martes, 12 de marzo de 2013

1.4.- COMPOSICIÓN DE MATERIALES. SECADO FÍSICO Y QUÍMICO.



            Para una adecuada elección del producto de acabado a aplicar en cada trabajo, es necesario un conocimiento profundo de la naturaleza y comportamiento de cada producto, sus propiedades, limitaciones, forma de reaccionar, etc… 

            La NITROCELULOSA nació como un medio para poder manipular y transportar fácilmente el TNT. Químicamente, es el resultado de combinar la celulosa con el tolueno nitrado, por lo que en sus orígenes se le conoció como algodón pólvora, y de ahí la fama de producto altamente peligroso que tiene.



            La nitrocelulosa se presenta para su formulación en la industria de barnices bien humectada, con un alcohol (normalmente isopropanol), o con un plastificante. El motivo es dar más seguridad en el transporte y manipulación, y facilitar la disolución posterior sin que los productos que la acompañan perjudiquen las formulaciones.

            Una vez en las fábricas la precaución básica es diluirla con los disolventes adecuados (acetatos y cetonas), formando soluciones que luego servirán de base en el producto final.

            Pero la nitrocelulosa diluida no puede servir directamente como barniz, sería excesivamente rígido y quebradizo, por lo tanto le adicionamos una serie de productos que modifican su comportamiento, entre los cuales están plastificantes (resinas o polímeros) disolventes, agentes de lijado, etc…




            La mayor importancia en los productos nitrocelulósicos estriba en la adecuada plastificación (sin excesos que lo dejarían muy blando, ni defectos que lo cuartearían), y la correcta evaporación de disolventes. Este último extremo es de suma importancia, debido a que el endurecimiento de estos productos se produce por simple secado, la tendencia a secar en la superficie de contacto con el aire es muy alto, con lo que se cierra la salida de los disolventes dejando los más lentos ocluidos, y una película aparentemente seca, pero con el tiempo esos disolventes tienden a emigrar y provocar grietas en la superficie.

             Los productos nitrocelulósicos pueden ser de fondo y acabado. La formulación básicamente es la misma, tan sólo los aditivos y cargas y agentes de lijado las diferencias. Expondremos la formulación tipo:

Producto en la fórmula                                  Fondos                                               Acabados

Nitrocelulosa                                                 5 a 6 %                                   5 a 6%
Resina alquídica                                            25 a 30%                                20 a 30%
Plastificante                                                   2 a 3%                                    2 a 3%
Estearato de zinc                                           3 a 4 %                                   ----------
Ceras y matizantes                                         -------                                      1 a 3%
Aditivos de superficie                                               -------                                      1 a 2 %
Disolventes (mezcla)                                     65 a 57%                                71 a 56%
Contenido en sólidos                                    23 a 30%                                20 a 29%
              
            Las cualidades de los productos nitrocelulósicos más apreciadas son su rapidez de secado y lijado, su simplicidad de trabajo (al ser monocomponentes) y el tacto agradable que suelen tener sus acabados al ser similar y cálido como la madera.

            Por el contrario, sus defectos están en la poca resistencia química frente a los agentes domésticos, su nula resistencia al exterior, su tendencia al amarilleo y cambio de color, no poder dar capas gruesas ni exceso de capas aunque sean finas (para tapar el poro) porque a la larga agrietarían, y el escaso contenido en sólidos.

            También son los productos más sensibles a la humedad en la aplicación, precisando de elementos correctores durante la misma con frecuencia (disolventes antivelos), lo que complica la aparente simplicidad de uso.
   
            Los productos nitrocelulósicos han reducido su importancia cuantitativa en el acabado del mueble, pero han encontrado un cambio de utilidad en estos momentos como capas finales de muebles de alta calidad (en especial mueble de estilo) por su agradable tacto, en muebles de estilo rústico por su escaso contenido en sólidos y sensación de madera, así como en el mueble ecológico y elementos de madera en contacto con alimentos o juguetes, por su nula toxicidad una vez secos( siempre que se cuide la formulación para estos fines).

