo el origen de la expresión “temperatura del
color” y su significado en relación con los iluminantes, señalando que el
conocimiento de las temperaturas de color no resulta un sistema eficaz para la
definición del iluminante.
1.5.4. Medida del color mediante instrumentos
Gardner describe una gran parte de los instrumentos utilizados para la
comparación y medida del color y se pueden agrupar en dos categorías
fundamentales: aquellos que precisan de un observador para determinar
visualmente cuándo el color de la muestra queda igualado al del testigo y
aquellos otros que miden fotoeléctricamente el porcentaje de reflectancia de la
muestra y el testigo.
El Lovibond Tintometer puede considerarse como un ejemplo de los primeros
en el cual, para hacer una determinación en la muestra se sitúa ésta en el
aparato y se observa a través de un ocular. El color a observar ocupa la mitad
del campo visual, mientras que en la otra mitad pueden sobreponerse tres
láminas de vidrios coloreados correspondientes a otras tantas series que, al ser
combinadas entre sí se llegue a obtener un color idéntico al de la muestra que
se pretende igualar. Cada una de las láminas está numerada, de tal forma que
una vez conseguidas con ellas el color deseado, conoceremos la designación
de los tres vidrios utilizados, con lo que el color así obtenido quedará
identificado mediante una designación testigo. Las tres series de láminas son
de color rojo; amarillo y azul, utilizándose otra de color neutro que sirve para
determinar la luminosidad del color.
Una modificación de este aparato conocido como sistema Lovibond Schofield,
opera de forma similar, pero con él se tiene la posibilidad de obtener los valores
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en forma de un sistema de coeficientes triestímulos en x, y, z. Estos
coeficientes son utilizados para designar la cromaticidad en el sistema ICI.
El aparato Lovibond resulta más económico que los sistemas fotoeléctricos y
se le puede considerar suficiente para muchas aplicaciones. Mediante este
sistema, el observador puede tener una identificación material de los colores
mejor que lo que se consigue mediante la simple referencia numérica de los
valores de reflectancia, sin que sea necesario tener presente los valores de
tolerancia entre la muestra y el testigo. A pesar de ello, el problema de la
tolerancia en la apreciación óptica que haya de existir en cada caso, sigue
existiendo y por ello, naturalmente, el sistema sigue precisando de un operador
que posea una adecuada aptitud para la apreciación de los colores.
Los instrumentos fotoeléctricos pueden ser agrupados en dos tipos
fundamentales: colorímetros y espectrofotómetros. Ambos sistemas determinan
el valor de la reflectancia de la muestra y la comparan con la del testigo. De
cualquier forma, ellos se diferencian, fundamentalmente, en la división que
hacen del espectro visible cuando observan entre sí la muestra y el testigo. Los
colorímetros emplean tres o más filtros coloreados, tales como azul, verde y
ámbar, indicando a través de ellos la medida de la reflectancia. Los
espectrofotómetros miden la reflectancia mediante bandas estrechas sobre la
totalidad del espectro, des componiendo la luz mediante prismas o redes de
difracción en bandas de 10 a 20 m
Los colorímetros más convencionales son el Hunter Multipurpose
Reflectometer, el Photovolt Reflection Meter, el Davis-Bruning Colorimeter , el
Color-Eye y el Color-Master Differential Colorimeter. Como espectrofotómetros
más clásicos pueden citarse el Beckman «B» , el espectrofotómetro registrado
de la General Electric y una variedad de otros muchos instrumentos descritos
por Gardner. En la obra «Color Measurement Forum» puede encontrarse una
información más detallada de las actuales aplicaciones de todos estos
instrumentos y Seavell nos ofrece una excelente discusión de los principios de
la colorimetría aplicada a la industria de pinturas, mientras que Atherton y
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Touglt nos ofrecen gran número de datos referentes al empleo de estos
instrumentos para determinar las características del color.
Como muestra el testigo de referencia del color blanco, necesario para ajustar
el valor de la reflectancia, se utiliza el óxido de magnesio en polvo y extendido
en forma de película de un espesor mínimo de 0,5 mm sobre una superficie
adecuada. Es necesario que se haya obtenido recientemente por combustión
de cinta de magnesio. El carbonato de magnesio, a pesar de no ser su color
blanco tan puro como el del óxido magnésico, puede utilizarse también como
referencia por su más fácil manejo, necesitándose entonces la introducción de
un factor de corrección, cuidando el que su superficie se mantenga siempre
limpia y reciente por simple raspado uniforme y cuidadoso de la misma.
Existen, además, otros blancos secundarios que también pueden ser
empleados como testigos de referencia, introduciendo en cada caso el
correspondiente factor de corrección. Se ha comprobado que el mejor resultado
se obtiene cuando los reflectómetros se ajustan frente a un color testigo
próximo al de la muestra que se desea examinar, por lo que suele utilizarse
para este fin una gama de quince muestras preparadas en porcelana
esmaltada correspondientes a testigos de referencia que se emplean en cada
caso para el ajuste del aparato. en la zona del espectro más próxima a la de la
muestra a medir.
Los valores triestímulos son los valores de reflectancia obtenidos mediante el
empleo de filtros de colores primarios (azul, verde y ámbar), son unos números
a los que se les conoce por el nombre de «valores triestímulos» y que se
designan con las letras X, Y, Z. Como los espectrofotómetros descomponen la
luz en una serie continua de bandas estrechas, con ello se obtiene un número
equivalente de valores de difícil manejo en la práctica. Por esta razón, estos
valores son representados en forma de una curva sobre un gráfico en el que se
representan ordenados los valores del porcentaje de reflectancia
correspondiente a cada una de las bandas del espectro visible. Esta curva de
reflectancia, así determinada y representada, constituye la referencia testigo
del color con carácter permanente y podrá considerarse que, una nueva
fabricación de un determinado color, esta igualada al testigo de referencia,
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cuando una muestra aplicada de la misma nos dé una curva de reflectancia
idéntica a la del testigo. Los valores triestímulo no pueden considerarse, por lo
tanto, valores absolutos y testigos de color permanente, ya que su utilización
requiere del empleo de las muestras de porcelana esmaltada, a las que antes
nos referíamos para que sean utilizadas en cada caso en el ajuste del aparato
antes de su uso. Por otra parte, estos valores son específicos para cada tipo
particular de iluminante que, generalmente, es el C, de tal forma que los
valores obtenidos bajo la iluminación con el iluminante A serán diferentes de
los que se obtengan con aquél.
Se obtienen colores metaméricos cuando se consigue un mismo color
utilizando pigmentos distintos. En este caso los colores de ambas fabricaciones
aparecen idénticos para la persona que los compara cuando son observados
bajo el mismo iluminante que se utilizó durante su igualación. Al cambiar de
iluminante, sin embargo, ambos colores aparecen diferentes. Todo ello hace
fácilmente comprensible el que frente al único iluminante del colorímetro los
valores triestímulos de dos muestras metaménicas puedan ser iguales, a pesar
que los mismos colores, al ser comparados por un observador bajo otra fuente
de iluminación distinta a la empleada en el colorímetro, aparezcan diferentes.
Por esta razón, el empleo de estos valores no ofrece un criterio suficientemente
seguro. Por ello, si para un par de colores que se nos aparecen como idénticos
ópticamente bajo un determinado iluminante, los valores X, Y, Z, calculados a
partir de su curva de reflectancia fotoeléctrica no serían idénticos, lo que
indicaría que ambos colores eran metaméricos.
Resulta difícil representar la naturaleza física de un color sólo a partir de sus
curvas de reflectancia o de sus valores triestímulos. Este hecho se pone de
manifiesto por la comparación de los valores, para un número de colores
obtenido por Taylor.
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Si consideramos que el primer grupo de valores representa un color testigo
determinado, y que el segundo grupo pertenece a los de la muestra
correspondiente a una fabricación cuyo color fue igualado al del mismo sería
imposible, por la simple observación de los valores numéricos, establecer las
diferencias físicas de color entre ambos. Según señaló Taylor, las cifras
deberían facilitar el criterio de la persona encargada de la igualación de
diferentes fabricaciones y que sirvieran a la vez de referencia para conocer las
correcciones necesarias para la igualación de las tonalidades, pero este
procedimiento empírico no tiene ninguna base científica.
1.5.5. Coeficientes de cromaticidad
Hardy y otros han demostrado que puede obtenerse una indicación sobre el
color mediante la conversión de los valores X, Y, Z en coeficientes de
cromaticidad (x, y, z), que se representan gráficamente para obtener así la
longitud de onda dominante en el color y su porcentaje de pureza. Los
coeficientes de cromaticidad se obtienen mediante las ecuaciones siguientes:
Estos coeficientes de cromaticidad podrían ser representados en un diagrama
tridimensional, pero ello sería de difícil realización práctica. Esta dificultad
puede resolverse representando dos de los coeficientes, normalmente x, y,
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sobre un diagrama bidimensional especial, a partir del cual puede obtenerse la
longitud de onda dominante en el color que se analice y su porcentaje de
pureza. Se puede observar un diagrama de cromaticidad x, y, preparado por
Hardy, en el que se representa el emplazamiento del iluminante C y el de un
color verde con una longitud de onda dominante de 506 nm .Los valores x, y,
para este color verde, son x = 0,2487, y = 0,3381.
El porcentaje de pureza del color verde se obtiene mediante la relación de la
distancia C-G y la existente desde C al punto 506. El valor de la pureza, en
este caso, corresponde con el 20 %. Se comprende fácilmente que al
representar el punto C, la luz blanca y el correspondiente al valor 506 sobre la
curva del verde puro del espectro, todos los puntos existentes sobre la línea
que une a ambos representarán una serie de verdes que serán tanto más
puros cuanto más próximos se encuentren al 506.
Los puntos correspondientes a los colores puros del espectro, situados sobre la
curva, fueron adoptados por ICI en 1931, y sus valores con datos en forma de
tablas por Hardy, la ASTM D307-44 y las Federal Specification TT-P-141b
Method 425.1. Los coeficientes tricomáticos para el iluminante C fueron
determinados por Hardy con los valores de x = 0,8101, y = 0,3168. Hardy
facilita igualmente una serie de cartas de valores a partir de las cuales pueden
obtenerse las longitudes de ondas dominantes y los porcentajes de pureza de
cualquier color por los valores en cada caso de x, y.
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Estos parámetros, longitud de onda y porcentaje de pureza, dan alguna
indicación sobre la naturaleza del color, pero no indican su grado de
luminosidad relativa, es decir, la cantidad de luz no absorbida por la muestra;
así, si para el color blanco puro se considera un valor de 100 % de luz no
absorbida y para el negro cero, la luminosidad de cualquier color se puede
expresar como una fracción de esta escala. Por ello la curva de visibilidad para
el ojo humano, muestra que el máximo de luminosidad o visibilidad tiene lugar
en la zona correspondiente a las longitudes de onda de 555 nm y llega al valor
cero para los valores 400 nm y 700 nm. Por ello, el valor Y en los valores
triestímulos X, Y, Z, se le hizo corresponder arbitrariamente con la visibilidad
total, pudiendo ser utilizado como una medida de la luminosidad relativa. En el
caso del valor Y dado por Hardy para un verde de 0,2419 significará que la
luminosidad para este color será de 24,19 %.
Los valores para la longitud de onda dominante muestran, en el caso del verde
determinado por Hardy, que éste es un azul verdoso y en el de Tyler un
amarillo verdoso. Al ser la pureza del primero del 20 %, parece ser que éste ha
sido reducido con un blanco u otro color claro y, probablemente, fue agrisado
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con un toque de negro, ya que su luminosidad es escasa. La pureza superior
del verde Tyler indica que se le ha adicionado menos cantidad de blanco o del
color claro, y su baja luminosidad, el que ha habido adiciones de negro o de
cualquier otro color oscuro.
Puede apreciarse que los valores que condicionan los tres atributos del color,
longitud de onda dominante, pureza y luminosidad ofrecen una mejor
descripción del mismo que la que se obtiene por los tres valores X, Y, Z.
También pueden considerarse similares a los de tono o color específicos,
pureza relativa de color, de luminosidad relativa, obtenidos a partir del sistema
Munsell, pero con mucha más precisión que éstos. Los coeficientes de
cromaticidad y la longitud de onda dominante pueden también calcularse a
partir de las curvas de reflectancia que se obtienen con los espectrofotómetros.
1.5.6. Medidas espectrofotométricas
La diferencia esencial entre la medida del color mediante procedimientos
colorimétricos y espectrofotométricos es el número de zonas en que se divide
el espectro al hacer las medidas de reflectancia o de transmisión. En vez de
utilizar tres zonas de gran amplitud abarcadas por los filtros azules, verde y
ámbar, el espectrofotómetro hace uso de bandas reducidas a lo largo del
espectro visible y sus resultados son expresados en forma de una curva sobre
una carta de reflectancia. Como se están considerando colores opacos y no
películas transparentes, cada curva representa el porcentaje de reflectancia en
cada punto del espectro visible de la muestra de color comparada con el que
tendría el color blanco.
El blanco puro se define como el color que presenta 100 % de reflectancia a lo
largo de todo el espectro visible, por lo que debería ser representado en forma
de una línea recta en la parte superior de la carta. De cualquier modo, el 100%
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de reflectancia no resulta demasiado asequible incluso utilizando óxido de
magnesio, que es el blanco testigo arbitrariamente establecido por ICI para los
trabajos colorimétricos. Los acabados de color blanco utilizados en el comercio
presentan una reflectancia mucho menor según se indica en las curvas A y B .
Los blancos azulados aparecen al ojo humano como más blancos que los
blancos puros. Por consiguiente, el color blanco representado por la curva B de
la primera figura aparecerá como más blanco que el A por tener una
reflectancia superior en la región azul y menor en la zona del amarillo rojizo. En
forma similar, los acabados de color negro serían representados por una línea
recta en la parte inferior de la carta que indicaría un valor cero para la
reflectancia a lo largo de todo el espectro, si bien los colores negros utiliza dos
normalmente en el comercio mostrarán pequeños valores de reflectancia en
algunas de las zonas del espectro.
Las curvas representadas corresponden a las típicas obtenidas con una gama
de colores y sirven como ejemplos característicos obtenidos mediante este
sistema de determinación del color.
Las dos curvas representadas se identifican como correspondientes a colores
verdes, ya que presentan el máximo de reflectancia en la zona correspondiente
a ese color, 510-580 nm. Ambas curvas representarían los verdes a que se ha
hecho referencia en los sistemas Hardy y Tyler. En este caso la curva B
correspondería con el verde Hardy, ya que su longitud de onda dominante es
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de 506 nm y su tono sería más azulado que el de Tyler, que tiene su valor
dominante en 540 nm, más próximo a la región del amarillo. La mayor pureza
del verde Tyler está justificada por la mayor pendiente de la curva A, en la
región del verde. Ambos colores tienen valores de reflectancia bajos, lo que
está justificado por el área comprendida por cada una de las curvas y sus
valores de luminosidad son A 22,66%, B 24,19%.
Las curvas corresponden a una variedad de azules, y su pureza relativa se
encuentra determinada por presentar unos máximos más definidos en la zona
azul, 465-510 nm. Dos de los pigmentos azules más importantes, azul de
Prusia y azul de ftalocianina, son casi negros cuando se les observa aislados
en forma pura y normalmente son diluidos con blancos en diversas
proporciones. La curva E representa estos pigmentos al 100 % de pureza, y en
ella puede observarse que el valor de la reflectancia es prácticamente nulo. Sin
embargo, ambos pigmentos se comportan en forma muy diferente cuando son
mezclados con blancos; así el azul de ftalocianina al ser diluido con este color,
muestra un tono azul más puro que el que se aprecia cuando se trata del azul
de Prusia. Esta condición del color puede observarse en las curvas D, G y A.
La brusquedad del pico de la curva D en la región azul es típica de la pureza de
los azules de ftalocianina diluidos con blanco, y los picos más anchos de las
curvas C y A son característicos de los azules de Prusia, igualmente reducidos.
Los colores aparecen más grises cuando las curvas de los mismos aparezcan
más planas; una línea recta con un valor de reflectancia del orden del 20 al
30% representa un color gris oscuro limpio.
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Otro pigmento azul, conocido como azul ultramar, presenta una tonalidad azul
limpia cuando se encuentra en forma pura, aunque existan del mismo
diferentes grados de matices que van desde el azul rojizo al azul verdoso. La
curva B representa un tipo rojizo de este pigmento.
