INTRODUCCIÓN
Los sofisticados sistemas de recubrimiento de dos componentes, epóxico y de poliuretano,
son utilizados cada vez más por la industria, en preferencia a los productos convencionales
de un solo componente, debido a sus propiedades mecánicas y su protección a largo plazo
contra la degradación ambiental.
Ambas sistemas de recubrimiento de dos componentes, tanto el epóxico como el de poliuretano,
son del tipo de reacción en el que la resina base y el endurecedor se combinan justo
antes de la aplicación. Esto es cierto, tanto para los tipos libres de solvente y los base solvente
(vea la sección posterior). Una vez aplicado a la superficie, el recubrimiento cura, ya sea
inmediatamente (en los productos libres de solvente) ó después de que el solvente se ha
evaporado de la película (en los sistemas base solvente).
Esto es, resultado directo de una reacción química, ya que en ambientes agresivos estos
materiales ofrecen ventajas significativas a los recubrimientos de un componente, los cuales
secan o curan por oxidación de la superficie.
En este artículo se discutirán las virtudes relativas de los sistemas epóxicos y de poliuretano en
sus diversas formas y provee una guía básica de las propiedades de los dos sistemas.
QUÍMICA
A fin de entender completamente las diferentes propiedades de la película y la aplicación
de cada producto, vale la pena tener conocimientos básicos de su química.
Resinas Epóxicas.
Las resinas epóxicas consisten de una cadena molecular con un grupo reactivo epoxi en cada
extremo de la cadena. Cada tipo de resina epóxica en particular, varia en virtud de su
estructura específica y del largo de la cadena entre los grupos epoxi. Por ejemplo: cadenas
cortas dan resinas líquidas, mientras que cadenas largas dan resinas sólidas.
Una variedad de agentes, se pueden utilizar para el curado de los epóxicos, pero para las
aplicaciones del recubrimiento, los principales endurecedores son base amina. Cuando son
mezclados con la resina epóxica, el “grupo activo” de la amina reacciona con el “grupo
activo” Del epóxico y se forma un enlace químico, el cual liga la cadena de la resina con la
del endurecedor. Una vez que todos los grupos amino han reaccionado con los grupos
epoxi se obtiene una red tridimensional.
Una característica importante del mecanismo de curado es que existe una proporción de
resina a endurecedor predeterminada. Si se tiene un exceso de ambos componentes, no se
podrá obtener una red completamente entrecruzada, ya que algo de uno u otro componente
quedará sin reaccionar en la red polimérica y por lo tanto las propiedades mecánicas
del recubrimiento se degradarán. Esta es la razón por la que los fabricantes de los sistemas
epóxicos hacen énfasis en la importancia de que se mezcle exactamente en la proporción
especificada. Las propiedades de los recubrimientos terminados dependen básicamente
del tipo de resina y endurecedor usados. Las resinas epóxicas sólidas tienen moléculas grandes,
por lo cual, la distancia entre los puntos de entrecruzamiento es más grande, lo que tiene
como resultado mayor flexibilidad y películas elásticas, en cambio las resinas líquidas con
cadenas cortas proporcionan películas duras y resistentes, debido a la mayor densidad de
entrecruzamiento.
Resinas de Poliuretano
Hablando técnicamente, el término epoxi se refiere solamente al componente de la resina
sin curar, mientras que poliuretano es el término genérico para el producto curado, que es
formado por la reacción química entre un poliol y un poliisocianato.
Cuando los dos componentes son mezclados los grupos hidroxilo (-OH) en la resina, reaccionan
con los grupos de isocianato (N=C=O) en el endurecedor y se produce una estructura
molecular tridimensional conocida como poliuretano.
Sólo un grupo isocianato puede reaccionar con un grupo hidroxilo, así que hay una proporción
ideal de moléculas de endurecedor a moléculas de resina, la cual dará las propiedades
mecánicas óptimas. A pesar de este hecho, es posible variar levemente esta proporción
con el objeto de modificar las propiedades mecánicas del sistema. Esto es porque el endurecedor
de isocianato, también es capaz de entrecruzarse con el mismo, en presencia de
humedad del ambiente.
Mayor cantidad de endurecedor de la proporción óptima, producirá recubrimientos duros,
más quebradizos y con mayor resistencia a ataques químicos, mientras que menos cantidad
de endurecedor, tendrá el efecto opuesto: la película será más flexible y la resistencia a la
degradación disminuirá.
Por lo tanto, un recubrimiento de poliuretano puede ajustarse a cierto grado de variación de
la proporción de mezcla pero no sin tener efectos en las propiedades de la película terminada.