            También se utiliza en trabajos de obras por no precisar mezclas ni tener un pot.life limitado, y en trabajos de bricolage por su simplicidad. Su porcentaje de participación sobre el total de los barnices está en torno al 6 a 9% y es difícil que continúe bajando, salvo que los productos al agua, que serán sus principales competidores, se introduzcan rápidamente.



   
POLIURETANO

          Para la madera de forma importante se emplearon en época relativamente reciente (En España entraron sobre 1969-70) y al principio competían con poliesteres, nitrocelulosas y endurecibles al ácido. En sus comienzos no parecía que iban a sobresalir, sino más bien al contrario que serían dominados por las endurecibles al ácido, que sobre el papel ofrecían mejores prestaciones. Pero el paso del tiempo impuso la ventaja indiscutible del poliuretano, que no es otra que su capacidad para endurecer con total independencia de las condiciones externas. Es decir, su reacción no se ve afectada por el frío, el calor no la presión, y tan sólo la humedad puede afectar en algún caso, siendo beneficiosa incluso en otros en que actúa como un componente más de la reacción.



            Su desarrollo ha sido importante en los treinta años que tiene de vida comercial, tanto  que ha pasado a ser el 60% del mercado de barnices, cuadruplicando al mayor de los restantes sistemas. Tan sólo el empuje de los ultravioleta por su rapidez y los sistemas ecológicos representan una amenaza para ésta familia de ligantes.

            Y hablamos de familia de ligantes porque el poliuretano no puede considerarse un grupo aislado o una resina unitaria, es en la actualidad una nomenclatura genérica de un sistema en el que participan gran cantidad de productos diversos. Por lo tanto se establece una primera clasificación atendiendo a su forma de reacción:

-          Poliuretanos de un solo componente, que secan por la humedad del ambiente y los hay puros o combinados con otras resinas, en general sintéticas o gliceroftálicas.

-          Existen algunos que secan mediante acción de las ultravioletas, que luego veremos más adelante.

-          Poliuretano de dos componentes, secan mediante la reacción de una resina con grupos hidrófilos, en su molécula (OH) con un polímero de isocianato.


  
A las resinas que constituyen la parte fundamental de cada componente de poliuretano les acompañan en la formulación los disolventes que sirven de vehículo, aditivos que modifican o mejoran alguna de las prestaciones y a veces otras resinas o ligantes que les dan unas propiedades determinadas. Las fórmulas tipo de fondos y acabados son:

Fondos:

-          resinas (alquídica, poliéster o acrílica)
-          Ligante de secado físico (puede o no llevarlo y ser nitrocelulosa u otro)
-          Estearato de Zinc (agente de lijado)
-          Disolvente (esteres, cetonas e hidrocarburos)
-          Excepcionalmente pueden llevar aditivos antiespumantes o nivelantes, y a veces cargas que reducen el precio y mejoran el lijado, aunque pierde transparencia.

Los acabados tienen formulación semejante, a excepción del estearato de zinc, que se sustituye por ceras y sílices para bajar el brillo y los aditivos de extensibilidad, antiespumantes e incluso que mejoran el tacto. Estos últimos suelen ser siliconas que pueden perjudicar el repintado o reparación de las piezas, cosa que hay que tener en cuenta cuando se trate de volver a barnizar piezas acabadas.

            El acabado es más frecuente que lleve ligante de secado físico, en la formuación, y dentro de éstos la nitrocelulosa es la preferida por su mejora del secado, la extensibilidad y sobre todo el tacto tan natural que le confiere. Cierto es que no pueden llevarla los poliuretanos acrílicos cuando queramos que sean no amarilleantes, porque la nitrocelulosa amarillea.
  
La formulación tipo del endurecedor es:

-          Poliisocianato, puede ser aromático o alifático y lento o rápido.
-          Disolvente (mezcla de esterea cetonas e hidrocarburos).

