Investigación del proceso de secado del color acrílico y del medio de gel
Tasa de secado de la dispersión del polímero acrílico
En la mayoría de los envases de pinturas, imprimaciones y revestimientos comerciales, es común que la etiqueta indique un plazo específico para que el producto esté seco. «Se seca en 2-4 horas en condiciones ideales». «Se seca al tacto en 30-60 minutos». «Dejar secar 4 horas antes de volver a pintar». Entonces, ¿por qué Golden Artist Colors no incluye esta información en la mayoría de sus productos? La respuesta es simple: nuestros productos se utilizan de muchas maneras diferentes, en muchas superficies diferentes, y en una miríada de entornos ambientales. Por lo tanto, es extremadamente difícil ofrecer una «estimación» sin conocer más detalles sobre la aplicación y teniendo en cuenta las diferentes necesidades en cada etapa de una obra de arte. ¿Se trata de la capa de imprimación antes de trabajar al óleo? ¿Necesita la obra estar en un camión de reparto por la mañana? ¿Va a saturar mucho la superficie con capas de acrílico? ¿Se trata de un mural exterior en Luisiana? Esta complejidad hace que nos detengamos cada vez que nos hacen la pregunta «¿cuánto tiempo tardará en secarse?»
Aunque es imposible tener en cuenta todos los aspectos y proporcionar tiempos de secado absolutos, en este artículo describimos algunos de los factores que rodean el proceso de secado, revelamos los resultados de pruebas recientes y discutimos cómo todo esto puede afectar a una situación del mundo real.
Etapas de secado de la dispersión de polímeros acrílicos
En el nivel más simple y esquemático, los acrílicos se secan por evaporación del agua y otros «volátiles» de la película de pintura. A medida que éstos salen, los sólidos acrílicos se acercan hasta entrar en contacto unos con otros y formar una película. Éstos acaban por compactarse con la fuerza suficiente para expulsar el agua y los aditivos hasta alcanzar la coalescencia. La película curada es ahora bastante estable y no reacciona de forma adversa a la humedad o a las capas de pintura posteriores.
En aplicaciones más finas y en condiciones ideales de secado, los acrílicos parecerán estar secos en minutos u horas. Por el contrario, no es infrecuente que las películas de pintura aplicadas con espesor tarden semanas o meses en alcanzar el mismo estado. Aunque todas las películas de pintura acrílica se secan a través de los mismos mecanismos -la salida del agua y los co-solventes-, hay muchos factores en juego durante el proceso que afectan al resultado, sobre todo a la velocidad de secado. De hecho, las películas de pintura gruesa pueden tener varias zonas en diferentes etapas de secado, cada una con un grado variable de contenido volátil.
Aunque a lo largo de los años este proceso se ha definido de forma bastante imprecisa, y algunos términos significarán cosas diferentes para distintas personas, a continuación se intenta representar las etapas básicas del proceso (Figura 2).
Pintura húmeda – El producto del envase permanece así hasta que se aplica a la paleta o al lienzo. La pintura todavía tiene su nivel inicial de volátiles (agua y co-solventes) que comienzan a evacuar la película a medida que se aplica al sustrato. La pintura húmeda sigue siendo móvil y puede manipularse fácilmente con un pincel o una cuchilla, pero se vuelve notablemente más rígida. Las partículas de polímero se acercan entre sí y cuando la pintura ya no es uniformemente manejable, la etapa de pintura húmeda ha terminado.
Skinned Over – A medida que los volátiles comienzan a abandonar rápidamente la película de pintura, los sólidos acrílicos se acercan entre sí. Dependiendo del espesor de la película de pintura, la pintura puede pasar por varias etapas en una sucesión muy rápida. Esta etapa describe el momento en que se puede tocar ligeramente la superficie de la pintura y se ha desarrollado una piel suficiente como para que el producto no se levante al tocarlo. Cuando una película de pintura se convierte en piel, la estructura de la película permanente ha comenzado.