1.5.7. Medida de diferencias de color
Mediante las curvas de reflectancia espectrofotométricas puede obtenerse
directamente una indicación con sentido físico sobre el color de una muestra
determinada, mientras que los valores triestímulos X, Y, Z, obtenidos con el
empleo de los colorímetros, no indican la naturaleza del color. Es posible
obtener una indicación definida del color transformando los valores triestímulos
en sus respectivos coeficientes de cromaticidad y representando a éstos sobre
un diagrama de cromaticidad que nos permita obtener la longitud de onda
dominante y el porcentaje de pureza en cada caso. No obstante, si se siguiera
este procedimiento para intentar igualar una fabricación nueva de un color a la
tonalidad de la muestra testigo, resultaría extremadamente difícil visualizar las
diferencias de color entre ambas a partir de las diferencias que ofreciesen los
valores de longitud de onda dominante y del porcentaje de pureza. Se han
hecho muchos intentos para expresar tales diferencias en términos numéricos
simples que pudieran ser empleados por los coloristas en la igualación de
colores durante los procesos de fabricación de pinturas, y parece ser, según se
indica en los trabajos publicados por el Color Measurement Forum, que se ha
conseguido un notable avance en este propósito.
El ojo humano está capacitado para detectar muy pequeñas diferencias de
color, por lo que no resultaría práctico utilizar para la igualación de los mismos,
instrumentos de cualquier tipo cuyo margen de aplicación fuera más estrecho
que el detectable por el ojo. Judd, estableció una unidad que cuantifica las
diferencias de color, y es conocida como unidad NBS (National Bureau of
Standard), que representa la magnitud mínima en las diferencias de color
tolerable comercialmente. La magnitud mínima detectable por un observador
bien entrenado bajo buenas condiciones de iluminación es, aproximadamente,
de 0,3 unidades NBS.
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En cualquier forma de expresión que represente diferencias de color, sería
siempre deseable poder indicar si el color de la muestra es más claro o más
oscuro que el del testigo, así como el sentido de la desviación en las
diferencias existentes entre los dos. Se emplean dos líneas de orientación para
establecer diferencias de color, una de ellas indica si la muestra es más rojiza o
más verdosa que el término de comparación, y la otra, si aquélla es más
amarillenta o más azulada. Por esta razón, las diferencias de color se expresan
en tres términos en la mayor parte de los sistemas utilizados en el momento,
que son: L = Luminosidad, a = tendencia hacia el rojo o el verde, según sea el
valor positivo o negativo, y b = tendencia hacia el amarillo o hacia el azul,
según sea su valor positivo o negativo, como en el caso anterior. La diferencia
total de color, E, es calculada a partir de las diferencias entre las coordenadas
individuales, según la ecuación siguiente:
El valor de ∆E indica la magnitud de la diferencia existente entre dos colores
igualados, óptica o instrumentalmente, por lo que se podría establecer una
determinada magnitud para el mismo, como máxima tolerancia aceptable en la
desviación entre dos colores que deban considerarse igualados. La relación
entre los términos E, a y b con la esfera Munsell.
Ejemplos sobre el empleo de los valores de E, a y b en la igualación de colores
de uso actual son facilitados por Huey, que utiliza el Gardner Color Difference
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Meter, y por Tuttle y Gerson, que utilizan el Color Master Differential
Colorimeter.
Puede apreciarse que el parámetro L está relacionado con el valor Y,
triestímulo Y, y equivale a la medida de la luminosidad, así como que los
términos a y b lo están con los coeficientes de cromaticidad x e y, ya que ellos
representan el color o tinte su pureza o cromaticidad relativa. Los valores de Y,
x e y, no pueden ser utilizados directamente para indicar las diferencias de
color, ya que no representan diferencias ópticas reales. Se han propuesto
diferentes métodos matemáticos para transformar los valores triestímulos X, Y,
Z en L, a y b. Con instrumentos tales como el Gardner Color Difference Meter
es posible obtener directamente los valores L, a y b, siendo posible también
calcularles por mediación de aparatos como el Color Tolerance Computer y el
IBM Type 604 Electronic Computer.
Unos de los sistemas más ampliamente utilizados para la transformación de los
valores de cromaticidad están basados en el método del valor cromático de
Adams, discutido por Nickerson y Stultz. Otras modificaciones del mismo
método están descritas por Glasser y Troy. Los numerosos cálculos que se
requieren pueden ser simplificados mediante el empleo de tablas y reglas de
cálculo de diferencias de colores. Glasser y Troy también recomiendan una
modificación especial de las coordenadas de Adams mediante el empleo del
Colormaster Differential Colorimeter. Bentley describe un método para el
cálculo de E, L, a y b a partir de los valores triestímulos obtenidos con el
colorímetro Color Eye. Tilleard ofrece numerosos datos y una amplia discusión
en relación con la tolerancia obtenida mediante el empleo del
espectrofotómetro Beckman en la igualación industrial de colores de una gama
de pinturas de color.
Se han realizado intentos para utilizar las curvas de reflectancia en la
determinación de las mezclas de colores básicos o pigmentos necesarios para
igualar una determinada muestra a un testigo. Los valores de la reflectancia
obtenidos a partir de las curvas correspondientes pueden ser sustituidos en
una fórmula desarrollada por Kubelka y Munk con el fin de obtener el parámetro
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denominado “relación entre difracción-absorción”. En muchos casos los valores
de este parámetro pueden ser utilizados para adicionar color básico como
corrector en cantidad proporcional a las fracciones en peso con que interviene
cada color fundamental por separado en la formulación, y el resultado es
sustituido en la fórmula con el fin de conseguir la reflectancia prevista de la
mezcla. En tales casos puede hacerse la igualación de colores pero en muchos
casos, no existen parámetros de adición, por los que el método resulta
irrealizable. Naturalmente, si todos los colores de la mezcla no son lo
suficientemente diferentes los resultados obtenidos no pueden considerarse del
todo satisfactorios. Duncan ha utilizado este sistema para la predicción de la
composición de un color determinado mediante la formulación del mismo por
mezclas de colores básicos.
La medida del color, muestra pueden se pueden definir según una serie de
diferentes sistemas, con la asignación de unos valores numéricos utilizados
para cada color específico. Bajo determinadas condiciones, estas
designaciones numéricas sirven como referencias testigos para definir un color
determinado. La cuantía de la desviación experimentada al intentar igualar un
determinado color a un testigo o muestra, puede expresarse igualmente en
forma numérica y ser utilizada para la igualación de los colores entre sí,
durante el proceso de fabricación. En el curso de la producción, las pinturas
pueden igualarse por simple comparación óptica por un colorista
experimentado, pero se obtiene una mayor precisión mediante el empleo de
instrumentos que complementan la actuación personal del colorista.
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1.6. Poder cubriente de las pinturas.
El poder cubriente de una pintura es la capacidad de la misma para cubrir u
ocultar el color de una determinada superficie o substrato sobre la que se
aplica y suele expresarse en términos del número de metros cuadra dos
cubiertos por cada unidad de volumen de pintura, de tal forma que se produzca
la completa ocultación de la superficie. Este valor no debe confundirse con el
rendimiento de un determinado artículo, que es el número de metros cuadrados
sobre los que es posible extender el mismo de forma tal que la superficie
pintada quede recubierta con un espesor de película normal en cada caso. El
poder cubriente es una propiedad inherente a la pintura líquida y no a la
película seca de la misma. La intensidad con que la película de pintura cubre u
oculta el substrato está relacionada con la opacidad relativa de la misma.
Una película de pintura puede no tener poder cubriente completo cuando es
aplicada en una sola capa de espesor normal. Desde el punto de vista
económico es de interés el conseguir productos que ofrezcan un poder
cubriente total mediante la aplicación de una sola capa, pero ello no siempre es
posible por razón de las restantes características de la pintura. Teniendo en
cuenta que el producto opacificador es el pigmento, podría pensarse que por el
solo hecho de aumentar la cantidad del mismo en la composición de la pintura,
se podría obtener el poder cubriente que se deseara en cada caso. Sin
embargo, existen limitaciones a la concentración máxima de pigmento que
puede utilizarse en cada formulación como consecuencia de limitaciones
impuestas por las restantes propiedades que se deben obtener en la película,
del mismo modo que existe igualmente una limitación en el espesor de película
permisible en cada caso. Cada pigmento, según su naturaleza y propiedades,
precisa de una determinada cantidad de aglomerante para ser dispersado
convenientemente, por lo que una cantidad de pigmento excesiva puede
producir viscosidades elevadas en la película resultante, así como propiedades
de aplicación y de fluidez insuficientes. También debe considerarse el hecho de
que la mayor parte de los pigmentos tienden a disminuir el brillo de la película
de pintura final cuando aumenta su concentración, por lo que si se desean
películas de alto grado de brillo, el cociente entre en las cantidades de
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pigmento y aglomerante ha de ser lo más bajo posible, de la misma forma que
para obtener películas mates han de utilizarse normalmente relaciones altas de
pigmento-aglomerante.
El poder cubriente de un pigmento se expresa normalmente en términos del
número de metros cuadrados de superficie cubiertos por cada kilo del mismo
existente en una pintura con la que se obtenga después de su aplicación un
poder cubriente completo. Esta característica de opacidad de los pigmentos se
encuentran afectada por diversos factores tales como su concentración en la
pintura, su grado de dispersión, el tamaño de su partícula, la diferencia entre
los índices de refracción del pigmento y del aglomerante y el color del
pigmento.
Un método apropiado para la determinación del poder cubriente de una pintura
es el llamado método de la relación de contraste, según el cual se aplica una
determinada cantidad de pintura sobre una superficie de un metro cuadrado
(Morest Hiding Power Chart, previamente cuadriculada en blanco y negro, con
unos valores de reflectancia no superiores al 5% para el negro y del 80% sobre
el blanco. Las superficies así preparadas se pintan con cantidades crecientes
de pintura, pudiendo calcularse el espesor de película en función del peso de
pintura y de la densidad de los sólidos de película seca. La determinación de la
reflectancia sobre la película seca y cuando la relación de los valores de
reflectancia obtenidos sobre la pintura aplicada en la cuadrícula negra y blanca
sea igual a 0,98, se considera que la película obtenida tiene un poder cubriente
completo. Por ejemplo, si un recubrimiento de color blanco da un valor de
reflectancia medido sobre la zona de una cuadrícula negra del 81 y 82 %
cuando se determina el mismo valor sobre una cuadrícula blanca, la relación
entre ambas será a 99, por lo que el poder cubriente de la película de pintura
blanca aplicada según las condiciones y espesores del caso que se determina
podrá considerarse como completo. Si no se dispone de un instrumento
conveniente para la determinación de los valores de reflectancia, el poder
cubriente se apreciará visualmente en forma aproximada.
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Tough experimentó este método de relación de contraste determinando el
poder cubriente de una gama de pinturas conteniendo una amplia variedad de
pigmentos de color, estimando que este sistema podía considerarse adecuado.
Saunders, empleando el sistema óptico de comparación en vez de la
determinación instrumental, estableció también el poder cubriente de pinturas
blancas y de color, según este procedimiento de contraste.
El Subcommittee 40 del New York Paint & Varnish Production Club, ha
trabajado extensamente con este procedimiento y como consecuencia de sus
observaciones ha propuesto diferentes modificaciones al mismo. En la primera
parte de su trabajo el comité dio el poder cubriente de pinturas brillantes y
mates, así como de esmaltes gliceroftálicos en color verde y de pinturas
nitrocelulósicas. Las pinturas fueron aplicadas sobre cartas Morest tipo F09 que
presentan franjas alternadas de color blanco y negro de una anchura de 9 cm.
Las variaciones encontradas en los valores de la reflectancia sobre la zona
blanca aconsejaron introducir el factor de corrección para obtener el 80 % de
reflectancia necesaria.
Donde,
W = Valor de la reflectancia del área blanca de la carta de ensayo.
Rb = Valor de la reflectancia de la película aplicada sobre el área negra
de la carta de ensayo.
Rw = Valor de la reflectancia de la pintura aplicada sobre el área blanca
de la carta de ensayo.
Es posible preparar fácilmente una carta a partir de la cual pueda leerse
directamente y sin necesidad de calcular este factor. Los recubrimientos fueron
realizados en forma que se obtuviera un espesor uniforme de película según el
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procedimiento denominado “doctor blade”. Cada recubrimiento fue aplicado
sobre seis cartas diferentes, de forma que dos de ellas tuvieran un espesor de
película húmeda de 60 micras, otras dos de 75 micras y las dos restantes de 90
micras. Después de seco el recubrimiento así obtenido, se cortó una tira de la
carta de 9 x 25 cm, pesándose a continuación cada una en balanza analítica
para determinar por diferencia el peso real de película seca que en cada caso
se había aplicado, el cual se transformaba a continuación a volumen y se
expresaba en mililitros por metro cuadrado (V) y el espesor de la película en
micras (T) según las ecuaciones:
W = Peso en gramos de película seca sobre la carta.
N = Contenido en sólido de la pintura expresado en fracción.
S = Peso específico de la pintura.
A = Área en centímetros cuadrados de la carta pintada.
El espesor de la película húmeda puede pasarse a metros cuadrados por litros
sin más que utilizar los factores de conversión convenientes, o mediante
empleo de unas tablas adecuadas.
Las determinaciones de reflectancia se hacen sobre las zonas negras y
blancas después de pintadas, ajustándose los valores que fueron corregidos
para una relación de contraste del 80 % de reflectancia del área blanca sobre la
carta. Al presentar gráficamente las diferentes relaciones de contraste para
espesores de película distintos sobre un papel aritmético y frente a los
espesores de película, se obtienen curvas exponenciales que por sí solas no
ofrecen una extrapolación con precisión suficiente para determinar el espesor
de película necesario para obtener un poder cubriente total; sin embargo, si se
representa frente al valor inverso del espesor de película el valor logarítmico de
la relación de contraste se consiguen líneas aproximadamente rectas. Un
ejemplo de esto es la conocida relación de Fell. El Committee of the New York
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Club encontró que si las relaciones de contraste fueran representadas
gráficamente en función de los valores inversos de los espesores de películas
sobre papel aritmético, se podrían obtener también líneas, aproximadamente
rectas, que permitirían extrapolar con seguridad el espesor correspondiente al
poder cubriente completo. El poder cubriente se considera completo cuando la
relación de contraste es de 0,98.
El New York Club ha obtenido una serie de curvas típicas para un determinado
número de pinturas blancas.
En ellas se muestra el poder cubriente relativo (relaciones de contraste) de la
película seca cuando la pintura se aplica con diferentes rendimientos y también
el rendimiento o espesor de película necesarios para producir un poder
cubriente completo (relación contraste 0,98). El método del New York Club es
similar al descrito por la Federal Specification TT-P-141b Method 412,1, con la
excepción de que el primero permite la determinación del poder cubriente por
extrapolación, mientras que el último especifica su determinación por
interpolación.
Un estudio final de este problema por el comité mencionado, condujo a la
sustitución de las cartas de Morest con placas de vidrio en color blanco y negro
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y determinando el espesor de película mediante el Interchemical Wet Film
Thickness Gage. Como paneles de vidrio adecuados se pueden citar los de
vidrio de “Carrara” de la Pittsburgh Plate Glass Company, o “Vitrolite”, de la
Libbey-Owens-Ford Company. Teniendo en cuenta que el valor de la
reflectancia de los paneles de vidrio varía ligeramente según el lote de
fabricación de los mismos, en cada caso se deberán efectuar los ajustes y
correcciones convenientes. Los paneles presentan unas superficies de mayor
dureza y más regular que ofrecen las cartas Morest, lo cual permite una mayor
precisión en las determinaciones de las medidas de espesor y la posibilidad de
emplear aparatos para la determinación de espesores sobre película húmeda.
La determinación de espesor de película resulta un método más rápido que el
sistema de pesado y se le puede considerar con el grado de precisión
suficiente para este tipo de determinaciones.
