ES2237231B2 - LASER PROCEDURE FOR CLEANING CONSTRUCTION AND URBAN FURNITURE MATERIALS. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento láser para la limpieza de materiales de construcción y mobiliario urbano.Laser procedure for cleaning building materials and street furniture.
Presenta una fase de selección y caracterización de materiales y pinturas empleados (1), una fase de estudio de un proceso de ablación de los materiales y pinturas seleccionados (2), una fase de determinación de parámetros de interés en dichos materiales y pinturas (3), una fase de evaluación y optimización de los anteriores parámetros (4) y una fase de desarrollo de prototipos a emplear en aplicaciones concretas (5).Presents a phase of selection and characterization of materials and paints used (1), a study phase of a Ablation process of selected materials and paints (2), a phase of determining parameters of interest in said materials and paints (3), a phase of evaluation and optimization of the previous parameters (4) and a development phase of prototypes to be used in specific applications (5).
La invención es especialmente aplicable a la limpieza de graffitis dibujados en edificaciones.The invention is especially applicable to the cleaning graffiti drawn on buildings.
Description
Procedimiento láser para la limpieza de materiales de construcción y mobiliario urbano.Laser procedure for cleaning building materials and street furniture.
La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento láser para la limpieza de materiales de construcción y mobiliario urbano, cuya finalidad principal consiste en proporcionar un procedimiento basado en técnicas láser para la eliminación de graffitis y contaminación en edificios y mobiliario urbano, así como la para la conservación del patrimonio artístico, dando respuesta a una demanda creciente, tanto en la sociedad como en la industria del sector de limpieza.The present invention, as expressed in the statement of this specification refers to a laser procedure for cleaning building materials and street furniture, whose main purpose is to provide a procedure based on laser techniques for removal of graffiti and pollution in buildings and furniture urban, as well as for the conservation of artistic heritage, responding to a growing demand, both in society and in the cleaning industry.
Un objetivo de este procedimiento es lograr la viabilidad técnica y económica de un nuevo sistema láser como método alternativo a las técnicas convencionales de limpieza que, manteniendo la eficiencia de estas últimas, permita resolver los problemas a ellas asociados, incluidos los relativos a la contaminación acústica, lo que permitirá trabajar por la noche, facilitando así el acceso a las zonas a tratar. Con el procedimiento de la invención se disminuye la contaminación medioambiental, al eliminar la generación de residuos y nubes de polvo y permite efectuar limpiezas de nuevos materiales que no son tratables con técnicas convencionales y que cada día están más presentes en la arquitectura moderna. La simplicidad, versatilidad, eficiencia y ventajas socio-económicas del procedimiento de la invención pueden hacer del mismo que se constituyan una técnica sistemática y habitual que vaya reemplazando de manera progresiva a las técnicas convencionales de limpieza utilizadas hasta ahora, más agresivas y menos selectivas.An objective of this procedure is to achieve technical and economic feasibility of a new laser system as a method alternative to conventional cleaning techniques that, maintaining the efficiency of the latter, allow to solve the problems associated with them, including those related to noise pollution, which will allow you to work at night, thus facilitating access to the areas to be treated. With the procedure of the invention, environmental pollution is reduced by eliminate the generation of waste and dust clouds and allows clean new materials that are not treatable with conventional techniques and that are increasingly present in the modern architecture. Simplicity, versatility, efficiency and socio-economic advantages of the procedure of the invention can make it a technique systematic and usual to gradually replace conventional cleaning techniques used so far, more aggressive and less selective.
El procedimiento de la invención permite desarrollar prototipos que pueden utilizarse a escala industrial y de modo rutinario en tareas de limpieza, sustituyendo o complementando a las técnicas convencionales usuales más contaminantes.The process of the invention allows develop prototypes that can be used on an industrial scale and routinely in cleaning tasks, replacing or complementing the usual conventional techniques more pollutants
La cada vez más importante proliferación
de
graffitis o pintadas en las paredes de nuestras ciudades
ha hecho surgir un interés para la búsqueda de sistemas eficaces
de limpieza de estos elementos. Los graffitis más extendidos y
molestos actualmente son los llamados "tag" o firmas,
plasmadas sobre todo tipo de superficies, tanto paredes como
mobiliario urbano, elementos ornamentales y monumentales. Las
técnicas utilizadas hasta el momento (decapantes abrasivos,
aplicación de capas de pintura o cemento líquido, aplicación de
agua a presión) son muy agresivas, ya que la mayoría afecta, en
algún grado, la superficie o bien no tienen la eficacia deseada.
Todo ello hace necesario el estudio y desarrollo de un nuevo
sistema de limpieza de graffitis que sea totalmente respetuoso con
las superficies a tratar y que consiga unos resultados plenamente
satisfactorios. En los últimos años, el uso del láser en la
limpieza de superficies ya se ha introducido, con éxito
contrastado, en la restauración de obras de arte. Es por ello que
pretendemos introducir los métodos asistidos por láser para la
limpieza y conservación de edificios y mobiliario urbano, a pesar
de su potencialmente elevado costo y dificultad técnica.The increasingly important proliferation of
Graffiti or graffiti on the walls of our cities has raised an interest in the search for effective cleaning systems for these elements. The most widespread and annoying graffiti are currently called "tag" or signatures, embodied on all types of surfaces, both walls and street furniture, ornamental and monumental elements. The techniques used so far (abrasive strippers, application of layers of paint or liquid cement, application of water under pressure) are very aggressive, since most affect, to some degree, the surface or do not have the desired effectiveness. All this necessitates the study and development of a new graffiti cleaning system that is totally respectful of the surfaces to be treated and that achieves fully satisfactory results. In recent years, the use of laser in surface cleaning has already been introduced, with proven success, in the restoration of works of art. That is why we intend to introduce laser-assisted methods for cleaning and conservation of buildings and street furniture, despite its potentially high cost and technical difficulty.
