Mejora de las formulaciones de revestimientos transparentes resistentes a los rayos UV mediante análisis espectrofotométricos

La fotodegradación causada por la exposición a los rayos UV y a la luz visible puede provocar cambios drásticos de color en la madera natural. Fuente de la imagen: Unsplash usuario Zbysiu Rodak

Los efectos del sol sobre el color de la madera son obvios para cualquiera que haya visto las ramas blancas de la madera a la deriva en una playa o el gris plateado de un granero desgastado. O, lo que es más frustrante, cualquiera que haya movido un mueble para descubrir que el suelo de madera que hay debajo es de un color claramente distinto al del resto de la habitación. Estos cambios de color son el resultado de una serie de reacciones fotoquímicas en la superficie de la madera provocadas principalmente por la radiación ultravioleta, o luz UV, aunque la luz visible también contribuye al cambio de coloración.

Estos cambios de color no sólo alteran el agradable aspecto estético de los productos de madera, sino que también indican la degradación de la propia madera, comprometiendo su durabilidad e integridad estructural. Los barnices transparentes resistentes a los rayos UV pueden evitar tanto los indeseables cambios estéticos como los materiales, pero la formulación de estos productos requiere una medición exacta del color para optimizar su eficacia.

La necesidad de sistemas transparentes de revestimiento transparente resistentes a los rayos UV

Para proteger los productos de madera de los cambios de color provocados por la exposición a la luz, tanto los fabricantes comerciales como los aficionados utilizan una gama de productos de acabado resistentes a los rayos UV que protegen la vulnerable superficie de madera del fotodaño de las fuentes de luz naturales y artificiales. En la actualidad, estos productos adoptan principalmente la forma de tintes pigmentados en los que el propio pigmento ofrece distintos niveles de protección UV. Sin embargo, los productos pigmentados alteran intrínsecamente el color de la madera y las alternativas de capa transparente no se han formulado históricamente para ofrecer una protección UV comparable, para frustración de los carpinteros que desean mantener un aspecto natural utilizando acabados transparentes. Como señala la revista Paint & Coatings Industry:

Los sistemas transparentes que permiten mantener visibles las características naturales de la madera, como el color, el veteado y la textura, despiertan interés y su demanda ha ido en aumento. Sin embargo, la inestabilidad a largo plazo de estos sistemas transparentes en aplicaciones exteriores ha impedido hasta ahora que se generalicen. La razón principal de esta inestabilidad es la transparencia a la luz ultravioleta de las capas de acabado y la extrema sensibilidad de ciertos componentes de la madera, en particular la lignina, a la degradación por la luz ultravioleta.1

Según Mark Knaebe, químico del Laboratorio de Productos Forestales, la mayoría de los recubrimientos transparentes resistentes a los rayos UV actúan actualmente más como un protector solar que como una solución duradera para la fotodegradación. "A veces, la protección UV puede durar tan sólo unos meses, lo que provoca no sólo un rápido cambio de color, sino también la degradación mecánica de la madera, comprometiendo tanto su aspecto como su función.

Los barnices transparentes permiten que la belleza natural y el carácter de la madera brillen con luz propia, pero su escasa protección contra los rayos UV la hace vulnerable al amarilleamiento y el oscurecimiento con el paso del tiempo. Fuente de la imagen: Unsplash usuario Erol Ahmed

Hacia una mayor protección contra los rayos UV

Desde la década de 1970, los químicos han dedicado mucho tiempo a investigar las posibilidades de los productos de revestimiento transparente que ofrecen un alto nivel de protección duradera contra los rayos UV sin recurrir a la pigmentación. En la última década, los avances de la química han impulsado el desarrollo de aditivos más sofisticados, eficaces y duraderos que mejoran la capacidad de proteger los productos de madera frente al indeseable cambio de color sin recurrir a pigmentos mediante tres elementos:

