“Si tus materiales no resisten las inclemencias de la intemperie, estás fuera del mercado"

Realizar ensayos de degradación sobre un material permite determinar cómo afectan los factores externos, ambientales y/o climáticos a su deterioro. Esta información posibilita minimizar los costes de formulaciones sobredimensionados, evitar los fallos de los productos y mejorar el retorno de la inversión. Hablamos con un responsable del Grupo ADI para conocer los principales conceptos del envejecimiento y la estabilidad: ‘Degradación de materiales: Envejecimiento vs estabilidad a la intemperie’.

La luz del sol y la humedad, anualmente, causan pérdidas millonarias de daños en los materiales. Estos daños son la decoloración, pérdida de brillo, amarilleamiento, agrietamiento, cuarteamiento, caleo, pérdida de adherencia, pérdida de firmeza y deslaminación, etc. Además, muchas veces se sobredimensionan las formulaciones para evitar dichos daños, generando costes elevados en materias primas.

Por otro lado, cada vez son mayores las exigencias del mercado respecto a las nuevas reglamentaciones y regulaciones, las cuales exigen productos mucho más respetables con el medio ambiente.

En resumen, es necesario ensayar para evitar catástrofes y mejorar la durabilidad del material, evitar grandes costes en materias primas, verificar los productos de los proveedores, mejorar nuestra reputación, expandir la línea de productos y entrar en nuevos mercados, superar a la competencia y cumplir con las nuevas regulaciones y normativas vigentes.

Si tus materiales no resisten las inclemencias de la intemperie y no puedes demostrar que cumplen con todas las reglamentaciones medioambientales, estás fuera del mercado.

La luz solar no es el único factor de estrés que deteriora las propiedades mecánicas y/o de apariencia de un material, sino que la unión de otros factores como la temperatura y humedad, sinérgicamente aceleran y cambian el modo de degradación del material causando mucho mayor daño que cada uno por sí solo. Diferentes estudios han demostrado que la humedad está presente en el ambiente mucho más tiempo del que nos pensamos (aprox. 12-14 h/día), por lo que, el estudio del comportamiento de un material que estará expuesto a la intemperie ha de ser ensayado teniendo en cuenta la humedad.

Correcto. La degradación de los materiales no solo se produce en el exterior sino que hay materiales expuestos a la luz solar a través de un cristal ventana (por ejemplo, muebles, textiles para el hogar, etc.) y también en ambientes de iluminación de interiores (supermercados, grandes superficies, nuestro hogar, etc.), en donde las longitudes de onda larga y luz visible del espectro afectan a los materiales que tienen su sensibilidad espectral a dichas longitudes de onda. Pero en entornos de interior, no solo la luz afecta a la degradación, sino que la humedad juega un papel muy importante, ya que, los materiales se estresan intentando mantener el equilibrio de humedad con el entorno.

Los materiales a ensayar son desde las materias primas al inicio del proceso de fabricación hasta el propio producto acabado. Actualmente, la gran mayoría de empresas, en sus departamentos de I+D y Control de Calidad, ensayan sus materiales para comprobar el comportamiento que tendrán cuando sean expuestos a la intemperie. Por ello, las cámaras de Ensayos de Envejecimiento Acelerado QUV y Q-Sun (xenón) están equipadas para ser programadas con combinaciones de ciclos (luz, oscuridad, lluvia, rocío, HR, temperatura, etc.) y con portapaneles o bandejas para posicionar cualquier tipo de muestra o probeta plana, así como, piezas acabadas enteras de diferentes formas geométricas o 3D (tridimensionales).

En las cámaras de envejecimiento acelerado se ensayan, por ejemplo, resinas, colorantes y pigmentos, granza, pinturas de interior y exterior, recubrimientos para madera y metales, adhesivos, colas, selladores, plásticos, textiles hogar, ropa deportiva y moda, textiles técnicos, fibras, mallas, tintas de impresión, tratamientos superficiales, cerámica, envases y embalajes (blisters, botellas, cajas, bolsas, etc.), puertas, ventanas de aluminio, picaportes, partes y componentes aeroespaciales, piezas de motos, parachoques, espejos, tapacubos, cristales tintados, interiores de automoción (airbags, asientos, alfombrillas, etc.), y una lista muy larga y extensa de todo tipo de materiales y productos. En general, no hay material que se escape de ser ensayada su durabilidad y resistencia a las condiciones climáticas de interior e intemperie.