Idealmente, cualquier procedimiento empleado en la limpieza de una superficie debe eliminar los productos de polución de la misma sin alterar ésta, ni química ni estructuralmente. Por ello, el proceso de limpieza debe ser graduado y selectivo, al tiempo que debe evitar la formación de subproductos reactivos sobre dicha superficie y la alteración mecánica de la misma (como microfracturas, abrasión) que pueden deteriorar directamente o acelerar el deterioro ulterior de es superficie. La elección de las técnicas de limpieza debe hacerse atendiendo a dos objetivos: 1° la eliminación de la polución ocasionada para mantener la estética y prolongar el tiempo de vida de la superficie tratada, y 2° conservación inalterada de las capas externas y medias de la superficie. Hasta hoy, se han propuesto y aplicado numerosas técnicas de limpieza, algunas de las cuales están basadas en la aplicación directa de productos químicos de limpieza conocidos y sus mezclas. Sin embargo, tanto la aplicación de estos agentes químicos como el uso de métodos de lavado y procesos mecánicos de limpieza, sólo consiguen limpiar la piedra o superficie induciendo en muchos casos un deterioro substancial de la misma, tanto en su composición como en su estructura. Además, dado que estos procesos son difíciles de controlar, se necesita una alta experiencia para conseguir un resultado óptimo.Ideally, any procedure used in cleaning a surface must eliminate the products of pollution of the same without altering this, neither chemical nor structurally Therefore, the cleaning process must be graduated and selective, while avoiding the formation of reactive by-products on said surface and alteration mechanics of it (such as microfractures, abrasion) that can directly deteriorate or accelerate further deterioration of es surface. The choice of cleaning techniques should be made serving two objectives: 1st the elimination of pollution caused to maintain aesthetics and prolong life time of the treated surface, and 2nd unaltered conservation of outer and middle layers of the surface. Until today, they have proposed and applied numerous cleaning techniques, some of the which are based on the direct application of chemical products Known cleaning agents and mixtures. However, both the application of these chemical agents as the use of methods of washing and mechanical cleaning processes, they only manage to clean the stone or surface in many cases inducing deterioration substantial thereof, both in its composition and in its structure. In addition, since these processes are difficult to control, it takes a high experience to get a optimal result
En el año 1982 se descubrió la posibilidad de eliminar selectivamente material de la superficie de polímeros orgánicos sólidos de un modo controlado, mediante la utilización de radiación ultravioleta pulsada de suficiente intensidad procedente de láseres de excímero. Se acuñó el nombre de fotodescomposición ablativa o, más generalmente "ablación", para designar este proceso de fractura espontánea de superficies y emisión de material producido por la absorción de pulsos de luz. En los años siguientes se ha ido acumulando un cuerpo significativo de resultados experimentales sobre la interacción de radiación producida por láseres con diferentes materiales, tanto orgánicos como inorgánicos. Como ejemplos de campos en los que el uso de la ablación láser ha experimentado un rápido crecimiento podemos citar el procesado de componentes microelectrónicos o la cirugía del ojo y tejidos cardiovasculares.In 1982 the possibility of selectively remove polymer surface material solid organic in a controlled way, by using pulsed ultraviolet radiation of sufficient intensity from of excimer lasers. The name of photo decomposition was coined ablative or, more generally "ablation", to designate this process of spontaneous fracture of surfaces and emission of material produced by the absorption of light pulses. In the years following a significant body of experimental results on radiation interaction Produced by lasers with different materials, both organic as inorganic As examples of fields in which the use of the laser ablation has experienced rapid growth we can cite Microelectronic component processing or eye surgery and cardiovascular tissues.
Durante los últimos años se ha venido estudiando la posibilidad de la aplicación de técnicas basadas en la ablación láser para la limpieza y restauración de paredes y monumentos de piedra, vidrios coloreados, pinturas y otras obras de arte. El objetivo de estos esfuerzos ha sido la eliminación de capas degeneradas o de capas depositadas sobre el elemento a limpiar, a la vez que se mantiene un control estricto sobre los posibles efectos fotofísicos inducidos por la radiación láser sobre la superficie de trabajo. La técnica de ablación láser puede efectuar este trabajo mediante el uso de diferentes láseres pulsados con emisión desde el infrarrojo cercano hasta el ultravioleta.During the last years he has been studying the possibility of applying ablation-based techniques laser for cleaning and restoration of walls and monuments of stone, colored glass, paintings and other works of art. He objective of these efforts has been the removal of layers degenerated or layers deposited on the element to be cleaned, to while maintaining strict control over possible photophysical effects induced by laser radiation on the work surface. The laser ablation technique can perform this work by using different pulsed lasers with emission from near infrared to ultraviolet.
Los mecanismos básicos de interacción entre la luz láser y la materia pueden ser de naturaleza fototérmica (transferencia de calor al material que se vaporiza) y/o fotoquímica (rotura de enlaces del material, con la subsecuente expulsión de los fragmentos formados). El que prime uno u otro de estos mecanismos es función de las características del material irradiado y de la longitud de onda utilizada. Las longitudes de onda cortas (láseres que emiten a 193, 248 y 266 nm) favorecen el mecanismo fotoquímico. Una parámetro importante cara al mecanismo es la duración del pulso láser. Si el pulso dura un tiempo comparable o más corto que el tiempo necesario para que el calor generado se difunda fuera del volumen del material irradiado, entonces los efectos térmicos serán despreciables. Por otro lado, el uso de pulsos láser muy cortos puede dar lugar a efectos fotoacústicos importantes con los consiguientes daños mecánicos no deseados.The basic mechanisms of interaction between laser light and matter can be photothermal in nature (heat transfer to the material that is vaporized) and / or photochemistry (breakage of links of the material, with the subsequent expulsion of the fragments formed). The one that prime one or the other of These mechanisms depend on the characteristics of the material. irradiated and of the wavelength used. The lengths of Shortwaves (lasers emitting at 193, 248 and 266 nm) favor the photochemical mechanism An important parameter facing the mechanism It is the duration of the laser pulse. If the pulse lasts a while comparable or shorter than the time needed for heat generated diffuses out of the volume of the irradiated material, Then the thermal effects will be negligible. On the other hand, the use of very short laser pulses can lead to effects important photoacoustics with consequent mechanical damage not desired
Desde hace algunos años se han venido efectuando intentos de utilización de radiación láser para la limpieza y restauración controlada de obras de arte, pero hasta el momento sólo ha habido intentos esporádicos y puntuales del uso de ésta técnica a escala industrial para la limpieza de paredes, monumentos de piedra y mobiliario urbano.For some years they have been taking place attempts to use laser radiation for cleaning and controlled restoration of works of art, but so far there have only been sporadic and punctual attempts to use it Industrial scale technique for cleaning walls, monuments of stone and street furniture.
No existen prácticamente antecedentes publicados sobre la limpieza de pinturas en edificios mediante el empleo de técnicas láser, tal vez por considerársela excluyente debido a razones de tipo económico. El único antecedente, directamente relacionado con el tema de la presente patente, corresponde a una comunicación en un Congreso celebrado recientemente en Florencia (Junio de 1999). Dicha comunicación, de tan sólo una página, publicada en el libro de resúmenes del Congreso Lacona III (láseres en la conservación de obras de arte) describe los resultados obtenidos en la limpieza de unas piedras de arenisca del período Neolítico en Inglaterra, consideradas monumento nacional, que habían sido atacadas con graffitis en 1996 y 1998. La principal dificultad que los técnicos encontraron en su limpieza fue el obligado respeto de las colonias de líquenes que cubrían estas milenarias piedras. En el primer ataque de las piedras con graffitis en 1996, en la localidad de Avebury, seis piedras fueron pintadas con esmalte negro y dos con pintura blanca de emulsión. Mientras que la pintura blanca se eliminó fácilmente con vapor de agua a baja presión, el esmalte negro presentó serios problemas de eliminación al utilizar las técnicas convencionales, por lo que se decidió emplear un láser para su limpieza.There is virtually no published background on the cleaning of paintings in buildings by employing laser techniques, perhaps because it is considered exclusive because of economic reasons. The only antecedent, directly related to the subject of this patent, corresponds to a communication at a Congress recently held in Florence (June 1999). This communication, of only one page, published in the book of summaries of the Lacona III Congress (lasers in the conservation of works of art) describe the results obtained in the cleaning of some sandstone stones Neolithic period in England, considered a national monument, that had been attacked with graffiti in 1996 and 1998. The main difficulty that the technicians found in their cleaning was the forced respect of the colonies of lichens that covered these ancient stones. In the first attack of the stones with graffiti in 1996, in the town of Avebury, six stones were painted with black enamel and two with white emulsion paint. While white paint was easily removed with steam from low pressure water, black enamel presented serious problems of elimination when using conventional techniques, so He decided to use a laser for cleaning.
