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ANÁLISIS PRÁCTICO DE LA RELACIÓN PVC/CPVC EN

PINTURAS ANTICORROSIVAS

Por:Julián A. Restrepo R.

MSc. PhD. Química Sosteniblejulianres@hotmail.com

https://co.linkedin.com/in/julianrestrepor

Trabajo de investigación presentado como ponencia en el Evento y exhibición Internacional, EUROCOAT 2009: “Análisis

Práctico de la relación PVC/CPVC en pinturas anticorrosivas”. Evento organizado

por Eurocoat-expo y AETEPA (visitar: www.eurocoat-expo.com, www.aetepa.com)

Barcelona (España), septiembre 29 a octubre 1 de 2009

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EL CONCEPTO DEL PVC

� La concentración de pigmento en volumen (PVC),ha demostrado tener un efecto muy significativoen el desempeño y propiedades físicas de losrecubrimientos pigmentados.

RP

P

VV

VPVC

+=

� El PVC está definido como:

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� Efecto del PVC en las propiedades de losrecubrimientos pigmentados fue explicado porprimera vez por Asbeck y Van Loo en 1949 aldefinir el CPVC (Concentración crítica depigmento en volumen).

� CPVC = PVC crítico: Parámetro físicofundamental de cualquier recubrimientopigmentado. PVC a partir del cual laspropiedades del recubrimiento sufren unmarcado cambio.

CONCEPTO DEL CPVC

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CONCEPTO DEL CPVC

� Teórica: Condición física en donde hay justo lacantidad suficiente de polímero del recubrimientopara humectar y llenar completamente losespacios entre las partículas del sistemapigmentario.

� Práctica: Punto de transición del recubrimientopigmentado, a partir del cual muchas de suspropiedades sufren un marcado cambio.

Dos definiciones básicas para el CPVC:

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CONCEPTO DEL CPVC

Las propiedades que se ven afectadas puedendividirse en tres grupos (Bierwagen y Hay):

� Propiedades de transporte� Propiedades mecánicas� Propiedades ópticas

El CPVC ha demostrado ser un parámetro clave para la predicción e interpretación del

desempeño de los recubrimientos pigmentados.

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azul, brillo; marrón, tendencia al ampollamiento; rojo, tendencia a la oxidación; verde, permeabilidad.

CONCEPTO DEL CPVC

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CONCEPTO DEL UPVC

� UPVC (Ultimate Pigment Volume Concentration)ó concentración volumétrica crítica de pigmentoúltima (UCPVC).

� Concepto definido por Asbeck como: Máximovalor que puede llegar a tener el CPVC en unrecubrimiento pigmentado en función del gradode dispersión. En este grado de dispersión,CPVC = UPVC y si se aumenta dicho grado dedispersión el CPVC no cambiará más.

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10

20

30

40

50

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1

(d/D)

CP

VC

(%

)

32 1

−−=⇒

D

dUPVCUPVCCPVC

CONCEPTO DEL UPVC

(A)

UPVC

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DETERMINACIÓN DEL CPVC

�Experimental: Requiere el registro de lavariación de una propiedad a medida quese aumenta el PVC: PVC crítico = PVCen el que se presenta el punto deinflexión de la gráfica .

�Teórica : Modelos existentes exhiben uncierto grado de complejidad y requieren unbuen dominio teórico, por parte delformulador, de los tópicos relacionados.

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Determinación del CPVC: Ecuaciones más empleadas

� Simple:

� Sofisticada: 5.93

..1

1

i

n

iii OAIy

CPVCρ∑

+

=⇒

( )∑ =+

=⇒n

i

aii UX

CPVC

11

φ

(B)

(C)

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Determinación del CPVC: Ecuación alternativa

másicos:

1

5.931

−

+=⇒ PmOAI

UPVC ρ

∑=n

iiim OAIyOAI .

1−

= ∑

n

i i

im OAI

xOAI

1−

= ∑

n

i i

iP

x

ρρ ∑=

n

iiiP y ρρ .

volumétricos:

(D)

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PARÁMETRO LAMBDA: Relación PVC/CPVC

�La relación entre el PVC y el CPVC fuedefinida por Bierwagen y Hay como elPVC reducido ó parámetro lambda:

CPVC

PVC=Λ

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PINTURAS ANTICORROSIVAS: Su importancia

� La corrosión atmosférica provoca la devaluacióny deterioro de los materiales metálicos: La mejory más económica manera de prevenir losprocesos de corrosión es la aplicación derecubrimientos pigmentados formados a partirde la aplicación de pinturas.

� Pinturas anticorrosivas: Protegen lasestructuras de acero, máquinas y otrosequipos que son propensos de sufriroxidación .

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Parámetro Lambda (Λ) : Valores Óptimos

� Imprimaciones a base de polvo de zinc, Λ > 1.0 [Lobniget.al.]

� Recubrimientos pigmentados de protección anticorrosiva,Λ < 0.8 [Lobnig et.al.]

� Imprimaciones anticorrosivas de mantenimiento, Λ = 0.75a 0.90 [Bierwagen y Hay]

� Imprimaciones epóxicas, Λ < 0.73 [Rodríguez et.al.]� Pinturas anticorrosivas alquídicas, epóxicas y de caucho-

clorado/parafina-clorada + fosfato de zinc y óxidos dehierro: Λ = 0.51, 0.55, 0.61 [Gowri et.al.]

