Resumen de Generación de un nuevo revestimiento arquitectónico, a partir del grafeno, aplicado a las pinturas exteriores de los edificios
Pedro Rafael de la Peña Benítez
En este trabajo, realizado para optar al grado de doctor, se investigan las posibilidades que ofrece la nanotecnología en la arquitectura a través de la aplicación del grafeno en las pinturas exteriores que actualmente se utilizan en la construcción.
Mediante la experimentación y el análisis de los procesos es posible demostrar que el grafeno es un revestimiento arquitectónico que mejora las propiedades mecánicas y de durabilidad de las pinturas exteriores.
Los objetivos de esta investigación se han dirigido a conseguir un revestimiento arquitectónico mejorado con uno de los materiales tecnológicamente más avanzado, a lograr que mejoren sus propiedades físicas y químicas de este revestimiento y a obtener un proceso de fabricación fácil de realizar a gran escala.
La tesis comienza con la selección adecuada de los materiales y la caracterización de los elementos iniciales, para lo que se relacionó el tipo de pintura con el tipo de grafeno más adecuado a los caracteres químicos. Para ello se ha partido de doce pinturas para exteriores y de dos variantes de grafeno, que son, según la literatura científica existente, los precursores más adecuados para conseguir unos resultados positivos. Se ha revisado la documentación disponible en cuanto a la experimentación realizada con las pinturas, los polímeros y el grafeno, al objeto de conocer las propiedades de cada una de estos elementos. Asimismo, se ha buscado el enfoque que, desde un punto de vista químico, se ha estimado como el más adecuado para lograr los objetivos propuestos. También se ha estudiado la compatibilidad química con las variantes de grafeno utilizadas, determinándose cuáles eran las mezclas y las proporciones óptimas, en función de su naturaleza, para desarrollar posteriormente el método de procesado escalable para la obtención de un material constructivo.
Para la caracterización pormenorizada de los materiales empleados, se utilizaron técnicas de microscopía óptica, microscopía electrónica de barrido, fluorescencia de rayos X, análisis electroforético y difracción por rayos X, con las que pudieron determinarse con exactitud las condiciones de partida, para así poder comprender, posteriormente, las reacciones producidas una vez aplicado el grafeno. Tras realizar esa caracterización, se efectuaron las tandas de muestras en atención a la normativa de aplicación vigente. Luego esas mismas muestras se sometieron a distintos ensayos de comportamiento ante una cámara de luz ultravioleta, una cámara de ciclos higrotérmicos y a los agentes atmosféricos. Se tomaron datos periódicos de la evolución cromática de esas muestras con el objeto de analizarlas y obtener con ello un modelo que permita predecir el comportamiento final que adquiere, en función de su color inicial, la pintura tratada con grafeno. Además, se llevaron a cabo, ensayos de reflectancia difusa, de brillo, de conductividad eléctrica, de tinción fotocatalítica, de ángulo de contacto, de dureza por lápiz y de corte por enrejado. El material compuesto obtenido con pinturas mejoró la vida útil de las pinturas al agua, en cuanto a su estabilidad cromática y química, hasta en un 70%, ante la exposición a los agentes atmosféricos. No ocurrió así en las pinturas con disolvente orgánico, con las que los resultados fueron más dispares, aunque en algunos casos se mejoró su vida útil hasta en un 47,69%. La velocidad en la pérdida de brillo se redujo en hasta un 63,63%. La conductividad eléctrica para la pintura acrílica al agua y con un 1% en peso de óxido de grafeno mejoró en un 48%. La hidrofobicidad superficial de las muestras aumentó, llegando a una pérdida humectativa del 30,62% para la muestra de pintura al silicato con disolvente y con un 1% en peso de óxido de grafeno reducido. Las propiedades mecánicas de adherencia al sustrato mejoraron en dos grados la norma UNE‐EN ISO 15184:2012 y en un grado la norma UNE‐EN ISO 2409:2013.
Los resultados obtenidos en este trabajo confirman los estudios realizados en otros campos de investigación, en los que se desarrollan polímeros compuestos con variantes de grafeno y se obtuvieron mejoras de comportamiento químico y mecánico.
Si bien no existe una experimentación específica con pinturas aplicadas en la construcción en combinación con estas variantes de grafeno, con los materiales poliméricos empleados se han conseguido mejoras similares.
La investigación realizada ha permitido demostrar que es posible crear un nuevo material compuesto constituido por pinturas para exteriores y variantes de grafeno, aplicable a la envolvente arquitectónica, mejorándose así las propiedades químicas y mecánicas y la capacidad para predecir el comportamiento cromático de las muestras. A ello se añade el que la facilidad que se encuentra en su producción permite su desarrollo a nivel industrial. Por otro lado, esta misma investigación abre otras posibilidades de estudios futuros, en los que se analicen otras pinturas y se lleven a cabo ensayos diferentes a los desarrollados en esta tesis.
Las posibilidades que permite el grafeno en la arquitectura también se recogen en el capítulo de futuras líneas de investigación. En este sentido, este trabajo puede servir de base para el desarrollo de nuevos materiales y de sistemas constructivos que utilizen el grafeno como elemento tecnológicamente avanzado.