El estudio efectuado se realizó sobre cuatro pinturas: una pintura decorativa
blanca mate de un 85 % de reflectancia; una pintura de decoración para
exteriores en color amarillo y con un valor de reflectancia del 57 %; una pintura
grasa de óxido de hierro con una reflectancia del 6 % y, finalmente, un esmalte
de color azul con un 1,2% de reflectancia. Cada una de ellas fue aplicada sobre
paneles de vidrio de 15 x 50 cm, con cuatro aplicadores tipo “doctor blade”,
dejando un espesor de película húmeda de 15, 40, 75 y 125 micras,
aproximadamente. Se calcularon las relaciones de contraste determinando las
reflectancias sobre los paneles blancos y negros y los valores de las mismas se
representaron en función del inverso del espesor de película, para de esta
forma obtener por extrapolación el espesor de película necesario para
conseguir un poder cubriente completo. Naturalmente esto supone que el
espesor de película obtenido, es idéntico para el negro que para el blanco.
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También se ha propuesto una serie de objeciones teóricas a las relaciones de
Fell utilizadas en este método.
La comisión considera que el empleo de paneles de vidrio permite obtener
medidas con precisión suficiente en los espesores para el caso de películas
finas requeridas con productos de alto poder cubriente y que el medidor de
espesores de película húmeda resulta lo suficientemente preciso como para
poder ser utilizado con garantía, con un ahorro considerable de tiempo en la
determinación sobre el sistema de cálculo de espesores mediante pesada. El
método ha sido desarrollado, por la Federación como FPVCP Le-1-54.
Mitton señala que el medidor de espesores (Interchemical Wet Film Gage)
utilizado en el procedimiento establecido por el New York Production Club
Method puede no resultar de precisión suficiente para estos propósitos,
mientras que el empleo de los paneles de vidrio “Carrara” pesados lleva
consigo un gran trabajo extra. Por todo ello, Mitton propuso un método que no
precisaba de la determinación de espesores de la película.
En las normas ASTM hay un método de determinación del poder cubriente
expresado en valor absoluto sobre películas no cromáticas o de escasa
cromaticidad. Este sistema pretende servir como procedimiento de referencia y
capaz de medir el poder cubriente con la máxima precisión posible. El método
lleva consigo la determinación del espesor de película por el procedimiento de
pesada y a continuación el cálculo del poder cubriente según las ecuaciones,
deducida a partir de la teoría de Kubelka Munk de la luz difractada. Las
ecuaciones se basan en el principio de que la cantidad de luz reflejada desde
una película de pintura es el resultado de la cantidad difractada y de la
absorbida. El coeficiente de difracción, y el coeficiente de absorción, K, pueden
calcularse a partir de las medidas de reflectancia y ser utilizados en una
ecuación que conduce al conocimiento del número de litros por metro cuadrado
para obtener un poder cubriente completo con una relación de contraste de
0,98.
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Van Eyken y Anderson utilizaron un extensor de película adecuado para
conseguir diferentes espesores en una sola operación y así reducir el tiempo
requerido para este tipo de ensayos.
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1.7. Poder cubriente de los pigmentos.
El poder cubriente de los pigmentos resulta afectado por diferentes factores,
uno de los cuales es la diferencia existente entre su índice de refracción y el del
aglomerante, es decir, el medio en el cual el pigmento está dispersado cuando
la película está seca. La refracción, como es conocido, es la desviación que
experimenta un rayo de luz al pasar del aire a otro material más denso que él.
La relación de velocidades de la luz en el aire y en el medio en cuestión se
conoce como índice de refracción (I.R.) del material de que se trate en cada
caso. Arbitrariamente se ha establecido como índice de refracción del aire el
valor de 1,00, resultando como consecuencia para los aceites un I.R. de 1,48 y
para las resinas, en general, de aproximadamente 1,55. Se ofrecen unos
cuantos valores para una serie de pigmentos y extendedores de empleo
corriente:
Aunque la luz es reflectada o desviada ligeramente cuando pasa a través de
una película de barniz transparente, no se evita que una parte de ella sea
reflejada hacia el observador. Esencialmente la misma condición prevalece
cuando la película de pintura contiene un extendedor cuyo índice de refracción
resulta igual o muy similar al del aglomerante. Sin embargo, existe una gran
diferencia al tratarse de películas pigmentadas en las que la diferencia entre los
índices de refracción del pigmento y aglomerante dan lugar a una difracción de
la luz que incide sobre ellas, que si es lo suficientemente importante impide el
que la luz llegue hasta el substrato sobre el cual está aplicada la película y,
como consecuencia, resulta opaca.
Otro factor importante que tiene influencia sobre el fenómeno de difracción de
la luz es el tamaño de partícula del pigmento, habiéndose comprobado que la
difracción aumenta según disminuye el tamaño de partícula hasta alcanzar un
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valor óptimo de éste; a partir de este punto una mayor reducción en la finura
del pigmento conduce a una disminución de la difracción.
Igualmente existe una concentración óptima de pigmento con la cual se obtiene
un máximo de difracción de luz.
En cuanto a la relación entre el tamaño de partícula y el índice de refracción,
pueden tenerse algunas indicaciones si se comparan muestras de pigmentos
cristalinos de gran tamaño de partícula con ellos mismos después de ser
finamente pulverizados y esto tanto para pigmentos opacos como para
extendedores o pigmentos transparentes. Ambos tipos de pigmentos se nos
aparecen como sólidos de alto grado de transparencia cuando son observados
en forma de cristales de gran tamaño, pero cuando éstos son triturados y
reducidos a polvo fino, ambos tipos aparecen como productos de color blanco y
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opacos al ser extendidos en forma de una película fina sobre una superficie
plana. La blancura es una consecuencia de la carencia de absorción selectiva
frente a cualquiera de las longitudes de onda que constituyen la luz. Por otra
parte, la opacidad se debe a la difracción que experimenta la luz desde las
múltiples caras o planos que muestran las partículas del pigmento existente en
la película de polvo, y a la diferencia entre los índices de refracción del medio
que rodea a las mismas, y el correspondiente a éstas. Como consecuencia de
ello, si se sustituye el aire, con su índice de refracción 1,00 por agua, por un
valor para esta constante de 1,33 o por aceite con 1,48, la película obtenida en
el caso de pigmentos extendedores, llegará a ser transparente o ligeramente
turbia, mientras que la de los pigmentos opacos permanecerá de color blanco y
con una opacidad elevada según el caso.
Este hecho pone de manifiesto dos importantes factores relacionados con la
opacidad:
1. Tamaño de partícula del pigmento, y
2. Diferencia entre los índices de refracción de éstos y el del medio que les
rodea, no existiendo prácticamente difracción cuando el tamaño de
partícula es muy grande o cuando la diferencia entre los I.R. aludidos es
muy pequeña.
El análisis matemático de los diferentes factores de absorción, difracción de la
luz, tamaño de partícula y refracción, así como sus efectos sobre la opacidad,
ha sido efectuado por diversos autores entre los que se encuentran Mie,
Kubelka y Munk, Hanstock, Devore y Pfund, Judd y Stearns. Todos ellos son
revisados por Gardner y Sward, Judd y Stearns. Los resultados han
demostrado que no existe difracción si el índice de refracción de la partícula es
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el mismo que el del medio que la rodea y que cada pigmento con un
determinado I.R. específico presenta un tamaño de partícula óptimo propio, así
como que hay un valor óptimo para la distancia entre partículas que está
íntimamente relacionado con el óptimo de la fracción de concentración en
volumen en la película de pintura en la cual tiene lugar el máximo de difracción.
Se muestra el tamaño de partícula más conveniente para el valor máximo de
difracción en el caso de un pigmento de color blanco y de un I.R. determinado,
dispersado en aceite de linaza. La curva indica que el tamaño de película más
aconsejable para el caso del TiO2, I.R. de 2,71, es de 0,34 micras, mientras
que para el sulfuro de zinc con un I.R. de 2,37 es de 0,40 micras. Puede
fácilmente apreciarse que la difracción aumenta progresivamente según se va
reduciendo el tamaño de partícula hasta alcanzar éste el valor más conveniente
en cada caso. A partir de este valor para el tamaño de partícula, tanto la
difracción como la opacidad comienzan a disminuir.
Se muestran también los valores numéricos del coeficiente de difracción (Ks/d)
para pigmentos con tamaño de partícula óptimos y dentro de una gama de
valores de I.R. que han sido convenientemente dispersados a volumen
constante, en un medio que tenga un I.R. de 1,48. Ello demuestra que la
difracción es cero cuando el I.R. del pigmento y el del medio que le rodea, son
idénticos, así como que, aun cuando pudiera ser fabricado uno con un I.R. de
valor infinito, su capacidad para difractar la luz sería de cualquier modo finita.
Como resulta imposible producir un pigmento de color blanco con un valor para
el índice de refracción próximo al infinito, se nos presenta un límite al desarrollo
de pigmentos de color blanco que posean un poder cubriente superior en dos
veces al del bióxido de titanio.
Para películas de espesor constante, en este caso 25 micras, existe un valor
óptimo para la concentración en volumen del pigmento en el cual se obtiene la
máxima opacidad, como lo expresa la representación gráfica del valor de la
relación de con traste frente a la concentración de pigmento. Ello demuestra
que la máxima eficacia de un pigmento se obtiene para un valor de su
concentración relativamente bajo (22 al 26 %). Armstrong y Madson,
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demostraron que el máximo poder cubriente se obtenía con, bióxido de titanio
en un esmalte al horno gliceroftálico-urea, a espesor de película constante,
cuando la concentración en volumen era del 25 %. De cualquier forma, si el es
pesor de película aumentase en un 10 % se podría obtener el mismo poder
cubriente que si se aumentase la concentración del pigmento en volumen en un
16 %, con lo que se obtendría una utilización económicamente más eficaz del
pigmento. Sin embargo, pueden existir determinadas características de la
película o cualquier otra razón práctica que no aconsejen el aumento de los
espesores de película a partir de un determinado valor que no debe ser
sobrepasado.
El análisis matemático de los fenómenos físicos de penetración de la luz y de
opacidad de los recubrimientos, ha contribuido al mejor conocimiento del
mecanismo fundamental del poder cubriente. Con el fin de simplificar las
ecuaciones resultantes se han efectuado varios supuestos de base de partida,
tales como en la forma de las partículas, que fuera esférica, que el diámetro de
las mismas fuera uniforme y que existiese una separación constante entre
ellas. Teniendo en cuenta que todas estas supuestas circunstancias no se
encuentran en el caso de cualquiera de los pigmentos que son utilizados en la
práctica, los resultados que se obtienen frecuentemente en la realidad no están
del todo de acuerdo con lo que pudiera deducirse del análisis matemático.
Por tanto, el poder cubriente de una pintura se expresa como el número de
metros cuadrados cubiertos por un litro de la misma, para conseguir una
opacidad completa. Esta circunstancia se consigue cuando el cociente de la
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reflectancia (relación de contraste) de la película aplicada sobre una superficie
negra dividido por el de la misma pintura sobre otra superficie blanca, tiene un
valor de 0,98. Los valores de reflectancia iniciales para los colores blanco y
negro no deben ser mayores de 5 y 80 %, respectivamente.
Debe indicarse que muy bien puede no obtenerse un poder cubriente completo
cuando se aplica una película de un determinado tipo de pintura, de acuerdo
con el rendimiento previsto para la misma. Naturalmente, en ese caso, la
relación de contraste para ese rendimiento que le corresponde, es una medida
del poder cubriente relativo de esa pintura. Pueden obtenerse diferentes
valores de relación de contraste para diferentes rendimientos y espesores de
película y representarlos gráficamente frente al inverso del espesor. La curva
obtenida es una recta que se puede extrapolar para obtener el rendimiento o el
espesor de película necesario para alcanzar el poder cubriente completo.
El poder cubriente de una pintura es función de la clase y concentración de
pigmento que contiene. Los pigmentos opacos pueden ser blancos o de color y
la eficacia de su opacidad está influenciada por:
1. Su capacidad para seleccionar una determinada longitud de onda de la
luz que incide sobre ella (solamente en el caso de pigmentos de color).
2. El tamaño de partícula;
3. La diferencia entre los índices de refracción del propio pigmento y del
aglomerante, y
4. Su concentración en la película seca de la pintura. Los pigmentos
extendedores no contribuyen a incrementar la opacidad, ya que su
índice de refracción es similar al del aglomerante.
En ciertos tipos de pinturas mates, el PVC puede ser superior al indicado como
punto crítico, ya que entre los espacios huecos existentes entre partícula y
partícula de pigmento puede ser sustituido parte del aglomerante por aire
ocluido, en cuyo caso los extendedores parecen contribuir, como consecuencia
del aire que retienen entre sus partículas, a mejorar el poder cubriente de la
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película seca debido a la diferencia entre el índice de refracción del
aglomerante y del aire que retiene.
El poder cubriente de las películas de color blanco es consecuencia
principalmente de la difracción de la luz en las mismas, mientras que en el caso
de pinturas de color, además del efecto de difracción de la luz, como en el caso
de los pigmentos blancos, hay que tener en cuenta su capacidad de selección
sobre una determinada longitud de onda de luz que llega a ellos.
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1.8. Tamaño de partícula de los pigmentos.
Los pigmentos pueden agruparse en naturales o térreos y sintéticos. Los
primeros se obtienen a partir de rocas blandas o de depósitos existentes en la
naturaleza, tales como arcillas que son previamente troceados y a continuación
sometidos a un proceso de molienda y selección de partícula. El proceso de
molienda propiamente dicho puede realizarse en seco o en húmedo y, en la
mayor parte de los casos, los tamaños de partículas se seleccionan mediante
diferentes tipos de clasificadores. En todos estos tipos de pigmentos térreos o
naturales, sus partículas presentan formas y perfiles irregulares.
Los sistemas fundamentales de preparación de pigmentos sintéticos pueden
agruparse, simplísticamente, en cuatro grandes grupos:
1. Precipitación;
2. Fusión;
3. Gasificación, y
4. Combustión parcial.
En estas clases de pigmentos, el tamaño de partícula y su forma vienen
determinados por su composición química, su sistema cristalino y por el
método de preparación.
Con el sistema de precipitación se han hecho numerosos intentos para regular
el tamaño de partícula, según las condiciones bajo las que se realice la
precipitación, pero no resulta siempre posible regular completamente el
proceso en la forma deseada. Algunos de ellos se someten a un proceso de
calcinación después de la precipitación propiamente dicha, con el fin de
cambiar la forma de la partícula o de modificar su estructura cristalina. Los
pigmentos obtenidos por fusión son sometidos a una serie de lavados y una
molienda final, seguida de la correspondiente clasificación según el tamaño de
partícula. Los pigmentos obtenidos por gasificación se obtienen por
calentamiento de metales como el zinc y plomo, o de sus minerales,
recogiendo los productos obtenidos por gasificación en cámaras especiales. En
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este caso, el tamaño de partícula puede ser regulado convenientemente
mediante el control de las temperaturas de trabajo, tipo de horno y cantidad de
aire que interviene en la combustión. Los negros de humo se obtienen por
combustión incompleta del petróleo o de gases combustibles y el control sobre
el tamaño de partícula puede conseguirse mediante el diseño conveniente de
los hornos o de la forma de los quemadores, así como por regulación de la
cantidad de aire utilizado durante la combustión incompleta.
Los pigmentos, como las sustancias finamente divididas, tienden a aglomerarse
entre sí para formar agregados de partículas fundamentales que deben ser
triturados a continuación mediante los procesos de molienda o dispersión
utilizados en la fabricación de las pinturas, pero, en general no tiene lugar
durante estos últimos una disminución propiamente dicha del tamaño de
partícula original de los pigmentos. Indicación sobre la gama de tamaños de
partículas que normalmente presentan diferentes clases de pigmentos
utilizados en la fabricación de pinturas.
Cada tipo de pigmento presenta una gama de tamaño de partícula
característica del mismo, de tal forma que, el concepto del tamaño de partícula
para cada caso corresponde a los valores medios típicos para cada clase de
pigmento, y no a valores absolutos. El tamaño de partícula medio no ofrece un
criterio suficientemente completo y satisfactorio en cuanto al tamaño real, por
no facilitarnos una indicación sobre la presencia o no de un porcentaje
determinado de partículas de gran diámetro o de otras de tamaño
extremadamente pequeño. Como consecuencia de todo ello sería conveniente
conocer en cada caso la curva de distribución de tamaños de partículas para
tener una representación verdadera que nos permitiera valorar el tamaño real
de las partículas con las que se trabaja.
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1.8.1. Determinación del tamaño de partícula
Son numerosos los métodos utilizados para conocer el tamaño de partícula de
un pigmento determinado, pero, en su mayor parte, requieren el empleo de
gran cantidad de tiempo y frecuentemente presentan limitaciones grandes en
cuanto al realismo de los datos que nos ofrecen.
