Universidad Tecnológica Nacional – Facultad Regional La Plata DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUIMICA CATEDRA DE INGENIERIA DE LOS MATERIALES PRACTICA DE LABORATORIO N° 5 ENSAYOS EN EQUIPOS DE ENVEJECIMIENTO ACELERADO: WEATHER-O METER METODO DE MEDICION DE BRILLO: GLOSSMETER Objeto de la experiencia: • Generar las condiciones necesarias para acelerar el deterioro o desintegración de películas protectoras, con el fin de evaluar su carácter protector y la pérdida de ciertas propiedades tales como color, brillo y ampollado. • Medición del brillo de la película envejecida. Fundamento: Los equipos de envejecimiento acelerado se utilizan en ensayos de laboratorio para predecir el comportamiento de una película protectora en servicio sometida a la combinación de factores atmosféricos agresivos, tales como la luz solar, cambios de temperatura, agua de lluvia, humedad ambiente, etc.. Estos factores poseen características cíclicas, luz y calor durante el día, oscuridad y descenso de temperatura ambiente durante la noche, pero no se pueden establecer o predecir condiciones fijas anuales para un determinado lugar, y menos comparar diferentes zonas entre sí. Generalmente un mes en estos equipos, equivale a un año al exterior. Para evaluar el comportamiento de la película envejecida en este ensayo se procederá a determinar la pérdida de brillo. Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo Se define BRILLO como el poder de una superficie para reflejar la luz por reflexión especular, es decir el tipo de reflexión proporcionada por un espejo. El procedimiento más usual que utiliza el laboratorista es el de comparar visualmente dos superficies pintadas entre sí, o también emplea paneles estandarizados de brillo decreciente. En todos los casos la luz deberá incidir sobre la superficie con el mismo ángulo. Observaciones a cargo de un mismo operador pueden dar resultados razonablemente comparables; sin embargo, dos o más operadores pueden llegar a emitir opiniones diferentes, ya que la apreciación del brillo es una percepción sensorial, que varía de un individuo a otro. Sobre esta base, se desarrollaron las primeras especificaciones argentinas sobre el tema. En ellas el brillo de las películas de pintura se clasificaba de la siguiente manera: MUCHO: (pinturas muy brillantes) Por observación de la superficie a 90°, se aprecia una imagen reflejada de contornos nítidos. REGULAR: (pinturas al aceite, denominadas como brillantes) Con la observación mencionada se obtiene una imagen de contornos difusos. POCO: (pinturas semibrillantes o semimates) Con la observación mencionada no se aprecia imagen, pero sí aparece imagen reflejada de contornos difusos por observación a 45°. NADA: (pinturas para paredes de interiores) En ninguno de los dos casos se aprecia imagen reflejada. Para evitar anomalías de la apreciación personal, se utilizan medidores en los cuales la determinación de BRILLO consiste en medir la luz reflejada especular, en condiciones tales que el ángulo de visión es siempre igual al ángulo de incidencia. Los "medidores de brillo o glossmeters" miden fotoeléctricamente la intensidad de un rayo reflejado por la superficie en examen y pueden ser usados para medir sobre superficies tales como pinturas, esmaltes, barnices, cerámicos, plásticos, papel, metales, etc. Este dispositivo está constituido por dos partes fundamentales: el instrumento propiamente dicho, dotado del instrumento de medición (un galvanómetro), la fuente de energía y los controles de ajuste; y la unidad de medida que comprende la fuente luminosa, el sistema óptico y la célula Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo fotoeléctrica, esta unidad se conecta con el instrumento para realizar las mediciones y se coloca generalmente sobre el objeto cuyo brillo se desea medir. Los glossmeters están diseñados para medir el brillo especular (brillo de la luz reflejada), y para definir el mismo es necesario especificar las condiciones de medida que surgen de las características del sistema óptico: el ángulo de incidencia y ángulo de dispersión en la dirección de reflexión. Para pinturas, la mejor correlación con la observación visual corresponde a un ángulo de incidencia y de reflexión de 60°. Para cerámicos se emplea 45° y para papel 75°. Un material, medido con diferentes ángulos, proporciona valores de brillo diferentes. El ángulo de dispersión depende fundamentalmente de la distancia focal de las lentes y del tamaño del diafragma utilizado del lado receptor. Para cada tipo de ensayo se requiere una unidad de medida diferente. Las medidas se realizan con respecto a patrones de brillo. El standard lo constituye el espejo perfecto, que refleje el 100% de la luz incidente, en la dirección especular. Un espejo perfecto en estas condiciones no existe: en su lugar