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El EFECTO DE LA LUZ Y LA RADIACION SOBRE LOS RECUBRIMIENTOSVANESSA RIOSJESUS RAMIREZRadiacin electromagntica y la degradacin de recubrimientos por la luz ultravioleta

En la tierra, la mayor fuente de energa radiante es el sol. Nos provee de calor o radiacin infrarroja, de luz visible y luz ultravioleta y otros tipos de energa (rayos X, rayos gamma, y rayos csmicos. )

La radiacin no es otra cosa que la emisin, propagacin y transferenciade energa en cualquier medio en forma de ondas electromagnticas o partculas.La mayora de las radiaciones son de origen electromagntico. Laradiacin electromagnticaes un tipo decampo electromagnticovariable, es decir, una combinacin decampos elctricosymagnticososcilantes, que se propagan a travs del espacio transportandoenerga de un lugar a otroExisten multitud de fenmenos fsicos asociados con la radiacin electromagntica. Entre estos fenmenos estn por ejemplo la luz visible, el calor radiado, las ondas de radio y televisin o ciertos tipos deradioactividad. Todos estos fenmenos consisten en la emisin de radiacin electromagntica en diferentes rangos de frecuencias (o equivalentemente diferentes longitudes de onda.El efecto de la radiacin electromagntica sobre materiales expuestosA medida que las longitudes de onda se hacen mas pequeas, la energa de radiacin aumenta hasta un punto tal en que rompe los enlaces de sustancias qumicas y se producen profundos cambios en cualquier material donde cae la radiacin. Los rayos X, rayos gamma, y rayos csmicos son radiaciones tan fuertes que pueden ionizar gases y producir cambios qumicos en tejido animal. La luz visible no es tan energtica y no es una amenaza a la salud de los humanos, puede inducir ciertas reacciones qumicas, como irradiacin de las sales de plata en el proceso fotogrfico. La luz ultravioleta tiene suficiente energa para romper los enlaces covalentes de las molculas orgnicas. Mecanismo de la degradacin del recubrimiento por luz ultravioleta

El primer paso es conocido como fotolisis, La fotlisis es la ruptura de enlaces qumicos por causa de energa radiante.En esta fase el polmero absorbe radiacin ultravioleta y llega un punto donde alcanza un estado de mayor energa que el normal. Este exceso de energa debe eliminarse. Esta energa se pierde por la ruptura del enlace primario del polmero formando radicales libres altamente reactivos.La segunda fase en la degradacin fotoqumica de los polmeros, es la auto oxidacin, la cual ocurre cuando los radicales libres reaccionan con oxigeno para formar radicales perxido. Luego el radical perxido puede reaccionar con la cadena polimrica removiendo un tomo de hidrogeno para formar un hidroperxido y otro radical libreDado que el hidroperxido es vulnerable a la fotolisis, se va a fragmentar para formar mas radicales libres. Estos radicales libres luego van a atacar otros sitios en la cadena polimrica. Tcnicas de mitigacinCuando la radiacin ultravioleta llega a un recubrimiento, uno de estos 4 escenarios puede ocurrir:Puede pasar a travs del recubrimiento. Puede reflejarse del recubrimiento. Puede absorberse por el recubrimiento causando efectos adversos. Puede ser absorbido por el recubrimiento sin efecto alguno.

Uso de aglutinantes que no absorben la luz UVQuizs la forma mas fcil de evitar el problema de la degradacin de la pintura por la luz UV es evitndolo. Se puede hacer una seleccin de la familia de polmeros alifticos que no absorben luz UV. Hay que enfatizar que si los polmeros no absorben la radiacin, no se ven afectados por ella. Sin embargo, pueden verse afectados por el ataque de radicales libres derivados por la absorcin y excitacin de otros materiales en el recubrimiento. Pigmentos ReflectantesEstos pigmentos se usan para combatir el segundo escenario, donde la luz ultravioleta se refleja en la superficie del recubrimiento antes de que pueda ser absorbida.

Absorcin selectiva por los pigmentosProbablemente este es el mtodo mas aplicado para reducir la degradacin por luz UV. La absorcin selectiva de la luz ultravioleta mediante pigmentos protectores protege y aumenta la durabilidad de los recubrimientos. Algunos materiales como el oxido de cinc, sulfuro de cinc, oxido de hierro, dixido de titanio son absorbedores de la luz ultravioleta y proveen una buena proteccin. Propiedades de diferentes pigmentos absortivos en el rango de la luz visible y la ultravioleta

Tecnicas de mitigacion por no-pigmentosEn algunos casos los pigmentos no pueden ser usados para el control de los efectos UV. En otros casos la supresion de este fenomeno tales como, chalking, yellowing y microruptura no pueden ser resuelto solamente con pigmentos. En estos sistemas el fenomeno puede ser controlado aditivos selectivos.

La adiccion de cualquiera reduce la habilidad de la luz ultravioleta para la absorpcion por el polimero o otro componente del recubrimiento o inhibir la degradacion de la binder.