El otro ataque vandálico se produjo en 1998, en la localidad de Stonehenge. En esta ocasión utilizaron un espray de pintura acrílica sobre unas piedras similares a las anteriores. De igual forma se comprobó que la utilización directa del láser eliminaba la pintura, pero dejaba zonas "claras" en parte de la superficie, por lo que la solución consistió, en este caso, en utilizar acetona, que arrastraba la mayor parte de la pintura, procediendo a continuación con el tratamiento láser. En las zonas densas de la piedra se eliminó totalmente la pintura sin dejar huella, mientras que en las zonas porosas no se eliminó por completo para no dañar los líquenes. Los restos de pintura de estas zonas quedaban atrapados por los líquenes en forma de pequeños fragmentos, afortunadamente de color muy similar al de la superficie original, por lo que se decidió dejarlos camuflados en vez de eliminarlos totalmente, por el peligro de dañar los líquenes de forma irreversible.The other vandalism attack occurred in 1998, in the town of Stonehenge. On this occasion they used a spray of Acrylic paint on stones similar to the previous ones. From similarly it was found that the direct use of the laser he removed the paint, but left "clear" areas in part of the surface, so the solution consisted, in this case, of use acetone, which dragged most of the paint, proceeding with the laser treatment. In the zones dense from the stone the paint was completely removed without leaving footprint, while in porous areas it was not removed by Complete to avoid damaging the lichens. The remains of these areas were trapped by lichens in the form of small fragments, fortunately of color very similar to that of the original surface, so it was decided to leave them camouflaged in instead of eliminating them completely, because of the danger of damaging the lichens irreversibly
Aunque el autor de estos trabajos de limpieza y restauración, no aporta más información técnica sobre el procedimiento y el material empleado, recientemente miembros del Instituto de Electrónica de Florencia han aportado más datos sobre el láser utilizado en Inglaterra para la limpieza de estas piedras. Dicha información también se recoge en el resumen de una comunicación a un congreso, en la que se describe la utilización de un láser de tipo Nd:YAG (1064 nm), en la limpieza y restauración de mármoles y piedras de edificios histórico-artísticos, frecuentemente dañados por la polución ambiental y la lluvia ácida.Although the author of these cleaning works and restoration does not provide more technical information about the procedure and the material used, recently members of the Institute of Electronics of Florence have provided more information on The laser used in England for cleaning these stones. This information is also collected in the summary of a communication to a congress, which describes the use of a laser of type Nd: YAG (1064 nm), in the cleaning and restoration of marbles and building stones historical-artistic, frequently damaged by the environmental pollution and acid rain.
Parece, pues, que de las tecnologías
disponibles, tanto los láseres de pulsos cortos (ns) como los de
pulsos largos (ms) presentan ventajas e inconvenientes, de modo que
cada uno de ellos es adecuado para algunas aplicaciones pero no
para otras. Así, pulsos de nanosegundos de un láser de Nd:YAG han
demostrado ser eficaces en la limpieza controlada de esculturas de
piedra caliza ennegrecidas por la conta-
minación.It seems, therefore, that of the available technologies, both short pulse (ns) and long pulse (ms) lasers have advantages and disadvantages, so that each of them is suitable for some applications but not for others. Thus, nanosecond pulses of an Nd: YAG laser have proven effective in the controlled cleaning of limestone sculptures blackened by contamination.
My nation.
En este mismo año ha aparecido un estudio comparativo acerca del uso de diferentes longitudes de onda, desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, para la limpieza de piedra arenisca con incrustaciones de suciedad. Desde un punto de vista práctico, el uso del láser de Nd:YAG, tanto a la longitud de onda fundamental como a la del tercer armónico, mostraba ventajas en la limpieza de este tipo particular de piedra arenisca. No obstante, la principal desventaja del uso de los láseres de excímero no fue intrínseca, sino que provenía de la dificultad de su manejo.In this same year a study has appeared comparative about the use of different wavelengths, from infrared to ultraviolet, for stone cleaning sandstone inlaid with dirt. From a point of view Practical, the use of the Nd: YAG laser, both at the wavelength fundamental as to that of the third harmonic, it showed advantages in the Cleaning of this particular type of sandstone. However, the main disadvantage of using excimer lasers was not intrinsic, but it came from the difficulty of its handling.
Aunque los antecedentes directamente relacionados con la eliminación de pinturas sobre materiales de construcción por ablación láser son escasos, sin embargo, se puede obtener información valiosa para este fin en otros trabajos más técnicos, relativos a la limpieza de diferentes materiales, generalmente cuadros antiguos y otras obras de arte en piedra, vidrio, cuarzo, etc. En esta dirección, un antecedente de interés es el descrito sobre la eliminación de pintura del fuselaje de aviones comerciales de pasajeros. El interés de esta aplicación radica en la necesidad de eliminar la pintura de los aviones, como máximo cada ocho años en servicio, para chequear rigurosamente su superficie. Entre los métodos empleados, los procesos "vía húmeda" con agentes químicos, o alteran la superficie o son lentos y ambientalmente contaminantes y peligrosos. Teniendo en cuenta que las dimensiones de la superficie recubierta por pintura en un avión (de 215 a 1600 m^{2}), la ablación láser ha demostrado ser el mejor método comparado con otras técnicas empleadas hasta el momento: abrasión en seco, agua a diferentes presiones, calentamiento con lámpara W de destello seguida de congelación mediante un chorro de partículas de nieve carbónica, etc.Although the background directly related to the removal of paints on materials from Construction by laser ablation are scarce, however, you can get valuable information for this purpose in other jobs technicians, related to the cleaning of different materials, generally old paintings and other works of art in stone, glass, quartz, etc. In this direction, an antecedent of interest is the one described on the removal of paint from the fuselage of Commercial passenger airplanes The interest of this application lies in the need to remove paint from airplanes, such as maximum every eight years in service, to rigorously check your surface. Among the methods used, the processes "via wet "with chemical agents, or alter the surface or are Slow and environmentally polluting and dangerous. Having in note that the dimensions of the surface covered by paint in an airplane (from 215 to 1600 m2), the laser ablation has proven to be the best method compared to other techniques used so far: dry abrasion, water at different pressures, heating with flash lamp W followed by freezing by a stream of carbonic snow particles, etc.
