Laboratorio de I+D+i de Resinas y Aditivos de la Piedra Natural

Universidad de Almería

Proyecto cofinanciado con fondos propios de la Consejería de Economía, Innovación y Ciencia de la Junta de Andalucía

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PIEDRA Y ADITIVOS

La palabra piedra (del griego p?t?a, "piedra") hace referencia a cualquier material natural con elevada consistencia y naturaleza inorgánica, inanimado y que suele encontrarse en la superficie de la tierra. Las piedras constituyen la superficie de la tierra y se extraen para su uso generalmente de canteras que son explotaciones mineras a cielo abierto o bien de minas. La piedra es el material que ha mostrado mejor conservación a lo largo de los años: sirvió para producir las primeras herramientas y es fue utilizado para realizar las grandes obras del pasado que todavía podemos admirar. La piedra natural se reconoce por su resistencia a distintos tipos de esfuerzos y su aspecto noble y natural.

Las piedras generalmente se cortan para usarlas en edificación, siendo llamadas en este caso piedras o rocas de (para) construcción. Muchas veces las piedras se trabajan con un fin estético, en este caso se habla de roca ornamental. De una forma más precisa se define la roca ornamental como la piedra natural que ha sido seleccionada, desbastada o cortada en determinada forma o tamaño con o sin una o más superficies elaboradas mecánicamente. Tradicionalmente la piedra natural se ha dividido desde el punto de vista de la construcción en Piedras (a secas) y Mármoles. Las primeras serían las de cantería o de corte, los segundos serían las piedras capaces de admitir el pulido. Hay dos grandes grupos, el de los mármoles y el de los granitos y similares, en general no marmóleas. Los mármoles incluyen además de ellos mismos a serpentinas, dolomías y calizas recristalizadas y ónices, mientras que los granitos vienen acompañados por granodioritas y otras rocas intermedias, rocas básicas, (gabros y otras), migmatitas, sienitas, etc. Otro grupo importante entre las piedras naturales usadas en construcción es el de las pizarras, utilizadas tradicionalmente para cubiertas, mampostería y enlosados, además de para ornamentación.
Para dar un buen uso a los materiales pétreos es indispensable conocerlos determinando sus principales propiedades: composición, estructura, densidad y resistencia frente a determinados ensayos normalizados (flexión, compresión, impactos, desgaste, cambios térmicos, heladas, contaminación, anclaje, etc.).

Principales tipos de piedras desde el punto de vista de su formación


Ígneas

Las rocas ígneas se generan por consolidación de magmas del interior de la Tierra. Se clasifican en volcánicas, si el enfriamiento es rápido en zonas superficiales, y plutónicas, el enfriamiento ha sido lento en zonas profundas de la corteza. De entre las rocas plutónicas destacan la familia de los granitos, que están constituidos fundamentalmente por cristales de cuarzo, feldespatos y micas, en distintas proporciones. Los granitoides suelen ser bastante homogéneos con textura granulada, de gran dureza y resistencia a los esfuerzos y alteraciones. Se suelen utilizar como piedras de cantería, solería, recubrimientos de fachadas, etc.

Metamórficas

Son producto de la transformación de otras rocas en estado sólido, producto de la elevación de la temperatura y/o presión, por efecto del agua o hielo, por cristalización de nuevos minerales y adquisición de nuevas texturas y estructuras.
El ejemplo más característico de las rocas metamórficas son las pizarras que provienen de la descomposición de las arcillas sometidas posteriormente a altas presiones. Por ellos su tamaño de grano es muy pequeño y sus colores obscuros. Otras características interesante es su intensa orientación planar, denominada foliación o esquistosidad, que está determinada por la disposición de sus minerales laminares (filosilicatos). Por ello se pueden lajar en placas muy finas, impermeables y resistentes a la flexión. Los mármoles también son rocas metamórficas, derivadas de las calizas, constituidas fundamentalmente por carbonato cálcico, que han sufrido procesos de recristalización, lo que les proporciona una gran dureza. Los mármoles se pueden pulir y abrillantar, lo que les confiere un aspecto noble que ha sido apreciado por todas las civilizaciones de la historia. Estas características, junto con sus notables propiedades mecánicas y de durabilidad han hecho de los mismos unos de los materiales más nobles que se han podido usar en construcción.
Otros ejemplos de rocas metamórficas son las cuarcitas, producto de un proceso de recristalización de areniscas ricas en cuarzo, y los gneises, que son rocas duras, de superficie áspera no totalmente uniforme.


