Conozcamos a fondo el comportamiento de las cargas funcionales para recubrimientos anticorrosivos epoxi de medio contenido de sólidos.
por Hubert Oggermüller y Bodo Essen*
Las pinturas anticorrosivas contribuyen de manera importante en la conservación de las construcciones y estructuras metálicas. Dichos recubrimientos contienen con frecuencia fosfato de zinc como pigmento activo anticorrosivo pero poco a poco las legislaciones ponen límites a su uso.
Se plantea la pregunta de si las cargas funcionales de alto rendimiento basadas en la Tierra Silícea de Neuburg (TSN) pueden compensar la pérdida de eficiencia ocasionada por una menor concentración de fosfato.
Por tanto, formulaciones con distintos contenidos en fosfato de zinc y de cargas minerales fueron evaluadas en atmósferas salinas y húmedas. Además se evaluó el uso adicional de amino silano como promotor de la adhesión. En esta publicación se incluye sólo la primera parte del estudio, la versión completa se puede encontrar en www.hoffmann-mineral.com
Experimental
- Formulación base: La formulación de partida del presente trabajo fue un fondo o primer comercial de dos componentes basado en una resina estándar epoxi y una resina de poliamida como endurecedor. El contenido en sólidos del 68 % y de volátiles (VOC) de 430 g/l indican el carácter de “medios sólidos” de la formulación. En la Fig. 1 se muestra la fórmula de control, la cual además del pigmento activo anticorrosivo contiene una combinación clásica compuesta de talco y sulfato de bario.
- Cargas utilizadas: El talco tiene una absorción de aceite media y de estructura laminar. Como carga competitiva para aplicaciones anticorrosivas se muestra la mezcla de cuarzo, mica y clorita la cual presenta una estructura mixta corpuscular y laminar. El tamaño de partícula es algo mayor que el del talco. La absorción de aceite y la superficie específica son similares.
Se realizó la comparación de estas cargas con el rendimiento de la TSN, la cual es una combinación natural de sílice corpuscular, criptocristalina y amorfa, con caolín laminar: una mezcla suelta imposible de separar por procedimientos mecánicos. Como resultado de su formación natural la fracción de sílice contiene partículas de sílice criptocristalina con un tamaño primario de partícula de alrededor de 200 nm de diámetro, las cuales están cubiertas por sílice amorfa con forma oval.
El programa de experimentos fue realizado con dos tipos modificados cuya interacción con la matriz polimérica ha sido ajustada mediante la silanización de la superficie de la carga. El Aktisil PF 777 es una versión de la TSN que ha sido modificada hidrofóbicamente con un alquil silano, mientras que el Aktisil AM ha sido distinguido con un amino silano.
Variaciones en la formulación: Como se muestra en la Fig. 2, la fracción de fosfato de zinc fue parcial o totalmente reemplazada por talco a igual volumen. En un segundo paso se varió la carga mineral. Para mantener el mismo PVC y debido a las diferencias de densidad, se tuvieron que variar las cantidades de carga apropiadamente. La cantidad de barita precipitada se mantuvo constante.
- Criterios de evaluación de la protección anticorrosiva:
Para la evaluación de la eficiencia en la protección anticorrosiva se realizaron los tests de acuerdo a distintas normas. Humedad según DIN EN ISO 6270-2 CH y atmósfera salina según DIN EN ISO 9227.
Resultados
Reología y nivelado: las propiedades reológicas se determinaron en un reómetro MCR 300 (Paar). La actividad reológica del Aktisil PF 777 se muestra con unas propiedades tixotrópicas con una alta viscosidad a bajo esfuerzo. Se muestra el mayor incremento estructural en la región de bajo esfuerzo. Paralelo a esto se presenta fluencia. Como resultado se reduce la resistencia al goteo en aplicaciones verticales, incluso en espesores grandes. Para espesores finos se puede observar una estructura superficial más marcada que con el talco.
Además, este efecto reológico del Aktisil PF 777 ofrece la posibilidad de no incluir en la formulación la bentona utilizada habitualmente como aditivo reológico. Para un mejor nivelado la carga preferida sería el Aktisil AM.
1.1.Dureza: la evolución de la dureza de los recubrimientos se evaluó con un péndulo König durante 14 días. La dureza de la formulación de control y la de contenido reducido de fosfato de zinc con talco se sitúan en un nivel bajo. Los batches con Aktisil AM y la mezcla de minerales muestran una tendencia similar pero con ventaja para el Aktisil AM, si bien la dureza final es significativamente más alta que en el caso del talco.