El contenido en sólidos de la mezcla de un poliuretano incoloro no es fácil que supere el 42% a su viscosidad de aplicación, siendo lo normal en fondos que oscile entre el 32% al 42% y en acabados del 32% al 38%. Los acrílicos oscilan entre el 22 al 28%. En el primer componente o parte A, suele ser superior, y el endurecedor ha de tener mínimo de sólidos en torno al 27-28% para que sea estable en el almacenaje.

            Al trabajar con poliuretano hemos de conocer una serie de premisas que nos servirán para elegir cuál de los muchos tipos que hay en el mercado se ajustará más a nuestras necesidades de acabado del mueble. A grandes rasgos serán:

-          Si queremos utilizar un producto monocomponente debemos abrir el bote necesario para el trabajo del día. Los envases una vez abiertos no pueden volver a almacenarse, el contacto con el oxígeno del aire los estropea.

-          Los monocomponentes son muy prácticos para ser trabajados en atmósferas húmedas y dan una gran resistencia química y mecánica, pero admiten mal las radiaciones solares, por lo que los debemos descartar para los trabajos de exterior a menos que sean en ambientes muy húmedos (un ejemplo claro de utilización al exterior son los timones y quillas de barcos que se hacen con madera)

-          Los fondos de poliuretano de dos componentes no acrílicos, tienen un tiempo de vida limitado a 4 o 6 horas de trabajo. Para conseguir mayor pot-life se recurre a modificarlos con nitrocelulosa, lo que les alarga la vida, mejora el lijado, pero pierden capacidad de relleno y sobre todo repintado. El acabado final nunca será tan terso como con un poliuretano puro.

-          Los fondos de poliuretano de dos componentes puros, suelen presentar problemas cuando se dan capas gruesas. El gramaje aconsejado nunca será superior a 180gr. Por metro cuadrado, debido al desprendimiento de CO2 de la reacción de los componentes. Este fenómeno se da en todos los poliuretanos, pero es más notable en fondos, primero porque tienen más sólidos y segundo porque se les suele aplicar más capa. También se presenta más en atmósferas cálidas y secas debido a que estas condiciones favorecen el secado rápido de la capa superficial dificultando la salida de los gases. Es un fenómeno muy peculiar y conocido al que se le da el nombre de piojillo o gaseo, y se manifiesta en forma de nube blanquecina que al mirarla con microscopio o lupa se aprecian las burbujas de gas ocluidas en la capa del revestimiento. Es obvio que siempre se manifiesta más en los lugares de mayor carga, descuelgues, bordes…

-          Por cuestiones de mojabilidad y los problemas anteriormente citados, nunca daremos una capa de producto encima de otra que no está completamente seca. Si el espacio de tiempo transcurrido entre capas es superior a las 24 horas debemos lijar la capa seca antes de aplicar la nueva. No hacerlo expone a tener problemas de adherencia, excepto cuando el producto tiene poca reticulación, que es removido por los disolventes de la capa nueva que aplicamos. Por precaución, siempre se debe lijar entre manos.

-          El poliuretano basándose en poliéster saturado suele emplearse en imprimaciones o fondos sellantes, también conocidos como puentes o vulgarmente como 1 a 1, esto último debido a que requieren tanta cantidad de isocianato que la relación de mezcla es a partes iguales. Son productos con gran resistencia química y por lo tanto el lijado entre capas es más necesario, si bien es siempre más difícil.

-          Cuando un poliuretano es más puro siempre es más frío o con sensación de plástico, esto es muy importante en las terminaciones porque la sensación de calidez se suele buscar en el mueble.

-          Un  problema que acusan muchas formulaciones del poliuretano es el ligero velo azulado, muy notable e importante cuando teñimos con colores oscuros, y queremos tapar el poro de la madera. Este se debe a varios factores, como las cargas, calidad de los agentes de lijado, tipos y calidad de los aditivos, tipos y calidad de las resinas, pero sobre todo a una mala adecuación de los isocianatos del endurecedor con la resina del primer componente o a un exceso de endurecedor. Cuando se trabaja con la variedad de resinas que hoy día tenemos en poliuretano, hay que conocer muy bien las limitaciones y necesidades de las mismas para saber hasta donde llegar, y por parte del aplicador respetar las proporciones de mezcla y la calidad de los disolventes que adiciona.