El sistema más simple consiste en hacer pasar el pigmento a través de una
serie de tamices, de tamaño de malla progresivamente decreciente, pero de
esta forma no puede controlarse con cierta precisión más que la presencia de
partículas de gran tamaño. Se utilizan igualmente diferentes sistemas de
elución, sedimentación y microscopía, así como la determinación de la
velocidad de permeabilidad a los gases que presenta una muestra del
pigmento convenientemente compactada. Mediante la medida de adsorción de
gas por una cantidad de pigmento de peso conocido, se obtiene una indicación
en cuanto al área superficial de la misma. Work y Fischer describen diferentes
métodos de determinación aplicables al caso de los pigmentos. Jacobsen
describe un sistema de sedimentación centrífuga, y Loukomsky y O’Brien
discuten un método basado en los datos de sedimentación obtenidos mediante
el empleo de la supercentrífuga Sharples. Bailey ha efectuado investigaciones
en la determinación del tamaño de partícula con medidas de transmisión
espectral, y Pechukas describe un método para el control de fabricación,
basado en la permeabilidad gaseosa. Green y Fischer ofrecen una excelente
discusión acerca del significado físico que tiene el tamaño de partícula y de sus
posibilidades de medida. Resultados obtenidos en la determinación del tamaño
de partícula según diferentes procedimientos.
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La determinación de esta característica es efectuada por los fabricantes de
pigmentos como control del proceso o como característica final de los
productos, y sólo en raras ocasiones se realiza por el propio fabricante de
pinturas este tipo de determinaciones que, generalmente, utilizan el ensayo del
tamizado para conocer el contenido aproximado en partículas gruesas
presentes en los pigmentos que se utilizan en las pinturas ya terminadas. La
descripción de este método se ofrece en las normas ASTM.
Designation: D185-45, y en las Federal Specification TT-P-141b Method 410. El
método especifica el empleo de una determinada cantidad de pigmento o
pintura que, situados sobre el tamiz conveniente (325-mesh), se lavan para
facilitar el arrastre de los finos a través del tamiz, expresándose en forma
porcentual los gruesos restantes que permanecen retenidos sobre el mismo.
Teniendo en cuenta que la apertura del tamiz 325-mesh especificado en esta
norma es de 44 µ, se puede comprender que según este sistema solamente se
determinan los agregados de partícula que no fueron disgregados o arrastrados
por la corriente de agua, y que, por consiguiente, son retenidos sobre el tamiz.
Algunas de las propiedades de las pinturas que resultan más afectadas por el
tamaño de las partículas del pigmento son:
1. Poder cubriente de las pinturas blancas, como consecuencia de la
difracción de la luz.
2. Poder cubriente y poder colorante en las pinturas de color.
3. Brillo y regularidad de la superficie.
4. Separación de los pigmentos mediante flotaciones o formación de
estrías durante el proceso de aplicación y secado de la pintura
5. Viscosidad, como consecuencia del índice de absorción.
6. Tendencia a la sedimentación.
7. Reactividad física y química del pigmento con el vehículo.
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Para conseguir brillos elevados se precisa obtener una superficie uniforme, en
la película del recubrimiento, y que esté desprovista de irregularidades, lo cual
está íntimamente relacionado con el tamaño de las partículas del pigmento
utilizado o de los agregados que queden después del proceso de dispersión,
así como del espesor de la película de pintura obtenido en cada caso.
Resulta que, incluso para pequeños porcentajes de agregados de partículas
elementales que queden retenidas sobre el tamiz 325-mesh, con luz entre
mallas de 44µ, se obtendrían imprimaciones que ofrecerían unos fondos
irregulares que se reflejarían en la superficie esmaltada. Si la imprimación se
lijara convenientemente para obtener una superficie lisa, los agregados podrían
ser eliminados de la misma, pero con ellos no se conseguirían unas
condiciones de protección convenientes por la menor protección en los puntos
en los que hubiera habido un agregado. Con esto se pretende poner de
manifiesto las limitaciones de este método de determinación de tamaño de
partícula mediante el tamiz de 325-mesh, así como sobre la necesidad de
eliminar los gruesos en los pigmentos utilizados y de conseguir un grado de
dispersión conveniente en cada caso, según el empleo que se haga de la
pintura.
Las partículas de pigmento no sólo presentan variaciones en su tamaño, sino
también en su forma, de tal manera que, en función de esta última
característica, pueden ser clasificados en:
1. Esferoidales;
2. Cúbicos;
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3. Nodulares;
4. Aciculares, y
5. Laminares.
Los negros de humo presentan una forma de partícula esferoidal, si bien
normalmente ésta se agrupa dando estructuras en forma de cadena o rosario.
Otros tipos de pigmentos presentan formas cúbicas como consecuencia del
sistema cristalino de sus partículas. Las formas nodulares, o de estructura
esferoidal irregular, se obtienen por fractura y molienda de diversas variedades
cristalinas. Los pigmentos aciculares presentan unas partículas elementales, en
las que su longitud es varias veces superior a su dimensión inferior. Estas
formas aciculares, o similares a bastones, parece ser que refuerzan la
estructura física de la película de pintura en forma análoga a como lo hacen los
hierros redondos y alargados en el interior del hormigón armado. Los
pigmentos de estructura laminar, están constituidos por laminillas
extremadamente finas que se sitúan en la película de pintura sobrepuestas en
forma regular unas sobre otras, ofreciendo una constitución tal, que favorecen
más la impermeabilidad de la película del recubrimiento frente a la acción de la
humedad o el ataque de los gases sobre el substrato. El aspecto luminoso
característico de algunos tipos de pinturas de aluminio es debido a la
superposición de las laminillas y a la “flotación” de las mismas
convenientemente solapadas en el interior y parte superior de la película de
pintura, dentro de la cual forman una estructura prácticamente continua de
aluminio metálico.
Los pigmentos, durante su proceso de fabricación, son molidos en seco o en
medio húmedo. Este último sistema consiste en la molienda de una pasta
acuosa del pigmento previamente triturado, en el interior de un molino de bolas,
en el cual se establece una corriente de agua que arrastra las partículas
finamente divididas que consiguen pasar a través de un sistema conveniente
de tamices debidamente dispuestos. La selección de los tipos de tamices y la
velocidad de la corriente de agua permiten regular el tamaño de partícula
conseguido y la velocidad o rendimiento de la molienda. Igualmente mediante
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el sistema de molienda en seco los trozos de pigmento, previamente triturados,
se sitúan en un molino de martillos y los “finos” que se van produciendo son
extraídos mediante una corriente de aire que los transporta fuera del sistema
de molienda. El aire a presión utilizado extrae, de tal forma, las partículas más
finas al exterior del molino y son recogidos en un sistema clasificador
adecuado. La eficacia y rendimiento de la molienda se regula mediante la
velocidad de la corriente de aire.
Las partículas sólidas previamente pulverizadas hasta un tamaño conveniente
pueden también ser reducidas de tamaño mediante el empleo de una corriente
de aire o de vapor inyectada en forma apropiada en el interior de la masa del
propio pigmento; sometiendo a una fuerte agitación las partículas del mismo
hacen que éstas choquen entre sí, provocando con ello una reducción de su
tamaño por fricción de unas contra otras a alta velocidad. Las partículas más
finas son extraídas de la masa arrastradas por la misma corriente, y
haciéndolas pasar a través de una abertura central provista de una o varias
telas metálicas de características adecuadas para cada caso, de acuerdo con
el tamaño de partícula que finalmente se pretenda conseguir. Este tipo de
molinos es conocido por la de nominación de “Micronizadores” y los pigmentos
así tratados reciben la denominación de “pigmentos micronizados”. A pesar de
que la forma de la película obtenida está condicionada, en parte, por la
estructura cristalina del mismo pigmento, también puede ser modificada en
función del sistema de molienda utilizado y de la intensidad de la misma. En
forma general, la molienda por el procedimiento húmedo favorece el tipo de
partícula lisa y de bordes redondeados con formas más regulares que las que
se consiguen siguiendo el proceso en seco. Igualmente, los pigmentos
micronizados ofrecen contornos regulares, y su tamaño de partícula es inferior
al conseguido normalmente mediante los otros sistemas. Las diferencias que
existen en la regularidad de la superficie y en la dureza de las partículas de
pigmento obtenidas según el sistema utilizado en la molienda tienen una
influencia decisiva en el poder de abrasión del pigmento y, por consiguiente, en
el desgaste que éste ejerce sobre el equipo utilizado en la fabricación de
pinturas.
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1.8.2. Peso específico y volumen por peso (Bulking Value)
El peso específico de los pigmentos puede ser determinado mediante el
empleo del picnómetro, según la especificación ASTM Designation D153-39.
Para el calibrado del picnómetro, éste se llena con petróleo y se pesa. A
continuación se adiciona una cantidad convenientemente pesada de pigmento
en el interior del mismo debidamente seco y limpio y se recubre totalmente con
la cantidad suficiente de petróleo. A continuación se sitúa el picnómetro en el
interior de un desecador a vacío y se extrae el aire que se encuentre ocluido en
la superficie de las partículas de pigmento, mediante el empleo de vacío en
grado suficiente y hasta que no se observe la producción de burbujas de aire
procedentes de la masa de pigmento. Inmediatamente después se rellena el
picnómetro con cantidad necesaria de petróleo y se acondiciona su
temperatura a 15,6°C antes de ser pesado. El peso específico se obtiene
mediante la aplicación de la siguiente ecuación:
Peso específico del pigmento =FKP −+ )(
PxS
en donde,
K = Peso del picnómetro lleno de petróleo.
P = Peso de la cantidad de pigmento utilizado.
F = Peso final del picnómetro con pigmento más petróleo.
S = Peso específico del petróleo utilizado.
La mayor dificultad del método estriba en la correcta extracción del aire que
puede haber ocluido sobre la superficie del pigmento, lo que hace del todo
necesaria la completa extracción de éste antes de efectuar la pesada final. El
peso específico del pigmento resulta de la relación entre el peso del pigmento y
el del agua que ocuparía un volumen equivalente al del pigmento. Por ello, el
volumen por peso del pigmento (bulking value) para la unidad en peso de éste,
puede ser considerado como el inverso del peso específico del mismo cuando
se expresa en unidades del sistema métrico decimal.
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Sin embargo, cuando las unidades de peso y volumen utilizadas corresponden
al sistema anglosajón (libra y galón) se precisa tener en cuenta la siguiente
transformación:
— Peso específico del agua = 100.
— Peso de un galón de agua = 8,83 libras.
— 100 lb = 33,8
100 = 12 galones (agua)
— Peso específico del pigmento = Y.
— Peso de un galán de pigmento sólido Y x 8,33 libras.
—100 lb=33,8Yx
100 galones
Si el peso específico de un pigmento fuera igual a 2,00 por cada litro de
pigmento sólido, se tendrá un peso de 2 kg, y cada kilogramo del mismo
ocupará un volumen de medio litro (el inverso de la densidad), todo ello
expresado en el sistema métrico, mientras que con unidades de peso y
volumen anglosajonas, por cada galón sólido de pigmento se tendría un peso
de 16,66 libras y, por consiguiente, 100 libras del mismo ocuparían un volumen
de 6 galones.
Es importante conocer el valor del volumen por peso de pigmento, es decir, el
volumen ocupado por un peso determinado del mismo, para poder calcular
durante la formulación de una determinada pintura el volumen que ocupan
cada uno de sus componentes y, con ello, la concentración del pigmento
expresada en volumen en la película seca. Igualmente es interesante para
considerar que dos pigmentos que tengan el mismo precio por unidad de peso,
si uno de ellos tiene un volumen por peso superior al del otro, proporcionará,
para el mismo peso de pigmento y, por tanto, por el mismo coste, un volumen
superior de pintura terminada, por lo que resultará más económico el empleo
del pigmento con mayor valor de volumen por unidad de peso o lo que es
equivalente, con menor densidad. En los sistemas de medidas anglosajonas se
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expresa corrientemente el volumen por peso o “bulking value” como el número
de galones ocupados por una libra de pigmento, con el inconveniente de que
así expresado se obtienen cifras decimales de difícil manejo en ocasiones, por
lo cual resulta más práctico expresar este valor como el número de galones
ocupados por 100 libras de pigmento, lo que evita el tener que manejar en los
cálculos números fraccionarios que siempre resultan molestos.
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1.9. Absorción de aceite de los pigmentos.
Cuando un pigmento se encuentra convenientemente dispersado en la película
de pintura, sus partículas se encuentran perfectamente humectadas por las
moléculas que constituyen el aglomerante de tal forma que los espacios entre
partículas quedan perfectamente rellenos por el mismo. Este estado ideal de
dispersión no es fácil de conseguir cuando el pigmento por sus características
superficiales, resulta difícilmente humectable con el aglomerante que haya de
utilizarse. Como consecuencia de ello la cantidad mínima de vehículo
necesaria, para humectar una cantidad dada de pigmento, diferirá en muchas
ocasiones según el tipo de aglomerante que se utilice y las propiedades
superficiales del pigmento con que se trabaje, así como de la cantidad de
trabajo que se invierta en la dispersión del mismo.
El ensayo normalizado que se utiliza para determinar esta cantidad mínima de
aglomerante requerida, para obtener una dispersión eficaz del pigmento y su
recubrimiento completo, pero sin que exista un exceso, se denomina índice de
absorción de aceite por emplearse el aceite de linaza como vehículo tipo de
dispersión en la determinación de este valor.
El ensayo de absorción de aceite especifica que el aceite de linaza debe ser
adicionado gota a gota sobre la cantidad de pigmento convenientemente
pesada y justamente hasta que la mezcla, debidamente conseguida, forme una
masa pastosa cuya viscosidad disminuirá bruscamente si se le adicionase una
sola gota más en exceso. Para la mezcla se utiliza una espátula (sistema de
espátula) o la mano de un mortero de laboratorio cuando la mezcla se realiza
en este tipo de recipiente (sistema Gardner Coleman). El ensayo se encuentra
descrito con todo el detalle necesario en las normas ASTM, Designation D281-
31, y en la Federal Specification TT-P-141b, Method 419,2, así como en
diversas modificaciones a las mismas descritas por Gardner.
El índice de absorción de aceite se encuentra afectado por el tiempo empleado
en la mezcla, la presión aplicada durante la misma y, en menor extensión, por
la naturaleza del vehículo y las características superficiales del pigmento. El
obtener resultados reproducibles y que sean representativos del valor real,
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precisa de un operador convenientemente entrenado y los resultados del
ensayo deben ser considerados sólo como representación de posibles
irregularidades entre diferentes fabricaciones o partidas del mismo tipo de
pigmento o, en su más amplio sentido, como un valor relativo de simple
orientación. Teniendo en cuenta que el vehículo especificado para la
realización del ensayo es aceite de linaza, y que el trabajo desarrollado durante
el mismo es inferior al que normalmente se invierte en la dispersión del
pigmento durante el proceso de fabricación de una pintura, no puede
establecerse una correspondencia o paralelismo de resultados entre el valor
correspondiente al índice de absorción y los que haya de obtenerse después,
durante la fabricación de la pintura, en la que se utilizan sistemas de dispersión
diferentes y vehículos con propiedades de humectación, viscosidad, peso y
tamaño molecular también distintos.
Marsden ofrece una amplia discusión de los resultados obtenidos por las British
Standards Specifications en relación con la determinación del índice de
absorción de aceite.
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1.10. Concentración crítica del pigmento en volumen.
El término PVC, correspondiente a la concentración del pigmento en la película
seca expresada en volumen, y en base de esta forma de expresión, Van Loo,
Asbeck y Laidermann desarrollaron un importante concepto que establece la
concentración de pigmento en volumen precisa para que justamente se
rellenen todos los espacios libres entre las partículas de los mismos sin que
exista un exceso de aglomerante presente entre ellas, y refiriéndolo a la
película de pintura seca. Esta específica concentración en volumen fue
denominada concentración crítica de pigmento (CPVC) y desarrollaron un
método que permite la determinación de este valor. Esta concentración CPVC
correspondería, según indicaron, con el índice de absorción verdadero de cada
pigmento y obtenido con el vehículo sólido que se utilice específicamente en
cada formulación. Los autores establecieron que es posible obtener, para un
mismo pigmento, diferentes índices de absorción cuando se utilizan diferentes
vehículos, proponiendo un “factor de empaquetamiento del pigmento”. PPF
(pigment-packing factor) a partir del cual sería posible calcular el
correspondiente CPVC a partir del índice de absorción. Estos valores PPF
serían aplicables solamente a sistemas que estuvieran constituidos únicamente
por un determinado tipo de pigmento y un aglomerante tipo, mientras que el
CPVC es aplicable a cualquier combinación de pigmento-aglomerante que se
precise utilizar en cada caso.