Sedimentarias

Se producen por acumulo de materiales de distintas procedencias. Las areniscas están constituidas fundamentalmente por arenas cuyos granos están trabados por medio de una matriz. Presentan valores de resistencias mecánicas variables, básicamente de tipo medio. En general, tienen buena predisposición para su trabajo y talla. Las calizas está constituidas fundamentalmente por carbonato cálcico, en forma de precipitados y partículas. Cuando en su composición hay cierta proporción de carbonato magnésico se habla de dolomías. Proporcionan valores de resistencias intermedios y altos, siendo útiles para la construcción.


RESINAS

La definición más aceptada de resinas las califica como productos orgánicos sólidos o semisólidos de origen natural o sintético, con un punto de fusión no definido que al sufrir el proceso de polimerización sufren un entrecruzamiento total tridimensional entre sus cadenas, este proceso es conocido comúnmente como curado. Las resinas se caracterizan porque una vez curadas están constituidas por cadenas de alto peso molecular y ser termoestables, es decir que no llegan al estado de fluidez al incrementar su temperatura.

Tipos de resinas

RESINAS NATURALES

La mayor parte de resinas naturales son derivadas de plantas o animales. Pueden ser modificadas química o físicamente mezclándolas con otros materiales para modificar sus propiedades, mecánicas o térmicas.
Entre ellas destacan: Colofonia; resina de dammar; resina mastique (almáciga); resina sandaraca; goma laca; resina de Copal; ámbar del Báltico; trementina de Venecia y de Estrasburgo; bálsamos de Canadá, Copaiba y de Elemi; goma gutta; cera de carnauba; sangre de dragón; goma elemi Manila; goma adragante; goma arabiga; goma copal Manila; goma mastic; caucho natural; almidón; celulosa; quitina; pullulan; levan; conjac; colágeno; gelatina; caseína; albúmina.


RESINAS ARTIFICIALES

Desde principios del siglo XX, la investigación científica ha desarrollado numerosos polímeros, sintetizados a partir de pequeñas moléculas orgánicas. Hoy en día muchos plásticos, cauchos, recubrimientos, consolidantes y materiales fibrosos son polímeros sintéticos.
El proceso sintético que generalmente se usa para la obtención de las resinas artificiales suele ser más económica que el necesario para un producto natural, siendo sus propiedades comparables, y a veces superiores, a las de los análogos naturales.
Las propiedades de los polímeros, como en el caso de los metales y de las cerámicas, están relacionadas con su estructura molecular y su fase cristalina.
Entre las resinas sintéticas destacan: Poliamidas; polianhydridos; poli(amida-enaminas); poli vinil alcohol; poli( ethilen-co-vinil alcohol); Poli(vinil acetato); poliesteres (Poli(ácidoglicolico); poli(ácido láctico); poli(caprolactona); poli(orto-esteres)); Poli(ethilen-oxido); Poli(uretanos); Poli(fosfacinas); Poli(acrilatos); epoxi.

Tipos de resinas según sus características


1. Termoestables:
Resinas de Poliuretano: se forman a partir de isocianatos y alcoholes multifuncionales (poliisocianatos R(NCO)n y polioles R(OH)n).
Resinas Fenólicas: se obtienen por policondensación de fenoles y formaldehído, dependiendo de la proporción de ambos, el material final es termoestable o termoplástico.
Resinas urea-formaldehído: se obtienen por reacción de los grupos amino de la urea con el formaldehído, formando las metiol-ureas, que a su vez reaccionan con el formaldehído y otros grupos amino de la urea.
Resinas de melamina-formaldehído: obtenidas por reacciones de policondensación de fenilamina y formol.
Resinas de poliéster insaturado: preparadas por poliesterificación de poliácidos con polialcoholes
Resinas epoxi: se obtienen por reacción del bisfenol A y la epiclorhidrina.
Resinas de silicona: se obtienen por hidrólisis de dihaluros de alquilsilanos (R)2SiCl2 y haluros de fenil silanos los cuales producen moléculas lineales flexibles y los trihaluros de alquilsilanos RSiCl3 que producen moléculas altamente entrecruzadas.
Resinas de poliimidas: son producidas por reacciones de policondensación de diaminas y ácidos tetrabásicos.


Propiedades

• Se forman a partir de monómeros de baja masa molecular y oligómeros con múltiples grupos funcionales reactivos.
• Al calentarlos no fluyen, se degradan sin llegar al estado fluido.
• Cuando se tratan térmicamente se polimeriza originando entrecruzamientos covalentes entre cadenas moleculares contiguas dificultando de esta manera los movimientos de rotación y vibración de estas moléculas gigantes al incrementarles su temperatura.
• Generalmente el entrecruzamiento de las unidades monoméricas se encuentra alrededor del 10 al 50% .
• Presentan una transición crítica sol-gel
• Durante el proceso de polimerización las macromoléculas gigantes formadas se percolan a través de la muestra, en este estado el material se denomina GEL.
• Al final de la polimerización estos polímeros son redes tridimensionales formadas por enlaces covalentes.
• Generalmente son mas duros, resistentes y mas frágiles que los termoplásticos, pero tienen mejor estabilidad dimensional.


