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Pigmentos inactivos: claves en la formulación

Conozca cómo sacarle mayor provecho a estas sustancias para elevar la calidad de sus pinturas.

Julián A. Restrepo*

Un pigmento activo, en su definición más básica, es un material sólido, inerte, en forma de polvo fino que tiene la propiedad de proveer color y opacidad (poder cubriente) a una pintura, y se diferencia de un colorante (otro material en forma de polvo fino que provee color), debido a que tiene la propiedad de que es insoluble en el medio en que se encuentra, en este caso el vehículo (mezcla de resina y disolventes), mientras que el colorante es soluble en éste.

Por tanto, es lógico esperar que las pinturas formuladas con pigmentos presenten sedimentación, mientras que las formuladas con un buen colorante no tendrán tendencia a presentar este fenómeno; claro, esto teniendo presente otros factores.

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Colorantes

La diferencia básica entre pigmento y colorante es pues que el primero es insoluble y el otro es insoluble en el medio en que se encuentra, pero hay algunos casos especiales en donde se pueden tener confusiones, por ejemplo:Se tiene una pintura formulada con un colorante soluble en disolventes orgánicos, pero insoluble en agua; si en un momento dado se formulara esta pintura en base acuosa, el colorante ya se comportaría como un pigmento, ya que es insoluble en el medio.

Supóngase (ejemplo con fines ilustrativos), que se tiene un pigmento que es soluble en ácidos; este pigmento en pinturas base agua o base disolvente será insoluble, ya que éstas normalmente se encuentran en pHs alcalinos, pero si se formulase una de estas pinturas a pHs ácidos, el pigmento se solubilizará en el medio y se comportará como un colorante.

Debemos decir que los colorantes se caracterizan por su alto esfuerzo tintóreo y baja opacidad, comparados con los pigmentos que proveen mayor opacidad, pero poseen menor esfuerzo tintóreo.En rigor, los pigmentos se clasifican en activos e inactivos, así como en orgánicos e inorgánicos, y también a su vez se pueden clasificar como naturales, sintéticos y artificiales.

Pigmentos activos

Decimos que un pigmento es activo cuando provee color y opacidad a la pintura, mientras que los inactivos no logran proveer color y opacidad a la pintura. En rigor, aquí entra en juego el concepto del PVC (concentración de pigmento en volumen, por sus siglas en inglés) como parámetro de formulación, ya que un pigmento inactivo puede contribuir al cubrimiento a PVCs cercanos o por encima del CPVC (PVC crítico), pero profundizar en este tema no está entre los objetivos de este trabajo.

En este punto es necesario hacer varios comentarios:

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En términos técnicos simples, el hecho de que las cargas no puedan proveer color ni cubrimiento a la pintura, se debe al hecho de que las cargas tienen un índice de refracción (IR) similar al de las resinas, que está entre 1.45 y 1.55 aproximadamente. Debido a que cuando ocurre la evaporación del disolvente, el pigmento queda embebido en la matriz polimérica, y se tiene que un pigmento activo provee color por el hecho de que su IR está por fuera del intervalo de 1.45 y 1.55, mientras que las cargas no pueden proveer color, porque su IR está dentro de este intervalo. El dióxido de titanio, por ejemplo, tiene un IR = 2.7.

Cuando tenemos un pigmento inactivo seco, observamos que tiene un color blancuzco (grisáceo, amarilloso, etc., dependiendo del tipo de pigmento y su pureza), esto es por el medio en se encuentra: El aire tiene un IR = 1.0, con lo cual aunque el pigmento inactivo tenga un IR entre 1.45 y 1.55, tiene color en el aire, ya que su IR es mayor que el del medio en que se encuentra.