• Absorbentes de UV (UVAs): Los absorbentes de UV funcionan absorbiendo la luz UV y disipando la energía en forma de calor, evitando que la radiación llegue a la superficie de la madera. Los UVA pueden ofrecer protección para todas las maderas, pero son especialmente críticos para evitar el oscurecimiento de las especies de madera clara.
• Estabilizadores de luz de aminas impedidas (HALS): Los estabilizadores de luz de aminas impedidas no absorben la luz, pero inhiben la fotodegradación atrapando radicales en la superficie.
• Estabilizador de lignina: El cambio de color de la madera es principalmente el resultado de la fotooxidación de la lignina. El pretratamiento de la madera con un estabilizador de lignina evita la degradación de la lignina.

Como se señala en European Coatings Journal, los barnices transparentes resistentes a los rayos UV de más éxito utilizan una combinación de UVA y HALS con pretratamientos estabilizadores de la lignina para "conservar las propiedades estéticas y mecánicas" de la madera.3 Sin embargo, la formulación óptima de cada tipo de barniz resistente a los rayos UV y estabilizador de la lignina y la proporción exacta de los productos sigue siendo objeto de intensa investigación y continuamente se están identificando nuevos compuestos que ofrecen una mayor retención del color. Además, la protección UV inmediata de estas fórmulas no es la única consideración a tener en cuenta; la madera suele ser apreciada por su belleza y los productos de acabado deben realzar las cualidades estéticas naturales de la madera y preservar su aspecto a lo largo del tiempo. Por ello, los propios materiales de acabado deben resistir el amarilleamiento u otras decoloraciones debidas a la exposición a la luz.

Los acabados resistentes a los rayos UV son fundamentales para proteger los productos de madera expuestos a la luz natural, como los materiales de construcción y los muebles de exterior. Fuente de la imagen: Jay Mantri, usuario de Pexels

Evaluación de formulaciones de lacas transparentes resistentes a los rayos UV

La espectrofotometría UV-Vis ofrece el mejor método para evaluar la protección que ofrecen los UVA, los HAL y los estabilizadores de lignina cuantificando con precisión el cambio de color en respuesta a la exposición UV. Las avanzadas tecnologías colorimétricas actuales ofrecen a los químicos la posibilidad de destilar rápidamente la información de color a datos de color objetivos para conocer mejor que nunca las capacidades de protección UV de un producto. Las versátiles geometrías ópticas disponibles en los instrumentos espectrofotométricos permiten detectar hasta el más mínimo cambio de color en todo tipo de muestras, incluidos los materiales opacos, translúcidos y transparentes. De este modo, se puede evaluar con precisión el color de los productos de madera, los pretratamientos y el propio revestimiento transparente en respuesta a la intemperie artificial para garantizar la resistencia a cambios de color inaceptables. Los paquetes de software flexibles y personalizables que acompañan a los espectrofotómetros modernos permiten a los químicos correlacionar con precisión el comportamiento del color tanto con los ingredientes individuales como con las variables del proceso. Como tales, estos instrumentos son componentes críticos tanto de la investigación como de la fabricación de formulaciones resistentes a los rayos UV más eficaces para satisfacer las demandas de los consumidores de una protección estética y material duradera.

Optimización de la medición del color

HunterLab ha sido pionera en el campo de la medición del color durante más de 60 años. Nuestras tecnologías espectrofotométricas y paquetes de software son conocidos en toda la industria química por su extraordinario nivel de precisión, diseño de fácil manejo y capacidad de respuesta a las necesidades del cliente. Con una amplia gama de instrumentos portátiles, de sobremesa y en línea entre los que elegir, ofrecemos soluciones integrales tanto a investigadores como a fabricantes que buscan continuamente crear y producir formulaciones más avanzadas en un mercado competitivo. Póngase en contacto con nosotros para obtener más información sobre nuestra innovadora gama de productos y nuestros servicios de atención al cliente y permítanos ayudarle a llevar su control de calidad del color a nuevas cotas.