-          La utilización del poliuretano acrílico está encaminada fundamentalmente a la obtención de recubrimientos no amarilleantes en acabados a poro abierto. No obstante también pueden utilizarse por su gran resistencia a las grasas, su grado de mate, poco contenido en sólidos, etc.. Y en ese caso si no importa el amarilleamiento se le adiciona un endurecedor con isocianato aromático. Es factible hacerlo aunque es poco recomendable.

-          El poliuretano acrílico tiene un tiempo de vida superior al resto, y es difícil conseguir brillos elevados con éste tipo de resinas. Son pulibles a las 72 horas aunque nunca llagan a dar altos brillos.

-          Una precaución importante con el poliuretano sea cual sea su naturaleza es que si queremos que un sistema no amarillee, hay que dar cada capa de producto cuando la anterior está con su proceso de endurecimiento avanzado, e incluso mejor terminado. Esto referido al mundo del trabajo normal, es no dar manos de producto sobre otra, con menos de 24 horas de intervalo de tiempo. Si no se respeta esta norma el amarilleamiento del barniz se puede producir y de forma totalmente imprevisible.



 -          Productos de secado físico y químico
-          Conocimiento e importancia de productos auxiliares


En una parte de la fabricación del mueble tan importante para el producto final como es el acabado del mismo y teniendo en cuenta los múltiples factores que afectan a sus procesos, es una condición imprescindible para el logro del objetivo final, tener un conocimiento amplio de la composición de los productos, modo de funcionamiento, reacciones, formas de manejo, etc..

            El conocimiento de todo ese complejo sistema nos dará una seguridad a la hora de elaborar un acabado y sobre todo nos situará en disposición de conseguir la auténtica meta que pretendemos y que no es otra que la elección acertada de cada producto en función del tipo de mueble, uso al que se destina y medios de los que disponemos.

            Los productos químicos tienen unas formas de comportamiento siguiendo unos parámetros determinados.

            Ese comportamiento se denomina Quimismo, y lo podemos definir como las leyes que cumplen los productos en sus reacciones químicas para conseguir su estado de equilibrio.

            Dicho de otro modo, y tomando como ejemplo el cuerpo humano, el quimismo es similar al intercambio de oxígeno en los órganos vitales. El oxígeno entra en el organismo en forma de gas, se une con la sangre en los pulmones, el corazón bombea esa sangre a todos los órganos, donde se descarga el oxígeno y regresa de nuevo a los pulmones para reiniciar el ciclo.

            De la misma manera, un barniz de acabado se impulsa sobre una pieza y allí inicia un proceso que varía según la naturaleza del producto y condiciones, pero que no es más que el cumplimiento de una serie de principios hasta que se convierte en un sólido que aporta al mueble las condiciones requeridas.




   

1.- Productos de secado Físico

1-1.- Rígidos: base disolvente (Nitrocelulosa y goma laca)
                        Base agua (acrílicos)

1-2.- Flexibles: Sintéticos (diluibles con aguarrás)
                          Clorocauchos (de menor uso)

2.- Productos de secado por reacción química:

2-1.- Catalizados químicamente: Poliuretano, Endurecidos por ácido y Poliéster Redox.

2-2.- Catalizados por otros medios: Temperatura, infrarrojos, Ultravioletas, Microondas e Iones.

            Los dos últimos son claramente testimoniales, al existir muy pocas instalaciones que utilicen dichos medios de secado, pero deben figurar como constancia de su existencia y posibilidad de desarrollo futuro.

PRODUCTOS DE SECADO FISICO

            Se denominan de esto modo aquellos productos cuyo paso de estado líquido a sólido se realiza mediante la evaporación del solvente que les sirve de vehículo.

            En condiciones de elevada temperatura o baja humedad relativa, el secado será más rápido, y a la inversa cuando la temperatura sea inferior o la humedad del ambiente alta.

           Dentro de los productos de secado físico separamos dos grupos: los rígidos y los flexibles.

