¿Qué es la granulometría y cómo se mide en pinturas y afines?
En este artículo vamos a hacer un repaso del concepto de granulometría y cómo de importante resulta en el proceso de fabricación de pinturas.
En la industria de la pintura, el tamaño de las partículas de los pigmentos y las cargas que entran en las fórmulas resulta de gran importancia, puesto que determina las características del producto final como el poder cubriente, el brillo o la textura de una película de pintura.
En el sector de las pinturas la granulometría determina el tamaño de las partículas de un sólido pulverulento. La escala que se utiliza para medir dicho tamaño es la micra (µm), la milésima parte de un milímetro (1/1000 mm).
El tamaño de las partículas de las materias primas en polvo puede afectar a algunas de las propiedades de las pinturas. Entre estas propiedades destacaría:
- El poder cubriente y colorante de las pinturas blancas y de color.
- El brillo y la regularidad de la superficie.
- La regularidad de la superficie pintada después del proceso de aplicación y secado.
- Viscosidad (como consecuencia del índice de absorción).
- Tendencia a la sedimentación.
- Reactividad físico-química del pigmento con el vehículo.
El tamaño de las partículas también puede utilizarse para conseguir efectos de acabado diferentes. Por ejemplo, si se consigue una granulometría regular en pinturas elásticas se obtendrá una mayor impermeabilización. O si se consigue una granulometría fina de las cargas en este tipo de pinturas, se puede lograr un satinado liso que ayuda a reducir el ensuciamiento.
El concepto de granulometría se utiliza, en la fabricación de pintura, para la definición del tamaño de las partículas sólidas que forman parte de las fórmulas de las pinturas liquidas o en polvo. En el caso de pinturas líquidas, estas partículas están dispersas en un medio líquido que, como veremos más adelante, se distribuyen uniformemente en el medio líquido durante la operación de dispersión en la fabricación de pinturas.
¿Cómo se mide la granulometría en pinturas y afines?
Existen diferentes técnicas para medir el tamaño de las partículas y según la técnica que se utilice el resultado puede ser diferente. ¿A qué se debe? Si se observan las partículas sólidas de una pintura en un microscopio, se podrá ver que tienen formas irregulares, prácticamente nunca son esféricas o redondeadas. Se puede considerar la longitud máxima de la partícula como el tamaño, y llamaremos a esta medida diámetro, aunque no sea exactamente un diámetro porque no será esférica. O, por el contrario, podemos determinar el diámetro mínimo (u otros intermedios) produciendo una partícula de diferente tamaño.
A la hora de aplicar una técnica de medición u otra se debe tener en cuenta que propiedad de la partícula mide dicha técnica: longitud máxima, mínima, el volumen, su área superficial…).
Técnicas de medición de las partículas
Entre las técnicas más utilizadas para la medición del tamaño de las partículas sólidas en pinturas destacan:
1.- Microscopía
La microscopía no solo permite ver las partículas directamente, sino que, además, permite estudiar la forma de las mismas lo que, a su vez, permitirá juzgar si se ha hecho una correcta dispersión o si aún existen aglomeraciones.
La microscopía puede ser electrónica o manual. La primera requiere una elaboración lenta y minuciosa de la muestra. En el caso de la manual, además de que se pueden examinar pocas partículas al día, produce una gran fatiga del operador especialista.
En el sector de la pintura, la microscopía puede ser utilizada en combinación con la técnica de difracción (que veremos a continuación) pues proporciona una visión interesante al poder ver la forma de las partículas del material una vez dispersado.
2.- Difracción láser
También denominada “Low Angle Laser Ligth Scattering” (LALLS), la difracción láser es el método que se utiliza para proporcionar el estándar en muchas industrias cuya caracterización y control de calidad del tamaño de las partículas se encuentre en el rango comprendido entre 0,02 y 3.500 micras.
La granulometría láser está basada en la difracción de la luz aplicada sobre las partículas sólidas. El principio de la difracción por rayos láser consiste en hacer pasar una muestra en seco o en suspensión en un líquido no reactivo, a través de un rayo láser monocromático. Según la teoría de Frahunhofer se origina una figura de difracción en el detector y se consigue obtener el análisis granulométrico de las partículas. Su precisión es del orden del centésimo de micrones.
La difracción láser es un método absoluto basado en principios científicos fundamentales. Dispone de un alto rango dinámico como veíamos y resulta muy flexible. Es un método no invasivo ni destructivo, por lo que la muestra puede ser recuperada para una evaluación posterior. Es un método que destaca por su rapidez permitiendo la obtención de resultados en menos de 1 minuto.
Este procedimiento es muy difícil de utilizar con productos de alta viscosidad.
3.- Grindómetro
El grindómetros es un instrumento que permite medir y determinar el grado de finura de
molienda de pinturas, revestimientos, pigmentos, etcétera.
