barnizado de la madera

Barnizado de la Madera

Juan A. GabaldónLic. CC Químicas

jagabaldon@gmail.com

Introducción

• La madera se caracteriza: 1) Es un Material Natural y Orgánico. 2) Es un Material Anisótropo. 3) Es un Material Poroso. 4) Es un Material Higroscópico. 5) Composición Química Compleja (Celulosa, Lignina, Extractivos)

Introducción

Industria de la Madera – Sectores 1) Mueble: Doméstico, Oficina, comercial. 2) Flat Stock: Paneles, Parquet, embalaje Plano, etc. 3) Carpintería: Marcos de ventana, puertas, vigas, vallas, etc.

Introducción

Por el riesgo a que esta sometida la maderaExterior: Expuesta a variaciones de humedad,

ataque biológico y radiación UV.

Interior: Menores riesgos, pero rayado, desgaste, agentes domésticos, etc.

Introducción

Penetración: Necesaria para Adhesión y Protección; La penetración va a depender de la tensión superficial de la mojabilidad e inversamente proporcional a la viscosidad.

1/2 L = (g cos r t / 2 ) Debido a la mayor absorción del disolvente por los

microporos la viscosidad aumenta al ir penetrando, hasta que cesa la penetración.

Introducción

Adhesión: Va a depender de la Tensión superficial de la madera (zonas, extractivos, etc.).

Penetración en la madera. Tensión Higroscópica por Absorción de Humedad, debida a

diferencias de dilatación. (Adhesión Húmeda). Rugosidad Madera. Progresivo endurecimiento del barniz, que disminuye la adhesión. Posibilidad de formar enlaces.

Introducción

Promoción de la Adhesión: Tratamiento de la madera (Plasma, Ionización). Lijado de la madera. Incorporación de Promotores de Adhesión (Plastificantes

y/o grupos polares). Reducir Absorción de humedad (reticulando el polímero

o con grupos hidrófobos). (Adhesión en Húmedo). Grupos reactivos con la celulosa (NCO, epoxi).

Introducción

Control de Humedad en la Madera:• Transporte de agua líquida, a través del recubrimiento,

hasta la madera (Absorción de agua).• Transporte de vapor de agua, a través del recubrimiento,

hasta la madera (Absorción de vapor de agua).• Transporte de vapor de agua, a través del recubrimiento,

desde la madera (Desorción de vapor de agua )

Introducción

El transporte a través del recubrimiento incluye:• Absorción en la superficie del film.

• Solubilización en la matriz polimérica • Difusión a través de la matriz, debido al gradiente de

concentración.• Desorción del film en la región interfacial entre el film y el

sustrato de madera.• La velocidad de Permeación P = D S (Difusión y

Solubilidad).

Introducción Barnices como protectores de Humedad:

La protección aportada por un acabado en la exclusión de humedad de la madera, depende de un gran número de factores. Entre los que están espesor de film (el coeficiente de difusión es inversamente proporcional al espesor), defectos y huecos en el film, tipo de pigmento, composición química del aceite o polímero, relación pigmento vehículo (PVC), gradiente de presión de vapor a través del film y duración de la exposición (cuanto más larga, menos efectiva será la protección). El grado de protección también dependerá de la clase de exposición

IntroducciónBarnices y Protección de Humedad (II): Las pinturas porosas, tales como los látex, las pinturas

mates o “respirables” en medio disolvente y con concentraciones de pigmento en volumen superiores el 40-45% proporcionan poca protección contra la humedad. Estas pinturas permiten una rápida entrada de vapor de agua y de agua procedente del rocío o de la lluvia. En el caso del Latex, además de ser porosos los acabados contienen tensoactivos, que incrementan la absorción de agua tanto en la pintura como en la madera, especialmente al poco tiempo de ser aplicados. Con el tiempo dichos tensoactivos van siendo extraídos y mejora algo la impermeabilidad.

Introducción

Fotodegradación Madera: Producida por radiación UV.Al principio variación de color (agrisamiento, amarilleo).Perdida de lignina (sensible a 340-400 nm) y delaminación

superficial, rotura, mayor rugosidad, debido al desgaste diferencial entre madera primaveral y estival.

Introducción

Protección frente a fotodegradación: Estabilización de la superficie de la madera con aditivos

que atrapen radicales, como antioxidantes. Aunque en la madera extractivos fenólicos pueden jugar ese papel.

