Introduccion AMBOS

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

PFC. EUETIB INTRODUCCIÓN E HISTORIA PROYECTO FINAL DE CARRERA. FABRICACIÓN DE UNA PINTURA JUNIO 2005

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


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


III

1.20.4. Métodos de aplicación

1.20.5. Secado

1.21. Bibliografía. 112


1

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


2

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.


3

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.


12

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,


17

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.


18

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.


19

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


20

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


21

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.


22

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


23

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


24

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.


25

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.


26

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.


27

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


28

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.


29

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


30

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


31

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


32

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,


33

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.


34

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,


35

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.


36

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


37

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%


38

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


39

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.


40

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.


41

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


42

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


43

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.


44

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


45

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.


46

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


47

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


48

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


49

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.


50

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.


51

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.


52

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


53

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


54

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


55

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,


56

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


57

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


58

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.


59

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


60

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.


61

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.


62

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.


63

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;


64

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


65

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.


66

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.


67

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


68

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.


69

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,


70

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.


71

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


72

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.


73

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,


74

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%.


75

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


76

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.


77

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


78

irreversible de las mismas, se originan productos de muy difícil y, a veces,

imposible aplicación.


79

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.


80

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


81

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.


82

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


83

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.


84

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


85

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.


86

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.


87

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.


88

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


89

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


90

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.


91

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


92

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


93

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.


94

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.


95

- 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


96

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.


97

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.


98

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


99

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.


100

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


101

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”.


102

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.


103

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


104

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


105

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.


106

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


107

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.


108

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


109

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.


110

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


111

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.


112

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).

Introduccion AMBOS

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