Fricción entre viscosidad y tixotropía

Cualquiera que haya intentado masillar o pintar un coche probablemente se haya dado cuenta de que en la información técnica de los productos figura uno de los parámetros básicos: la viscosidad. Cuando hable con un vendedor, es probable que escuche la frase: Este producto tiene muy buenas propiedades tixotrópicas. El hecho de que el producto sea tixotrópico, ¿afecta a su viscosidad?

Una propiedad importante de la pintura

Empecemos con la respuesta a la pregunta de qué es la viscosidad. En pocas palabras, la viscosidad es la fricción interna resultante del movimiento relativo de las moléculas. La relación entre la viscosidad dinámica y la densidad de un fluido determina su viscosidad cinemática. Es la viscosidad cinemática la que determina las propiedades de un producto de pintura. Por ejemplo, podemos intentar mezclar una imprimación epoxi y luego una capa base para comparar. ¿Qué sustancia será más resistente? Definitivamente la imprimación, ya que es espesa, lo que significa que las moléculas están más apretadas, lo que resulta en un mayor peso del producto. La viscosidad cambiará en función de la temperatura; será menor en verano (el producto es más fino) y mayor en invierno. Por eso es tan importante mantener una temperatura constante, sobre todo cuando en el exterior hace bajo cero.

¿Por qué es importante medir la viscosidad de la pintura?

El parámetro de la viscosidad es sumamente importante para el correcto proceso de pintado. Los productos utilizados en la reparación de nuestros coches (incluyendo imprimaciones, masillas, pinturas para coches) son representantes de líquidos reológicos, es decir, líquidos que cambian con el tiempo y bajo su influencia. Cuanto más tiempo actúe el esfuerzo cortante (en este caso, nuestra agitación), mayores serán los cambios en la estructura. La viscosidad de la pintura disminuye cuando se agita, dando la impresión de que el material se diluye, y aumenta cuando está parada, haciendo que la pintura parezca más espesa. La viscosidad de la pintura se mide con un aparato llamado copa de flujo Ford. Se vierten 100 cm3 de pintura en un vaso DIN 4 especial. A continuación se observa el tiempo que tarda el material en fluir a través de un orificio de cuatro milímetros. La viscosidad cinemática se mide en grados (st) y centistokes (cst).

Caracterización de la tixotropía

Las propiedades de la tixotropía vienen determinadas por la composición cualitativa y cuantitativa de la fase dispersa de una sustancia química. Los valores utilizados para determinar la tixotropía son la viscosidad dinámica más alta, la viscosidad dinámica más baja y el esfuerzo cortante final. Estos valores son importantes cuando se trabaja en superficies verticales u horizontales. La tixotropía significa literalmente cambio al tacto (thixis – tacto y trop – cambio). En la práctica, la tixotropía es la propiedad de las sustancias dispersas, es decir, las sustancias compuestas por muchos componentes, normalmente una mezcla de líquido y una fase densa dispersa, de restablecer el límite elástico en reposo, es decir, en ausencia de influencia mecánica sobre la sustancia.

Tixotropía y reopexia

Es importante no confundir el concepto de tixotropía con el fenómeno de pseudoplasticidad. Las sustancias que presentan esta última propiedad se caracterizan por una disminución de la viscosidad cuando se someten a un esfuerzo cortante. Sin embargo, en el caso de las sustancias tixotrópicas ocurre lo contrario: su viscosidad disminuye cuando se someten a un esfuerzo cortante constante. Cuando las sustancias tixotrópicas se someten a una velocidad de deformación constante, el esfuerzo cortante disminuye con el tiempo. La viscosidad y la velocidad de cizallamiento de algunas sustancias en condiciones ambientales constantes cambian con el tiempo. Una sustancia es tixotrópica si su viscosidad disminuye con el tiempo, mientras que si la viscosidad aumenta, estamos ante una reopexia, también conocida como antitixotropía. Cada uno de estos tipos de sustancias puede alcanzar un valor constante en un tiempo diferente, que puede ir desde unos pocos segundos hasta incluso unos pocos días.

Tixotropía.

La tixotropía y el fenómeno de la pseudoplasticidad

La tixotropía es una característica de los sistemas coloidales y poliméricos sometidos a influencia mecánica a temperatura constante. La tixotropía caracteriza la propiedad de una sustancia que le permite superar el límite de su plasticidad tras el cese de la influencia mecánica, en el caso de los materiales de pintura, la mezcla. Esto determina la posibilidad de invertir los cambios en la estructura de una sustancia de pintura dada mediante la coagulación de partículas coloidales en un sistema de dispersión. El concepto de tixotropía suele utilizarse erróneamente como sustituto de la pseudoplasticidad de una sustancia. Esto es incorrecto porque ambas propiedades son completamente opuestas. Una sustancia pseudoplástica se diferencia de una sustancia tixotrópica en que reduce su viscosidad bajo la influencia de un esfuerzo cortante temporal, mientras que una sustancia tixotrópica reduce su viscosidad a lo largo del tiempo bajo una influencia mecánica constante.

La tixotropía es un concepto que se utiliza a menudo erróneamente como sustituto de la pseudoplasticidad de una sustancia.