Los ejemplos anteriores muestran claramente la posibilidad de la utilización de la técnica de la ablación láser para eliminar pinturas depositadas sobre diferentes substratos. Sin embargo, no hemos encontrado ninguna publicación de grupos de nuestro país relacionada con la técnica que se desarrolla en la presente patente. De hecho, los únicos estudios sobre ablación láser de polímeros llevados a cabo en nuestro país hasta el momento han sido los efectuados por los grupos de investigación del CSIC que participan en la presente invención.The previous examples clearly show the possibility of using the laser ablation technique to remove paints deposited on different substrates. Without However, we have not found any publication of groups of our country related to the technique that is developed in the present patent. In fact, the only studies on ablation polymer laser carried out in our country so far have been those carried out by the CSIC research groups participating in the present invention.
Con el paso de los años, el láser se ha convertido en una herramienta ubicua en el mundo que nos rodea, con aplicaciones en campos tan diversos como la investigación básica, la industria del ocio y entretenimiento, fábricas y sistemas robóticos o en medicina. La técnica láser aplicada a la ablación de polímeros en particular, se ha revelado como especialmente eficaz y precisa, permitiendo la eliminación controlada de capas nanométricas de material o la microfabricación de componentes y el micromecanizado. Se trata de una técnica muy versátil e intrinsecamente limpia, lo que tiene especial relevancia en la aplicación que se considera en la presente patente, y permite la utilización técnicas ópticas de control de enorme potencia analítica y sensibilidad.Over the years, the laser has become a ubiquitous tool in the world around us, with applications in fields as diverse as basic research, the leisure and entertainment industry, factories and systems robotic or in medicine. The laser technique applied to the ablation of polymers in particular, has been revealed as especially effective and precise, allowing the controlled removal of layers nanometric material or microfabrication of components and the micromachining It is a very versatile technique and intrinsically clean, which has special relevance in the application considered in this patent, and allows the use of optical control techniques of enormous power Analytical and sensitivity.
Por otra parte, es conocida la técnica LIBS que se utiliza como técnica de control en el procedimiento de la presente invención. Esencialmente, esta técnica LIBS (Láser-Induced Breakdown Spectroscopy) es una técnica espectroscópica que registra, en tiempo real, la emisión de especies excitadas (átomos, iones, moléculas y radicales) generadas en el plasma inducido por la acción láser sobre el material.On the other hand, the LIBS technique is known that It is used as a control technique in the procedure of present invention Essentially, this LIBS technique (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) is a spectroscopic technique that records, in real time, the emission of excited species (atoms, ions, molecules and radicals) generated in the plasma induced by the laser action on the material.
Para lograr los objetivos indicados anteriormente, la invención consiste en un procedimiento láser para la limpieza de materiales de construcción y mobiliario urbano, que es especialmente aplicable a la limpieza de los llamados graffitis dibujados en edificios.To achieve the stated objectives Previously, the invention consists of a laser method for the cleaning of building materials and street furniture, which It is especially applicable to the cleaning of so-called graffiti Drawn in buildings.
Novedosamente, según la invención, el procedimiento de la misma presenta:Novelly, according to the invention, the procedure of the same presents:
- Una fase de selección y caracterización de materiales y pinturas empleados en los referidos graffitis, seleccionándose aquellos sprays o pulverizadores de tintas y pinturas más representativos de los utilizados actualmente en la realización de graffitis y otras pintadas vandálicas; realizándose un análisis para determinar la proporción, naturaleza y composición de los polímeros base empleados en la fabricación de estas pinturas, con determinación en aquellos casos que se considere necesario, de sus pesos moleculares y su grado de dispersión; efectuándose puntualmente según necesidades concretas, el análisis del resto de los componentes de determinadas pinturas.- A phase of selection and characterization of materials and paints used in the graffiti referred to, selecting those sprays or sprayers of inks and most representative paintings of those currently used in the realization of graffiti and other vandalism graffiti; performing an analysis to determine the proportion, nature and composition of the base polymers used in the manufacture of these paints, with determination in those cases deemed necessary, of their molecular weights and their degree of dispersion; taking place punctually according to specific needs, the analysis of the rest of the components of certain paintings.
- Una fase de estudio de un proceso de ablación de los materiales y pinturas seleccionados; llevándose a cabo a escala de laboratorio, el estudio de la ablación láser de muestras de diferentes materiales de construcción recubiertos con las pinturas seleccionadas; disponiéndose simultáneamente una técnica espectroscópica de seguimiento y control del proceso de ablación que se considere más simple y adecuado.- A study phase of an ablation process of the selected materials and paintings; taking place at Laboratory scale, the study of laser ablation of samples of different building materials coated with the selected paintings; simultaneously providing a technique spectroscopic monitoring and control of the ablation process That is considered more simple and appropriate.
- Una fase de determinación de parámetros, para las muestras pintura-substrato seleccionadas, tales como la velocidad del proceso de ablación en función de la longitud de onda de irradiación, la afluencia, el número de pulsos, la distancia entre región irradiada y analizada, el solapamiento entre zonas adyacentes, u otros.- A parameter determination phase, to the selected paint-substrate samples, such as the speed of the ablation process as a function of length irradiation wave, the influx, the number of pulses, the distance between irradiated and analyzed region, overlap between adjacent areas, or others.
- Una fase de evaluación y optimización de los anteriores parámetros, mediante la medida de la concentración relativa de las especies generadas durante la eliminación de la pintura directamente relacionada con la profundidad de las capas eliminadas, así como su proximidad a la superficie del substrato o material de construcción seleccionado en cada caso.- A phase of evaluation and optimization of previous parameters, by measuring the concentration relative of the species generated during the elimination of the paint directly related to the depth of the layers removed, as well as its proximity to the surface of the substrate or construction material selected in each case.
- Y una fase de desarrollo de prototipo/s a emplear en aplicación/es concreta/s basada en los resultados de las anteriores fases.- And a prototype development phase / s a use in concrete application / s based on the results of the previous phases.
La referida última o quinta fase de desarrollo de prototipos comprende:The last or fifth stage of development Prototype includes:
a) Decisión, basada en los resultados obtenidos a escala en laboratorio, de qué tipo de láser es el más adecuado en una aplicación concreta, que junto con las pertinentes consideraciones económicas, permiten decidir cuál es el equipo comercial más adecuado cuya adquisición se recomienda.a) Decision, based on the results obtained at a laboratory scale, what type of laser is most suitable in a specific application, which together with the relevant ones economic considerations, allow to decide which is the equipment most suitable commercial whose acquisition is recommended.
b) Diseño del software adecuado para el seguimiento y automatización del proceso de irradiación en su aplicación sobre superficies específicas, basado en los datos obtenidos en la optimización de los diferentes parámetros del proceso de ablación, y sus intervalos de actuación.b) Design of the appropriate software for the monitoring and automation of the irradiation process in your application on specific surfaces, based on data obtained in the optimization of the different parameters of the Ablation process, and its intervals of action.
c) Evaluación de equipo/s comercial/es a emplear e integración de los diferentes elementos que deben comprender el sistema, con la inclusión del láser de irradiación de alta potencia, brazo articulado para la dirección del haz, sistema de fibra óptica y detección para la aplicación de la referida técnica espectroscópica, así como el sistema de automatización del equipo, control y adquisición de datos, instalándose todo el sistema sobre una base móvil, fácilmente transportable y protegida contra vibraciones.c) Evaluation of commercial equipment (s) use and integration of the different elements that must understand the system, including the irradiation laser of high power, articulated arm for beam steering, system fiber optic and detection for the application of the referred spectroscopic technique, as well as the automation system of the equipment, control and data acquisition, installing all the system on a mobile base, easily transportable and protected against vibrations.
d) Validación de todo el sistema construido mediante su empleo en la limpieza in situ de pinturas sobre diferentes materiales de construcción que se consideren representativos.d) Validation of the entire system built through its use in the cleaning in situ of paints on different construction materials that are considered representative.