Secado al tacto – La etapa de secado al tacto está muy relacionada con la etapa de piel. Una capa fina puede pasar de la pintura húmeda, a la piel y al secado al tacto en cuestión de segundos. Sin embargo, en las películas más gruesas, suele haber una piel lo suficientemente sustancial como para soportar algunos toques sin que se arrugue o se rompa. La piel crece continuamente a medida que los volátiles se escapan, pero sigue habiendo una cantidad significativa de aditivos debajo, especialmente en los sustratos no absorbentes.
Secado al tacto/Estado sólido – En algún momento la película de pintura deja de tener zonas excesivamente húmedas y la tasa de pérdida de peso disminuye significativamente. Aunque los artistas pueden creer que este es el momento en que su película de pintura está «seca», no es así. Todavía tienen que salir muchos aditivos. Este sería un mal momento para intentar embalar o enrollar la pintura para su transporte, ya que los acrílicos son muy frágiles en esta fase. Dado que las películas sólo están parcialmente curadas, la adhesión y la integridad de la película aún no se han desarrollado por completo.
Curado/Coalescencia – Durante el proceso de secado, los sólidos acrílicos se han movido en una disposición estrechamente empaquetada (como un juego de Tetris de forma libre), haciendo que la mayoría de los volátiles sean expulsados en el proceso. Además, la presencia de aditivos para la formación de películas ha ablandado estos sólidos acrílicos para permitir que se deformen unos alrededor de otros y eliminen cualquier espacio de aire entre las partículas. Los espacios entre los sólidos que antes estaban ocupados por el agua y otros volátiles se han eliminado, lo que ha permitido la formación de una red polimérica hexagonal en forma de panal. Este proceso se conoce como coalescencia. Sólo después de que se haya producido una coalescencia suficiente, la película de pintura es estable y se desarrollan las propiedades físicas y químicas finales.
Se podría suponer que la coalescencia es la etapa final del proceso de una película de pintura acrílica. Aunque esto es en gran medida cierto, las películas acrílicas deben incorporar un cierto grado de aditivos hidrofílicos, o amantes del agua, para ser compatibles con el agua. Esto significa que inevitablemente retendrán algo de agua incluso después de estar aparentemente secas. Además, un nivel de coalescencia incompleta hace que las películas acrílicas sean algo porosas, dejando canales que recorren las paredes de las partículas deformadas hexagonalmente. Estos poros son entonces vías de paso para que el agua entre y salga de la película.
Algunas pruebas de esto se ven en el gráfico (Figura 3), donde es evidente que sigue habiendo una cantidad relativamente importante de volátiles en la película, incluso después de un largo período de tiempo. Resulta sorprendente la integridad de la película, cuando en realidad todavía queda un 5-20% del nivel original de volátiles. Las películas acrílicas seguirán perdiendo peso, así como ganándolo, dependiendo de la atmósfera en la que se encuentren. Las temperaturas más altas y el aumento del flujo de aire tienden a expulsar la humedad, mientras que una mayor humedad relativa favorece que la película retenga la humedad. Este proceso continuará a medida que la pintura reaccione con el entorno, reequilibrándose a los niveles de humedad de la atmósfera. El proceso es bastante lento, sobre todo en un clima tan cambiante como el de Nueva York, y tarda muchos más meses en alcanzar un punto de equilibrio estable. Como ocurre con cualquier material poroso, habrá un nivel de humedad que nunca saldrá a menos que el nivel de humedad se reduzca lo suficiente como para sacar la humedad.
Configuración de la prueba
Con el fin de aprender más sobre el tiempo del proceso de secado de los acrílicos, se definieron una serie de parámetros de prueba para observar algunos factores de secado manejables e influyentes, e identificarlos con las etapas clave del secado. Nos dimos cuenta de que no podíamos probar todos los factores. Como las pruebas se hicieron todas al mismo tiempo, pudimos descartar las diferencias de temperatura y humedad. Los factores ambientales son importantes, pero sería poco práctico intentar controlarlos durante esta ronda de pruebas. Fueran cuales fueran las condiciones ambientales, se registraron. El flujo de aire se limitó al tráfico normal de la habitación.