Para explicarlo hemos de partir de que la región de la luz solar, que causa más daño en los materiales, es la longitud de onda corta UV o ‘Luz Directa’ (proviene directamente del sol sin tener ningún tipo de dispersión), y al mediodía en verano, al ser menos filtrada por la atmósfera cae perpendicularmente y con mayor intensidad sobre la superficie de la Tierra.

Además, la radiación UV que cae sobre la superficie de la tierra depende de la latitud y altitud, variabilidad estacional, atmosfera, ángulo de exposición, etc.

Por lo tanto, dependiendo de la ubicación geográfica de las ciudades, la radiación variará en mayor o menor cantidad. Ciudades más cercanas al ecuador y elevadas recogen mayor radiación UV que las que están cercanas a los polos y a nivel del mar. Si esto lo aplicamos a los materiales plásticos, ya que, su sensibilidad espectral está en las longitudes de onda más corta, en aquellas ciudades que se recoge mayor radiación UV, será donde los materiales plásticos sufrirán su mayor degradación.

Vuelvo a mencionar que la luz solar no es el único factor de estrés. La temperatura y humedad aceleran y cambian el modo de degradación.

Primero debo mencionar que en el año 2015, por primera vez, ADI Instruments fue acreditada por el organismo ANAB (Ansi-ASQ National Accreditation Board), obteniendo la acreditación ISO/IEC 17025:2005 para ensayos de:

• Envejecimiento Acelerado por lámparas de Arco de Xenón Q-Sun
• Envejecimiento Acelerado por lámparas de Luz ultravioleta QUV
• Evaluaciones y mediciones Apariencia: Brillo, color y amarilleamiento.

Las cámaras de ensayos Q-Sun (Xenón) y la QUV (UV) son los métodos acelerados más utilizados y al mismo tiempo son completamente diferentes, por lo que, al ser un tema muy extenso, lo resumo de una manera muy sencilla. La cámara de ensayo Q-Sun (Xenón) reproduce el espectro completo de la luz solar, incluyendo la luz ultravioleta (UV), visible e infrarroja (IR).

El xenón consiste esencialmente en reproducir la luz solar de 295 a 800 nm.

En cambio, la cámara QUV (UV) no reproduce la luz solar en su espectro completo, sino solamente sus efectos dañinos, los cuales, ocurren en longitudes de onda entre los 300 y 400 nm. La QUV está basada en el concepto de que, para materiales de larga durabilidad expuestos a la intemperie, la luz ultravioleta de onda corta es la que causa el mayor deterioro por exposición a la intemperie.

Georg Schroeder, presidente de Grupo ADI y Jim Regan, director general de Q-Lab durante una presentación en el Centro Español de Plástico el pasado mes de junio.

Exacto. Estamos acreditados para realizar ensayos de brillo y color. En nuestro laboratorio disponemos de los siguientes equipos:

• Micro-TRI-gloss para la medición del brillo en 3 ángulos 20º-60º-85º
• Spectro-guide gloss, geometría esfera y componente especular incluida, para la medición de las diferencias de color, metamería y amarilleamiento.

Como ADI Instruments es representante de la firma Q-Lab, la cual tiene dos laboratorios de exposición natural, uno en Florida y otro en Arizona, nosotros comercializamos los servicios de dichos emplazamientos, los cuales están estandarizados y son referentes mundiales en exposición natural.

Cuando se realizan ensayos naturales a la intemperie, debido a la gran cantidad de factores y variabilidad de las condiciones climáticas, es necesario que los materiales permanezcan expuestos durante años, pero no siempre podemos esperar mucho tiempo para conocer las debilidades de nuestros materiales.

Una solución muy eficaz es el uso de los concentradores de luz solar Q-Trac o también llamados Fresnel.

Su principio se basa en el seguimiento de la trayectoria del sol (como hacen los girasoles) y por medio de espejos orientados hacia la muestra, éstos reflejan y concentran el 80% de la radiación solar UV directamente sobre ella.

Este sistema recoge 5 veces más radiación UV sobre la superficie de la muestra que la luz solar natural. Como ejemplo, 1 año de exposición natural acelerada en un Q-Trac equivale a 5 años de exposición natural en Florida.