2. Elastómeros vulcanizables

Poliisopreno sintético (caucho natural)
Caucho Neopreno (CR) (cloropreno)
Poliuretano vulcanizado
Caucho Polibutadieno (BR)
Caucho butílico (poliisobutileno)
Caucho estireno-butadieno (SBR)
Caucho nitrilico (NBR)
Caucho de etileno-propileno

Propiedades
• Son polímeros amorfos, sus temperaturas normales de uso suelen estar por encima de su temperatura de transición vítrea.
• Son capaces de recuperarse rápidamente a su forma original luego de grandes deformaciones elásticas, pudiendo recuperar total o parcialmente su forma cuando cesa el esfuerzo.
• En ausencia de esfuerzos, son amorfos y están compuestos de cadenas moleculares muy torsionadas, dobladas y plegadas. La deformación elástica causada por la aplicación de un esfuerzo de tracción origina enderezamiento, desplegado y alargamiento de sus cadenas en la dirección del esfuerzo de tracción.
• Debido a esto tienen una amplia variedad de aplicaciones debido a sus excelentes propiedades físicas de flexibilidad, extensibilidad y durabilidad.
• Otras propiedades útiles incluyen resistencia a la abrasión, al medio ambiente y a fluidos polares como el agua.
• Pueden ser modificados fácilmente en su composición para aplicaciones específicas.
• Los elastómeros termoplásticos son elastoméricos cuando no están vulcanizados y cuando están vulcanizados son termoestables.
• Su estructura es reticulada aunque en menor grado que los termoestables.


APLICACIONES DE LAS RESINAS

Termoestables

En general, debido a que poseen estabilidad dimensional, estabilidad térmica, resistencia química y propiedades eléctricas, se aplican en múltiples campos:
? En la industria aeroespacial: Componentes de mísiles; alas; fuselajes; etc.
? En el hogar: Interruptores, asas, etc.
? En automovilismo: Piezas ligeras para sustituir metales, frenos, pinturas, etc.
? En la construcción: Espumas aislantes, techos, chapas para forrar paredes, pinturas, etc.
? En la industria textil: Botones, ropa tratada, etc.
? En electricidad: Cuadro conexiones, recubrimientos, etc.
? En mobiliario: Puertas, pantallas de lámparas, etc.
? En la salud: Rellenos dentales, implantes ortopédicos, etc.
? Ocio: Raquetas tenis, barcas, etc.
? Herramientas: Papel de lija, etc.

Resinas de Poliuretano

Adhesivos, sellantes, elastómeros, espumas flexibles (muebles, transporte, colchones, etc.), espumas rígidas (aislamiento, refrigeración, transporte, empaquetado, etc.), recubrimientos, textiles, moldeados de inyección, etc.


Resinas Fenólicas

Impregnación de resinas; revestimiento de frenos; resinas de hule; componentes eléctricos; adhesivos para cemento, adhesivos en la fabricación de tableros aglomerados y contrachapados; polvos de moldeo; materiales de aislamiento térmico; laminados para edificios y tableros; pinturas; masillas aglutinantes; espumas; recubrimientos protectivos, etc.

Resinas urea-formaldehído

Adhesivos y enlazantes de madera fibrosa y granulada para puertas, mueblería, y pisos de interiores; polvos de moldeo; paneles aislantes; etc.

Resinas de melamina-formaldehído

Tienen mejor resistencia al calor, ambiente y humedad que las resinas urea-formaldehído, su mayor uso esta dirigido hacia los recubrimientos de automóviles; laminados; paneles en transporte público; moldeados de alta dureza; vajilla del hogar de alta resistencia al impacto; etc.

Resinas de poliéster insaturado

En edificios y construcción; laminados; equipos resistentes a la corrosión; auto-reparación de masillas; cañas de pescar; esquís; construcción naval y marina (partes de aviones y barcos); recubrimientos; estratificados; barnices; plásticos reforzados; claraboyas; planchas de invernaderos; planchas de fachada; piscinas; tejados; tuberías de gran diámetro; masillas; industria del automovilismo y ferrocarriles; etc.