En general, los sistemas de poliuretano curan más rápido que su contraparte los epóxicos. Sin
embargo, pueden ser difíciles de manejar cuando curan en condiciones de humedad y b
ajas temperaturas, por la afinidad del isocianato a la humedad, y esto puede resultar en un
curado inadecuado y frágil.
La función principal de un recubrimiento, ya sea que se utilice como primer, recubrimiento
intermedio ó acabado final, es proteger al sustrato al que es aplicado, y en algunos casos,
para mejorar su apariencia. Para considerarlo efectivo, debe brindar el nivel de protección
necesaria en el tiempo, en contra del deterioro ambiental y mecánico. Con el fin de lograr
este nivel de desempeño, buena adhesión a la superficie, resistencia a la humedad y a la luz
solar (ultravioleta), son esenciales.
La tabla 1 provee una guía para el desempeño relativo de los sistemas de dos componentes
epóxicos y de poliuretano.
Aparentemente, los sistemas epóxicos son particularmente convenientes para usarlos como
primer y recubrimientos intermedios por su buena adhesión y resistencia al agua, mientras
que los poliuretanos ofrecen muy buena estabilidad del color y retención del brillo, por lo
tanto, tienden a ser utilizados como recubrimientos finales donde se requiere un acabado
cosmético, (esto es cierto en los sistemas tipo alifático, ya que los aromáticos no tienen buen
desempeño a la luz solar.
Donde se requiere buena adhesión y resistencia al agua, así como alto brillo y estabilidad
del color (es decir, no amarillamiento) los sistemas epóxicos y de poliuretano pueden ser utilizados
en combinación con el mismo sustrato.
SISTEMAS EPÓXICOS BASE SOLVENTE Y 100% SÓLIDOS
Actualmente son utilizados dos métodos para formar una película de epóxico sobre un sustrato.
El primero involucra el uso de una resina líquida y un endurecedor líquido que son mezclados
juntos y aplicados al sustrato. El segundo método comprende una solución de resina
y endurecedor en un solvente que está diseñado para evaporarse una vez que el material
ha sido aplicado como una película delgada.
Un recubrimiento 100% sólidos o sin solvente es producido por el primer método, mientras
que el segundo es referido para un recubrimiento base solvente. Como no es posible fabricar
resinas de poliuretanos con bajas viscosidades, todos los recubrimientos de resina de poliuretano
son base solvente.
Cada sistema tiene sus ventajas y desventajas, un resumen de ello está en la tabla 2.
La mayor ventaja de los sistemas sin solvente, es que un recubrimiento de mayor espesor se
puede obtener en una sola aplicación. Otra característica que ofrecen, son las buenas propiedades
de relleno.
En comparación, los sistemas base solvente están normalmente limitados a un espesor de
película húmeda de aproximadamente 75 micrones, ya que un mayor espesor podría dar
como resultado un atrapamiento de solvente, que prolonga el secado y puede llegar a obtenerse
un recubrimiento
Semicurado.
Sin embargo, la ventaja de un recubrimiento 100% es más que compensada por la desventaja
del pot life corto en los sistemas sin solvente, lo cuál puede dar problemas, si se desea
recubrir áreas grandes. Este problema puede solucionarse utilizando equipo de mezclado y
espumado con calentamiento, pero el rendimiento del trabajo de recubrimiento, tiene que
ser el suficiente para justificar el gasto de capital en ese equipo. El pot life del sistema base
solvente, no presenta los mismos problemas ya que los solventes usados tienen un efecto retardante
en el tiempo de gelado.
Adicionalmente, los sistemas epóxicos sin solvente pueden tolerar subproductos superficiales,
causados por la interacción de las sustancias químicas del sistema con agua y CO2 en el aire
y que debería haberse quitado antes de recubrirlo.
Otro problema con los sistemas epóxicos sin solvente, es su potencial susceptibilidad a la
humedad que puede resultar en un efecto de blush en la superficie acabada. Esto es provocado
por los agentes de curado de aminas activas, que son usados para lograr una película
delgada de curado rápido. Éste, tiende a reaccionar con agua y por lo tanto, se deben tomar
cuidados para no aplicar el sistema en un ambiente húmedo. Los sistemas epóxicos base
solvente, no sufren en el mismo grado este problema, mientras se empleen resinas sólidas
y endurecedores del tipo aductos.
Los dos tipos de sistemas, no toleran la misma degradación por luz ultravioleta. Generalme
te, los sistemas epóxicos base solvente presentan mayor estabilidad y claridad a la luz.
NOTA:
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están basadas en el conocimiento y la experiencia de HIMSA y se presentan en este boletín
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