Adición de absorbentes UV al barniz . Adición de un HALS en la imprimación. Utilización de productos pigmentados que impidan que

la radiación UV alcance la madera.

LASURESSe trata de proteger la madera con un recubrimiento, pero

manteniendo lo mejor posible su aspecto natural.“ LASUR: Producto Líquido que produce una película

transparente o semi transparente, empleado para la decoración y protección contra la intemperie y que permite un fácil mantenimiento. Estos productos pueden contener biocida(s) para proteger la película y/o la interfase de madera contra el enmohecimiento o la formación de Hongos”

LASURESLasures Impregnantes de espesor inferior a 5y entre el

15-20% de sólidos.

Lasures de Capa gruesa con sólidos hasta el 40%.

Lasures muy impregnantes y formadores de película, con aplicaciones de hasta 150 grs/m2.

Además pueden contener pigmentos (ox. de Fe, transparentes), fungicidas, absorbentes UV, repelentes de humedad, etc.

Lasures al Disolvente

Son los más antiguos, están basados en aceites secantes o semisecantes y Alcídicas de secado oxidativo. En ambos casos el secado es por oxidación reticulando a través de los dobles enlaces y mediante la adición de unos secantes.

Hoy en día tienen más interés las Alcídicas secantes, para la obtención de las cuales los aceites más empleados son: Linaza, Soja, Tung, Cártamo y Ricino deshidratado (más secante que el de ricino).

Resinas Alcídicas

Se obtienen por reacción de un polialcohol, poliácido y ácidos grasos (aceites después de la alcoholisis).

Se clasifican por su contenido en aceite en: Cortas: Menos de un 45% en aceite. Medias: Entre un 45-60% en aceite. Largas: Más de un 60% en aceite.

Resinas Alcídicas

La longitud de aceite determina su solubilidad y polaridad (a más aceite menor polaridad), velocidad de secado, dureza, amarilleo, brochabilidad y extensibilidad.

Se pueden modificar, así con colofonia, se obtienen resinas más duras, mejor secado, brillo y adherencia pero mayor amarilleo.

Reaccionando con diisocianatos se obtienen Alcídicas Uretanadas, mayor dureza y secado, mejores resistencias abrasión y Químicas. Amarilleo dependerá del tipo de Isocianato.

SECANTESCatalizan la reacción oxidativa.Primarios: Secado Superficial Co,Mn, V, Ce y Fe

Secundarios: Profundidad: Incrementan actividad de primarios, Pb,

Zr, Al, Nd, Bi, Ba y Sr. Auxiliares: Secado en profundidad y estabilizan a

primarios, Ca, K, Li y Zn

Secundarios más utilizados Zr, Ca, Ba y Zn

Secantes

Además de combinaciones sinérgicas de secantes, hay acelerantes para los secantes, como 2,2-Bipiridina y 1,10-Fenantrolina. Funcionan como quelantes que acomplejan a los secantes primarios, evitando su absorción por los pigmentos o su hidrólisis en medio acuoso.

Agentes Antipiel MEKO o Hidroquinona, para evitar oxidación superficial en envase.

Autooxidación• Periodo de Inducción.

• Iniciación. R – H + X* = R* + X – H • Formación de Hidroperóxidos. R* + O2 = R – O – O *• R – O – O* + R – H = R* + R – O –O – H • Descomposición de Hidroperóxidos en radicales libres.

• R – O – O – H = R – O * + * O – H • Reticulación: R* + R – O * = R – O – R

• Reacciones Colaterales

Lasures al AguaPor su naturaleza emulsiones o dispersiones. Emulsiones de alcídicas

Dispersiones Acrílicas, Vinílicas, Poliuretano.

Más “respirables”, no fragilizan con el tiempo, menor amarilleo.

Menor penetración.

Defectos en Barniz Exterior

Ampollamiento (Blistering).

Pelado y Cuarteo (Cracking).

Caleo.

