Nitrocelulosa como recubrimiento

El nitrato de celulosa lo descubrió Christian Schönbein en 1845, como muchas cosas de la ciencia, ocurrió por casualidad, al secar con un trapo de algodón (fibra de celulosa) con los restos de una mezcla entre ácido sulfúrico y nítrico, observó que al ponerlo a secar en la estufa el trapo se inflamaba, como sólo había ácido nítrico, sulfúrico y el trapo de algodón, dedujo que la mezcla de los ácidos y el algodón habían reaccionado formando: la nitrocelulosa (nitrato de celulosa).

Se observó que la nitrocelulosa, si se dejaba secar al aire, formaba una capa fina, dura y muy resistente,  lo que indicaba que se podría utilizar para revestir y cuidar superficies.

La nitrocelulosa fue la primera resina semi-sintética estable, que se usó para el recubrimiento y acabado de la madera, debido a su textura rígida y resistente al impacto. Si al nitrato de celulosa, lo mezclamos con solventes y plastificantes, mejoramos sus condiciones de flexibilidad y secado más rápido, además de conseguir una viscosidad adecuada para aplicación en brocha o spray.

En 1919, la empresa Nobel introdujo en UK el primer barniz decorativo a base de nitrocelulosa.

En 1920, la empresa New Explosives Company mejoró la fórmula con un acabado de alto grado para metales y maderas.

En 1923, la empresa DuPont ideó un método para producir una laca de baja viscosidad y alto contenido en nitrocelulosa.

En 1924, la empresa, DuPont crea la marca comercial Duco para la línea de producción de los automóviles Ford, mejorando el tiempo de secado, e introduciendo algo muy importante el color.

Las empresas Glidden y Sherwin-Williams introdujeron en el mercado doméstico una amplia gama de nitrocelulosa para aplicación en brocha.

En 1925 estas lacas se mejoraron con la introducción de las resinas alquídicas.

Este tipo de formulación tuvo una vida mas bien corta, debido a una serie de inconvenientes como: su alto contenido en disolvente, que se reflejaba en dos cosas: su alta inflamabilidad y el problema de la rapidez en la evaporación, lo que dificultaba su aplicación.

Las composiciones de nitrocelulosa se fueron mejorando con el paso de los años según  el grado de nitración (contenido en nitrógeno) y peso molecular (viscosidad) en lo correspondiente a los sólidos, en lo mecánico a los  plastificantes y resinas sintéticas, para dar más flexibilidad y mejor textura. Con estas variables podemos tener una nitrocelulosa a la carta.

Características más importantes de la nitrocelulosa son:

  1. Amplia solubilidad en disolventes orgánicos.
  2. Compatibilidad con diferentes resinas y plastificantes.
  3. Películas transparentes e inodoras.
  4. Facilidad de procesamiento.
  5. Secado rápido.
  6. Eliminación rápida de los solventes en la aplicación.
  7. Baja retención de solventes residuales.
  8. Inodora y atoxica.

La nitrocelulosa debido a su composición son fáciles de usar y por sus características, fáciles de aplicar en: lacas de automóviles, revestimientos de superficies, tintas, esmaltes, etc.

La nitrocelulosa

La celulosa es un polisacárido de alto peso molecular de estructura lineal que tiene como monómero la beta-glucosa,  que tiene tres hidroxilos libres por cada unidad de glucosa. Estos serán los responsables de la nitración, que según el grado, obtendremos diferentes  nitrocelulosas y viscosidades.

El grado de polimerización de la nitrocelulosa se mide por el número de uniones beta glucólisis que existe en la molécula. Este índice nos indica la viscosidad.

Según el grado de nitración final, tendremos diferentes tipos de  nitrocelulosas, con los tres hidroxilos de cada molécula conseguiremos el máximo un 14,40 %.

nitrocelulosa1 (2)

La Celulosa es un polímero compuesto de entre 1.500 – 10.000 uniones de beta-Glucosa, cuando se nitra se rompen parcialmente estas cadenas, quedandose uniones de entre 70 – 300 unidades, contra más larga sea la cadena, mejores propiedades mecánicas tendrá la nitrocelulosa. La viscosidad nos indicará la longitud de la cadena. El comportamiento reológico del polímero será no-Newtoniano

Como sabemos las nitrocelulosas tienen buena solubilidad, con muchos disolventes orgánicos, por lo tanto podemos formular nitrocelulosas con un amplio espectro de VOC.

nitrocelulosa2

Las nitrocelulosas según su  nitración las podemos clasificar.

    Contenido en N   

% Sólidos       

Viscosidad (según cantidad solvente)

Alto

11,80 - 12,20

10 - 1000 cp

Bajo

10,80 - 11,20

16 - 60 cp

Las nitrocelulosas se pueden formular según los componentes que tenga:

Sistema                                      Componentes
Binario Nitro plastificante
Terciario Nitro plastificante/resina
Cuaternario Nitro plastificante/resina A/resina B
  
Plastificantes para Nitrocelulosas

 Acción

Aceite de Ricino soplado 18 p Flexibilidad
Aceite de Soja epoxidado Estabilidad térmica y luz
Epoxiester de acido graso Estabilidad térmica y luz
Acetil tributril Citrato Resistencia a la luz
  
 
Resinas para nitrocelulosas Características resina  Dosis sobre resinas  
Alquídicas Elasticidad Adherencia Durabilidad 50 %
Maléica Dureza Brillo, adherencia Secado 30 – 45 %
Poliamida Flexibilidad Brillo Resistencia luz-color 10 %
Formaldehido Flexibilidad Brillo Resistencia luz-color 10 %
   

Nitrocellulose1

Problemas de la nitrocelulosa.
 
El velado es el blanquecimiento de la película o falta de nivelación y pérdida de brillo como consecuencia de una rápida evaporación de los disolventes, lo que produce un enfriamiento superficial de la película, que da lugar a la condensación en gotas de vapor de agua que le dan un aspecto velado.
 
Las nitrocelulosas son muy sensibles a la humedad, por tal motivo el secado es muy importante, por eso hay que utilizar disolventes adecuados, que tengan una lenta evaporación, por su alto punto de ebullición (100 – 140 ºC), lo que da un perfecto secado tanto en profundidad como superficialidad, con lo que se eliminan los problemas de velado, producidos por la retención o absorción de agua.
 
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