Los recubrimientos a base de pinturas, barnices y otros productos afines se utilizan tanto en interior como al exterior donde se exponen a la radiación solar directa durante largos periodos de tiempo. Por esta razón, es muy importante estudiar los efectos que podrán producir la radiación solar, el calor, la humedad y otras tensiones climáticas sobre las propiedades de los polímeros.
Este deterioro en los recubrimientos se puede observar mediante la pérdida de propiedades como:
- Decoloración y/o cambio de color
- Pérdida de brillo
- Ampollamiento
- Oxidación
- Agrietamiento
- Descamación
- Enyesado
La velocidad de este deterioro varía dependiendo de la sensibilidad del material y el espectro de luz que le incide, es decir, no se verá afectado de la misma forma por la radiación solar, un sustrato plástico, que una resina o que un pigmento.
Para entender el fundamento de la degradación de los recubrimientos frente la irradiación solar, primero debemos entender cómo se constituye esta radiación solar. Conoce cómo afecta la radiación solar en este artículo.
Por lo tanto, una forma de evaluar la degradación de los recubrimientos consiste en la exposición exterior a la radiación solar. Un inconveniente de estos tipos de ensayos es que, para observar los defectos producidos por la radiación solar, pueden pasar largos periodos de tiempo, incluso años. Por el contrario, a menudo es necesario determinar de manera más rápida los efectos de la luz, el calor y la humedad sobre las propiedades físicas, químicas y ópticas de los recubrimientos. Estas tipologías de ensayo se pueden conseguir mediante los ensayos de envejecimiento artificial acelerado.
Estas tipologías de ensayo se reproducen bajo condiciones más controladas que las que se pueden reproducir en ambientes naturales, con el objetivo de acelerar la degradación del recubrimiento y provocar su fallo. Para realizarlos, necesitaremos de cámaras de envejecimiento artificial acelerado.
Existen dos tipologías distintas de estas cámaras:
- Cámara de envejecimiento artificial mediante luz de arco de xenón (Q-sun).
- Cámara de envejecimiento artificial mediante lámparas UV (QUV).
Las dos tipologías de cámaras reproducen los daños causados por la luz solar y por la lluvia mediante dos mecanismos diferentes. Por un lado, tenemos el Q-sun, con el cual podemos realizar ensayos de envejecimiento artificial acelerado simulando el total del espectro solar. Por el otro, mediante el QUV, podremos realizar ensayos de envejecimiento artificial acelerado simulando solamente la irradiación correspondiente a la luz ultravioleta, que será la irradiación más agresiva de todo el espectro solar.
Hoy nos centraremos en los ensayos mediante luz de arco de xenón (Q-sun).
Principio básico
Con la cámara de envejecimiento artificial mediante luz de arco de xenón, podemos ensayar de manera acelerada, la degradación de todo tipo de recubrimientos a la exposición de la irradiación solar y a la lluvia, todo esto variando las condiciones de temperatura y humedad para hacer los ensayos lo más agresivos posibles, consiguiendo a la vez, observar los fallos que le ocurrirían al recubrimiento a largo periodo (años) en un ambiente no acelerado.
Para poder llegar a conseguir estas condiciones de envejecimiento artificial aceleradas, debemos tener en cuenta que se debe recurrir a condiciones climáticas que no se reproducirían en un ambiente natural, es decir:
- Debemos ensayar mediante lámparas de arco de xenón que emiten un espectro similar al solar pero no igual. Para poder llegar a emitir el espectro de irradiación más similar posible al solar, debemos hacer uso de filtros de luz.
Para poder acelerar los ensayos, debemos simular el efecto más agresivo de la radiación solar, en un periodo constante y duradero. Este periodo de mayor irradiación solar se produce durante el solsticio de verano al mediodía. Mediante las condiciones operativas del Q-sun, podemos trasladar este periodo concreto a ensayar continuamente durante largos periodos de tiempo. Mediante este proceso, podemos evaluar cómo se degradan los recubrimientos a largo plazo, sacrificando la correlación en ambientes naturales debido a las variaciones de irradiación solar a lo largo del año o de la situación geográfica.
Estructura
El Q-sun tiene todas las herramientas necesarias para poder llegar a obtener las siguientes condiciones de envejecimiento artificial aceleradas:
- Fuente luminosa: Es la parte encargada de emitir la irradiación necesaria para degradar los recubrimientos. En el caso del Q-sun estará formada por 3 lámparas de arco de xenón que emitirán radiación desde una longitud de onda mínima de 270 nm que se extenderá por todo el espectro visible hasta el infrarrojo. Si bien es la fuente luminosa que simula en mayor precisión el amplio del espectro solar, requiere de filtros de luz para reproducirlo con mayor exactitud.
- Filtros de luz de la radiación de las lámparas: Sirven para conseguir las condiciones de irradiación más similares posibles al espectro solar. La tipología de filtros más recomendada para probar materiales y recubrimientos diseñados para su uso exterior son los filtros de luz diurna. Estos filtros producen espectros casi equivalentes a la luz solar directa de verano al mediodía y permiten obtener la mayor correlación entre la luz de arco de xenón y las exposiciones naturales en el exterior.
- Sistema de pulverización de agua: Es el sistema encargado de aportar humedad a las probetas para acelerar su degradación. Este sistema viene asociado con un sensor de humedad que controla en todo momento que la humedad esté en los intervalos correspondientes.
- Controladores de temperatura de la superficie de los recubrimientos mediante el sensor de temperatura de superficie negra: Mediante este tipo de sensor que absorbe prácticamente toda la radiación, podemos controlar la temperatura máxima a la que puede llegar la superficie de un recubrimiento durante un ensayo.
- Termómetro para medir la temperatura ambiental en el interior de la cámara durante el ensayo.
- Soporte para las probetas: Es el soporte plano donde se ubican las probetas con los recubrimientos aplicados a ensayar.
Evaluación de los resultados
Todos los productos sometidos a ensayo son evaluados periódicamente de los siguientes parámetros:
- Decoloración o cambio de color mediante un espectrofotómetro de color comparando las probetas ensayadas con probetas de referencia.
- Pérdida de brillo del recubrimiento ensayado comparando con las probetas de referencia mediante brillómetro.
- Defectos superficiales susceptibles de aparecer por la degradación del recubrimiento como son el ampollamiento, oxidación, agrietamiento, descamación o enyesado.
Conclusiones
- Mediante los ensayos de envejecimiento artificial acelerado podemos reproducir a corto plazo, la degradación de todo tipo de recubrimientos que en una exposición natural tardarían largos periodos de tiempo (años) en aparecer.
- Los ensayos de envejecimiento artificial acelerado mediante el uso de lámparas de xenón y filtros de luz de día proporcionan el espectro de irradiación más similar al espectro solar.
A mayor duración del ensayo, el recubrimiento es más susceptible a ser degradado y como consecuencia, a presentar decoloración o cambio de color, perdida de brillo o defectos superficiales tales como el ampollamiento, oxidación, agrietamiento, descamación o enyesado.