Decoloración. (UV, Hongos, Extractivos, Manchas)

Industria del Mueble(Barnizado)

En Europa es el 15% del total de la industria de Pinturas y Barnices.El primer pais es Italia (27%), Alemania (21%) España+Portugal (16%)

Escandinavia (125).Tecnología: Productos al Disolvente 75% Productos al Agua 15% Curado Por Radiación 10% Tipos de Sistema: Poliuretano (PUR) 33% NC 20% Catalizables al Ácido (AC) 12% Agua 15% Sistemas UV 10% Poliester Insaturado 8% Otros 2%

Industria del Mueble

Sectores de Utilización:

Mueble 60% Carpintería 19% DIY 11% Barnizado de Paneles 10%

Barnizado Mueble de Estilo

Blanqueo de la Chapa Cola Fijadora Teñido Fijado del Tinte Tapaporos Fondo lijable Patinas y/o Glaseadores AcabadoOtros efectos: Chorreado de arena, etc.Mucha mano de obra, en general acabados muy cubrientes y de alto

brillo en series pequeñas.

Barnizado Mueble Moderno Alimentador automático. Lijado (Calibrado) Tintadora a Rodillo Secado del Tinte. Espatuladora Secado UV Rodillo Reverse (aplicación de fondo) Secado UV Lijadora automática Máquina de Cortina (Acabado) Túnel de secado aire caliente. Apilado automático. Proceso rápido y tecnificado

Características de los Barnices para Mueble

Características de Protección: Frente a decoloración y amarillamiento. Resistencia a agentes Domésticos. “ a Disolventes. Adhesión. Resistencia a cambios de temperatura (Cold-check). Resistencia al rayado (marring, scratch).

Las propiedades de protección dependerán también del uso al que vayan a ser sometidos.

Características de los Barnices

Propiedades estéticas: Textura: Poro abierto, poro cerrado, soft-feel, etc. Tacto: Suavidad, sedosidad, etc. Nivelación: Aspecto liso, no piel de naranja u otros defectos

superficiales, matizado uniforme. Color: o transparencia, avivado de la madera. Brillo.

Elección del BarnizCaracterísticas del Soporte: Porosidad, extractivos, humedad, forma

de la superficie (plana, curva, vertical, etc.).

Medios de Aplicación y Secado: Aplicación a Pistola, rodillo, cortina, secado por calor, IR, UV, tiempos de secado, etc. Lijado (manual, a máquina).

Características del Barniz: Color (Transparencia), brillo, cualidades de adherencia y resistencia a los fines que se buscan. Acabado a poro abierto o cerrado, etc.

Consideraciones Medio Ambientales: Utilización de disolventes, eliminación de los mismos, gestión de residuos, no utilización de tóxicos, etc.

Propiedades Generales de los Barnices

Ligantes:(Polímeros, Oligómeros), Termoplásticos o Termoestables. Mw, Tg, Solubilidad (Miscibilidad), Ecuación WLF.

Viscosidad en función del disolvente: Tg sol = Tg pol - k w w fracción molar del disolvente; k cte. del para

polímero/disolvente.

)()(lnlnTgTBTgTA

Tg

Propiedades Generales de los Barnices

Disolventes: Polaridad Disolventes con bajo contenido en enlace de H. “ Aceptores de enlace de H. “ Aceptores-Dadores de enlace de HParámetro de Solubilidad: Ev/V) exp ½Propiedad aditiva permite predecir solubilidad.Velocidad de Evaporación: Lentos, Medios, Rápidos. Velocidad de

evaporación en el film.Otras Propiedades: Conductividad, viscosidad, tensión superficial,

Inflamabilidad, Toxicidad, (COV)

Propiedades Generales de los Barnices

Pigmentos y Cargas: Partículas sólidas dispersas en el ligante

PVC = VP/(VP+VL)

Pigmentos : Inorgánicos (Titanio, Oxidos de Fe), y Orgánicos(negro de humo, ftalocinina, quinacridonas, etc.

Cargas: Carbonatos, Baritas, Talco, Estearato Zn (lubricante lijado)

Propiedades Generales de los Barnices

Aditivos: Plastificantes (DOP, DBP). Inhibidores o Acelerantes de Secado. Estabilizantes a la luz (absorbentes UV y HALS) Tixotrópicos (Bentonitas, Silices, derivados ac. ricino) Espesantes agua derivados celulosa, arcillas modificadas, espesantes asociativos. Agentes de flujo y Nivelación: Siliconas, acrílicos, ACB, dte Antiespumantes. Humectantes y Dispersantes. (Hiperdispersantes) Varios : Promotores de adherencia, Matizantes, Retardantes de llama, correctores de resistividad, biocidas, aromatizantes, etc.