            Los rígidos son aquellos que al evaporar el solvente que sirve de vehículo presentan una gran cohesión, resultando una estructura cristalina, y por lo tanto frágil. El solvente puede ser orgánico, lo que vulgarmente llamamos disolvente, aunque el disolvente puede ser casi cualquier mineral o simplemente acuoso.

            Los flexibles se diferencian de los anteriores en que la película sólida resultante tiene una elasticidad que permite absorber movimientos del soporte o pequeños impactos.
         
PRODUCTOS DE SECADO POR REACCION QUIMICA

            Denominamos así a aquellos productos cuyo secado y endurecimiento se realiza por la presencia y acción de un elemento externo que puede ser otro producto químico o de un fenómeno físico.

            Aquí se debe insistir en la diferencia del concepto de secado y endurecimiento. De forma coloquial ambos conceptos se unen en un proceso de aplicación de un acabado, pero en realidad son dos fenómenos muy diferenciados.

            El secado es la simple evaporación del solvente que sirve de vehículo a las resinas para su aplicación, de forma similar a los materiales del secado físico.

            El endurecimiento es una fase por la cual los productos reaccionan entre sí dando lugar a moléculas finales más grandes y complejas. Tenemos por lo tanto en los productos de reacción, dos fases diferenciadas: la de secado o evaporación y la de reacción propiamente dicha.

  
CONOCIMIENTO E IMPORTANCIA DE LOS PRODUCTOS AUXILIARES

            Hasta ahora hemos considerado los productos de acabado como si estuvieran formados por un único componente que les presta todas las propiedades.

            Realmente esto no es así. Los materiales de acabado son mezclas de elementos químicos, puros o combinados entre ellos.

            Siempre hay un elemento o compuesto dominante que es el que le da las propiedades básicas, y es acompañado por una mezcla de disolventes que sirven de vehículo, y unos auxiliares que mejoran o modifican su comportamiento.

            Estos auxiliares son:

-          Agentes de lijado: Normalmente estearato de zinc, que facilita la entrada y el deslizamiento del abrasivo.
También se pueden utilizar ceras y algún mineral como el talco o el caolín, en función de las propiedades finales que deseamos obtener. Hay que conocer que el estearato de zinc es fruto de una reacción química entre un aceite y un metal, y que puede estar no terminada, quedando ácido libre presente, o ser invertida descomponiendo el producto, perjudicando el acabado.

-          Cargas. Aparte del Zinc o el caolín, existen otras como el carbonato cálcico, el sulfato cálcico, que junto a los anteriores se emplean para disminuir la cantidad de resinas en el producto sin rebajar el contenido en sólidos del mismo.
Se trata de abaratar el acabado sin perjudicar la capacidad de relleno. Esto es algo posible en muchos casos y en otros incluso favorece el comportamiento del material, pero también se da con frecuencia como engaño.

-          Agentes de matizado: suelen ser ceras de polietileno o de polipropileno y sílice. Su misión es situar el nivel de brillo del producto dentro de los límites que deseamos. De forma secundaria podemos obtener a veces mejoras en el tacto, deslizamiento, evitar que las piezas se adhieran en el apilado, etc…

-          Aditivos: que pueden ser antiespumantes, para evitar las burbujas de aire que se provocan en el manejo de los productos por agitación, turbulencias de los equipos, y para facilitar la salida de aire contenido en el poro de la madera. También hay aditivos que mejoran la extensibilidad de los productos, la humectación de los pigmentos y las cargas, el tacto, el filtrado de la luz evitando el cambio de color de la madera, etc…

-          Disolventes: que más que unos auxiliares son básicos en la formulación, pero al ser unos elementos que evaporan no son considerados como tales. Los disolventes son los vehículos, y tal es su función. Para valorarla adecuadamente hemos de pensar que si unas buenas comunicaciones, un buen sistema de transporte, da riqueza y comodidad a los países, empresas y personas, un buen vehículo de transmisión de la resina a la pieza mejorará el trabajo y el resultado final.







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