La asociación New England Paint and Varnish Production Club modificó el
método establecido por Asbeck y Van Loo para la determinación del PPF y
calculó el índice de absorción de aceite de los pigmentos a partir de estos
valores PPF, llegando a la conclusión de que mediante este sistema, por ellos
corregido, eliminaban los errores personales que influenciaban en gran forma el
sistema del mortero (rub-out).
De acuerdo con lo que cabía esperar, muchas de las propiedades
fundamentales de las películas de pinturas cambian sensiblemente en las
proximidades del CPVC. Por encima de este valor crítico no existe cantidad
suficiente de aglomerante para poder rellenar todos los espacios vacíos
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existentes entre las partículas de pigmento, por lo que las películas así
obtenidas presentarían unas propiedades de permeabilidad, coherencia y
elasticidad inferiores, que aumentaría la permeabilidad del recubrimiento a la
humedad, a la vez que afectarían adversamente la uniformidad del color en el
caso de tonos profundos en terminaciones lisas.
Fremgen y colaboradores determinaron el CPVC de una serie de pinturas
mates para mampostería basadas en Pliolite S-5 e investigaron la uniformidad
de color, la permeabilidad al vapor de agua y otras propiedades de los
recubrimientos obtenidos con estas pinturas. Las pinturas que tenían buena
uniformidad de color estaban formuladas por debajo del CPVC, y las que tenían
mala uniformidad de tono contenían más pigmento que el correspondiente al
CPVC. Se tenía baja permeabilidad al vapor de agua con las pinturas con
menos pigmento que en el CPVC, y esta permeabilidad aumentaba a través de
los recubrimientos más pigmentados que en el CPVC. El CPVC varía al
cambiar de vehículo o al modificar las proporciones en la mezcla pigmentaria.
Becker y Bowell determinaron el CPVC para el caso de pinturas formuladas
con resinas de emulsión; no podía ser determinado siguiendo el procedimiento
establecido por Van Loo y Asbeck como consecuencia de las especiales
características del vehículo, si bien, podrían establecerse indirectamente
deduciendo dicho valor a partir de las variaciones en las características y
propiedades de las películas obtenidas al variar la concentración en volumen
del pigmento sobre una serie de formulaciones preparadas para este fin. Una
de las características más importantes para establecer este criterio es la
resistencia a la tensión o elasticidad de la película para diferentes valores de
PVC. Dicha propiedad aumenta con la concentración en volumen del pigmento
hasta llegar al CPVC, a partir de cuyo valor disminuye progresivamente hasta
el punto de rotura. Mediante este método han sido investigados los efectos
producidos por las variaciones entre pigmento y vehículo.
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1.11. Resistencia mecánica y dilatación.
A través de las investigaciones realizadas sobre la influencia que ejercen las
variaciones en la pigmentación sobre las propiedades mecánicas de las
películas de pintura, parece ser que el tamaño y forma de la partícula del
pigmento, así como su reactividad química son de gran importancia. El grado
de dispersión y las características de absorción entre pigmento y aglomerante
no han sido suficientemente consideradas, probablemente por la dificultad en
determinar estos factores sobre la película seca de pintura. Se determina en
qué forma se ven influidas las propiedades de las películas de pinturas cuando
se manejan un grupo determinado de pigmentos frente a dos vehículos que
pudieran determinarse típicos, tales como dos tipos de polímeros de peso
molecular bajo y alto.
Los vehículos con peso molecular bajo, tales como los aceites, barnices grasos
y resinas gliceroftálicas presentan fuerzas de cohesión no elevadas entre sus
moléculas, así como una facilidad de humectación superior. Por el contrario, las
moléculas de polímeros con pesos moleculares superiores, tales como en el
caso de las resinas nitrocelulósicas y vinílicas, presentan fuerzas de cohesión
fuertes entre ellas, por lo que se requieren fuerzas de cizalla elevadas para que
se favorezca la dispersión de los pigmentos y estos se humecten
convenientemente.
En el caso de los aceites, barnices grasos, resinas gliceroftálicas y polímeros
similares con pesos moleculares bajos, la presencia de los pigmentos facilitaría
la formación de película, ya que la adherencia de sus respectivas moléculas a
la superficie de las partículas de pigmento puede ser igual o su a las que se
ejercen entre sí. Por el contrario, en el caso de aglomerantes de peso
molecular más elevado, como pueden serlo las resinas nitrocelulósicas,
vinílicas, etc., las fuerzas de cohesión son menores respecto al pigmento que
las que ejercen entre sí sus propias moléculas, por lo que la presencia de
aquéllos no favorece al sistema respecto a la cohesión final del mismo. En la
práctica normal, los vehículos de peso molecular elevado no son pigmentados
en la misma proporción que lo son los de peso molecular bajo. A pesar de todo,
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existe un nivel de pigmentación óptimo en cada caso para el cual se obtienen
las mejores propiedades mecánicas de las películas.
Elm ha demostrado que al aumentar la concentración de pigmento, en el caso
de vehículos de peso molecular bajo, las películas obtenidas mejoran su
consistencia y rigidez, y disminuyen su poder de dilatación o elasticidad.
Cuando la concentración en volumen del pigmento se aumentó desde 0 a 55
%, la elasticidad de la película disminuyó desde el 100 % a menos del 5 %,
mientras que la resistencia a la tracción de la misma, aumentó desde 45 hasta,
aproximadamente, 110 kg/cm2. Las películas con una concentración en
volumen de pigmento superior presentaban una elevada fragilidad que se
preveía tuviera una caída vertical al sobrepasar el 60 % de la concentración en
volumen. La experiencia práctica con este tipo de recubrimientos pigmentados
ha demostrado que los mejores resultados en cuanto a la durabilidad en el
exterior se consiguen con pigmentaciones del orden de un 30 % en volumen.
Con este PVC se consiguen unos resultados óptimos que equilibran las
mejoras obtenidas en resistencia al exterior y la pérdida de características de
elasticidad para una determinada proporción de pigmento-vehículo.
La concentración de pigmento expresada en volumen que se acepta como más
indicada en el caso de pinturas blancas, para exterior, basadas en aceite de
linaza crudo, puede considerarse comprendida entre el 28 y el 30 %. Durante el
transcurso de la última guerra se encontró que cuando el aceite de linaza crudo
utilizado como aglomerante se sustituía por una mezcla de aceite crudo y
aceite polimerizado, el margen correspondiente al PVC más conveniente para
alcanzar propiedades óptimas de durabilidad, subía al 30-35 %; de la misma
forma que cuando se modificaba sustancialmente la composición del pigmento
utilizado, era preciso modificar la concentración en volumen del pigmento. A
título de ejemplo, McCleary y Krummer encontraron que cuando se utilizaba
carbonato cálcico como pigmento, éste podía ser empleado en la formulación
de pinturas de exterior si el PVC llegaba a valores del 40-42%.
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1.12. Resistencia al exterior.
Está perfectamente aceptado que se puede conseguir mejorar las
características de las películas orgánicas para ser utilizadas como
recubrimientos al exterior, cuando la pigmentación de éstas se hace en forma
adecuada, de tal forma, que una película pigmentada convenientemente puede
considerarse de mayor durabilidad que la que ofrecen los barnices incoloros en
cuya composición intervenga el mismo aglomerante.
Puede conseguirse un equilibrio óptimo entre la resistencia a la tracción de la
película y su elasticidad cuando se formula la pintura con una pigmentación
inferior a la correspondiente al CPVC. El PVC más conveniente para alcanzar
unas propiedades mecánicas óptimas para un determinado tipo de
recubrimiento, varía según la clase de aglomerante utilizado y las
características del pigmento. Por otra parte, hay que considerar que además de
las propiedades mecánicas de la película, debe tenerse en cuenta resistencia
de ésta a la radiación ultravioleta procedente de la luz solar a la que
normalmente se exponen estos recubrimientos. Hay que considerar el que esta
radiación, por su elevado contenido en energía y por la acción catalítica o de
aceleración que producen sobre las reacciones físico-químicas que conducen a
una degradación de la película, ejerce una fundamental influencia en el proceso
degradativo de ésta.
Las películas cuyo secado se realiza a través de reacciones de auto-oxidación
que conducen a una polimerización o entrecruzamiento posterior de sus
moléculas después de su aplicación, tal como es el caso de los aceites
secantes y determinados tipos de resinas, han de ser consideradas para todos
los efectos prácticos como altamente insaturadas incluso después del secado,
de tal forma que, después de terminado éste, la película presenta una serie de
zonas sensibles a la oxidación en estos puntos de insaturación química, a
través de las cuales se comenzará a degradar progresivamente, y con una
velocidad que vendrá determinada por las características generales de la
película. En el caso de películas expuestas en un ambiente de interior, la
velocidad a la que transcurre esta oxidación es muy lenta por no estar
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sometidas a la influencia catalítica de la radiación ultravioleta, pero, sin
embargo, se produce un progresivo endurecimiento de la película con el
transcurso del tiempo. Cuando las películas están expuestas al exterior, y por
ello sometidas a la acción de la radiación UV, ésta acelera el proceso oxidativo
de tal forma que la velocidad a que transcurre éste será una consecuencia de
la cantidad de insaturación residual presente y de la cantidad de luz solar que
incida sobre ella. Como ejemplo puede decirse que los recubrimientos
sometidos a la acción de la intemperie en zonas tropicales, y más aún en las
ecuatoriales, experimentarán una degradación oxidativa mucho más acelerada
que en caso de estarlo en países nórdicos, y ello como consecuencia de las
diferencias en la intensidad solar en ambas zonas. Existen determinados tipos
de pigmento que proporcionan una protección frente a la radiación UV, gracias
a su propiedad de absorberla o reflejarla, según sea el tipo de pigmento, con lo
que en ambos casos se evita el que la radiación ejerza directamente su acción
sobre el aglomerante propiamente dicho.
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1.13. Pigmentos reactivos y no reactivos.
Los pigmentos tales como el albayalde y el óxido de zinc, reaccionan con la
acidez libre del vehículo o del aglomerante para formar en la pintura o incluso
en el recubrimiento después de haber sido aplicada aquélla, jabones de zinc y
plomo. Por el contrario, pigmentos tales como el bióxido de titanio y diferentes
tipos de cargas o extendedores entre otros, no presentan dicha reactividad y
por ello no tienen la posibilidad de formar jabones metálicos. Los jabones de
zinc y plomo presentan una solubilidad en el vehículo de la pintura líquida muy
baja, por lo que tienden a incrementar la viscosidad de las mismas con el
tiempo, a la vez que a formar sedimentos duros durante el almacenamiento.
La presencia de jabones metálicos en las películas de pinturas, hace a éstas
más resistentes a la humedad, pero su influencia sobre la dureza de las
mismas es irregular; así los jabones de plomo retardan el endurecimiento de
las pinturas con el tiempo, mientras que los de zinc las hacen más duras con el
envejecimiento, perdiendo parte de su flexibilidad.
Aquellos pigmentos con tamaños de partícula muy pequeños, tales como los
negros de humo, azules de prusia y ciertos tipos de pigmentos orgánicos,
pueden dar lugar a reacciones físicas propias del estado coloidal que
transcurren en el seno de la pintura, y de tal forma que pueden originar unos
aumentos en la viscosidad que originen transformaciones sol-gel de carácter
irreversible que conducen a estados de gel que le dan a la pintura aspecto de
“hígado”. El proceso de espesamiento o gelificación no es del todo conocido en
cuanto al mecanismo que lo regula, si bien, aparentemente, es consecuencia
de la formación de complejos entre pigmento y aglomerante que, por
asociación entre sí, condicionan una estructura tipo gel. En algunos casos
parece ser que se inicia la formación de geles por una acción inicial entre las
partículas de pigmento y los microgeles que puedan estar presentes en el
vehículo; en otros, el pigmento adsorbe fuertemente sobre su superficie una
parte importante del disolvente presente en la pintura, lo que lleva a un
espesamiento e incluso a una gelificación de la misma. Debe prestarse una
especial atención a evitar posibles gelificaciones, ya que además del carácter
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irreversible de las mismas, se originan productos de muy difícil y, a veces,
imposible aplicación.
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1.14. Sangrado y flotación de pigmentos.
Cuando existe una gran diferencia entre el tamaño de partícula de los
diferentes pigmentos utilizados para la obtención de un determinado color, se
puede presentar una separación de los mismos en la película de pintura
durante el secado, que conduzca a una segregación de los diferentes
pigmentos. Este fenómeno se acentuará en el caso de que los distintos tipos de
pigmentos tengan unas densidades muy diferentes. La separación de las
partículas de diferente color, resulta particularmente evidente en los casos de
grises obtenidos por mezclas de pigmentos blancos y negros, y en los verdes
en cuya constitución han intervenido azules de prusia y amarillos de cromo.
Inmediatamente después de la aplicación de la pintura, ocurre que el negro en
el caso del gris, y el azul en el del verde flotan a la superficie de la película
todavía húmeda, de tal forma que dan lugar a diferencias de color en la misma.
El fenómeno es conocido como sangrado de pigmentos.
Esta separación de pigmentos y, como consecuencia, la alteración de color,
puede tener lugar igualmente en la película seca originando una serie de rayas
o de figuras geométricas diversas, según el sistema de aplicacion utilizado y
según el tipo de disolventes empleados en la formulación. Este tipo de
separación que tiene lugar en la película seca es conocido como flotación de
pigmentos. Un Comité Técnico del New York Paint & Varnish Production Club
ha presentado una excelente revisión de ambos procesos de flotación y
sangrado.
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1.15. Dispersión de los pigmentos en las pinturas.
Los pigmentos son dispersados en las pinturas mezclándolos primeramente
con una parte del vehículo que interviene en las mismas y sometiendo la parte
así obtenida a un proceso de “molienda” conveniente, mediante diferentes tipos
de molinos disponibles en el mercado. Sin embargo, la operación de “molienda”
que tiene lugar verdaderamente en los molinos utilizados en la industria de
pinturas tiene un carácter tal que solamente puede ser considerada con
propiedad como un proceso de disgregación o dispersión de los aglomerados
de las partículas de pigmento y no como una disminución propiamente dicha
del tamaño de ellas. Solamente en unos pocos casos, que pueden ser
considerados como excepcionales, existe una verdadera reducción de tamaño
por trituración de los cristales que constituyen las partículas fundamentales de
los pigmentos. Se precisa un considerable esfuerzo para conseguir disgregar
los aglomerados de pigmentos y para superar las grandes fuerzas de atracción
que existen entre los materiales en polvo finamente dividido. También se
necesita un considerable trabajo para forzar al vehículo a mojar las partículas
del pigmento.
Los diferentes tipos de superficies existentes en los pigmentos, presentan muy
diversas afinidades hacia el medio líquido que las rodea, de tal forma que
algunos tipos de pigmentos son de un definido carácter hidrofílico, por lo que se
humectan más fácilmente por vehículos de base acuosa que por aquellos otros
de características orgánicas más definidas; otros, sin embargo, presentan
propiedades hidrofóbicas u organofílicas definidas, por lo que, como
consecuencia, se dejan mojar más fácilmente por medios orgánicos. Por otra
parte, hay que considerar la presencia de sustancias tales como humedad y
determinados tipos de gases, incluyendo el aire, que se encuentra
enérgicamente adsorbido sobre las superficies de las partículas del pigmento y
que, para la correcta humectación de las mismas, han de ser desplazados por
el vehículo en el cual se pretende dispersar al pigmento. Este fenómeno de
floculación tiene grandes efectos sobre la viscosidad de la pintura, sobre su
tendencia a la sedimentación, sus propiedades de fluidez, brillo y otras diversas
características de esta clase de productos. Todos los factores que puedan
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afectar a la dispersión del pigmento en la pintura con el fin de obtenerse un
sistema con la suficiente estabilidad para que no sufra alteración durante el
tiempo de almacenamiento.
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1.16. Atracción entre partículas finalmente divididas.