Resinas epoxi

Dependiendo del peso molecular, las resinas epoxi pueden tener muchas aplicaciones:
Pinturas y acabados, adhesivos. En la industria de la construcción se usan para unir bloques y como argamasa en edificios, además unión entre hormigones, morteros, juntas, membranas, anclajes, pinturas de protección superficial y reparación estructural. Como materiales compuestos (composites), en aplicaciones náuticas, y en partes estructurales en aeronaves.
Revestimiento e impregnación aislante (por ejemplo, en los bobinados de los motores) Adhesivos. Se considera que los adhesivos epoxídicos son, después de los naturales, los mas consumidos en el mundo, en cualquiera de sus formas y aplicaciones.
Barnices aislantes, recubrimientos varios: pantallas metálicas, elementos activos de máquinas eléctricas, piezas de conexión eléctricas, etc. Uno de sus usos mas difundidos es la construcción de transformadores de medida para tensiones de hasta 80 kV.

Resinas de silicona

Laminados en la industria del vidrio; polvos de moldeo reforzados; aditivos; motores eléctricos; tableros de circuitos y transformadores; partes de aviones con alta resistencia a la temperatura y el fuego.

Resinas de poliimidas

Son usadas en aplicaciones donde se requieran un bajo coeficiente de expansión térmica, resistencia al calor y resistencia a la radiación, usualmente en anillos de pistón de motores de jet; equipamientos de oficina; compresores; transmisión de automóviles; aislamiento y sellos en aplicaciones nucleares; motores eléctricos; tableros de circuitos impresos; adhesivos de alta temperatura; moldes; películas; resinas laminadas con temperatura de trabajo de hasta 180 ºC, etc.



Elastómeros

Poliisopreno sintético (caucho natural)

Se usa mayormente en forma de caucho sólido y en menor extensión como látex; adhesivos; cementos; gomas; suelos antideslizantes; pasto sintético; juntas de dilatación y estanqueidad; pavimentos especiales; pinturas; amortiguadores de choques; montajes de motores; etc.


Caucho Neopreno (CR) (cloropreno)

Aislantes; mangueras; montaje de máquinas; ropa protectora; juntas de estanqueidad; aparatos de apoyo; adhesivos; protección de cables de baja tensión; productos resistentes a la llama, grasas y aceites. Tiene un uso muy extendido en forma de junta externa en los sistemas de refrigeración (freón 22). Resistente a los ácidos débiles, alcoholes, agua, aire amoniaco, argón y otros gases. Temperatura de uso va de –20 a 90 ºC.

Poliuretano vulcanizado

Son materiales polivalentes, robustos. Se usan por su facilidad de adhesión a diferentes materiales, a los cuales les confiere protección contra la humedad, choques, además se usan en pinturas; aislamiento térmico y acústico; sellado de grietas; barnices; sellado de puertas; ventanas y saneamientos; elementos decorativos; impermeabilización; vigas; como elastómeros en la industria del automóvil; absorbedores de choques; juntas flexibles; neumáticos sólidos; calzado; etc.

Caucho Polibutadieno (BR)

Antiguamente usado en mezcla de elastómeros para conferir resistencia a la abrasión de los neumáticos; para mejorar la tracción de los neumáticos en el hielo y en general en neumáticos con alta resistencia a la abrasión.

Caucho butílico (poliisobutileno)

Usado en la fabricación de neumáticos sin tubo; aislamiento de cables; tapones de frascos de medicinas; bladders para neumáticos; moldes de vulcanización; etc.

Caucho estireno-butadieno (SBR)

Sus emulsiones se usan generalmente con polibutadieno en la producción de neumáticos de carros y vehículos ligeros; suelas de calzado; mangueras; gomas moldeadas; aislamiento de cables y en general en aplicaciones mecánicas.

Caucho nitrilico (NBR)

Sistemas de aislamiento, protección de tuberías, depósitos, instalaciones de refrigeración, frío industrial y climatización, juntas de estanqueidad. Compatible con los aceites derivados del petróleo, aire, agua, keroseno, las soluciones de cal, los gases licuados de petróleo. No recomendable para gasolinas altamente aromáticas, ni para ácidos.

Caucho de etileno-propileno

Se utiliza como sustituto del caucho nitrílico; debido a su resistencia a la deformación remanente después de la compresión se usa en forma de juntas tóricas en electroválvulas y válvulas para vapor; impermeabilización de cubiertas, insonorización, juntas de estanqueidad; en la industria del automóvil, mangueras del radiador, cierre hermético de las puertas, aislamiento, etc. Sus temperaturas de trabajo va de –20 a 180 ºC. No es resistente a fluidos derivados del petróleo.

Aditivos de la piedra natural

Todo aquello que modifique sus propiedades; pueden aplicarse directamente a al piedra o mezclado con una resina o adhesivo.


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