Siempre se crearon un mínimo de tres muestras de prueba y se eligieron sustratos inertes a la retención de humedad (aluminio, Lexan y lona de poliéster). Un problema que se detectó al principio de las pruebas fue que los soportes más comunes para artistas son lo suficientemente absorbentes por sí mismos como para permitir que la humedad altere el peso del sustrato durante las pruebas. El lienzo de algodón absorbe y retiene el agua. También lo hacen el cartón y el papel. Dentro de los soportes elegidos, el lienzo de poliéster ofrecía una superficie más transpirable, mientras que las láminas acrílicas y los paneles de aluminio ofrecían superficies más selladas. El objetivo era ver si las superficies selladas frente a las transpirables alterarían el proceso de secado.
Se registró la información del lote real tanto del Gel Regular (Brillante) como del Blanco de Titanio de Cuerpo Pesado seleccionados para esta prueba y se utilizó para calcular los niveles reales de sólidos que son críticos para comparar la pérdida de volátiles durante el secado.
Se realizaron dos rondas de pruebas. Una serie comenzó hace más de un año, y una segunda serie se observó durante un ciclo de 60 días.
Espesores de película
Nuestras pruebas de tiempo de secado del acrílico incluyeron una serie de espesores de película de pintura estándar. Utilizamos las herramientas para decidir el rango de espesores y proporcionar un conjunto realista de películas uniformes. Elegimos 10 mil (aproximadamente el grosor de una aplicación generosamente cepillada), 62,5 mil (1/16″), 125 mil (1/8″) y 250 mil (1/») para esta prueba.
Métodos para evaluar la velocidad de secado
- Manipular físicamente la capa de pintura durante el secado para observar las etapas clave. Esta es la forma más accesible para los artistas de medir el secado también (Figura 4). Tocar una capa de pintura es la mejor manera de determinar el grado de secado.
- Inspeccione visualmente la capa en busca de signos de desprendimiento y aclaración. La superficie se encoge y cambia a medida que se seca. Los geles comienzan siendo de color blanco lechoso y luego se vuelven translúcidos y nebulosos en su camino hacia la claridad. Los cambios ópticos indican puntos cruciales en el ciclo de secado.
- Pesando el panel de prueba. La mayoría de los artistas no pueden pesar sus obras durante el proceso de pintura. Incluso si lo hicieran, la información no significa demasiado si no se conoce también el nivel real de sólidos. Al comparar la pérdida de peso con los resultados físicos y visuales, se revela una imagen precisa del proceso de secado.
Resultados de las pruebas
Como se puede imaginar, este tipo de pruebas crea enormes hojas de cálculo llenas de datos. Cada prueba se examina individualmente y luego se compara con las demás. Una de las partes más importantes de las pruebas fue intentar definir el nivel de volátiles en relación con el grado de sequedad de las películas de pintura en cada intervalo. Creamos un gráfico para ayudar a visualizarlo (Figura 5). Este intervalo se basa en la comparación de la pérdida de peso de la muestra con los cambios físicos y visuales, y en realidad la mayoría de las etapas suceden tan rápidamente que una etapa se difumina en la siguiente. Las películas más gruesas nos dan una mejor comprensión de esta relación, pero es importante establecer estos puntos clave en el ciclo de secado para los resultados a seguir.
Secado rápido al principio
En todo el tablero, con cada panel de prueba, la mayor parte de la pérdida volátil ocurre al principio del ciclo de secado. La pérdida de agua y co-solventes se ve facilitada por la falta de una piel de pintura, o al menos no muy sustancial. Se puede ver esta rápida pérdida observando los gráficos de la figura 5. Lo interesante fue ver que cada película creaba la misma línea de curva de secado al trazar la pérdida de peso. Observamos que las películas de pintura fina tardan unos 3 días en alcanzar un estado sólido. Esto no significa que no se pueda seguir aplicando pintura o medios, sino que es un marco de tiempo general para esperar antes de hacer algo extremo, como estirar la pintura, o barnizar.