Si se consideran partículas de arena gruesa o granos de trigo, podemos
observar, sin más, que no presentan tendencia alguna a atraerse entre sí, pero
cuando estos mismos productos se dividen finamente hasta pulverizarlos con
tamaños de partículas sumamente finas, éstas presentan una fuerte tendencia
a adherirse unas con otras o incluso sobre cualquier otra superficie. Mediante
la transformación del trigo en harina por molienda, se hace que el área
superficial presente en un determinado peso de producto aumente
considerablemente. Si tenemos en cuenta que existe una energía libre
superficial, la cantidad de ésta que se encuentra disponible en el caso de una
determinada masa de harina es muy superior a la que corresponde a la misma
cantidad en forma de trigo. La relación de energía superficial a masa, en el
caso de éste, es tan pequeña, que los granos no presentan tendencia a
atraerse mutuamente, mientras que la misma fracción para el caso de la harina
es de un orden tan superior que motiva una fuerte atracción entre partículas
que se adhieren unas con otras.
Indicación sobre el aumento del área superficial al disminuir el tamaño de
partícula para el caso de una serie de pigmentos de negro de humo. Solamente
1 kg de uno de los tipos de negro de humo fino presenta una superficie del
orden de 240.000 m2.
La energía superficial de líquidos y sólidos es el resultado de fuerzas
desequilibradas que actúan sobre las moléculas de la superficie de estos
materiales. Cada molécula existente en el seno de una masa, ejerce una fuerza
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que se ve contrarrestada por la que sobre ella misma ejercen aquellas otras
que la rodean. Sin embargo, en el caso de las moléculas que se encuentran en
la superficie de un cuerpo, se hallan solamente sometidas a la atracción de
aquellas que están situadas en el interior del mismo y rodeándola. Esta
situación origina un desequilibrio de fuerzas, energía residual libre, en la
superficie; a esta energía, normalmente, se le denomina tensión superficial.
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1.17. Tensión superficial e interfacial.
La tensión superficial en los líquidos resulta evidente por su tendencia a la
formación de gotas o esferas cuando se encuentran cayendo en libertad. Ello
está en consonancia con una ley de la naturaleza que establece el que los
cuerpos tienden a adoptar la situación de menor contenido en energía libre.
Para un peso determinado de masa, la forma esférica, como es conocido,
presenta la menor superficie posible y, como consecuencia, también la menor
energía libre. Normalmente se acepta el que los sólidos presentan una mayor
cantidad de energía libre, pero, naturalmente, ésta no resulta suficiente para
alterar su forma externa. La tensión superficial de los líquidos puede ser
determinada por el método de DuNouy entre otros, pero, por el contrario, no se
conoce ningún método directo para la determinación de la tensión superficial de
los sólidos.
De la misma manera, resulta posible la determinación de la tensión interfacial
entre dos líquidos inmiscibles entre sí, pero no lo es tanto cuando se trata de
un líquido y un sólido. La tensión interfacial líquido-sólido puede deducirse del
valor del ángulo de contacto que una gota del líquido en cuestión origina
cuando se le pone en contacto con la superficie del sólido. Como es conocido
por todos, el agua se extiende con facilidad sobre varias clases de superficies
limpias, presentando un ángulo de contacto cero, mientras que sobre la
superficie de parafina forma gotas y presenta un ángulo de contacto elevado.
La afinidad entre líquidos y sólidos puede considerarse en función de sus
polaridades y del grado de cohesión existente entre las moléculas del líquido.
Las diferencias entre las polaridades relativas de productos distintos, viene
motivada por las diferencias en la composición química de los mismos y por la
polaridad de sus estructuras moleculares. Los líquidos polares presentan una
definida afinidad hacia los productos sólidos que tienen el mismo carácter, de
tal forma que se extienden con facilidad sobre su superficie. Por otra parte,
existe otro factor que debe ser tenido en cuenta, en relación con este fenómeno
y es el de las fuerzas de cohesión molecular que tiene lugar en el seno del
líquido. Naturalmente que si estas últimas son superiores a la atracción que las
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moléculas del líquido ejercen sobre las superficies del sólido, la tendencia a
que se extienda con facilidad sobre éste, será menor que en el caso contrario.
Esto traerá como consecuencia la necesidad de efectuar un trabajo mayor
cuando se pretenda humectar la superficie sólida convenientemente.
Como consecuencia de la dificultad anteriormente señalada para la
determinación de las tensiones superficiales de los sólidos y de las fuerzas
interfaciales entre éstos y los productos líquidos, las expresiones matemáticas
que cuantifican en alguna forma estas características, están necesariamente
basadas en el ángulo de contacto que se forma entre ellos. Naturalmente,
cuando dos líquidos no miscibles se ponen en contacto, tiene lugar un caso
similar al anterior, pero, con la diferencia de que ahora existe la posibilidad de
determinar las tensiones superficiales de cada uno de ellos y también la tensión
interfacial entre ambos. Dupré expresó la relación existente entre el trabajo de
adherencia entre dos líquidos no miscibles (Wa) en función de sus tensiones
superficiales (γL y γL’) y su tensión interfacial (γLL’).
A partir de la ecuación es posible establecer una relación entre el trabajo
necesario para contrarrestar la adherencia sobre una superficie determinada, y
el trabajo de cohesión entre de un líquido sin más que considerar en dicha
ecuación que ambos líquidos presentan una tensión superficial idéntica. En
este caso podrían mezclarse libremente y, por consiguiente, la tensión
interfacial sería igual a cero, con lo que γL podría igualarse a γL’. De la misma
forma, el trabajo de adherencia Wa sería igual al de cohesión Wc.
Los coeficientes de extensibilidad que expresan numéricamente que el trabajo
de cohesión es igual a dos veces la tensión superficial. Ha sido demostrado,
por Hardy, Harkins y otros varios autores que cuando un líquido L’ se extiende
sobre otro líquido L, el trabajo de cohesión es inferior al de adhesión.
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El coeficiente de extensibilidad (SL/L’).
La relación expresada puede aplicarse al caso de sistema sólido-líquido incluso
aunque la tensión superficial del sólido (γs) y la tensión interfacial (γsL) entre
líquido y sólido no puedan ser medidas directamente.
Teniendo en cuenta que la tensión superficial de los sólidos (γs) se estima muy
superior a la de los líquidos, el coeficiente de extensibilidad S resultará positivo,
lo que indicaría que los líquidos tendrían capacidad de extenderse sobre la
superficie de los sólidos. De la misma forma, puede deducirse que los líquidos
se extenderán más fácilmente sobre las superficies sólidas si de alguna forma
se consigue disminuir la tensión superficial de aquéllos. Esto puede
conseguirse en muchos casos mediante la adición de agentes humectantes y
dispersantes que reducen la tensión superficial de los líquidos.
Cuando el ángulo de contacto entre líquido y sólido es cero, aquél se extiende
fácilmente sobre este último, mientras que cuando su valor es de 90 grados o
superior la capacidad de extensión es prácticamente nula. Los dos ejemplos
más ampliamente conocidos que pueden ilustrar el caso de ángulos de
contacto superiores a 90 grados son el caso de mercurio sobre una superficie
de vidrio = 140 grados y el del agua sobre parafina = 100 grados a 115 grados.
Los casos comprendidos entre valores desde cero a 90 grados corresponden a
diferentes capacidades de extensión o de humectación de la superficie del
sólido por el líquido en cuestión.
La relación del ángulo de contacto con las tensiones superficiales de sólido y
líquido y su tensión interfacial fue establecida por Young en 1805.
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La ecuación determina que la tensión superficial del sólido (γs) es igual a la
tensión interfacial sólido-líquido más la tensión superficial del líquido (γL)
multiplicada por el coseno del ángulo de contacto:
Los términos γs y γSL no pueden ser determinados, pero pueden ser eliminados
si se ajusta para el sistema sólido-líquido.
Cuando el ángulo de contacto es cero cos θ = 1 y el trabajo de adherencia del
liquido al sólido resulta ser 2γL. La extensibilidad de los líquidos sobre los
sólidos se facilitará siempre que la tensión del liquido se haga descender. Esto
puede conseguirse con facilidad en algunos casos mediante la adición de
agentes tensoactivos, si bien ha de tenerse en cuenta el que estos materiales
son de uso muy específico y que el generalizar su empleo puede presentar
riesgos en cuanto a su comportamiento.
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1.18. Agentes tensioactivos.
Los agentes tensioactivos son utilizados en sistemas en cuya composición
intervienen varios componentes y actúan con el máximo de eficacia cuando los
componentes son de polaridad diferente. Por ejemplo, un pequeño porcentaje
de un agente tensioactivo en un sistema agua-aceite mineral hace posible la
emulsión de los dos y mantiene estable la mezcla de ambos, mientras que sin
su presencia se presentaría una separación de ambas fases en dos capas.
Aparentemente un agente de este tipo no debería tener ninguna acción de
importancia sobre las condiciones físicas de los sistemas que sean
completamente miscibles entre sí.
Un agente tensioactivo se considera como agente humectante cuando por su
empleo se facilita la mojabilidad de la superficie de un sólido por un líquido. En
la industria textil, muchos de los productos utilizados presentan dificultad para
ser mojados por el agua como consecuencia de que durante el proceso de
elaboración de la fibra se utilizaron lubricantes y otros materiales no-polares
que al ser absorbidos por ella, le confirieron dicha propiedad. Sin embargo,
estos mismos productos se dejan mojar con facilidad por el agua si se les
incorpora pequeñas cantidades de agentes humectantes adecuados.
Igualmente ocurre con aquellos pigmentos que por su naturaleza presentan
unas características superficiales de carácter hidrofílico y no se dejan humectar
fácilmente por los aceites. Para conseguirlo con cierta facilidad es necesario el
empleo de agentes tensioactivos convenientes que cambien las características
de humectabilidad del sistema. Fácilmente se comprende que en aquellos
casos de pigmentos con superficie de carácter neutro en cuanto a su carácter
hidrofílico o hidrofóbico, no se obtienen ventajas definidas con el empleo de
humectantes.
Existe otro tipo de agentes tensioactivos denominado agentes dispersantes que
con su empleo se facilita la dispersión de los pigmentos en diferentes
vehículos. Esta mayor facilidad de dispersión, que se consigue mediante su
empleo, se pone de manifiesto por el ahorro del tiempo que se consigue
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durante los procesos de mezcla y molienda o dispersión del pigmento en el
vehículo, para conseguir un mismo grado de finura.
Todavía existe otro tipo de agentes tensioactivos utilizados en la industria de
pinturas, mediante el cual se estabilizan las dispersiones de los pigmentos
conseguidos mediante el proceso de molienda. Este tipo de agentes son
denominados agentes defloculantes o antiposos, ya que mediante su empleo
se previene la floculación del sistema finamente disperso en aglomerados que
en algunos casos pueden llegar a ser de tal importancia que provocarían una
sedimentación o posamiento del pigmento. En algunos casos, sin embargo, es
preferido un pequeño grado de floculación para evitar así la formación de
sedimentos duros o para cambiar las características de viscosidad del sistema.
En tales ocasiones se utilizan agentes floculantes que adicionados al sistema,
permitan regular en alguna forma este proceso.
Cuando un agente tensioactivo previene de los efectos de sangrado o flotación
de los pigmentos, recibe la denominación de agente antisangrante o inhibidor
de la flotación. Otros tipos de agentes conocidos como antiespumas se utilizan
en las pinturas al agua o emulsiones para reducir su tendencia a la formación
de espuma durante los procesos de fabricación o de aplicación de las mismas.
En la misma forma éstos también representan un grupo de agentes
tensioactivos con una acción específica y determinada.
Entre los aditivos generales utilizados deben considerarse también los agentes
protectores de coloides, utilizados en las pinturas al agua, así como otros
agentes espesantes para sistemas grasos. Todos ellos no pueden definirse
como agentes tensioactivos propiamente dichos según la normal interpretación
del término, pero su acción está íntimamente relacionada con la de éstos.
Siempre debe tenerse presente que la mayor parte de la información acerca del
comportamiento de los agentes tensioactivos está basada en su acción en
sistemas acuosos y, en particular, referida hacia su capacidad de disminuir la
tensión superficial del agua y de facilitar la formación de micelas para
solubilizar los compuestos no miscibles con ella. A pesar de que existe
considerable número de datos relacionados con el comportamiento de los
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agentes de superficie en sistemas orgánicos, es muy poca la información
concreta sobre su actuación exacta en tales condiciones. Esta falta de
conocimiento exacto en cuanto a la actuación de los agentes tensioactivos en
la interfase líquido-sólido en sistemas finamente divididos y dentro de sistemas
de carácter orgánico, hace extremadamente difícil poder seleccionar con
seguridad los productos más convenientes para cada caso particular.
El agente tensioactivo puede definirse como un producto que se concentra
preferentemente en la superficie del líquido al que se adiciona o en la interfase
de éste, con otro líquido no miscible con él o en la de un cuerpo sólido disperso
en el mismo. Los agentes tensioactivos pueden ser adicionados en el seno del
líquido o mezclados con el sólido finamente dividido para facilitar la
humectación de éstos. En general, este tipo de productos presenta una baja
solubilidad y tiene una estructura polar con un equilibrio entre grupos polares.
Como consecuencia de ello, una parte de su molécula es soluble en los
líquidos polares, mientras que el otro extremo lo es en los no polares. Las
moléculas que se concentran en la superficie del líquido, se orientan de tal
forma que presentan su parte soluble en el mismo hacia la superficie de
contacto entre ambos, quedando el resto de la molécula en el sentido inverso
orientada hacia el aire. Los conocidos experimentos introducidos por Miss A. A.
Pockels y desarrollados por Langmuir, Harkins, Adam, Rideal y otros, para la
obtención de monocapas de ácido oleico sobre agua, muestran perfectamente
este fenómeno de orientación según la polaridad del agente. El experimento se
realiza situando una solución de ácido oleico en benceno sobre la superficie del
agua y dejando que a continuación se evapore aquél. El ácido oleico forma de
esta manera una película monomolecular que presenta los grupos carboxílicos
orientados hacia el agua y la parte parafínica de su molécula hacia el aire. En
la misma forma podría conseguirse una orientación invertida cuando se realiza
el mismo ensayo en ácido oleico sobre aceite en vez de agua.
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Si se compara el ácido oleico con el jabón sódico de éste, oleato sódico, se
aprecia el efecto que tiene el cambio que experimenta la polaridad de las
moléculas. Así el radical oleato, no polar (C17H33COO-) es el mismo en ambos
casos, pero el sodio existente en el jabón presenta una polaridad más acusada
que la del hidrógeno del ácido graso. Como consecuencia, el jabón es soluble
en agua mientras que prácticamente resulta insoluble en aceites y benceno.
Por el contrario, el ácido oleico es soluble en benceno y aceites, mientras que
resulta insoluble en agua. De esta forma, en el caso de que en la pintura el
medio continuo esté constituido por aceite o por resinas, se utilizan productos
solubles en ellos, mientras que cuando la fase continua sea un medio acuoso,
se emplean jabones sódicos o productos similares que presentan una buena
solubilidad en ella. Los círculos de los esquemas representan los grupos
carboxílicos en el ácido oleico o en el jabón, mientras que la barra representa la
parte parafínica de la molécula.
Los centenares de agentes tensioactivos presentan variaciones considerables
en la polaridad relativa de su molécula. La película conseguida de agente
superficial no corresponde a una monocapa simple, sino que está constituida
por una superposición de estratos moleculares, cuya polaridad final y espesor
dependerán del tipo de producto utilizado y de la concentración del mismo en el
líquido.
También debe tenerse en cuenta que todas las moléculas del agente
tensioactivo no se encuentran solamente localizadas en la superficie del líquido
y en la interfase, sino que también están presentes en el seno de la fase líquida
estableciéndose un equilibrio entre la cantidad de agente existente en solución
y el presente en las zonas de interfase, equilibrio que dependerá de la
concentración y solubilidad del mismo en el sistema. Cuando se alcanza una
determinada concentración crítica, muchos de los agentes que se utilizan
forman una fase micelar constituida por numerosos grupos de moléculas que
se encuentran orientadas de acuerdo con su polaridad y que se distribuyen en
el seno de la fase continua. Estos grupos de moléculas frecuentemente actúan
como medio solubilizante para los productos que no son solubles en la fase
continua. Este fenómeno no resulta generalmente aplicable en forma directa a
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la tecnología de pinturas, pero sí tiene una amplia proyección en la tecnología
de solubilización de aceites y resinas y en los procesos de polimerización en
emulsión.