Es la forma de predecir la durabilidad de un material basándose en la comparación de los datos obtenidos en exposiciones naturales a la intemperie y ensayos acelerados en laboratorio. La correlación es la búsqueda de un factor que multiplicado por un número determinado de horas de un ensayo acelerado en LAB nos dé como resultado el tiempo que nuestro material resistirá a la intemperie o viceversa.

Pero dicho factor no es sencillo de calcular, ya que existen muchas variables durante las exposiciones naturales que han de ser tenidas en cuenta y controladas, siendo difíciles de reproducir o simular en una cámara de ensayos QUV o Q-Sun (xenón), ya que todavía no existe una cámara perfecta de simulación artificial en LAB.

Para ello será necesario conocer qué método es el más adecuado para el material. Por radiación acumulada, cuando sabemos que la luz es el principal factor de degradación, o por comparación con un patrón o referencia de la que se conoce su durabilidad.

Además, a veces no solo se pretende correlacionar entre un ensayo natural y otro acelerado, sino también entre ensayos acelerados QUV y Q-Sun (xenón), siendo muy complicado de calcular dicho factor, ya que, entra en juego la SPD (distribución espectral de la energía) que emite cada tipo de lámpara, Fluorescentes UV o Arco xenón (UV + Visible + IR).

La manera de realizar una buena correlación es realizar un buen programa de ensayos adecuado a cada uno de los productos que se fabrican y teniendo en cuenta el tipo de condiciones climáticas a las que estará expuesto y el método de comparación a usar. No solo se conocerá su durabilidad sino que también se ahorrarán gastos excesivos e inútiles en materias primas.

Siempre es necesario combinar exposiciones naturales y aceleradas al mismo tiempo. Esto nos ayudará a encontrar el equilibrio entre durabilidad y tiempo.

Como he comentado anteriormente, los ensayos de durabilidad, se pueden aplicar a cualquier tipo de material y/o producto, por lo que el tipo de industria puede ser tan variado como, transporte (automoción, aeroespacial, aeronáutico, ferrocarril, naval, militar y sus proveedores, etc.), recubrimientos (pinturas, barnices, esmaltes, tratamientos superficiales, etc.), artes gráficas, tintas líquidas e impresión, envase y embalaje, papel, caucho, plástico, cosmética, señalización carreteras, farmacia, centros tecnológicos y universidades, etc.

Uno de nuestros clientes del sector de óptica y lentes, fabricante de monturas (plástico y metal) y cristales (vidrio y policarbonato) para gafas, tenía problemas de apariencia (cambio de color, amarilleamiento, pérdida de brillo, velo (haze), pérdida de claridad y transmisión de luz) y propiedades mecánicas (perdida adherencia, rayado, etc.) en sus monturas y cristales.

Adquirieron una cámara QUV y una cámara Q-Sun (xenón). Con la QUV, mejoraron la resistencia y propiedades mecánicas a longitudes de onda corta UV y con la Q-Sun (xenón) mejoraron las propiedades de apariencia y cambio de color de sus monturas y cristales.

ADI Instruments es distribuidor exclusivo de Q-Lab en España ¿Desde cuándo? ¿Comercializan otras marcas para el sector químico o plástico?

ADI Instruments adquirió la representación de Q-Lab en España a principios del año 2014. Pero los productos de Q-Lab son conocidos en toda España y comercializados desde hace más de 35 años. También comercializamos y somos distribuidores exclusivos de las marcas:

• Orontec: Medición del color de recubrimientos en fase húmeda o líquida.mSistema que elimina la fase de secado tradicional en la medición del color
• Techkon: Densitómetros y equipos de medición del color para granza, polvo, pastas, líquidos y superficies sólidas.
• Testex: Equipos de ensayos de textiles técnicos y textiles de moda, hilos, etc.
• Tinius Olsen: Maquinas de ensayos de tracción compresión, flexión, torsión, impactómetros Izod-Charpy, MFI (índice de fluidez), HDT-Vicat, etc.
• Want: Balanzas de laboratorio y pesaje industrial
• Fungilab: Equipos de medición de la viscosidad, tales como, Viscosímetros rotacionales, cono placa, husillos concéntricos y reómetros.

Además de los productos de nuestras representadas, también comercializamos todo tipo de equipos e instrumentos para el laboratorio desde estufas, hornos mufla, agitadores magnéticos y de varilla, copas de viscosidad, baños termostáticos, cámaras climáticas, arcones congeladores, líquidos para tensión superficial, grindómetros, gravelómetros, etc.