Propiedades Generales de los Barnices

Tensión Superficial: Afecta a nivelación: Es mejor a espesores altos (x) y viscosidades bajas.

El mejor factor es mantener la viscosidad baja, sin que se produzca descuelgue.

dtx

aa

t

30 3.5ln

Propiedades Generales de los Barnices

Tensión Superficial (Gradiente).- Cuando hay zonas con diferente tensión superficial se producen movimientos del fluido de zonas de baja a alta tensión superficial. Así tenemos crátere, retracción, etc.

Propiedades de los Barnices

Reologia: Es la parte que estudia la deformación y el flujo.

Influencia del gradiente de Cizalla en Propiedades de la Pintura Gradiente s-1 Aplicación Viscosidad Requerida 10-6 - 10-2 Sedimentación Pigmentos o Cargas Alta 10-2 - 10-3 Flujo y Nivelación Baja Descuelgue Alta 100 - 102 Carga de pintura en brocha (rodillo) Alta 100 - 103 Mezcla, Agitación, Bombeo Baja 101 - 103 Rodillo Delantero Baja (pero depende del espesor a aplicar) 103 - 106 Brocha, Rodillo Reverse, Pistola Baja Arrastre (drag) de brocha Baja Espesor Aplicado (cuerpo) Alta

Propiedades de los Barnices

Reologia (descuelgue): El descuelgue crece rapidamente con el espesor y disminuye con la viscosidad.

300

3 gtxVd

Propiedades de los Barnices

Otros defectos de los Recubrimientos: Arrugamiento. Ampollas, Burbujas. Espuma. Pulverización.

Propiedades de los Barnices

Formación de Film Termoplásticos: Viene regida por la evaporación de disolventes, en la primera fase por la velocidad de evaporación de los disolventes. Hasta que la temperatura de secado se aproxima a la Tg, entonces la velocidad de secado disminuye y esta controlada por la de difusión del disolvente a través del polímer.

Formación de Film Termoestables: Hay además una reacción de reticulación que también incrementa la Tg. En estos casos la Tg final dependerá también de la temperatura de secado.

Propiedades Mecánicas

Material Viscoelástico: Tiene un comportamiento intermedio entre elástico (recuperable) y viscoso (disipable)

Propiedades Mecánicas

Flexibilidad y FormabilidadTensión InternaResistencia a la Abrasión (Mar y Scratch)Adhesión (y cohesión)Ensayos de Cuarteo (Cold-check).

Propiedades Mecánicas

Tensión Interna: Los tres factores que más intervienen son:

Formación de Film (Velocidad y Temperatura de secado) Variación de Temperatura Cambio de Humedad

Durante el secado se produce produce una contracción del film, que se ejerce en un plano paralelo al sustrato y cuyo valor es:

S = E S es la tensión, E el módulo elástico, la deformación y la

relación de Poisson.

Propiedades Mecánicas

Cálculo de : La deformación será:

Formación de Film: = (fs –ft)/3 f es la fracción en volumen del disolvente entre el punto de solidificación (s) y residual en el film seco (t).

Variación por Temperatura f – s) T; donde es el coef. De dilatación del film y del sustrato.

Variación por humedad: f – s) RH ; hinchamiento por absorción de humedad y RH la humedad relativa, los subindices f y s hacen referencia a film y sustrato respectivamente.

Propiedades Mecánicas

Tensión Interna Factores de los que depende. (PVC, disolventes,

rígidez, temperatura de secado y Tg). Influencia en la Adhesión y Cohesión (delaminación y

cuarteo) Ensayo de Cold - check

Propiedades Mecánicas

AdhesiónRugosidad de la superficieTensión InternaHumectación de sustratoInteracción recubrimiento-sustratoMovilidad Molecular

Propiedades, Tests y Controles

Ensayos en Condiciones Reales: Exposición Intemperie

Ensayos Simulados de Laboratorio: Ensayo acelerado de intemperie, UV, amarilleamiento, cold-check, apilado,

Estabilidad al almacenaje, estabilidad de mezcla, resistencia a agentes agresivos, a disolventes.

Ensayos Empíricos: Dureza, Abrasión, rayado, abrasión (Taber, uña) Adhesión (corte de Reja, despegue), slip

Otros tipos de ensayo no mecánicos

Grado de Curado Brillo Densidad Viscosidad Contenido en sólidos Contenido en Cargas