se utiliza un vidrio negro pulido. La reflexión del espejo perfecto se indica con el valor de 1000 y en esa escala el aparato proporciona, con el standard de vidrio negro una lectura que permite ajustar a 96% la escala citada. Hecho este ajuste todas las lecturas quedan expresadas en la escala que considera al espejo perfecto como 1000, y en esta escala el brillo se expresa como valores por mil. En pinturas no se alcanza nunca valores superiores a 100, que es, por otra parte el valor máximo en la escala del instrumento. Una vez calibrado el aparato, reemplazando el standard del vidrio negro por las superficies a medir, se obtiene rápidamente los valores correspondientes a cada uno. La luz reflejada, ya sea por el patrón de brillo o por la superficie que se compara con él, incide sobre la célula fotoeléctrica, y la excitación que produce en la misma es registrada por el galvanómetro de la escala. Se debe controlar periódicamente el ajuste con el valor que suministra la superficie de comparación. El aparato puede ser calibrado también por el otro extremo de la escala, utilizando un bloque de carbonato de magnesio, que proporciona una superficie Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo perfectamente reflectante y completamente difusa, dando una lectura de 2,5. En esta zona de la escala se registran los valores para superficies mates, semimates, etc.. Descripción del Weather-O meter o Interperiómetro: En estos equipos se reproduce la acción de la luz solar, el agua y de la temperatura ambiente, existiendo la posibilidad de acelerar la oxidación (mediante suministro de ozono), o de crear condiciones similares a las de un clima industrial, por el empleo de anhídrido sulfuroso o de dióxido de nitrógeno. La fuente de energía radiante que utilizan imita lo mas próximo posible en su distribución energética al de la luz solar. La fuente luminosa tiende a reproducir la decoloración que se observa al exterior, y fundamentalmente las fallas de cuarteado (checking) y agrietado (cracking). La energía debe ser absorbida para que se produzca la degradación de los polímeros constituyentes de los vehículos de las pinturas. Las diferencias más importantes entre la fuente de luz natural y artificial se encuentra entre los 2700 y 3000 A. Entre los dispositivos que utilizan electrodos de carbono el más utilizado es el Atlas Sunshine XW (Figura 1), cuya lámpara posee tres pares de electrodos, los que forman tres arcos que funcionan alternadamente, pero suministrando energía luminosa, en forma continua. La duración oscila entre 18 y 20 horas. La luz emitida pasa a través de filtros especiales que retienen las radiaciones no convenientes. Además posee un dispositivo que permite una lenta circulación de aire dentro de la lámpara que arrastra los productos de combustión al exterior del aparato, evitando que las cenizas se depositen en los filtros. Un motor sincrónico regula la posición de los electrodos a medida que los mismos se van consumiendo, lo que permite obtener un arco de luz constante. Una vez consumidos los carbones del equipo se detiene automáticamente. En los equipos más recientes, la fuente energética esta constituida por lámparas de xenón, de 2500 a 6000 W, también provistas de filtros. Estas lámparas se deben reemplazar (luego de su deterioro) cada 1500 o 2000 horas Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo de trabajo. También los filtros de vidrio se deben reemplazar periódicamente. La ventaja de estas lámparas es que reproducen manera de mas exacta a la luz solar y pueden funcionar las 24 H. El equipo se completa con un dispositivo que permite pulverizar agua en forma de lluvia sobre las probetas. El tiempo de humedecimiento puede ser modificado mediante programas que trae el aparato. Generalmente el agua se suministra en forma periódica, de manera de provocar un choque térmico en el film de pintura. Figura 1: Weather - O meter Método Operativo: Las probetas se colocan en un tambor giratorio y a una distancia determinada de la lámpara. Se puede controlar la humedad relativa dentro del aparato en un amplio rango, la temperatura sobre el panel se determina mediante un termómetro de bulbo negro (puede regularse entre 50 y 100° C ). Es conveniente usar agua desionizada o destilada, a fin de evitar el depósito de sales sobre la película de pintura. Esta acción del agua, complementando la de la luz, afecta las propiedades ópticas de la película (color y brillo), y es uno de los factores que provoca tizado. Las muestras se dejan en el equipo por un lapso de tiempo conveniente y luego se procede a medir el brillo. Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo Determinaciones Experimentales: Medir el brillo de las probetas sometidas a los equipos de envejecimiento acelerado. Prácticas de Envejecimiento. – Medición de Brillo