La situación empieza a cambiar un poco cuando mojamos el pigmento, por ejemplo con agua, ya que veremos que el pigmento se tornará un poco más transparente, es decir, perderá parte de su color; esto es debido a que el agua tiene un IR = 1.33, con lo cual se empieza a acercar al intervalo del IR del  pigmento inactivo (incluso hay pigmentos inactivos que tienen IR < 1.33, con lo cual son transparentes en agua). Es decir, a medida que aumentamos el IR del medio en que se encuentra el pigmento inactivo, este se hará cada vez más y más transparente, hasta que el IR del pigmento inactivo = IR del medio, con lo cual se hará transparente para el ojo humano.

En otras áreas puede ser ventajoso encontrar pigmentos inactivos que sean transparentes en el medio, de manera que permite abaratar el sistema, porque permite incluir “un volumen de producto transparente” lo que aumenta el rendimiento del producto. En el caso de pinturas, por ejemplo, cuando se emplean agentes mateantes, se busca que estos reduzcan el brillo de manera apreciable, sin afectar la transparencia del acabado; es decir, que se note mucho su efecto en las propiedades, pero que no se note su presencia.

Debemos también volver la mirada a la definición de pigmento, en donde se habla de que es un material inerte e insoluble, ya que se tienen situaciones particulares: El carbonato de calcio (CaCO3) es un pigmento inactivo pero que posee cierta reactividad con ácidos; además de que no es completamente insoluble en agua y se puede decir que contribuye al aumento del contenido de iones del vehículo (agua), ya que una pequeña parte de iones calcio y carbonato se tendrán en el medio acuoso (recuérdese que el agua es el disolvente universal).

Finalmente, aunque los pigmentos inactivos por definición no proveen color al recubrimiento, es de mencionar que éstos contienen un cierto nivel de impurezas que llegan a modificar el color del recubrimiento final. Esto es más aplicable en el caso de cargas naturales relativamente de bajo costo, como el carbonato de calcio, caolín y talco, que contienen conocidas impurezas características.

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Pigmentos inactivos
Podemos decir que los pigmentos inactivos son aquellos que “no tienen actividad óptica” en el recubrimiento, ya que por definición no proveen color y opacidad, siendo insolubles en el vehículo, pero que tienen un precio mucho más bajo que el de los pigmentos activos (como el dióxido de titanio), y se utilizan fundamentalmente para abaratar el costo de las pinturas.

El nombre general empleado para designar el tipo de pigmentos que no proveen color es el de pigmentos inactivos, pigmentos inertes o simplemente cargas.

Pero a pesar de ser denominados simplemente cargas, en algunos casos, mediante una selección cuidadosa de un tipo específico de pigmento inactivo para cada tipo particular de pintura, se pueden mejorar ciertas propiedades de la misma; esto es, la selección adecuada del pigmento inactivo en la etapa de formulación, puede mejorar diferentes propiedades, tales como la viscosidad, fluidez, reología, permeabilidad, dureza, lavabilidad y resistencia a la abrasión; así como favorecer convenientemente las condiciones de sedimentación en el envase durante el tiempo de almacenamiento, a fin de evitarla o reducirla al máximo. Ciertas cargas refuerzan mecánicamente la estructura de la película seca, mientras que otras aumentan su resistencia y en especial a la penetración de humedad a través de ésta.

En estos casos en que los pigmentos inactivos no solo se limitan a bajar el costo de las pinturas, sino que además proveen efectos y propiedades adicionales, se denominan “cargas funcionales”; es decir, su función no se limita a reducir el costo de la pintura, sino a proveer propiedades benéficas adicionales a ésta.

Tal es el caso de los extenderes, como sustituto parcial del pigmento activo; pero hay otra serie de cargas funcionales, tales como algunos agentes antidecantantes (arcillas tipo bentonítico), agentes mateantes (sílices), inhibidores de corrosión (fosfatos, fosfosilicatos), entre otros; pero el costo de estas cargas funcionales es, en muchos casos, superior al de los pigmentos activos; es decir, aunque no proveen color, proveen otras ventajas que son muy apreciadas y para las cuales difícilmente son superados por otros materiales.