El sustrato influye en las tasas de secado
El impacto del sustrato en el tiempo de secado demostró ser significativo. El mismo producto aplicado con el mismo grosor se seca notablemente más rápido sobre un sustrato transpirable como la lona, que favorece el secado bidireccional, en comparación con un panel no absorbente. Al principio, la pérdida de peso era similar, pero a medida que las películas de pintura comenzaron a desarrollar una piel más gruesa en la superficie, surgió un patrón que mostraba la diferencia.
 |
 |
Las pruebas demuestran que un sustrato más transpirable permite un secado bidireccional. Las tarjetas de aluminio no absorbentes en casi todos los casos mostraron una pérdida de peso significativamente más lenta y un aclaramiento más lento de los geles (Figura 6).
Espesor de la película
El espesor de la película siempre ha sido reconocido como un factor clave en la velocidad de secado de los acrílicos. Las películas de 10 mil de geles y acrílicos de cuerpo pesado se secan al tacto en minutos. La película de pintura se seca uniformemente y sigue el proceso estándar de secado de la pintura. Pero cuando se aplican capas más gruesas, la diferencia clave es el desarrollo de una piel de pintura que se vuelve más sustancial durante el secado hasta que toda la película de pintura se fusiona (Figura 7). Esta piel de pintura impide drásticamente el movimiento de los volátiles fuera de la película.
Lo comprobamos por la rapidez con la que el Gel Regular (Brillante) es capaz de aclararse, y hay pruebas directas que lo apoyan al compararlo con la tasa de pérdida de peso. Además, pudimos confirmarlo con los datos de manipulación física. En todos los casos, las películas más finas se secan más rápido que las más gruesas, independientemente del producto o del sustrato.
Diferencias entre productos
Debido al gran alcance de estas pruebas, el número de productos probados fue limitado. Los productos Heavy Body Titanium White y Regular Gel (Gloss) proporcionaron una gama razonable de diferencias de producto. Reconocemos que varios tipos de pigmentos, formulaciones de pintura y otros productos van a comportarse de manera diferente a estos dos productos. Aparte de los sólidos de polímero acrílico, los productos pueden contener una amplia gama de sólidos adicionales, incluyendo muchos tipos de pigmentos, cargas, granos y agentes mateantes, mientras que los geles tienden a tener sólo el aglutinante acrílico como sólidos, a menos que contenga sólidos mateantes.
Al comparar el Blanco de Titanio con el Gel Regular, no hubo muchas diferencias entre ellos desde el principio, a través de los diversos espesores y sustratos. El Titanium White parece tomar una ventaja temprana en cuanto a la pérdida de peso, y mantuvo esta ventaja durante el ciclo de pruebas de 60 días. En varios grupos de prueba, el nivel final de volátiles que quedaba en la película estaba entre el 7 y el 15% (Figura 8).
Resultados de la manipulación
Manipulamos (con palillos y posteriormente con lápices) la superficie tanto del gel como de la pintura blanca durante varios días hasta que no hubo una diferencia discernible en la forma en que el acrílico respondía al pinchazo (Figura 4). Descubrimos que las películas más finas se secaban tan rápidamente que era difícil medir los distintos cambios que se producían, por lo que las aplicaciones más gruesas proporcionaron los datos más registrables.
Los productos se volvieron notablemente más gruesos y empezaron a despellejarse durante el primer día de pruebas. En general, las capas acrílicas comienzan a cambiar muy rápidamente durante su primer día de secado. Al cabo de varias horas, se desarrolló una «corteza» en el Titanium White similar a la corteza del Brie (queso blando y curado), mientras que la piel de gel era más gomosa, tirando y estirándose al palparla.