La técnica espectroscópica que se aludió anteriormente consiste preferentemente en la técnica LIBS (Láser-Induced Breakdown Spectroscopy) que facilita un análisis del espectro de emisión del plasma generado en la ablación.The spectroscopic technique referred to previously it preferably consists of the LIBS technique (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) that facilitates an analysis of the plasma emission spectrum generated in the ablation.
Como fuente de señal de la referida técnica LIBS y como dispositivo de ablación del material a limpiar se emplea preferentemente un único láser, lo que simplifica y abarata el procedimiento.As a signal source of the referred technique LIBS and as an ablation device for the material to be cleaned are preferably use a single laser, which simplifies and lowers The procedure.
En el referido estudio de ablación mediante láser se da la exigencia de eliminar un recubrimiento sin dañar el substrato o material soporte, para lo que se seleccionan estrictamente parámetros láser óptimos con vistas a:In the aforementioned ablation study by laser is required to remove a coating without damaging the substrate or support material, for which they are selected Strictly optimal laser parameters with a view to:
- no iniciar la corrosión (en el caso de metales) u otros daños sobre el substrato;- do not start corrosion (in the case of metals) or other damage to the substrate;
- dejar la superficie limpia sin necesidad de ulteriores tratamientos;- leave the surface clean without needing further treatments;
- calidad del perfil del haz de la luz láser;- quality of the light beam profile To be;
- eficacia o rendimiento del proceso láser;- efficiency or performance of the laser process;
- disponibilidad en el mercado del láser a utilizar.- availability in the laser market a use.
Además, en el estudio de ablación mediante láser se elige un láser según los siguientes criterios:In addition, in the study of ablation by Laser a laser is chosen according to the following criteria:
a.- Longitud de onda: viene determinada por la capacidad de la absorción de luz por parte de los pigmentos, por lo que, son adecuados los láseres que van desde el ultravioleta al infrarrojo; afectando dicha absorción a la profundidad de la interacción de la luz con la pintura o recubrimiento.a.- Wavelength: is determined by the capacity of light absorption by pigments, so that, lasers ranging from ultraviolet to infrared; affecting said absorption at the depth of the interaction of light with paint or coating.
b.- Precisión de la ablación: los láseres de W son diez veces más precisos en la eliminación de pinturas que los láseres de IR.b.- Precision of the ablation: the lasers of W they are ten times more accurate in removing paints than IR lasers
c.- Duración del pulso: en los substratos sensibles al calor es necesario aportar la mínima carga térmica posible, mediante el empleo de pulsos cortos, encontrándose en el extremo opuesto los substratos frágiles, a los que les puede afectar el empleo de pulsos supercortos, como consecuencia del efecto fotomecánico de la onda de choque del láser, que puede provocar un aumento de la rugosidad superficial del substrato.c.- Pulse duration: on the substrates heat sensitive it is necessary to provide the minimum thermal load possible, by using short pulses, being in the opposite end of fragile substrates, which can affect the use of super short pulses, as a result of photomechanical effect of the laser shock wave, which can cause an increase in the surface roughness of the substrate.
En el referido estudio de ablación mediante láser, se da el requerimiento de eliminar los recubrimientos en capas de espesor muy bien definido: aunque la progresión del proceso de ablación se puede seguir por métodos acústicos no invasivos, esta técnica restringe la velocidad de la medida, de manera que si lo que se desea es seguir el proceso en tiempo real, es necesario recurrir a la utilización de medidas ópticas, mediante el análisis del espectro de emisión del plasma generado en la ablación con la referida técnica espectroscópica, o con el análisis óptico directo de la superficie entre pulso y pulso, que informa del avance de la profundidad de las capas de pintura eliminada.In the aforementioned ablation study by laser, there is a requirement to remove coatings in layers of very well defined thickness: although the progression of Ablation process can be followed by acoustic methods not Invasive, this technique restricts the speed of measurement, from so if what you want is to follow the process in real time, it is necessary to resort to the use of optical measures, by the analysis of the emission spectrum of the plasma generated in the ablation with the said spectroscopic technique, or with the analysis Direct optical surface between pulse and pulse, which informs of the advance of the depth of the layers of paint removed.
En el estudio de ablación mediante láser se preseleccionan preferentemente dos tipos de láser: de Nd:YAG y de excímero, lo cual simplifica la determinación de qué tipo de láser resulta más adecuado.In the study of laser ablation, Pre-select two types of laser: Nd: YAG and excimer, which simplifies the determination of what type of laser It is more suitable.
En la aplicación del procedimiento que se ha descrito se sigue la siguiente metodología:In the application of the procedure that has been described the following methodology is followed:
a.- Se establecen rutas a seguir con la técnica láser, intentando concentrar el máximo de graffitis a limpiar en la misma zona y seleccionando los tipos de soporte a tratar, que serán esencialmente los más conflictivos, entendiendo por tales aquéllos en los que no se consigue un buen resultado con técnicas convencionales de limpieza y sobre los cuales se espera conseguir una gran eficiencia con la técnica láser; seleccionándose preferentemente materiales del tipo arenisca rugosa, obra vista, travertino, prefabricado de madera, aglomerado y en general superficies de elevada rugosidad.a.- Routes are established to continue with the technique laser, trying to concentrate the maximum graffiti to clean in the same area and selecting the types of support to be treated, which will be essentially the most conflictive, understanding those in which a good result is not achieved with techniques conventional cleaning and which are expected to achieve great efficiency with the laser technique; selecting preferably materials of the rough sandstone, visible work, travertine, prefabricated wood, chipboard and in general high roughness surfaces.
b.- La eficiencia del sistema láser se comparará con un equipo convencional de tecnología VORTEX, dado que el funcionamiento de esta tecnología es la más adecuada entre las convencionales para la limpieza de graffitis plasmados sobre materiales de alta rugosidad; basándose la metodología de ensayo en la utilización de ambas tecnologías en días alternos; un día trabajará el equipo láser y el siguiente el equipo VORTEX siendo utilizados los equipos por el mismo personal con formación adecuada para aplicar correctamente ambas técnicas, evitando así posibles interferencias en los resultados debidas a diferencias en el equipo humano.b.- The efficiency of the laser system is will compare with a conventional VORTEX technology team, since the operation of this technology is the most appropriate among the Conventional for cleaning graffiti on high roughness materials; basing the test methodology on the use of both technologies on alternate days; one day the laser team will work and the next the VORTEX team being used the equipment by the same staff with adequate training to correctly apply both techniques, thus avoiding possible Interference in results due to differences in equipment human.
c.- La comparación de los resultados obtenidos por ambos equipos se basará en los siguientes datos: número de graffitis limpiados, extensión de la superficie tratada, kilómetros recorridos, horas efectivas de trabajo, gastos de material, combustible, incidencias, efectividad y control del proceso de limpieza; introduciéndose los resultados en una base de datos para su adecuado tratamiento al objeto de obtener la máxima información de estos ensayos.c.- The comparison of the results obtained for both teams it will be based on the following data: number of graffiti cleared, surface area treated, kilometers tours, effective hours of work, material expenses, fuel, incidents, effectiveness and control of the process cleaning; entering the results in a database to its proper treatment in order to obtain maximum information of these essays.
