Estudio de la reactividad de resinas epoxidicas comerciales frente a sales metálicas

Resumen

El sector de la piedra natural trabaja con procedimientos muy tradicionales en los que la Investigación e innovación suelen asumirse de manera paulatina. En las últimas décadas el sector ha incorporado el uso de productos y tratamientos novedosos que confieren a los materiales mejoras en sus características, tanto físico-mecánicas como estéticas. El uso de resinas es uno de esos tratamientos que a pesar de la lentidud de su incorporación en este sector ha conseguido ser de los más demandados. Las resinas tipo epoxí, poliéster y poliuretano son las más utilizadas en este sector, siendo la primera de ellas la de mayor aplicación y prestaciones dentro de los procesos de elaboración y modificación de la piedra natural. Las propiedades de estas resinas están condicionadas por el correcto uso de las mismas, para lo que hay que seguir las recomendaciones del fabricante y evitar posibles contaminaciones. La principal fuente de contaminación se encuentra en los metales que pueden entrar en contacto con la resina durante algunas etapas del proceso de producción. Por lo tanto, se hace necesario estudiar cómo las resinas se ven modificadas con dichas contaminaciones y la influencia en sus propiedades. Como punto de partida para un estudio de esta magnitud, en esta tesis doctoral se ha evaluado cómo se comporta una resina epoxídica comercial frente a las sales de aquellos metales que pueden participar en los procesos de elaboración mencionados anteriormente. Se han estudiado las deficiencias que se pueden generar por dicha contaminación, además de las posibles mejoras de algunas de sus propiedades por la adición de estas sales. Los objetivos planteados para este estudio han sido los siguientes: - Estudio de los efectos del manejo industrial de la resina epoxídica bicomponente más utilizada en los procesos de transformación de la piedra natural. - Estudio de la posible contaminación con diferentes metales propios del uso y manejo de la resina (procedente de herramientas, maquinaria de procesado, etc). - Estudio de la influencia de las condiciones ambientales humedad, temperatura y exposición a radiación solar en la resina contaminada. - Evaluación de las propiedades modificadas a partir de las contaminaciones de la resina con metales. Resistencia a la compresión y estudio de fraguado a tiempo finito. - Evaluación de las sales metálicas como aditivos de resinas epoxídicas para modificar las propiedades de las mismas. - Identificación de las sales metálicas usadas como aditivo que mejoran las propiedades de la resina a estudiar. - Ampliación del estudio a otras sales metálicas no habituales en el proceso de transformación de la piedra natural. - Identificación de aplicaciones directas de la resina epoxídica aditivada con sales metálicas. - Recomendaciones de uso de las resinas dentro de la industria de transformación de la piedra natural. Para cubrir los objetivos se han realizado estudios preliminares de la resina sin modificar y modificada tanto con sales de perclorato (ClO4-) como con acetilacetonato (acac) de los metales de Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Cd y Mn, utilizando como disolventes acetona, etanol y acetonitrilo. Se han evaluado las propiedades de la resina aditivada (compresión, absorción de agua, etc.) y se han comparado con las de la resina sin aditivar. Las conclusiones más relevantes obtenidas en el desarrollo del estudio han sido las siguientes: - La aditivación de las resinas por sales metálicas presenta variaciones perceptibles que podrían ser de aplicación a una mejora del producto final. - Se ha verificado como la resina se degrada por las condiciones ambientales: variaciones bruscas de la temperatura, exposición al aire, radiación solar, etc. - La parte epoxídica aditivada con perclorato de Fe, Co y Ni se ve modificada. - Se ha evidenciado que la parte amínica es más reactiva frente a los percloratos que la parte epoxídica. - La reacción de la parte amínica con los percloratos de todos los metales da lugar a complejos metálicos. - En todas las mezclas de acac-M con la parte epoxídica (E+M), excepto para la sal de cobre, se acelera el tiempo de fraguado respecto a la resina sin aditivar. - Para las mezclas de acac-M con la parte aminica (A+M) no se ve afectado el tiempo de fraguado, a excepción de la aditivación con la sal de Al que acelera el proceso. - La mezcla de acac-M con ambos componentes (E+M) y (A+M), acelera el proceso de fraguado, haciéndose más significativo en el caso de las sales de Fe, Zn y Al. - Utilizando los metales en los estados de oxidación adecuados, se pueden conseguir resinas con los colores deseados. - De todas las mezclas estudiadas, las aditivadas con sales de Zn presentan valores menores de absorción de agua a tiempos mayores respecto a la resina sin aditivar. - Todas las mezclas, tanto de la resina modificada como sin modificar, se ven afectadas por la temperatura produciendo una variación de color en un grado similar. - La variación de color de las mezclas aditivadas con acac-Al es mayor que la resina sin aditivar, independientemente de la parte de la resina que se aditive. - El tratamiento térmico a 70 ºC durante 3191 h (133 días) de las mezclas con sales de Fe presentan un menor grado de variación de color que el resto de las mezclas estudiadas. - La resistencia a la compresión a 24 meses de fraguado de todas las mezclas disminuye significativamente con respecto a los resultados obtenidos a 6 meses de fraguado. Las mezclas aditivadas con sal de aluminio presentan una disminución de la resistencia a la compresión mayor que el resto de mezclas. - La mezcla (E+Al)+A a concentración de 10 % de Aluminio presenta valores más bajos de Tª máxima y Calores de reacción (análisis DSC) que el resto de las concentraciones. - Para la aditivación de E+(A+Al), los resultados Tª máxima y Calores de reacción son más dispares, no pudiéndose obtener una conclusión clara al respecto. - La aditivación de ambos componentes de resina “(E+Al)+(A+Al)” da lugar a Tª máxima y Calores de reacción promedios de las observadas en las mezclas (E+Al)+A y “E+(A+Al)”. - En el caso de las mezclas E+(A+Al) todos los valores de Tg son más altos que los de la resina sin aditivar, a tiempo de reposo t=0h. - Para la aditivación de ambos componentes de resina “(E+Al)+(A+Al)” los valores de Tg se promedian respecto a la aditivación de ambos componentes por separado. Habría que destacar que además, se han desarrollado métodos para la obtención de nanopartículas metálicas de Zn dentro de la matriz de resina que le proporciona propiedades diferentes, así como un método para producir indicadores de radiación solar válido para tiempos de irradicación menores de 9 horas partiendo de la resina aditivada con acac-Ag. Finalmente, se han generado recomendaciones concretas para el uso de las resinas en la industria, en particular para el sector de la piedra natural.