Pinturas y Recubrimientos protectores Propiedades – Formulación - Características Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP 2015

Pinturas, Recubrimientos protectores – Temario Pinturas y recubrimientos. Componentes. Propiedades físico – químicas. Mecanismos de secado/curado. Clasificación Ensayos asociados a las pinturas y recubrimientos. Mecanismos de formación de película. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Diferencias y similitudes Para el proceso de fabricación, pinturas y recubrimientos protectores suelen utilizarse indistintamente. Desde el punto de vista estricto de la protección del sustrato, los recubrimientos protectores tienen un mayor desempeño y características específicas. Las pinturas suelen ser fabricadas con resinas naturales y/o levemente refinadas, que proveen un menor desempeño que los recubrimientos protectores. Los recubrimientos protectores son fabricados con resinas y pigmentos diseñados específicamente para la tarea que desempeñará. Un recubrimiento protector puede ser diseñado para tener características de fuerte resistencia al medio corrosivo, erosión, expansión y contracción, resistencia al despegue catódico, descompresión rápida, etc. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Componentes de las pinturas y los recubrimientos Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Componentes - Solvente Las funciones principales del solvente o disolvente son: Disolver el ligante (solvatación). Reducir la viscosidad para la pintura y recubrimiento. Control del secado de la película húmeda. Control de la adherencia y de la durabilidad de la película seca (los solventes se evaporan en el aire y producen contaminación) Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Solventes mas comunes Cetonas: Metil Etil Cetona (MEK), Metil Isobutil Cetona (MIK) Ésteres: Acetato de Butilo, Acetato de Etilo Hidrocarburos aromáticos: Tolueno, Xileno Hidrocarburos alifáticos: solventes minerales (cortes), aguarrás. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Conceptos importantes – Asociados al ligante Materiales Termoplásticos Pueden ser ablandados o endurecidos de modo reversible por calentamiento o enfriamiento respectivamente. Por ejemplo: el Polietileno, Polipropileno, Poliestireno. Recubrimientos Termoplásticos Forman la película al evaporarse los solventes orgánicos, y permanecen sin cambios químicos, y resultan así solubles en sus propios solventes. Materiales Termorígidos Sufren un cambio químico durante la formación, de modo tal que no pueden ser ablandados por calentamiento. Por ejemplo: materiales epoxídicos, baquelita, esmaltes sintéticos. Recubrimientos Termorígidos. Sufren una reacción química para formar una película que es insoluble en los solventes utilizados usualmente. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Conceptos importantes 2 – Curado y Secado Proceso por el cual un recubrimiento cambia de un estado líquido a un estado sólido debido a la evaporación del solvente, a reacciones físico químicas del medio ligante, o una combinación de estas causas. Curado Proceso por el cual un recubrimiento cambia de un estado líquido o sólido, en estado termoplástico, a una película protectora seca, estable en estado sólido, por acción de una reacción química con oxígeno, humedad o aditivos químicos, o bien por la aplicación de calor o radiación. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ligante El ligante, con frecuencia llamado “resina”, es el componente que forma la película de recubrimiento. Es un polímero sólido de alto peso molecular en la película curada. Los ligantes más empleados son polímeros alquídicos, acrílicos, epoxídicos y poliuretánicos. El El ligante es el encargado de mojar las partículas del pigmento y cargas y las liga unas a otras junto al substrato. Es el responsable de la mayoría de las propiedades del recubrimiento. Por esta razón, los tipos genéricos de recubrimientos, son generalmente clasificados en función de sus ligantes. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Propiedades de los recubrimiento asociadas al ligante Mecanismo y tiempo de curado. Rendimiento en diferentes ambientes. Rendimiento sobre diferentes substratos. Compatibilidad con diferentes recubrimientos. Flexibilidad. Resistencia a las condiciones del clima. Adhesividad al substrato y a otros recubrimientos. Facilidad de aplicación, aceptación de ser recubierto con otras capas. Reparación. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Pigmentos Paradójicamente a lo que uno piensa, los pigmentos y cargas, no solo agregan color o hacen mas económico el recubrimiento. Estos también sirven para otorgarle características y/o propiedades específicas. Algunas características particulares de los mismos son: Parte sólida y más pesada del recubrimiento. Puede ser un material natural o bien sintético. Tienen diferentes formas, esféricas, laminares, aciculares y tamaños. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Propiedades que le otorgan los Pigmentos a los recubrimientos Opacidad (poder cubritivo) Color Resistencia a la corrosión Propiedades de la película húmeda Resistencia al clima y a la humedad Nivel de brillo Refuerzo Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Opacidad La propiedad de opacidad que se busca lograr en algunos recubrimientos son: Oculta el substrato en la menor cantidad de capas aplicadas. Protege a los ligantes orgánicos de los rayos UV del sol. El dióxido de Titanio es el pigmento más utilizado en recubrimientos blancos y claros. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Poder cubritivo de los diferentes pigmentos (usuales) Poder cubritivo relativo, de los diferentes y principales pigmentos utilizados en la industria Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Medición del poder cubritivo de los recubrimientos – ASTM D2805 Para medir el poder cubritivo de una pintura / recubrimiento, se emplean “dameros”. Se aplican sucesivas capas de pintura en húmedo, de manera cruzada sobre la interfase blanco-negro, o sobre damero rayado. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Pigmentos inhibidores de corrosión (permitidos) Óxido de Cinc Fosfato de Cinc Molibdato de Cinc Borosilicato de Calcio Fosfosilicato de Cinc Metaborato de Bario Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Pigmentos inhibidores de corrosión (no permitidos o en desuso) Óxido de Plomo rojo Óxido de Plomo blanco Cromato de cinc Cromato de Estroncio Silico Cromato básico de Plomo Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Mecanismo de acción de los Pigmentos inhibidores de corrosión Suelen ser pigmentos ligeramente solubles en agua. Son apropiados para los materiales de fondo y protecciones temporales. No son adecuados para inmersión. Sus óxidos suelen ser voluminosos Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Diferentes materiales de recubrimiento que recubren un sustrato Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Propiedades que imparten las cargas o extendedores a los recubrimientos Son considerados como pigmentos “secundarios”, de “relleno” o extendedores (filler). Ejemplo: talco, sílice, silicatos, etc. Permiten controlar la viscosidad, el Contenido de Pigmentos en Volumen (CPV) y el nivelado de la película húmeda, y el asentamiento. Son relativamente económicos. Brindan poco poder cubritivo. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Contenido de Pigmentos en Volumen (CPV) La relación pigmento / resina se expresa como CPV (concentración de pigmento en volumen). CPV = 𝑉𝑃𝑖𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 (𝑉𝑃𝑖𝑔𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 + 𝑉𝐿𝑖𝑔𝑎𝑛𝑡𝑒) Puede variar de modo amplio, entre 0 y un valor llamado CPCV (concentración de pigmento en volumen crítica). Con valores cercanos o iguales al CPVC, el recubrimiento presenta una mayor permeabilidad, pero mejor resistencia al ampollado (blistering). Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Propiedades en función de las variaciones de CPV Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Brillo en función de la CPV Considerando que el resto de los parámetros se mantienen constantes, se consigue mayor brillo con: Menor CPV (mayor proporción de resina). Una dispersión más fina del pigmento en el vehículo. Solventes de evaporación lenta. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Mecanismo de formación de película Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Resumen de recubrimientos en base al mecanismo de formación de película Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Medición de brillo La medición de brillo en pinturas y recubrimientos, se puede realizar con un equipo portátil de calibración simple, utilizando como guía la norma ASTM D528. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Aditivos Pueden ser agregados a los recubrimientos para impartirles propiedades especiales. Son considerados parte del ligante o bien del pigmento, dependiendo si se encuentran presentes en fase líquida o sólida. Aditivos que se agregan en la fase líquida (ejemplos): Agentes de mojado para ayudar a dispersar componentes en los recubrimientos que contienen agua. Productos que evitan el asentamiento, la formación de una película superficial (skinning), u otro deterioro del recubrimiento líquido durante el almacenamiento. Biocidas para estabilidad en el envase. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Aditivos Secantes para acelerar el curado de los recubrimientos de base aceite. Plastificantes para impartir flexibilidad al la película curada. Biocidas para prevenir la formación de moho sobre la película seca. Aditivos que pueden ser agregados en la fase sólida, o bien incorporados más tarde en la película húmeda (ejemplos): Agregado fino para proveer una superficie anti-deslizante (cuarzo). Esferas de vidrio finas para reflejar la luz. Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Propiedades deseadas en una capa de recubrimiento Buena adherencia al substrato y entre capas Baja permeabilidad Película continua Flexibilidad Resistencia a la abrasión Resistencia a la intemperie Resistencia al agua, a los hidrocarburos, a los productos químicos Resistencia al crecimiento de microorganismos Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Mecanismos de adherencia al sustrato y entre capas de recubrimiento Unión Mecánica Unión química Atracción electrostática Fuerza = 1/d6 (d ~ 0,5 x 10-9 m) Difusión del material de recubrimiento (adherencia entre capas) Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de Adherencia de los recubrimientos ASTM D3359 - Corte y luego despegue con cinta adhesiva ASTM D6677 - Corte con cuchilla ASTM D4541 - Método por tracción Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Preparación de la Superficie Generalmente se cree que el 60% al 80% de todas las fallas prematuras de los recubrimientos son atribuibles a una preparación de la superficie inadecuada o incorrecta. Los requisitos varían con cada proyecto, pero esta sección debería tratar con todas las partes del proceso de limpieza, que incluiría aspectos como: Inspección Previa – procedimiento para inspeccionar, identificar y corregir todos los defectos de fabricación Limpieza Previa – remoción de contaminantes como aceite, grasa, sucio, etc., con limpieza con solventes según una norma conocida [ej. SSPCSP 1 “Limpieza Con Solventes”]. Este paso debe hacerse antes de proceder con cualquier otra preparación de la superficie. Operaciones de limpieza conforme a normas de referencia

Un ejemplo de esto podría decir: Después de haber debidamente corregido todos los defectos de fabricación y que todas las superficies por recubrirse se han limpiado con solvente se procederá con el proceso de limpieza como sigue: Prepare las superficies limpias y secas mediante limpieza abrasiva usando DuPont StarBlast #6 de acuerdo con la Norma de Preparación de la Superficie NACE Nº 1/SSPCSP 5, “Limpieza Abrasiva a Metal Blanco”. La limpieza abrasiva deberá lograr un perfil superficial (también llamado perfil de anclaje) de 1,5 a 3,0 mils (38 a 75 μm) determinado mediante NACE RP0287, “Medición en Campo del Perfil de Superficial del Acero Preparado Abrasivamente Usando Cinta de Réplica.” Después de la preparación de la superficie del substrato, deberá eliminarse el abrasivo, polvo, etc. y aplicarse una capa de primario antes de que se presente cualquier corrosión perjudicial o recontaminación. Condiciones Ambientales que Afectan el Trabajo de Recubrimientos Las condiciones ambientales que pueden afectar un trabajo recubrimientos son:  Temperatura de la superficie (substrato)  Condiciones ambientales, incluyendo: o La temperatura o La humedad relativa o El punto de rocío o La velocidad del viento o Los contaminantes en el aire (ej., vapores químicos, escapes de automóviles, niebla salina [salitre]

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de Adherencia de los recubrimientos – ASTM D3359 Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de Adherencia de los recubrimientos – ASTM D4541 Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de dureza en recubrimientos Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de Flexibilidad en recubrimientos Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de Abrasión Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP

Pinturas, Recubrimientos protectores – Ensayos de resistencia a diferentes climas ASTM B117 – Cámara de niebla salina Cámara de Humedad DIN 50018 - Cámara de humedad con SO2 Ensayo cíclico (Prohesion test) UV Continuo Weather O Meter Química Aplicada – Ingeniería Mecánica UTN FRLP