Figura 1.- En esta figura única se han representado mediante bloques las fases de procedimiento de la invención.Figure 1.- In this unique figure they have represented by blocks the procedural phases of the invention.
Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en la figura.Following is a description of a example of the invention with reference to numbering adopted in the figure.
Así, el procedimiento láser para la limpieza de materiales de construcción y mobiliario urbano de este ejemplo de realización es especialmente aplicable a la limpieza de graffitis y cuenta con una fase 1 de selección y caracterización de materiales y pinturas empleados en los graffitis; seleccionándose aquellos sprays pulverizadores de tintas y pinturas más representativos de los que se emplean actualmente en la realización de graffitis y realizándose un análisis que determina la proporción, naturaleza y composición de los polímeros base empleados en la fabricación de estas pinturas, determinándose cuando se considera necesario sus pesos moleculares y su grado de dispersión. Además, puntualmente se realizará un análisis del resto de los componentes de las pinturas según las necesidades concretas.Thus, the laser procedure for cleaning building materials and street furniture in this example of realization is especially applicable to cleaning graffiti and It has a phase 1 of selection and characterization of materials and paints used in graffiti; selecting those most representative sprayers of inks and paints of those currently employed in the performance of graffiti and performing an analysis that determines the proportion, nature and composition of the base polymers used in the manufacture of these paintings, determining when their molecular weights and their degree of dispersion. In addition, promptly perform an analysis of the rest of the components of the paintings according to specific needs.
A continuación se efectúa una segunda fase 2 de estudio de proceso de ablación de los materiales y pinturas seleccionados en la fase 1, llevándose a cabo a escala de laboratorio el estudio de la ablación láser de muestras de diferentes materiales de construcción recubiertos con pinturas seleccionadas. Simultáneamente se dispone una técnica espectroscópica de seguimiento y control del proceso de ablación que se considere más simple y adecuado, y que en el presente ejemplo es la técnica LIBS.Then a second phase 2 of study of the process of ablation of materials and paints selected in phase 1, being carried out on a scale of laboratory the study of laser ablation samples different construction materials coated with paints selected. Simultaneously a technique is available spectroscopic monitoring and control of the ablation process that is considered more simple and appropriate, and that in the present example is the LIBS technique.
Seguidamente viene una tercera fase 3 de determinación de parámetros de interés para las muestras pintura-substrato seleccionadas, tales como la velocidad del proceso de ablación en función de la longitud de onda de irradiación, la afluencia, el número de pulsos, la distancia entre región irradiada y analizada y el solapamiento entre zonas adyacentes.Next comes a third phase 3 of determination of parameters of interest for the samples selected paint-substrate, such as the speed of the ablation process as a function of wavelength irradiation, influx, number of pulses, distance between irradiated and analyzed region and overlap between zones adjacent.
A continuación hay una cuarta fase 4 de evaluación y optimización de los parámetros referidos en la fase 3, mediante la medida de la concentración relativa de las especies generadas durante la eliminación de la pintura, directamente relacionada con la profundidad de las capas eliminadas, así como con su proximidad a la superficie del substrato o material de construcción seleccionada en cada caso.Below is a fourth phase 4 of evaluation and optimization of the parameters referred to in phase 3, by measuring the relative concentration of species generated during paint removal, directly related to the depth of the layers removed, as well as with its proximity to the surface of the substrate or material of construction selected in each case.
Finalmente, hay una quinta fase 5 de desarrollo del prototipo a emplear en una aplicación concreta, basada en los resultados de las anteriores fases 1 a 4.Finally, there is a fifth phase 5 of development of the prototype to be used in a specific application, based on the results of the previous phases 1 to 4.
En esta fase 5 cabe distinguir cuatro etapas:In this phase 5 four can be distinguished stages:
a) Decisión, basada en los resultados obtenidos a escala en laboratorio, de qué tipo de láser es el más adecuado en una aplicación concreta, que junto con las consideraciones económicas, permiten decidir cuál es el equipo comercial más adecuado.a) Decision, based on the results obtained at a laboratory scale, what type of laser is most suitable in a specific application, which together with the considerations economic, let you decide which is the most commercial team suitable.
b) Diseño del software adecuado para el seguimiento y automatización del proceso de irradiación en su aplicación sobre superficies específicas, basado en los datos obtenidos en la optimización de los diferentes parámetros del proceso de ablación, y sus intervalos de actuación.b) Design of the appropriate software for the monitoring and automation of the irradiation process in your application on specific surfaces, based on data obtained in the optimization of the different parameters of the Ablation process, and its intervals of action.
c) Evaluación del equipo comercial a emplear e integración de los diferentes elementos que deben comprender el sistema, con la inclusión de un láser de irradiación de alta potencia, un brazo articulado para la dirección del haz, un sistema de fibra óptica y detección para la aplicación de la referida técnica LIBS, así como un sistema de automatización del equipo, control y adquisición de datos. Todo el sistema se instala sobre una base móvil, fácilmente transportable y protegida contra vibraciones.c) Evaluation of the commercial team to be used integration of the different elements that must include the system, with the inclusion of a high irradiation laser power, an articulated arm for beam direction, a system fiber optic and detection for the application of the referred LIBS technique, as well as a computer automation system, control and data acquisition. The entire system is installed on a mobile base, easily transportable and protected against vibrations
d) Validación de todo el sistema construido mediante su empleo en la limpieza in situ de pinturas sobre diferentes materiales de construcción que se consideran representativos.d) Validation of the entire system built through its use in the cleaning in situ of paints on different construction materials that are considered representative.
Las principales propiedades y características del proceso de ablación láser, desde el punto de vista concreto de las pinturas de base polimérica, se pueden resumir como sigue:The main properties and characteristics of the laser ablation process, from the specific point of view of Polymeric base paints can be summarized as follows:
Los procesos que tienen lugar en la eliminación de las pinturas son de naturaleza térmica y/o fotoquímica. En adición se produce un efecto fotomecánico como consecuencia del efecto de onda de choque, cuando incide el pulso de luz sobre el material, atraviesa el substrato y se refleja ejerciendo un efecto de fuerza de tracción sobre la interfase pintura-substrato en la capa más profunda de la pintura. Mediante el empleo de procesos fotográficos de alta velocidad se ha visualizado que, cuando la onda reflejada alcanza la capa interior de la pintura, se crean unas tensiones mecánicas que favorecen el proceso de ablación.The processes that take place in the elimination of the paintings are thermal and / or photochemical in nature. In addition a photomechanical effect occurs as a result of shock wave effect, when the light pulse strikes the material, crosses the substrate and is reflected exerting an effect of tensile force over the interface paint-substrate in the deepest layer of the painting. Through the use of high photographic processes speed has been visualized that when the reflected wave reaches the inner layer of the paint, mechanical tensions are created that favor the ablation process.