Extenderes
Entre los pigmentos inactivos se encuentran los extenderes que, como ya se  dijo anteriormente, son un tipo de cargas funcionales.

Extender es una palabra, traducción del inglés que significa extendedor y que denota, entre otras, amplificador, agrandador o desarrollador, y que contextualizado a la formulación de recubrimientos, indica que los extenderes, por ser cargas, no sólo se emplean con el fin de reducir el costo de las pinturas, debido a que son materias primas relativamente baratas y su gravedad específica generalmente es más baja que la de un pigmento activo.

Además, los extenderes por sus características, se emplean para sustituir parte del dióxido de titanio de la formulación (el pigmento blanco por excelencia empleado en la industria de pinturas [1]); así permiten reducir una parte del dióxido de titanio empleado, el cual es reemplazado por un pigmento que es más barato que el dióxido de titanio, lo que finalmente permite reducir el costo de la pintura, manteniendo el cubrimiento y el color, y desde luego, sin modificar apreciablemente el resto de propiedades.

Hay casos en donde el empleo de un extender ocasiona un impacto favorable en otras propiedades de la pintura, tal como en la viscosidad, reología o pH del producto, lo que a su vez permite reducir el empleo de otras materias primas, en muchos casos aditivos que son relativamente costosos (reguladores de pH tipo AMP, espesantes, reguladores de flujo…).

Es decir, en este caso tenemos que el extender no sólo funciona como una “carga funcional”, sino que no sólo permite “extender parte del dióxido de titanio”, sino que interactúa sinergéticamente con otros componentes de la formulación; podríamos entonces hablar de que tenemos un “extender funcional”, pero ya sería sobrecargar un poco el término.

Es de anotar que, debido a las complejas relaciones que se presentan entre las propiedades finales de un recubrimiento y las materias primas empleadas, es de esperar que se obtengan efectos en las diferentes propiedades de la pintura al sustituir parte del pigmento activo. Lo que sucede en rigor es que siempre el formulador enfoca su atención a un cierto número de propiedades que “verá el usuario final”, con lo que las demás pierden importancia.

Los pigmentos inactivos usualmente empleados como extenderes se encuentran en pigmentos como: Carbonatos de calcio, caolines, talcos y sílicas (obsérvese que son de origen mineral).

Es claro pues que, los proveedores de estas materias primas, al determinar que sus cargas no sólo cumplen la función de abaratadoras del costo de la pintura, sino que proveen otras ventajas adicionales (en este caso, funcionan como extenderes), elevan el precio de su producto; lo cual se puede explicar, en parte, por el hecho de que los fabricantes someten a su producto a un mayor número de operaciones de purificación, para proveer a su producto de un mayor valor agregado.

Conclusión
Se ha visto pues que, los pigmentos inactivos llegan a ser claves en la formulación de recubrimientos, porque sus funciones no sólo se limitan al hecho de funcionar como “materias primas transparentes” y como factores reductores del costo de las pinturas, sino que en muchos casos (en realidad, la mayoría), se pueden obtener efectos benéficos adicionales, incluso pueden interactuar sinergéticamente con otros componentes de la formulación.

Aunque, es de tener presente que, también se pueden presentar efectos indeseados e interacción antagónicas, estas son más pequeñas comparadas con los beneficios obtenidos. La selección del tipo de pigmento inactivo apropiado es pues un factor que debe tomarse muy en serio desde el proceso de formulación de la pintura para obtener los mejores resultados posibles.

Referencias
[1] Restrepo, Julián A., “Dióxido de titanio: Dé a su aplicación el pigmento ideal”. Revista INPRALATINA, Vol. 10, No. 1, enero/febrero de 2005, pág. 22-23.

* I.Q. Depto de Química Inorgánica y Orgánica, Universitat Jaume I, Castellón, España. [email protected]

Author: Vanesa Restrepo

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