Esta agrupación puede aumentar de volumen por inclusión en su interior de
moléculas de un líquido no soluble en la fase continua, llegando a solubilizarlo
en su interior, por lo que el producto resulta así solubilizado gracias a la
presencia de esta fase micelar. Cuando las capas no son de dimensión
monomolecular, éstas pueden orientarse.
Una emulsión en la que existe una multicapa de agente emulgente rodeando
las partículas de la fase dispersa puede presentar una mayor estabilidad que el
mismo sistema con una monocapa. Los coloides protectores de las emulsiones,
tales como la caseína, los alginatos, la metilcelulosa, etc., actúan, en parte, por
ser absorbidos por el agente emulgente y rodear a la gota de la fase dispersa,
con lo que se aumenta, de esta forma, el espesor de la película que las rodea
en la emulsión. También actúan estos últimos agentes aumentando la
viscosidad del medio, con lo que disminuye la movilidad de las partículas que
se encuentran bajo la acción “browniana” y con ello se disminuye la tendencia a
la coalescencia entre ellas.
1.18.1. Clasificación de los agentes tensioactivos
Los agentes tensioactivos incluyen en su composición una amplia gama de
grupos funcionales, lo que hace difícil su clasificación en base a su
composición química. Como consecuencia de ello se ha establecido una base
de clasificación en función de la capacidad de ionización del agente en medio
acuoso y según la dirección de migración del ion activo. Se establecen así tres
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grandes grupos: agentes aniónicos, catiónicos y no iónicos. Naturalmente, los
dos primeros incluyen aquellos tipos de agentes que experimentan ionización y
el tercero a los restantes que no se ionizan.
Cada uno de los tipos presenta unas características de polaridad dentro de su
molécula perfectamente equilibradas.
En el caso de los tipos no iónicos su denominación es consecuencia del
carácter no ionizable de su molécula.
El ion que presenta actividad superficial en el caso de los aniónicos, es el anión
negativo, ya que cualquier cambio significante que afecte a esta parte de la
molécula modifica las características y acción del producto. Por ejemplo, si un
ión oleato se sustituyera por otro acetato, el compuesto acetato sódico obtenido
presenta una excesiva polaridad no del todo equilibrada, lo que no hace posible
su empleo como agente de actividad superficial. Por el contrario, el ión sódico
del oleato puede ser sustituido por el potásico, amónico, o cualquier otro catión
equivalente, sin que ello suponga una modificación significante en las
propiedades tensioactivas del producto. Por consiguiente, y como
consecuencia de ser el anión el ión activo, se les denomina agentes aniónicos.
En la misma forma, pero en sentido contrario, puede explicarse la acción de los
agentes catiónicos, en los que la actividad superficial está determinada por el
catión.
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El empleo de los agentes tensioactivos, pueden ser utilizados en las pinturas
en la forma siguiente:
1. Como modificante de las características superficiales de los pigmentos.
2. Para facilitar la humectación y dispersión de los pigmentos.
3. Para prevenir la formación de sedimentos duros.
4. Como modificantes de la viscosidad del sistema y modificar las
propiedades de fluidez del mismo.
5. Para prevenir las alteraciones de color por sangrado o flotación en
algunos tipos de pinturas.
6. Como agentes emulsionantes de aceites y resinas en agua.
7. Para prevenir la formación excesiva de espuma en sistemas acuosos y
no acuosos.
Existe una gran variedad de productos de este tipo disponibles en el mercado,
utilización con estos fines:
- Ácido oleico y otros tipos de ácidos orgánicos.
- Lecitina.
- Jabones de zinc y plomo formados en las pinturas durante el
proceso de fabricación.
- Aceite de ricino hidrogenado.
- Colofonia como producto de recubrimiento superficial en
determinados pigmentos.
- Estearatos de aluminio y calcio.
- Alcoholatos de aluminio.
- Jabones solubles en agua.
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- Agua, empleada como un agente floculante.
- Aceites de siliconas.
- Aceites de pino.
Los extensos estudios de Harkins y colaboradores y de Bartell y su equipo,
pueden facilitar la información básica fundamental sobre los efectos de estos
tipos de agentes de dispersión, floculación, antiposos, etc., en los sistemas de
pinturas.
A partir de los datos facilitados por Harkins y Gans se puede llegar a tener una
idea general sobre los efectos que pueden alcanzarse mediante el empleo de
estos productos. Estos autores dispersaron cuidadosamente bióxido de titanio
en benceno, y estudiaron los efectos de la adición de ácido oléico y agua sobre
el sistema. Como el bióxido de titanio es un pigmento muy polar, mientras que
el benceno no presenta polaridad, la dispersión que se conseguía inicialmente
era con una humectación muy escasa. Mediante la adición de cantidad
suficiente de ácido oleico que hiciera cambiar la polaridad de la superficie del
pigmento a no polar, como consecuencia de la orientación interfacial de este
aditivo sobre la misma, se obtuvieron resultados de excelente humectación. Por
el contrario, mediante la adición de pequeñas cantidades de agua se
desplazaba el ácido oleico que había sido previamente fijado y se producía la
floculación del sistema.
El volumen y características del pigmento sedimentado pueden dar una idea
aproximada sobre el grado de floculación y humectación conseguida en éste.
La cantidad empleada de bióxido de titanio fue la necesaria para que éste
ocupase un volumen de 1 ml. Al ser dispersado el pigmento en benceno
producía un sedimento de 20 ml y presentaba un aspecto blando, lo cual era
una indicación de su incompleta humectación y de un elevado grado de
floculación. La adición de cantidad suficiente de ácido oleico para que éste
forme una monocapa sobre la superficie de las partículas de pigmento, daba
lugar a una excelente dispersión y con ella se eliminaba la floculación, dando
lugar a una porción sedimentada de solamente un volumen de 5 ml con un
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fuerte empaquetamiento y de elevada dureza. Por el contrario, la adición de tan
sólo el 0,05 % de agua, producía la floculación de esta dispersión y se
provocaba la formación de un sedimento de 20,8 ml blando y suelto.
Los resultados tenidos en la práctica han confirmado los anteriores ensayos
sobre la relación entre el grado de dispersión y el tipo y volumen del sedimento
que se forma en las pinturas. Los pigmentos que han sido convenientemente
dispersados, con una buena humectación por el vehículo, tienden a sedimentar
lentamente formando una capa de sedimento relativamente fina que presenta
una consistencia dura y difícilmente redispersable.
Los pigmentos que floculan, sedimentan con rapidez, pero forman una capa
voluminosa que se redispersa con facilidad. Este tipo de sedimento suelto y
blando se puede obtener igualmente mediante el empleo de aditivos
conveniente que den lugar a unas características estructurales en el vehículo
que sean capaces de compensar la fuerza gravitacional a que se encuentran
sometidas las partículas de pigmento.
Los agregados y flóculos se considera que es de importancia el tener una
visión clara de las diferencias que existen entre pinturas en las que el pigmento
se encuentra formando agregados o en forma de flóculos. Un agregado está
constituido por un grupo de partículas de pigmento secas que se mantienen
unidas como consecuencia de sus propias fuerzas superficiales; por otra parte
los espacios libres entre ellas se encuentran ocupados por aire. Las formas
floculares, por el contrario, se originan en la pintura después del proceso de
dispersión del pigmento y sus partículas están igualmente agrupadas, pero
perfectamente humectadas en toda su superficie por el vehículo, y los espacios
existentes entre ellas se encuentran llenos de vehículo. Si el pigmento no está
bien dispersado, se pueden encontrar agregados de pigmento, que son
verdaderos agregados porque los espacios entre las partículas están llenos de
aire y no de vehículo. Las diferencias existentes entre cada uno de los estados.
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Los agregados de pigmentos deberían ser destruidos durante el proceso de
dispersión si éste se efectuase convenientemente, pero a pesar de que la
dispersión obtenida sea del todo correcta se puede presentar una floculación
como consecuencia de la naturaleza del vehículo y de las características del
pigmento, así como la presencia de agentes que favorezcan la floculación y
que se encuentren presentes en el sistema. Cuando la atracción entre las
partículas dispersadas no es lo bastante fuerte para formar floculados, puede
serlo para orientar las partículas de pigmento, con lo que se origina una cierta
estructura en la pintura. En el caso de que esta forma de orientación tenga la
suficiente influencia como para alterar las condiciones de fluidez de la pintura,
el fenómeno se le conoce como estado tixotrópico. Street ha desarrollado una
expresión matemática que intenta justificar este estado tixotrópico debido al
pigmento y que está basado en las fuerzas que se originan entre las partículas
de pigmento, Moilliet ha discutido el concepto general de actividad superficial y
de los fenómenos interfaciales e incluye en sus trabajos los efectos que pueden
esperarse por una disminución en los valores de las tensiones interfaciales a
consecuencia de la presencia de agentes tensioactivos que las modifiquen, así
como las consecuencias de la estabilización de la interfase por los mismos.
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1.19. Viscosidad y propiedades de fluidez.
Las pinturas pueden ser viscosas o fluidas, según la composición de las
mismas, presentándose en algunos casos un estado de falsa viscosidad o
tixotropía que le da a la pintura después de un período prolongado de reposo, y
antes de ser agitadas, un aspecto llamado de “hígado” que desaparece cuando
el producto es sometido a una agitación conveniente.
El término consistencia o viscosidad describe en términos generales el
comportamiento de los sólidos, líquidos y gases, cuando sobre ellos se aplica
una fuerza que intenta deformarlos. Los sólidos se muestran rígidos, pero
cuando la fuerza aplicada resulta lo suficientemente fuerte se puede producir
un flujo muy lento del sólido o alcanzar antes de que esto ocurra el límite de
rotura. En el caso de los líquidos y de los sistemas dispersos, es posible
encontrar numerosas formas de viscosidades y comportamientos de flujo
diferentes. Su agrupación es en productos viscosos, plásticos, tixotrópicos y
dilatantes. Los gases presentan una forma tan tenue e inconsistente que ceden
fácilmente a cualquier tipo de fuerza que sobre ellos pueda actuar.
La ciencia que estudia la materia en cuanto a sus propiedades de flujo, se
conoce con el nombre de reología. Issac Newton (1642-1727) en su conocida
obra Principia, publicó el resultado de sus observaciones en cuanto al
comportamiento de los fluidos en relación con el flujo de los mismos. El término
“flujo newtoniano” se aplica a líquidos tales como el agua, la glicerina, aceites y
melazas en los que el flujo es directamente proporcional a la fuerza aplicada.
Poiseville (1799-1869), llevó a cabo un amplio trabajo en reología y enunció las
leyes por las que se rige el flujo de los líquidos viscosos a través de conductos
capilares. La unidad de medida de viscosidad es el “poise” que se denominó
así en honor a este investigador. En América, E.C. Bingham fue un prominente
investigador en el campo de la reología, y su obra, Fluidity and Plasticity, puede
considerarse en la actualidad entre las más clásicas que tratan de este tema.
Existen dos obras que por su contenido en relación con las propiedades de
flujo de los cuerpos, deberían ser estudiadas por los técnicos en pinturas, y
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son: Industrial Rheology and Rheological Structures, de Henry Green, y el de
Earl K. Fischer, Colloidal Dispersions.
Los diferentes tipos de viscosidad que pueden tener los líquidos y las
dispersiones fluidas están determinados por el comportamiento de los mismos
cuando son sometidos a fuerzas de cizalla o de deslizamiento. Debe
recordarse que cizalla o deslizamiento es el fenómeno que tiene lugar cuando
ocurre un desplazamiento entre dos superficies contiguas que se mueven a
velocidad diferente, siendo la unidad de esta fuerza de cizalla la que se aplica
sobre la unidad de área de las dos superficies contiguas para que se pueda
producir el deslizamiento de las mismas. Muchos líquidos transparentes, como
el caso de los barnices no pigmentados y las soluciones verdaderas, fluyen en
tal forma que resulta posible medir su desplazamiento cuando sobre ellos se
aplica una fuerza muy ligera, observándose que la velocidad del flujo es
proporcional a la magnitud de la fuerza que se aplica. Este tipo de materiales
recibe la denominación de líquidos “newtonianos” y se dice de ellos muestran
una forma de flujo viscoso. Naturalmente, la velocidad de flujo o viscosidad
varía ampliamente según el tipo de líquido, como ocurre entre la glicerina,
acetato de etilo y los diversos aceites polimerizados. Como en el caso de los
líquidos con flujo “newtoniano”, la velocidad deslizante es proporcional a la
fuerza de cizalla que se aplica. La representación gráfica de los datos
obtenidos da lugar a una línea recta con la ordenada en el origen igual a cero.
El inverso de la pendiente de esta línea indica la viscosidad relativa del
producto.
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Las dispersiones de sólidos en líquidos, o de varios coloides, presentan
diferentes tipos de flujo de acuerdo, en cada caso, con la composición del
sistema. Por ejemplo, será preciso aplicar una considerable fuerza de rotura
para hacer fluir pastas espesas y de elevada viscosidad, mientras que, por el
contrario, deberán precisarse esfuerzos mucho menores, en el caso de las
pinturas de decoración, que han de ser aplicadas a brocha y con esfuerzo
continuado, pero en éstas, sin embargo, la presencia de marcas de brochas
después de su aplicación puede ser una indicación de que el flujo deja de tener
lugar con demasiada rapidez y tan pronto como la brocha deja de actuar. En el
caso de los esmaltes de terminación de alta calidad en los que la superficie
final es necesario que se presente totalmente lisa y extendida, se requiere que
el flujo de la pintura en la película continúe aún después de haber pasado la
brocha para que la extensibilidad que se consiga sea lo más perfecta posible.
Algunos tipos de pinturas que muestran una extremada viscosidad aparente en
el envase antes de ser removidas pierden tal viscosidad cuando se someten a
una agitación normal. Tal es el caso de las pinturas tixotrópicas, de “falso
cuerpo”, pudiendo presentarse con una determinada consistencia plástica y con
diferentes grados de tixotropía. En estos casos se requiere aplicar una fuerza
inicial antes que se inicie el flujo, esta fuerza recibe el nombre de “yield value”,
umbral de fuerza inicial. Las pinturas que no precisan de este umbral de
esfuerzo, y que fluyen tan pronto como se les somete a una agitación normal,
se dice que presentan una viscosidad pseudoplástica. Finalmente, otro tipo de
forma de fluidez, que no es frecuente que se presente en las pinturas, es la
viscosidad dilatante y que tiene lugar cuando al ser sometido el producto a una
fuerza de agitación cualquiera, experimenta un aumento nuevo en su
viscosidad.
Las pinturas tixotrópicas son aquellas que precisan de un umbral de esfuerzo
inicial para ser fluidificadas, y que después mantienen fluidez a pesar de que se
disminuya progresivamente la fuerza máxima inicial. Tales productos precisan
de un tiempo determinado para perder su viscosidad máxima o para alcanzar el
mínimo de fuerza de cizalla para una velocidad de agitación dada. Cuando las
propiedades de fluidez de este tipo de pinturas son determinadas mediante un
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viscosímetro rotacional tipo Henry F. Creen, como el “Interchemical
viscosimeter”, se observa en la representación gráfica de valores que se
pueden conseguir: a una determinada velocidad de flujo, dos diferentes valores
de fuerza de cizalla, aplicado uno de ellos al ir aumentando la velocidad del
viscosímetro y el otro cuando, después de haber llegado al máximo, se va
disminuyendo ésta. La diferencia entre ambos valores se toma frecuentemente
como una medida de la tixotropía del líquido o dispersión de que se trate.
Los datos para el establecimiento de una curva tipo, se obtienen situando la
muestra en un viscosímetro rotacional, y haciendo girar la copa de éste a una
velocidad tal, que por encima de ella no se consiga ya una mayor disminución
de la viscosidad. Esta circunstancia ocurre para velocidades superiores a la
correspondiente al tipo A del gráfico. A continuación se disminuye la velocidad
de giro o de cizalla tan rápidamente como resulte posible en el instrumento
utilizado, y el par de fuerza que se ejerce o fuerza de cizalla, se registra para
varios puntos de la curva descendente. Después se deja permanecer en
reposo la pintura en el viscosímetro durante un período de tiempo tal como
10min, de tal forma que nuevamente recupere la tixotropía perdida como
consecuencia de la agitación a la que fue sometida durante las
determinaciones. A continuación se vuelve a hacer girar la copa a velocidad
progresivamente mayor, tomándose a intervalos regulares los datos de fuerza
de cizalla que se desarrollan para diferentes valores de velocidad de rotación, y
hasta que se vuelva a alcanzar el punto A. Los datos para esta curva
ascendente se van registrando a intervalos de 5 a 10 min.