Al segundo día, llegó un punto en el que ya era difícil utilizar palillos. Las pieles eran gruesas e inflexibles, por lo que fue necesario cambiar al uso de lápices para comprobar la sequedad. Los pinchazos suaves pronto dieron paso a otros más agresivos. Al final de la segunda semana, las películas eran lo suficientemente fuertes como para romper las minas de los lápices.
Tamaño de la zona pequeña frente a la grande
De vez en cuando, al realizar este tipo de investigación, los datos de las pruebas arrojan una bola curva. La suposición estándar sería que una película de pintura acrílica más pequeña se secará más rápido que una más grande. ¿No es así? No es tan rápido. Comparamos un círculo de 2 pulgadas de producto con un círculo de 12 pulgadas de producto, ambos en un panel. Tanto en las muestras de Gel regular (brillante) como en las de Blanco titanio de cuerpo pesado, el círculo más grande perdió peso más rápido que su homólogo de menor diámetro. Las diferencias pueden no ser sustanciales, pero había suficiente diferencia como para que nos preguntáramos por qué ocurría esto.
Secado zonal
Aunque es necesario realizar más pruebas para comprender mejor estos resultados, una teoría es que en una capa grande y gruesa de pintura o gel, el producto inicial se despelleja igual que el círculo 2. más pequeño, pero el grosor total de esta piel varía del centro al borde (Figura 9). Es posible que la zona central de la piel de la pintura sea más fina debido a la afluencia de volátiles al centro durante el secado, causada por el secado de los bordes. El borde exterior se descascarilla primero y se aprieta más rápidamente dificultando el paso del agua a través de la película. El agua toma la ruta más fácil para escapar de un material. En este caso, el agua fluye hacia el interior, hacia el centro, y da lugar a que el agua pueda salir de la película a una velocidad ligeramente superior a la que permitiría una capa de pintura más fina y de piel más uniforme.
Resumen
Muchos artistas aprovechan la naturaleza de secado rápido de los acrílicos. Es una de sus características más destacadas, y aunque se puede ralentizar con el uso de retardadores, el secado rápido permite una gran variedad de técnicas. Sin embargo, cuando el tiempo es crítico, muchos artistas que no han pensado en todos los factores desde el principio, se enfrentarán al problema de tener que esperar más de lo deseado antes de comenzar la siguiente fase de su proceso de pintura. Si uno pinta con espesor, entonces debe comprender la importancia de dar a esa generosa capa tiempo para secarse. Si un secado más rápido es importante, entonces hay que mirar bien lo que se puede cambiar para mejorar el tiempo de secado.
Para resumir los resultados de la prueba, aquí hay algunos pensamientos clave:
Las capas finas se secan más rápido que las capas más gruesas. Esto no significa que no pueda terminar con capas gruesas, pero vea si es posible aplicar varias capas más finas en lugar de una capa pesada.
Los tejidos transpirables facilitan un secado bidireccional más rápido. Los paneles proporcionan ciertamente una gran estabilidad, pero su uso significa que todos los volátiles sólo pueden salir de la película de pintura en un sentido, principalmente a través de una piel de pintura que se espesa.
-La selección del producto puede influir en el secado, pero no lo suficiente como para preocuparse en exceso.
-El tamaño de la pintura no es un factor crítico.
-Los factores ambientales influyen mucho en el secado. La temperatura, la humedad y el flujo de aire pueden ajustarse para controlar los tiempos de secado.
Por último, es importante señalar que, si bien hemos aislado las variables del tiempo de secado en esta prueba, en el estudio, la capacidad del artista para controlar tantas como sea posible debería dar lugar a tiempos de secado más rápidos en general sin causar problemas potenciales. Las películas de pintura finamente aplicadas sobre lienzo estirado que se dejan secar en un espacio cálido y seco con buen flujo de aire se van a secar mucho más rápido que una pintura impasto sobre panel en el sótano. Por lo tanto, aunque tenga prisa, tómese el tiempo necesario para incluir todas las variables posibles en las ecuaciones del tiempo de secado para satisfacer sus necesidades.