De una forma global, el proceso de ablación láser mediante la acción conjunta de estos tres mecanismos convierte a la mayoría de las pinturas basadas en polímeros en monóxido y bióxido de carbono y en vapor de agua.In a global way, the ablation process laser by the joint action of these three mechanisms converts most polymer-based paints into carbon monoxide and dioxide and in water vapor.
La utilización de la ablación láser en estas aplicaciones presenta notables ventajas sobre los métodos convencionales, tales como:The use of laser ablation in these applications presents remarkable advantages over the methods Conventional, such as:
- ausencia de daños sobre la salud de los trabajadores y sobre el medioambiente;- absence of damage to the health of workers and about the environment;
- ausencia de daños sobre el substrato, pudiendo utilizarse para la eliminación de pinturas sobre diferentes materiales, incluso sobre aquéllos que tienen un umbral de ablación similar al de la pintura, como son los composites y otros polímeros de ingeniería utilizados en la industria aeroespacial;- absence of damage to the substrate, can be used for the removal of paints on different materials, even over those that have a threshold similar to that of paint, such as composites and other engineering polymers used in the industry aerospace;
- velocidad de eliminación adecuada;- adequate disposal speed;
- facilidad de automatización y transportabilidad;- ease of automation and transportability;
- selectividad.- selectivity.
Tanto en la limpieza de obras de arte, como en la ablación de pinturas sobre materiales empleados en la industria aeroespacial, la primera exigencia es la de eliminar un recubrimiento sin dañar el substrato o material soporte. Para ello hay que seleccionar estrictamente los parámetros láser óptimos con vistas a:Both in the cleaning of works of art, as in the ablation of paints on materials used in the industry Aerospace, the first requirement is to eliminate a coating without damaging the substrate or support material. For it you have to strictly select the optimal laser parameters with views to:
- no iniciar la corrosión (en el caso de metales) u otros daños sobre el substrato;- do not start corrosion (in the case of metals) or other damage to the substrate;
- dejar la superficie limpia sin necesidad de ulteriores tratamientos;- leave the surface clean without needing further treatments;
- calidad del perfil del haz de la luz láser;- quality of the light beam profile To be;
- eficacia o rendimiento del proceso láser;- efficiency or performance of the laser process;
- disponibilidad en el mercado del láser a utilizar.- availability in the laser market a use.
La elección del láser debe regirse por los siguientes criterios, además del económico:The choice of laser should be governed by the following criteria, in addition to the economic one:
a) Longitud de onda: viene determinada por la capacidad de la absorción de luz por parte de los pigmentos, por lo que en principio son adecuados los láseres que van desde el ultravioleta al infrarrojo. La absorción afecta a la profundidad de la interacción de la luz con la pintura o recubrimiento.a) Wavelength: is determined by the capacity of light absorption by pigments, so that in principle the lasers that go from the infrared ultraviolet. Absorption affects the depth of the interaction of light with paint or coating.
b) Precisión de la ablación: los láseres de W son diez veces más precisos en la eliminación de pinturas que los láseres de IR.b) Accuracy of the ablation: W lasers they are ten times more accurate in removing paints than IR lasers
c) Duración del pulso: aunque en principio todo parecía indicar que la duración del pulso no era muy importante, recientemente se ha comprobado que los substratos sensibles al calor es necesario aportar la mínima carga térmica posible, mediante el empleo de pulsos cortos. En el extremo opuesto se encuentran los substratos frágiles, a los que les puede afectar el empleo de pulsos supercortos, como consecuencia del efecto fotomecánico de la onda de choque del láser, que puede provocar un aumento de la rugosidad superficial del substrato.c) Pulse duration: although in principle everything It seemed to indicate that the pulse duration was not very important, recently it has been proven that substrates sensitive to heat is necessary to provide the minimum possible thermal load, by using short pulses. At the opposite end it they find fragile substrates, which can be affected by use of super short pulses, as a consequence of the effect photomechanical of the laser shock wave, which can cause a increased surface roughness of the substrate.
Aún cuando, en principio, cualquier láser de la potencia adecuada puede ablacionar una pintura, es requisito necesario eliminar los recubrimientos en capas de espesor muy bien definido. Aunque la progresión del proceso de ablación se puede seguir por métodos acústicos no invasivos, esta técnica restringe la velocidad de la medida. Por ello, si lo que se desea es seguir el proceso en tiempo real, es necesario recurrir a la utilización de medidas ópticas, mediante el análisis del espectro de emisión del plasma generado en la ablación (técnica LIBS), que es característico del estado de la superficie, o bien por análisis óptico directo de la superficie entre pulso y pulso, que nos informa del avance de la profundidad de las capas de pintura eliminada.Even when, in principle, any laser of the adequate power can ablate a paint, it is a requirement it is necessary to remove coatings in thick layers very well definite. Although the progression of the ablation process can be follow by non-invasive acoustic methods, this technique restricts The speed of the measurement. Therefore, if what you want is to continue the process in real time, it is necessary to resort to the use of optical measurements, by analyzing the emission spectrum of the plasma generated in the ablation (LIBS technique), which is characteristic of the state of the surface, or by analysis Direct optical surface between pulse and pulse, which we reports the progress of the depth of the paint layers removed.
La introducción de la técnica láser para la limpieza de graffitis ofrece importantes ventajas técnicas y prácticas que incrementan su carácter competitivo y su interés industrial. Entre ellas hay que destacar en primer lugar el hecho de que la ablación láser permite eliminar los serios problemas asociados a la generación de residuos y nubes de contaminación y polvo que conlleva la limpieza de superficies con materiales abrasivos a presión. Además, la aplicación de la técnica láser se desarrolla con muy bajos o nulos niveles de contaminación acústica, lo que permite trabajar por la noche con los beneficios que ello conlleva, asociados especialmente a una menor dificultad en los desplazamientos y una mayor facilidad de acceso a las zonas a tratar. Asimismo, frente a otras técnicas convencionales de limpieza que utilizan diferentes abrasivos disueltos en agua u otros productos químicos, la ablación láser es la única técnica que permite abordar con garantía la eliminación de contaminación y graffitis realizados, no únicamente sobre piedra o materiales de construcción, sino también sobre otros materiales presentes de forma habitual en las ciudades, como es la madera, y que cada día más son objeto de actos vandálicos.The introduction of the laser technique for Graffiti cleaning offers important technical advantages and practices that increase their competitive nature and interest industrial. Among them we must first highlight the fact that laser ablation can eliminate serious problems associated with the generation of waste and pollution clouds and dust that involves cleaning surfaces with materials pressure abrasives. In addition, the application of the laser technique is develops with very low or no noise pollution levels, what allows to work at night with the benefits that it entails, especially associated with less difficulty in displacements and greater ease of access to areas to try. Also, compared to other conventional techniques of cleaning using different abrasives dissolved in water or other chemicals, laser ablation is the only technique that allows to deal with pollution elimination with guarantee and graffiti made, not only on stone or materials construction, but also on other materials present from usual way in the cities, as is the wood, and that every day more are subject to acts of vandalism.
