“ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX APLICANDO )”

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

TRABAJO DE TITULACIÓN

PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

“ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX APLICANDO

SILICATO DE MAGNESIO, CARBONATO DE CALCIO Y SILICATO

DE ALUMINIO COMO SUSTITUYENTES PARCIALES DEL DIÓXIDO

DE TITANIO (TIO2)”

AUTOR:

FRANCISCO ANDRES MEZA QUINTANA

TUTOR:

ING. QUÍM. CARLOS RAFAEL CALLE JARA MSC.

GUAYAQUIL – ECUADOR

2019

II

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

Facultad de Ingeniería Química

Carrera de Ingeniería Química

ACTA DE APROBACIÓN

Trabajo de Titulación

TEMA:

“ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX UTILIZANDO SILICATO DE

MAGNESIO, CARBONATO DE CALCIO Y SILICATO DE ALUMINIO COMO

SUSTITUYENTES PARCIALES DEL DIÓXIDO DE TITANIO (TIO2)”

AUTOR:

FRANCISCO ANDRÉS MEZA QUINTANA

Aprobado en su estilo y contenido por el Tribunal de Sustentación:

………………………………………………………………

TUTOR:

Ing. Quím. Carlos Calle Jara

Director del Proyecto

Presidente del Tribunal Profesor del Tribunal o Miembro

_____________________ ______________________

Fecha de finalización Proyecto de Investigación: Marzo 2019

III

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX UTILIZANDO SILICATO DE


SUSTITUYENTES PARCIALES DEL DIÓXIDO DE TITANIO (TIO2)

AUTOR(ES)

(apellidos/nombres):

Meza Quintana Francisco Andres

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(apellidos/nombres):

Tutor: Ing, Carlos Rafael Calle Jara Msc.

Revisor: Ing,

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Ingeniería química

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD:

GRADO OBTENIDO: Ingeniero Químico

FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS: 205

ÁREAS TEMÁTICAS:

PALABRAS CLAVES/

KEYWORDS:

Pintura látex, Silicato de Magnesio, Carbonato de Calcio, Silicato de Aluminio,

Dioxido de Titanio, poder cubritivo, extendedores.

RESUMEN/ABSTRACT

En el presente proyecto se consideró al Silicato de Aluminio, Carbonato de Calcio y Silicato de Magnesio(extendedores),

como sustituyentes parciales del Dióxido de Titanio en la elaboración de pinturas de látex. Las Instalaciones para realizar las

pruebas de esta Tesis y la materia prima utilizada fueron facilitadas por la empresa “Industrial Latinas S.A.”, la cual se

encuentra ubicada en la ciudad de Guayaquil en el kilómetro 40 vía la costa. La selección de esta propuesta está directamente

ligada con el poder cubritivo, en función de los sistemas intermedios que se obtienen durante la fabricación de la pintura. Para

conseguir el objetivo planteado se Utilizó una muestra patrón (prueba P1), de la cual se redujo paulatina y consecuentemente la

cantidad de dióxido de titanio compensando el PVC con los extendedores ya antes descritos hasta lograr obtener el mismo

poder cubritivo. La muestra patrón (prueba P1) contiene en peso 14.52% de dióxido de titanio y un total de 44.21% de (talco

chino y carbonato de calcio). La metodología a utilizar se dividió en tres etapas: En la primera etapa, se realizaron dos pruebas

(P2 y P3) las mismas que consistieron en mantener constante la cantidad de dióxido de titanio y reemplazar el talco chino por

caolín calcinado y talco peruano respectivamente. En la segunda etapa se elaboraron 3 pruebas (P4, P5 y P6), Siendo ésta

última formulación la óptima, los valores de dióxido de titanio se redujeron al 8.13% mientras los extendedores aumentaron a

un 49.55% en peso. La tercera etapa consistió en elaborar una prueba(P7) reemplazando únicamente la cantidad de caolín

calcinado por talco peruano, consiguiendo abaratar el costo de producción, obteniendo en Síntesis una pintura(P7) con un

cubrimiento igual al patrón(P1) con una reducción del 56% en el uso de dióxido de titanio. En cada etapa se midieron los

parámetros pertinentes fundamentando así el poder cubritivo de las muestras.