De interés parece el inusualmente rápido incremento de la dureza cuando se usa Aktisil PF777, el cual alcanza una dureza 27s más alta tras dos días. La dureza final con Aktisil PF777 resulta la más alta. En definitiva, las superficies recién pintadas deberían presentar una mayor resistencia a cargas mecánicas.
Protección anticorrosión en acero arenado
- Contenido reducido de fosfato de zinc: la adhesión al sustrato de todas las formulaciones antes de las pruebas de exposición fue sobresaliente, pues una prueba de adherencia por trama cruzada dio como resultado GT0. Tampoco se observó deterioro alguno tras las pruebas en 1000h en atmósfera húmeda y con rayado superficial hasta sustrato.
En ambientes altamente corrosivos, como el simulado con el test atmósfera salina, las diferencias entre las distintas formulaciones se hacen más notables.
En la Fig. 5 se muestran resultados representativos para las formulaciones con 2.5 p/p de fosfato de zinc tras una exposición de 1000h. Se incluyó también la formulación de control para comparar. La reducción en la cantidad de fosfato de zinc en la formulación con talco se traduce en resultados desfavorables en lo que se refiere a la barrera superficial. A pesar de que sólo aparecieron ampollas localizadas, tras decapar se vuelve evidente que hay zonas de debilidad que conllevarían una pérdida de adhesión. Las zonas ópticamente más oscuras sin restos de recubrimiento indican un deterioro en la fuerza de adhesión.
La mezcla de cuarzo, mica y clorita aumenta la intensidad del ampollado. A pesar de contener el mismo fosfato de zinc que las demás formulaciones, se observan marcadas perforaciones del recubrimiento. El ataque corrosivo al sustrato es una indicación de la pérdida completa de la función protectora.
Al contrario, con la TSN se obtienen resultados excelentes en lo que se refiere a la superficie. Los Aktisiles no sólo impiden el avance de la corrosión, sino también la aparición de ampollas comparando con la formulación similar con talco. En particular el Aktisil AM impresiona con una superficie libre de ampollas y ofrece una buena protección, similar a la formulación de control.
En el rayado superficial la formulación con talco y contenido reducido de fosfato de zinc conlleva un incremento en la formación de corrosión. En lo que se refiere a la delaminación (Fig. 6, parte inferior) y a la corrosión, la formulación ofrece una protección similar a la de control. De cualquier manera las primeras perforaciones por óxido, apartadas de la zona de rayado, indican el comienzo de la pérdida de la eficiencia en la protección superficial.
La mezcla natural de cuarzo, mica y clorita es insatisfactoria.
Aktisil PF777 y Aktisil AM tienen unos resultados casi al mismo nivel que la formulación de control y comparable con talco en cuanto a la anchura de delaminación. Como ventaja aparece en ambos casos una reducida intensidad en la corrosión en el rayado en forma de óxido. (Fig. 6, parte superior).
Obviamente la mayor resistencia a la solución anódica contiene la corrosión en el rayado. Esto se pone de manifiesto tras decapar la superficie y observar la marcada reducción en la corrosión subrecubrimiento y la profundidad de la corrosión. En particular el Aktisil PF777 ofrece una muy alta resistencia, de manera que se obtiene una ausencia casi total de corrosión cerca del rayado. En combinación con la reducción en la dosificación de fosfato de zinc el Aktisil PF777 actúa sinérgicamente y, la función protectora en la zona rayada incluso supera a la formulación de control con alto contenido en fosfato de zinc.
Los resultados en el test de rayado cruzado confirman la muy buena adhesión 24 hhoras después de la exposición.
Conclusión
La disminución de la protección anticorrosiva debido a la reducción del pigmento anticorrosivo no puede ser compensada por cargas como talco o la mezcla de cuarzo/mica/clorita, pues se presenta en el ensayo de atmósfera salina una corrosión pesada al rayado y una pérdida temprana de la protección en la superficie, lo que indica una pérdida de rendimiento.
Por su parte, las superficies que tienen cargas como Aktisil PF777 y Aktisil AM ofrecen una alta eficiencia anticorrosiva cuando se reduce el pigmento e incluso cuando se elimina totalmente, ya que se evidencia una excelente adhesión, excelente resistencia a la condensación de agua y una excepcional resistencia a la atmósfera salina.
En definitiva, con los Aktisiles obtenemos un mejor rendimiento que con otras cargas como talco y la mezcla cuarzo/mica/clorita y usando una pequeña dosificación de fosfato de zinc podemos tener un rendimiento comparable con una pintura fabricada con cargas convencionales y alta dosis de fostato.
* Representantes de la empresa Hoffmann Mineral. Más información en www.hoffmann-mineral.com
* Adpatación: Félix Vicente Mondéjar y Diego Rincón Gil.