A la hora de abordar la viabilidad de la eliminación por ablación láser de una pintura depositada sobre diferentes materiales de construcción, la primera dificultad estriba en la gran profusión de tipos y composiciones de las pinturas existentes hoy en día en el mercado, aunque restringiéndose al caso de las actuales pinturas y tintas comercializadas en forma de pulverizador o spray, la diversidad de formulaciones es mucho más reducida. De una forma general, en la mayoría de estas últimas pinturas, el componente principal del residuo sólido, una vez evaporado el disolvente, consiste mayoritariamente en un polímero con mezclas de pigmentos y colorantes.When addressing the viability of the removal by laser ablation of a paint deposited on different building materials, the first difficulty is the great profusion of types and compositions of existing paintings in the market today, although restricting itself to the case of current paints and inks marketed as a spray or spray, the diversity of Formulations is much smaller. In a general way, in the most of these latest paintings, the main component of the solid residue, once the solvent has evaporated, consists mostly in a polymer with mixtures of pigments and dyes
Entre las diferentes funciones de un polímero en una pintura, está la de actuar como soporte de adhesión de recubrimiento sobre la superficie. Por esta razón resulta obvio que la eliminación del recubrimiento de cualquier superficie implica el destruir esa unión polímero - substrato sin dañar la superficie de este último, independientemente del procedimiento empleado a tal fin.Among the different functions of a polymer in a painting, there is the act of adhesion support of surface coating. For this reason it is obvious that the removal of the coating from any surface implies the destroy that polymer - substrate bond without damaging the surface of the latter, regardless of the procedure employed to such finish.
Dado que la actuación del procedimiento de limpieza debe estar dirigida, principalmente, a la destrucción del polímero base de la pintura, resulta evidente la necesidad de conocer, como paso previo para la aplicación que nos ocupa, la naturaleza y mecanismos de ablación láser de polímeros.Since the action of the procedure of cleaning should be aimed primarily at the destruction of paint based polymer, the need for know, as a previous step for the application at hand, the nature and mechanisms of laser ablation of polymers.
Para el presente ejemplo de la invención se emplea preferentemente un láser de Nd:YAG de la compañía Spectron Láser Systems modelo SLCQ1-10 que suministra una energía por pulso de 360 mJ a 1064 nm y 180 mJ a 532 nm, con una velocidad de repetición de 10 Hz y una duración de pulso entre 6-9 ns a 1064 nm y 5-7 ns a 532 nm. Este sistema incorpora los módulos ópticos para generación del segundo y tercer armónico.For the present example of the invention, preferably uses a Nd: YAG laser from the Spectron company Laser Systems model SLCQ1-10 that supplies a energy per pulse of 360 mJ at 1064 nm and 180 mJ at 532 nm, with a 10 Hz repetition rate and a pulse duration between 6-9 ns at 1064 nm and 5-7 ns at 532 nm. This system incorporates the optical modules for generating the second and third harmonic.
Por otra parte, se emplea una cámara CCD. Este sistema CCD, acoplado a un monocromador de alta resolución (0,05 nm), es esencial para poner a punto la técnica de fluorescencia inducida por láser de emisión del plasma (LIBS) como técnica de diagnóstico y control del proceso de ablación. Las características y versatilidad de la técnica LIBS hacen de ella el método óptimo para el diagnóstico y control del proceso de ablación, tanto en el laboratorio como en el proceso real de limpieza del material, ya que permite seguir y controlar in situ, de modo continuo y automatizado, el proceso de ablación, evitando así el daño irreversible del material o simplemente su sobre-limpieza una vez eliminada completamente la pintura.On the other hand, a CCD camera is used. This CCD system, coupled to a high resolution monochromator (0.05 nm), is essential to fine-tune the plasma emission laser induced fluorescence (LIBS) technique as a technique of diagnosis and control of the ablation process. The characteristics and versatility of the LIBS technique make it the optimal method for the diagnosis and control of the ablation process, both in the laboratory and in the actual cleaning process of the material, since it allows continuous monitoring and control in situ , continuously and automated, the ablation process, thus avoiding the irreversible damage of the material or simply its over-cleaning once the paint is completely removed.
Preferentemente el equipo empleado es el detector CCD desarrollado por Acton Research Corporation modelo Spectrum MM GS-256B de 16 bis ADC @ 100kHz A/D and 12 bis ACD @ 1MHz A/D, 1024x256 pixels e iluminación trasera. Este sistema incluye un obturador interno en la rendija de entrada, un adaptador de fibra óptica y, como fibra de entrada, un conjunto de cuatro fibras ópticas de 10 mm de diámetro, ajustables y con capacidad de traslación horizontal.Preferably the equipment used is the CCD detector developed by Acton Research Corporation model Spectrum MM GS-256B 16 bis ADC @ 100kHz A / D and 12 bis ACD @ 1MHz A / D, 1024x256 pixels and back lighting. This system includes an internal shutter in the entrance slit, a fiber optic adapter and, as input fiber, a set of four 10 mm diameter optical fibers, adjustable and with horizontal translation capacity.
La técnica de control propuesta en el presente ejemplo es la técnica LIBS, de gran sensibilidad, y cuya introducción no conlleva un encarecimiento significativo del equipo, ni un incremento de su dificultad técnica. Sus características y versatilidad hacen de ella un método óptimo de caracterización del proceso de ablación en el laboratorio y de control en el proceso real de limpieza del material. La técnica LIBS es una técnica espectroscópica que registra en tiempo real la emisión de especies excitadas (átomos, iones, moléculas y radicales) generadas en el plasma inducido por la acción láser sobre el material. Dado que estas especies excitadas son características de la composición de la superficie y de sus contaminantes, sólo es necesario un único láser que actuará simultáneamente en la limpieza del material y como fuente de la señal LIBS. Esta simplificación de la técnica de diagnóstico puede llevar a una exhaustiva investigación sobre la misma, con el fin de establecer su potencial en diferentes aplicaciones.The control technique proposed here example is the LIBS technique, of great sensitivity, and whose introduction does not entail a significant increase in equipment, nor an increase in its technical difficulty. Their features and versatility make it an optimal method of characterization of the ablation process in the laboratory and of control in the actual process of cleaning the material. The technique LIBS is a spectroscopic technique that records in real time the emission of excited species (atoms, ions, molecules and radicals) generated in plasma induced by laser action About the material. Since these excited species are characteristics of the surface composition and its pollutants, only a single laser that will act simultaneously in the cleaning of the material and as a source of the LIBS signal. This simplification of the diagnostic technique can carry out an exhaustive investigation on it, in order to Set your potential in different applications.
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