� Recubrimientos epóxicos (epoxi-éster), Λ = 0.8 [Kalendaet. al]

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Ejemplos:

� Anticorrosivo epóxico blanco:

Componente A % peso

Resina epóxica (75%) 20.74

Fosfato de calcio 10.13

Dióxido de titanio 5.06

Oxido de zinc 1.53

Caolín delaminado 10.80

Talco blanco Malla 325 7.20

Mica micronizada 5.98

Antidecantante bentonítico 0.60

Dispersante 0.55

Disolvente 24.37

total 86.96

Componente B % peso

Resina poliamídica (98%) 6.32

Disolvente 6.72

total 13.04

TOTAL Σ 100

Componente ρi OAI x i yi

Fosfato de calcio 2,00 51,00 0,25 0,33

Dióxido de titanio 4,12 15,00 0,12 0,08

Oxido de zinc 5,68 16,22 0,04 0,02

Caolín delam. 2,90 65,00 0,15 0,13

Talco M-325 2,78 35,27 0,18 0,17

Mica microniz. 2,60 44,00 0,26 0,27

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Descripción ρP OAIm (g./100 g.) CPVC (%) PVC/CPVC

A partir de valores másicos (D) 2.62 34.73 50.68 0.81

A partir de valores volumétricos (D) 2.62 44.60 44.45 0.92

A partir de la ecuación (B) - - 47.24 0.87

� El valor lambda está dentro de (0.75 a 0.90),para pinturas anticorrosivas en general.

� Comparado con anticorrosivos epóxicos (0.73-0.80), el valor lambda del recubrimientoanalizado está por fuera de este intervalo.

� Anticorrosivo con un alto desempeño*, quepuede mejorarse disminuyendo el PVC: Sedeberá pasar del PVC actual = 41.03% hasta unPVC = 37.80%, lo que implicará un ligeroaumento de costos, pero con mejora en larelación costo/beneficio.

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�Hacer balance entre la relacióncosto/beneficio de la formulación actual yla formulación calculada, además tenerpresente que una disminución del PVCpuede conducir a una disminución delpoder cubriente de la pintura y de sudensidad, pero también de manerafavorable la película seca será menospermeable y menos porosa.

Ejemplo 1

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Ejemplo 2:

� Anticorrosivo alquídico blanco:

Componente A % peso

Resina alquídica media en soja (50%) 45,36

Fosfato de calcio 8,06

Dióxido de titanio 4,43

Oxido de zinc 1,23

Mica micronizada 5,14

Talco blanco malla 325 7,27

Caolín delaminado 9,53

Dispersante 0,26

Antidecantante 0,48

Secantes metálicos 0,98

Antipiel 0,66

Disolvente 16,61

TOTAL Σ 100

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� PVC = 40.05%� CPVCinf = 49.17%, CPVCsup = 45.67%� Λinf = 0.81, Λsup = 0.88� Los valores límite de Λ del anticorrosivo varían

entre 0.81-0.88 (variación de un 9%). Pero aúnlos valores se encuentran en el intervalo de0.75-0.90.

Componente ρi OAI inf OAI sup x i yi

Fosfato de calcio 2,00 49,00 52,00 0,23 0,30

Dióxido de titanio 4,12 14,00 16,00 0,12 0,08

Oxido de zinc 3,99 15,55 16,90 0,03 0,02

Mica micronizada 2,90 60,00 70,00 0,14 0,13

Talco blanco malla 325 2,72 31,30 39,24 0,20 0,20

Caolín delaminado 2,60 40,50 47,50 0,27 0,27

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CONCLUSIONES

� PVC y CPVC: Parámetros de formulaciónfundamentales en cualquier recubrimientopigmentado, pero no deben analizarseindependientemente: Calcular sólo el PVC sindeterminar el CPVC no le permite al formulador“conocer completamente el sistema”...

� El parámetro Λ es un parámetro clave para lapredicción e interpretación del desempeño delos recubrimientos, y es considerada una de lasvariables más importantes a tener en cuentacuando se formula cualquier recubrimientopigmentado.

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� El desempeño anticorrosivo de un recubrimientoes afectado de manera muy importante por elparámetro Λ y su adecuada consideración,conduce a: Pinturas menos permeables al agua(correcta protección del sustrato), mayor efectoanticorrosivo, menor tendencia al ampollamiento,entre otras.

� Conocer los valores Λ óptimos le permite alformulador desarrollar recubrimientos deexcelentes prestaciones y además teniendo encuenta el factor ecológico: Formulación derecubrimientos con una excelente relacióncosto/beneficio/impacto ambiental .

CONCLUSIONES

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AGRADECIMIENTOS

� El indudable apoyo que he recibido de lacompañía INVESA S.A., División PinturasSapolin, así como su confianza y apuesta en miperiodo de formación.

� Al Programa AlBan -Fundación BancoSantander por la concesión de la beca paraestudios de postgrado No. E07D402098CO.

Programa Alßan

Asociación Grupo Santander