La primera clase de compononte es conocido como absorbedor de luz ultravioleta.La segunda clase puede incluir estabilizador de luz, anti-oxidantes y aceptadores de acidosABSORBEDORES DE LUZ ULTRAVIOLETALos absordedores de luz ultravioleta protegen los recubrimientos preferencialmemte tomando la energia radiante ultravioleta, reduciendo alli la radicion que puede ser absorberse por el polimero.Los absorbedores son comunmente complejos sustituyendo compuestos aromaticos que absorben fuertemente radiacion ultravioleta pero estos no son degradados por esta. Algunos cambios son el hydroxy sustituido por benzofenoles, hydroxyfenil y sustituido por acrylonitrilos.

Estos absorbedosres convierten la energia de la luz ultravioleta a calor por un fenomeno quimico conocido como tautomerismo. El calor es disipado facilmente desde el recubrimiento sin consecuencias perjudiciales.

ABSORBEDORES DE LUZ ULTRAVIOLETAEstos materiales son sometidos continuamente, a cambios alternativos de los arreglos electronicos , ellos primero absorben la luz ultravioleta y luego liberan cantidades de calor.

Los aditivos absorbedores de luz uv son extremadamente caros por lo tanto son usados limitadamente entre 1 a 3% en peso del recubrimiento, el uso de estos depende del tipo de recubrimiento, pigmentacion y el tipo de servicio.

En recubrimientos limpios su uso depende del grosor de pelicula del recubrimiento, particularmente en aplicaciones de recubrimientos sensibles a la luz que tengan presencias de subtratos arriba y bajo la costa.

El costo de estos absorvbedores es $10/lb

Estabilizadores de luz

Son comunmente aminas terciarias complejas.

Estos estabilizadores funcionan barriendo radicales libres y inhibiendo la degrdacion progresiva del aglutinante por un proceso ciclico en el cual la amina es regenerada.

La amina terciaria es inmediatamente oxidada a radicales nitroxy.

Estos radicales barren los radicales libres que son producidos en la etapa inicial de la fotolisis.

Los eteres de aminas que son formados en este caso pueden terminar con radicales libres de peroxi disponibles.

En este proceso, los grupos peroxy son reconvertidos en radicales nitroxy, los cuales estan disponibles para barrer mas radicales libres adicionales

Estabilizadores de luzEstas especies activas con en el tiempo de incoporacion en el recubrimiento no requeriran una etapa inicial de oxidacion para el barrido de radicales libres.A muy bajas concentraciones actura sinergicamente con absorbedores de UV para lograr un nivel mayor de proteccion.HALS son efectivas a bajos niveles ( 0.5% a 3.0% del peso del recubrimiento).La combinacion de absorbedores UV y HALS son sinergeticas y son extensamente empleadas en caracteristicas de alto acabado para aplicaciones criticas.Puede ser aplicado en componentes de automoviles en capa transparentes. Aplicado aun asi en capas donde la pigmentacion es baja.Anti-Oxidantes

Inhiben la degradacion de los polimeros por terminacion de los radicales libres. Tipicamente, estos materiales son aminas, imidiazoles, o complejos fenolicos . Es usado en niveles desde 0.1% a 1%.

No son tan complejos quimicamente ni tan costosos como los absorbedores de UV o HALS.En el proceso son consumidos para la estabilizacion dele polimero y no son regenerados como como HALS.

Los fenoles pueden ser usados para barrer los radicales libresformados en la etapa de fotodegradacion del polimero, son mas utlizados en la establizacion del polimero contra el calor, donde la formacion de los radicales peroxy generan mucho calor y este es controlado por este agente.

Los fenoles son mas utilizados para sistemas de aislamiento de calor y para prevenir la descolaracion y yellowing, mantenimiento de las propiedades en servicios alto calor.

Puede ser conbinado con el HALS.

Anti-OxidantesAnti-oxidantes en recubrimientos oxidantes

Reduce el desgaste del recubrimiento por humedad en la tuberia.Los anti-oxidantes son volatiles, se requiere q se disipe de la pelicula durante la evaporacion del solvente, desapareciendo as antes de que comience el proceso de secado oxidativo.Los mas communes son altamente volatiles, tales como metil etil ketoxime y butyraldoxime. Ketoximes es usado a niveles de 0.05% a 3%.

Acidos aceptadores en sistemas cloradosMuchos polimeros clorados son suceptibles a la degradacion por declorinacion. Este proceso es catalizdo por metales tales como hierro, zinc y titanio en presencia de agua. La declorinacion es la division del cloruro de hidrogeno desde el polimero. La desclorinacion puede ocurrir aun en ausencia de metales, los polimeros destabilizados en presencia de calor y luz UV se convierten progresivamente en amarillo, naranjo, marron y incluso negro. Tales cambios son acompanados por fragilizacion de la pelicula y perdida de propiedades. Algo mas importante es que el acido generado por la desestabilizacion puede atacar al sustrato del metal o pigmentos tales como el zinc. La reaccion puede causar un incremento de la velocidad de corrosion y resultar en un incremento de los iones cloruros de la pelicula

Los acidos aceptadores mas comunes son compuestos epoxicos, los cuales reaccionan con el acido generado y previenen la catalizacion impidiendo la degradacion.

Los recubrimientos clorinados de caucho y algunos vinilos son estabilizados resinas epoxicas de bajo peso molecular, aceites epoxicos y cadenas cortas de oxiranos tales como oxido de propyleno .

Algunos estabilizadores son agregados durante la preparacion del polimero.