Cuando la distancia entre las dos curvas, o el área comprendida en el, es
grande, la tixotropía de la pintura es de valor considerable. La distancia que
separa las curvas ascendentes y descendentes, se puede considerar como un
dato arbitrario para cuantificar en forma aproximada la tixotropía del producto,
mientras que la porción de línea recta en la curva descendente, representa la
viscosidad plástica del producto. En ausencia de tixotropía ambas curvas son
coincidentes en una sola. Son cóncavas hacia el origen de coordenadas las de
los fluidos pseudoplásticos y líneas rectas en el caso de líquidos “newtonianos”.
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Para los controles de rutina no se precisa la determinación de todos los datos
necesarios para el establecimiento de las dos curvas completas. A la muestra
se le hace girar a una velocidad de rotación determinada (rpm) para alcanzar
una velocidad de cizalla seleccionada arbitrariamente y se mantiene en ella
hasta que no exista una mayor destrucción del estado tixotrópico. Este punto
así obtenido podría ser uno tal como el B, en la curva descendente. A
continuación se sigue con el procedimiento normal, pero tomando solamente la
lectura del valor correspondiente al punto B en la curva ascendente. Si se
mantiene la velocidad de giro en B la fuerza de cizalla caerá hasta alcanzar la
correspondiente al punto B.
Las propiedades reológicas tienen gran importancia, tanto durante la aplicación
de las pinturas como en el aspecto final que se obtiene con ellas, e influye
decisivamente en la brochabilidad y en la capacidad de extensión e igualación
de la superficie obtenida después de la aplicación. Aunque las fuerzas de
cizalla desarrolladas durante la aplicación a brocha son relativamente elevadas
y las que se ponen de manifiesto durante el proceso de nivelación son bajas,
ambos valores caen fuera de la región en que trabaja el Interchemical
Viscometer. Asbeck y colaboradores han estudiado un método de alta cizalla
para las velocidades de brochabilidad, así como Bergen y Patterson estudiaron
flujos viscosos anormales para valores de velocidad de cizalla muy bajos.
Street ha hecho un análisis matemático de los conceptos desarrollados en el
estudio reológico de los sistemas de pinturas.
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La dilatancia es una circunstancia reológica según la cual la viscosidad
aumenta al hacerlo la velocidad de cizalla o deslizamiento a que se encuentra
sometido el sistema. Se presenta a veces en suspensiones altamente
concentradas y se supone que es una consecuencia de las partículas sólidas;
se disponen de tal forma que entre ellas existe un mínimo espacio hueco,
originándose un aumento en la viscosidad del sistema, cuando se aumentan
los espacios huecos por la agitación. Se puede decir que este tipo de sistema
resulta raro entre las pinturas normales utilizadas en recubrimientos orgánicos.
1.19.1. Definiciones y unidades de viscosidad
La viscosidad, en general, es una característica normal en los líquidos, y que
en los de tipo “newtoniano” la velocidad del flujo o deslizamiento resulta
proporcional a la fuerza aplicada sobre los mismos. La unidad de viscosidad es
el “poise”, diciéndose que un líquido tiene una viscosidad de un poise cuando al
ejercer sobre él una fuerza de cizalla de una dina, se produce una unidad de
giro o flujo. El símbolo más comúnmente empleado para representar esta
unidad es la letra griega eta (η).
La viscosidad cinemática es aquella que se obtiene al considerar el peso
específico del líquido y su efecto sobre la viscosidad. Los valores para ésta se
obtienen al dividir la viscosidad determinada por procedimientos normales y
expresada en poises por la densidad del líquido a la misma temperatura. La
unidad de la viscosidad cinemática es el “stoke”.
La fluidez es el valor recíproco de la viscosidad, y su unidad de medida es el
“rhe” que normalmente se designa por la letra griega fi (Φ).
La consistencia o viscosidad plástica es la condición que muestran los fluidos
en los que se combina la presencia de un umbral de esfuerzo inicial necesario
(yield value) y de una tixotropía. El umbral inicial corresponde a la fuerza que
se precisa aplicar para que se comience el flujo y se representa por la letra f.
La tixotropia es la propiedad según la cual un fluido pierde parte de su
consistencia cuando se le somete a una agitación que vuelve a ser recuperada
cuando se deja nuevamente en estado de reposo. La viscosidad plástica se
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representa por la relación lineal, entre la velocidad de flujo y la fuerza de cizalla
después de eliminada la tixotropía por agitación. Las unidades de viscosidad
plástica es el “poise” y se representa por la letra griega “my” (µ). La movilidad
es el valor inverso de la viscosidad plástica y su unidad es el “rhe”.
La viscosidad pseudoplástica tiene lugar cuando la pintura fluye con más
facilidad que la que le correspondería a la fuerza aplicada, pero sin que exista
presente el umbral de esfuerzo inicial ni destrucción de tixotropía, así como
tampoco figura de histéresis o bucles en el diagrama tensión-fuerza.
1.19.2. Fuerzas que originan la consistencia o viscosidad
Los dos tipos de fuerzas más importantes que producen la consistencia o
viscosidad en los fluidos son la fricción interna que producen entre sí el
deslizamiento de capas contiguas en el seno del fluido y las fuerzas de valencia
secundarias que se establecen entre moléculas contiguas.
Las fuerzas por valencias secundarias entre moléculas de líquidos polares son
superiores a las que existen entre moléculas de productos no polares, por
consiguiente, aquéllos presentan viscosidades superiores a los no polares con
peso molecular equivalente. Por ejemplo, los siguientes valores muestran que
el agua, líquido fuertemente polar, tiene valores de viscosidad superiores para
pesos moleculares inferiores, que los hidrocarburos no polares, tales como el
pentano y heptano:
Otro ejemplo del aumento de la consistencia al incrementar la polaridad, se
tiene en los productos: etano, alcohol etílico, ácido acético y ácido oxálico. Su
polaridad aumenta según el orden dado, y lo mismo ocurre con la viscosidad,
de tal forma que el primero de ellos es gas, los otros dos líquidos, y el último
sólido. Las moléculas de estos productos son similares, ya que tienen en todos
los casos dos átomos de carbono en su estructura, pero difieren ampliamente
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en las fuerzas que ejercen las valencias secundarias entre sus moléculas. El
efecto de aumento de peso molecular sobre la viscosidad resulta evidente por
la simple comparación entre el monómero etileno y el polímero polietileno. El
primero es un gas, mientras que el polímero es un sólido gomoso de elevada
elasticidad. Se pueden hacer comparaciones similares entre los monómeros de
acrilonitrilo y tetrafluoretileno y sus respectivos polímeros, pero los polímeros
de estos productos altamente polares resultan mucho más duros y menos
elásticos que en el caso del polietileno totalmente exento de polaridad.
La adición de sólidos en el seno de los líquidos aumenta la complejidad de las
fuerzas que afectan la consistencia o viscosidad del sistema. El efecto que
tienen los pigmentos sobre el conjunto puede ser considerado en base a tres
factores fundamentales: concentración del pigmento, tamaño y forma de las
partículas y grado de humectación que se consigue en las mismas. La
presencia de una concentración baja en pigmento, como en el caso de los
esmaltes, deja libre una considerable cantidad de vehículo entre las partículas
de pigmento. Como consecuencia de ello, el umbral de fuerza inicial o “yield
value” es pequeño, y la mezcla presenta unas buenas propiedades de flujo y
gran capacidad de igualación de sus superficies después de su aplicación. La
presencia de un agente floculante puede estructurar el conjunto del sistema en
forma tal que se precise un umbral de fuerza inicial superior, y con ello se
reduzcan las características de flujo del mismo. Este es el fundamento del
empleo de determinados agentes o aditivos en la formulación de esmaltes
brillantes que tienden a reducir el flujo de los productos formulados y, con ello,
evitar la tendencia al descongelamiento.
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En los casos de concentraciones pigmentarias elevadas, como en pinturas
mates utilizadas en decoración, la cantidad de vehículo libre existente en el
seno de la pintura es bastante inferior, por lo que su capacidad de fluidez
resulta menor y el umbral de fuerza inicial requerido superior. En estos casos
pueden conseguirse mejoras en las propiedades de aplicación mediante la
adición de agentes humectantes, pero, de cualquier forma, resulta evidente que
no será fácil el obtener unas condiciones de aplicación similares a las de los
esmaltes debido a la menor cantidad presente de vehículo libre.
Frecuentemente se mejoran las características de flujo sustituyendo un
pigmento de alta absorción por otro de baja absorción. La forma de las
partículas del pigmento afecta también a la consistencia; en general, el laminar
o acicular origina grados de tixotropía superiores que cuando se emplean los
tipos nodulares o esféricos. Kienle ofrece un ejemplo de la influencia que ejerce
la forma de las partículas del pigmento sobre la consistencia o viscosidad de
las pinturas. En su trabajo utilizó dos azules de ftalocianina de cobre, que
presentaban prácticamente las mismas superficies, pero con diferente forma
cristalina en cada caso. Los valores muestran que la forma cristalina beta
produce unos valores de viscosidad plástica considerablemente superiores, así
como también un umbral de fuerza inicial más elevado que cuando se utiliza la
forma alfa. En ambos casos ensayó con tintas de imprenta utilizando aceite de
linaza como vehículo de dispersión. Green y Fischer discuten con detalle las
relaciones matemáticas existentes entre el tamaño y forma de las partículas y
la viscosidad obtenida. Las ecuaciones se basan en la consideración de formas
esféricas, existiendo diferentes factores que hacen que los datos obtenidos no
siempre sean de utilización. Street establece que “se precisa una mayor
información de detalle acerca de las propiedades desarrolladas en las
suspensiones por partículas de tamaño y forma conocida, así como sobre la
determinación de los potenciales (zeta) para poder realizar mayores progresos
que conduzcan a la completa resolución de todos los problemas de flujo de las
suspensiones”.
Se acepta, que el grado de humectación de la superficie de los pigmentos tiene
una considerable influencia sobre las propiedades reológicas de los sistemas,
pero no se conocen procedimientos adecuados para la determinación del
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mismo a pesar de los diferentes sistemas propuestos para ello. Puede facilitar
la visión sobre la complejidad de los fenómenos de humectación en los
pigmentos, el representar en forma idealizada las condiciones que tienen lugar
cuando los pigmentos se encuentran presentes en el seno de la pintura en
forma dispersa, floculada, humectada, etc.
Debe tenerse presente que las partículas de pigmento retienen sobre su
superficie cantidades considerables de aire y/o de humedad que se encuentran
adheridas sobre ellas mediante fuerzas muy enérgicas. Para conseguir una
buena dispersión, es necesario desplazar estos productos firmemente
adheridos y sustituirlos por las moléculas del vehículo. Cuando el aire o la
humedad no se eliminan convenientemente pueden quedar localizados por la
superficie del pigmento. La atracción que se ejercen estas zonas de aire o
humedad localizadas en dos o más partículas próximas entre sí, puede ser un
motivo de floculación; en el seno del conjunto floculado los espacios que no se
encuentran rellenos de aire o humedad lo están por el vehículo.
El pigmento, puede encontrarse completamente humectado, y en este caso
una posterior adición de humedad puede ser motivo de floculación por la
absorción preferente de ésta sobre áreas localizadas en las superficies de las
partículas, lo que origina la atracción de estas zonas entre sí, y con ello la
floculación de la dispersión. Naturalmente, se pueden conseguir efectos
similares con la adición de otros agentes de floculación que no sean
precisamente agua.
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También puede darse el caso de presencia de áreas activas localizadas sobre
la superficie de las partículas del pigmento que pueden ejercer atracción
suficiente sobre áreas existentes en otras partículas cargadas en forma
opuesta, de forma que estas atracciones den lugar a la asociación de partículas
en conjuntos floculados, sin que por ello tengan que estar presentes ni
humedad ni aire. La fuerza que ejercen estos dipolos de atracción puede variar
según las condiciones y características de las mismas. Por todo ello, el grado
de floculación también puede variar desde la formación de discretos centros de
floculación hasta la simple orientación de las partículas en una estructura
cerrada.
Cuando la fuerza de atracción entre las partículas que constituyen estos
núcleos de floculación es muy fuerte, no pueden ser rotas con facilidad
mediante una simple agitación, y en este caso aparecerán después de la
aplicación y sobre la película seca en forma de pequeños gránulos. Por el
contrario, cuando las fuerzas de atracción son débiles, los aglomera dos
floculados se rompen fácilmente por simple agitación o por el empleo de
fuerzas de cizalla durante la aplicación a brocha, pero vuelven a aparecer si el
sistema se deja en reposo, originando diferentes grados de tixotropía.
La adición de un agente humectante generalmente mejora las condiciones de
dispersión.
La distribución en el tamaño molecular en el vehículo también puede ejercer
una considerable acción, por lo que durante el proceso de polimerización de los
aceites o de elaboración de las diferentes resinas es conveniente determinar de
una forma concreta la especificación de su viscosidad. Una fabricación de
aceite polimerizado se obtiene con una viscosidad excesiva y, para hacer
disminuir ésta hasta el valor específico, se mezcla con aceite crudo, esta forma
de actuar puede originar dificultades durante el proceso de pigmentación y
dispersión como consecuencia del margen tan amplio en los pesos moleculares
que así se obtiene en el vehículo final. Existen muy pocos datos disponibles
que nos permitan ilustrar este efecto, pero Payne y sus colaboradores
obtuvieron una amplia gama en las viscosidades de tintas de color rojo y
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amarillo con sólo variar la distribución del tamaño molecular en el vehículo,
cuya composición respondía a barnices de aceite de linaza polimerizado
(barnices litho en la industria de tintas) y a una resina gliceroftálica con peso
molecular mucho más elevado que cualquiera de los aceites utilizados.
La viscosidad de las tintas aumenta al aumentar la complejidad molecular del
vehículo, y ello independientemente del hecho de que la viscosidad original
fuera la misma. Las tintas rojas fueron pigmentadas con un pigmento rojo litol
toner de bario, y las amarillas con un amarillo cromo claro, manteniéndose
constante la relación pigmento-vehículo en cada formulación del mismo color.
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1.20. Factores que afectan al comportamiento de los recubrimientos de superficies.
La importancia relativa depende del tipo de recubrimiento y de las condiciones
de su uso. En algunos casos son todos importantes y el fallo del sistema puede
ser provocado por descuidar cualquiera de estos factores. Existen cinco
factores.
1.20.1. Formulación
Se deben usar los ingredientes, combinados en las proporciones exactas, para
obtener las características deseadas del producto en cuestión.
1.20.2. Fabricación
Las materias primas deben mezclarse de una manera apropiada para obtener
un recubrimiento satisfactorio. Las resinas, aceites y barnices deben cocerse o
elaborarse de una manera adecuada, los pigmentos deben estar debidamente
dispersos y los productos extraños eliminados o separados, y el producto
envasado y enviado al cliente en perfectas condiciones de uso.
1.20.3. Preparación de la superficie
El trabajo requerido para preparar un substrato, al cual se aplica el
recubrimiento, depende del tipo de recubrimiento utilizado. La eliminación de la
pintura vieja, herrumbre, suciedad, aceite, grasa, agua, etc., cae dentro de la
preparación de la superficie, como también el lijado, decapado y otras
operaciones que facilitan la adherencia.
1.20.4. Métodos de aplicación
Los diversos métodos de aplicación para los cuales han sido concebidos los
recubrimientos, sus ventajas y limitaciones y el espesor correcto de la película.
1.20.5. Secado
Los elementos que transforman un recubrimiento líquido en una película
protectora dura, tenaz y duradera. Aunque es inevitable una considerable
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variación de las condiciones de secado cuando los recubrimientos se secan al
aire libre, los materiales secados en estufa necesitan, un control riguroso del
tiempo y la temperatura. Una cocción corta puede ser la causa de un acabado
blando, poco endurecido, de escasa impermeabilidad, de poca duración o con
otros defectos, mientras que una cocción excesiva puede provocar
decoloración, levantamiento de ampollas y una excesiva fragilidad.
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1.21. Bibliografía.
• Tecnología de pinturas. Tomo II. Henry Fleming Payne. Editorial
BLUME. España, (1973).
• Tecnología de los recubrimientos de superficie. Dean H. Parker. Ed.
Urmo (1970).
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