Tixotropía y cambios en las propiedades de los materiales

Cuando empezamos a mezclar un líquido reológico, al principio nos enfrentamos a una resistencia elevada (viscosidad alta), pero al cabo de un tiempo la resistencia disminuye (obtenemos la viscosidad adecuada). Gracias a este fenómeno, podemos pintar o rellenar grandes superficies sin preocuparnos por los goteos. Ahora uno podría preguntarse si los enlaces se rompen al mezclar, el producto ya está destruido después de la primera mezcla. Nada más lejos de la realidad, resulta que un líquido dado tiene memoria, gracias a la cual, tras cesar la mezcla, vuelve (al cabo de un tiempo) a su estado inicial, y es esta memoria la propiedad llamada tixotropía. Depende del tiempo y la velocidad de cizallamiento, así como de los fenómenos mecánicos que se producen en el material. El perfil reológico de un producto tixotrópico puede obtenerse mediante la adición de diversos éteres de celulosa, ácidos poliacrílicos, etc.

La tixotropía es una propiedad de la materia.

¿Cómo se comprueban las propiedades tixotrópicas en el laboratorio?

Cuando se cizalla un líquido tixotrópico, por ejemplo en un viscosímetro rotacional, se destruye la estructura del líquido. La destrucción de la estructura finaliza cuando la estructura residual del líquido se genera a una determinada velocidad de cizallamiento. Comparando la curva de flujo trazada a una velocidad de cizallamiento creciente con la curva a una velocidad de cizallamiento decreciente, puede determinarse el grado de destrucción de la estructura tixotrópica. Si, antes de comenzar a determinar la curva (cuando la velocidad de cizallamiento es todavía baja), la sustancia se somete a cizallamiento durante un cierto período de tiempo a una velocidad máxima específica (γ), el esfuerzo de cizallamiento (τ) correspondiente a esta velocidad disminuirá en proporción a la ruptura de la estructura tixotrópica.

La velocidad de cizallamiento es la velocidad máxima de cizallamiento de una sustancia.

¿Cómo se puede utilizar esto en la práctica?

Desde el punto de vista de nuestra industria, el pintor quiere recibir un producto que sea fácil de aplicar, fácil de aplicar con pistolas pulverizadoras - por lo tanto, la viscosidad de pulverización es muy importante. Por otro lado, queremos que la pintura no se corra por la superficie después de pulverizar (sin rayas) y poder aplicar una capa gruesa de una sola vez - para aumentar el poder cubriente. Utilizando el fenómeno que hemos aprendido, podemos producir pinturas con estas propiedades. El trabajo debe empezar ya en la fase de diseño del producto. Es una tarea muy difícil porque queremos que el producto final combine muchas ventajas que a menudo son difíciles de conciliar debido a las propiedades de los componentes individuales. Como puede ver, el conocimiento de la reología del sistema es extremadamente importante en el proceso de producción de materiales de pintura, ya que es la única forma de garantizar una planificación del proceso y la producción con pleno conocimiento de causa. La combinación de una viscosidad de pulverización óptima y un alto poder cubriente es un verdadero reto para el fabricante.

La tixotropía en el contexto del proceso de producción de materiales de pintura

Los denominados aditivos funcionales que se utilizan en la pintura de los automóviles para conferir a la pintura las propiedades deseadas desempeñan un papel cada vez más importante en el proceso de producción de materiales. El uso de estos aditivos permite controlar mejor la tecnología de producción de los materiales de pintura y sus propiedades durante el uso. Los aditivos más importantes utilizados en la pintura son los espesantes, es decir, los modificadores reológicos, los dispersantes y diversos tipos de fotoestabilizadores. Mediante el conocimiento de la reología del sistema de pintura, es posible mejorar su fluidez, garantizar una cobertura uniforme del sustrato y evitar la reducción de la viscosidad, que puede producirse, por ejemplo, durante la coloración.

La reología de la pintura es un factor clave en el control de la viscosidad.

Las particularidades del trabajo con pistola y la viscosidad de la pintura

Durante el proceso de pintado, la pintura se distribuye con la ayuda de una pistola pulverizadora mediante aire comprimido. El aire fluye dentro del dispositivo a una presión elevada, ajustada a la potencia de un material de pintura concreto. Durante el proceso de pintura, la pintura se descompone en partículas microscópicas, creando un aerosol en la salida de la boquilla. Las partículas se depositan sobre el objeto que se va a pintar, creando una superficie pintada. El aerosol debe dejar una marca uniforme en la superficie, parecida a un óvalo o rectángulo alargado con bordes muy redondeados. Esto garantiza que la pintura se aplique uniformemente sobre la superficie.

Viscosidad de la pintura – ajustable

La tixotropía de la pintura permite aplicarla fácilmente mediante un mecanismo de pulverización y, al mismo tiempo, recupera rápidamente el nivel de viscosidad adecuado, lo que garantiza una cobertura uniforme de una superficie horizontal. Si la viscosidad de la pintura es demasiado alta, se observa una reducción de la cantidad de pintura en el centro del patrón de pulverización. Este problema puede resolverse añadiendo un poco de diluyente a la pintura, por ejemplo. Esto sólo pueden hacerlo pintores experimentados y sólo cuando se pulveriza la superficie. Sin embargo, es importante recordar que diluir la pintura con disolvente reduce significativamente la tixotropía del revestimiento. La dilución es posible hasta un máximo del 20%.

La tixotropía es una propiedad de diversas sustancias. Es importante señalar que la tixotropía se caracteriza por la capacidad de una sustancia plástica de asumir un estado líquido, pero no determina la propiedad de las sustancias líquidas de asumir una consistencia espesa. Por ello, la viscosidad de la pintura está relacionada con el concepto de tixotropía.