La medición se realiza colocando unas gotas del producto a probar en la parte más profunda de las ranuras. Con la rasqueta en posición ligeramente inclinada se empuja la pintura, extendiéndola hacia los extremos de las ranuras, con la graduación mínima.
Con este método se puede determinar el grosor de la película húmeda en la que el tamaño de las partículas de pigmento es ligeramente mayor que el espesor de la película.
El resultado de la medición con grindómetro se diferencia de los métodos anteriores pues, más que tratarse de la “finura de las partículas” en micras, se trata del “grado de molienda” en el sistema de medida convencional NS o FPVPC.
El análisis granulométrico de las partículas que forman parte de la pintura en estado líquido, resulta fundamental para saber la efectividad los procesos de dispersión y molienda. La granulometría de los distintos componentes dependerá, en todo momento, de las características de las materias primas en polvo que forman parte de la fórmula.
Vemos estos procesos más a fondo.
La dispersión y el tamaño de las partículas
En el proceso de dispersión, primer paso en la fabricación de pinturas tras la mezcla de los componentes, se reducen los aglomerados sólidos y se reparten las partículas dentro del líquido de forma uniforme y homogénea. Gracias a la rotación de elementos mecánicos (turbinas de diente de sierra) se reduce el tamaño de los aglomerados de pigmentos y cargas presentes en la fórmula.
La dispersión es uno de los pasos más importantes en la fabricación de pinturas pues en él se combinan y estabilizan los materiales que forman el producto: pigmentos, cargas, disolventes, aditivos, etcétera.
En el proceso de dispersión de las pinturas intervienen tanto los equipos de agitación como las máquinas de molienda. Veamos las fases de la dispersión.
Fases del proceso de dispersión
En el proceso de dispersión se identifican 3 fases o etapas:
Humectación
Llamamos humectación al proceso en el que el aire y la humedad que rodea al pigmento son sustituidos por una solución de resina y disolventes.
Para facilitar esta operación se utilizan aditivos humectantes que se adhieren a la superficie del pigmento y mejora la compatibilidad líquido – sólido.
Dispersión propiamente dicha o desaglomeración
En esta fase se procede a la destrucción de los aglomerados y a la separación de las partículas. Se realiza de forma paralela a la humectación.
La energía necesaria para la desaglomeración puede realizarse por impacto, por cizalla o por frotamiento:
- Desaglomeración por impacto: se realiza en los molinos de bolas y requiere una viscosidad baja para no frenar el golpe.
- Desaglomeración por cizalla: se produce junto a un disco que gira a alta velocidad o bien entre los rodillos de una tricilíndrica. En productos de alta viscosidad la acción de la cizalla se transmite a capas adyacentes.
- Desaglomeración por frotamiento: en este caso, el pigmento se encuentra entre dos bolas que ruedan a distinta velocidad una sobre otra dentro de una cámara de dispersión. Requiere de productos de una viscosidad intermedia.
Estabilización
Se conoce por estabilización al mantenimiento de la separación entre las partículas desaglomeradas dentro del fluido de manera estable y duradera. Para conseguirla se añaden aditivos dispersantes que evitan la floculación de las partículas que se han dispersado. EL efecto de estos aditivos se desarrollará durante la molienda y se prolonga hasta el consumo de la pintura, con el fin de evitar problemas de poso.
Equipos de Oliver + Batlle
Entre la maquinaria de dispersión y mezcla de Oliver + Batlle destaca la gama Dispermix con los modelos VF, VF-E, VF-L para productos de media o baja viscosidad así como el Polimix DPS-OR. Y los modelos Dispermix Dual VFD, Polimix DPS para los de alta viscosidad.
Cómo contribuye el proceso de molienda al tamaño final de las partículas
En el proceso de fabricación de la pintura puede ocurrir que las partículas de los aglomerados generados con la unión de los elementos sólidos y líquidos no se lleguen a separar a pesar del proceso de proceso de cizallamiento o impactos usado durante la dispersión. Esto ocurre principalmente en algunas pinturas y colorantes debido a las uniones electro – físicas muy fuertes que se producen entre sus partículas.
Cuando esto ocurre, resulta necesario aplicar una energía extra sobre los aglomerados. Es lo que conocemos como el proceso de molienda.
En los equipos de molienda o molinos, se usan microesferas que se aceleran dentro del molino de una forma caótica, produciendo un mayor efecto de impacto y cizalla en las partículas. De esta manera se consigue una mayor reducción del tamaño de los aglomerados, con el fin de que pigmentos y cargas alcancen sus tamaños iniciales y se consiga una distribución perfecta y homogénea entre el líquido base.
Desde Oliver + Batlle esperamos que esta información sobre granulometría haya sido de tu interés. Te invitamos a solicitar más datos sobre nuestros equipos de agitación y molienda través de nuestra sección de contacto.
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