ADJUNTO PDF: SI [ x ] NO [ ]

CONTACTO CON

AUTOR/ES:

Teléfono:

F. Meza: 0916567852

E-mail:

[email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre: Universidad de Guayaquil

Teléfono: (04) 04-2390961, 2287258

E-mail:

mailto:[email protected]

IV



CERTIFICADO DEL TUTOR REVISOR

Habiendo sido nombrado______________________________________, tutor del trabajo de

titulación “ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX UTILIZANDO SILICATO DE


SUSTITUYENTES PARCIALES DEL DIÓXIDO DE TITANIO (TIO2)” certifico que el

presente trabajo de titulación, elaborado por FRANCISCO ANDRES MEZA QUINTANA,

con C.I. No. 0916567852, con mi respectiva supervisión como requerimiento parcial para la

obtención del título de INGENIERO QUIMICO, en la Carrera/Facultad, ha sido REVISADO

Y APROBADO en todas sus partes, encontrándose apto para su sustentación

_______________________________

DOCENTE TUTOR REVISOR

C.I. No. ______________

V



RENUNCIA DE DERECHOS DE AUTORIA

Yo, Francisco Andres Meza Quintana, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito, es

de mi autoría, ya que no ha sido presentado para ningún grado o calificación profesional y que

las referencias bibliográficas han sido consultadas.

A través de la presente declaración cedo los derechos de propiedad intelectual a la

Universidad de Guayaquil Facultad de Ingeniería Química, según lo establecido por la Ley de

Propiedad Intelectual y su reglamento.

_______________________________________________

FRANCISCO ANDRÉS MEZA QUINTANA

C.I. 0916567852

VI



CERTIFICACIÓN DEL TUTOR

Yo, ING. QUÍM. CARLOS RAFAEL CALLE JARA, certifico haber tutelado el trabajo de

titulación „„ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX UTILIZANDO SILICATO DE


SUSTITUYENTES PARCIALES DEL DIÓXIDO DE TITANIO (TIO2)”, que ha sido

desarrollada por, FRANCISCO ANDRÉS MEZA QUINTANA, previa la obtención del título

de INGENIERO QUÍMICO, de acuerdo al Reglamento para la elaboración de tesis de grado de

tercer nivel de la Universidad de Guayaquil, Facultad de Ingeniería Química.

_______________________________________________

ING. CARLOS RAFAEL CALLE JARA MSC.

CI: 0907201313

VII



CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

Habiendo sido nombrado: ING, CARLOS RAFAEL CALLE JARA MSC, tutor del trabajo

de titulación certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado por FRANCISCO

ANDRÉS MEZA QUINTANA, con C.C. 0916567852, con mi respectiva supervisión como

requerimiento parcial para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO.

Se informa que el trabajo de titulación: “ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX

UTILIZANDO SILICATO DE MAGNESIO, CARBONATO DE CALCIO Y SILICATO DE

ALUMINIO COMO SUSTITUYENTES PARCIALES DEL DIÓXIDO DE TITANIO (TIO2)”,

ha sido orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa antiplagio URKUND

quedando el 2% de coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/47644292-229410-500836

https://secure.urkund.com/view/16964445-251036-988649#DccxDglxDADBv6

VIII

AGRADECIMIENTO

Es un tanto inusual comenzar éste texto sin la palabra “Agradezco”. La gratitud más allá de un

reconocimiento hacia una o más personas es sin duda alguna, un sentimiento de estima hacia

todos aquellos que hicieron posible la consecución de un objetivo. Hoy se termina una etapa en

mi vida siendo muy difícil enumerar los escenarios y los seres que formaron parte de este logro.

La diferencia radica en los más duros momentos, en donde quizás pude haber perdido la

convicción por mi talento o mis virtudes y he allí en donde Dios actuó en mi por intercesión de

personas que en mi vida generaron un cambio trascendental.

La satisfacción de tener a mi madre Giomar Quintana con vida, el placer de tener a mi

hermana Génesis y a mi sobrino Emiliano al alcance de una llamada a pesar de la distancia, el

orgullo de contar con Rosa una persona incondicional que convive con la peor faceta de mí y a

pesar de eso me acepta tal cual y finalmente la gracia de tener más que a un tutor a amigo Carlos

Calle con el cual he vivido muchos momentos de alegrías y amargura.

Por esto y tantos escenarios de júbilo en mi vida, doy gracias a Dios con el mundo en el que

me veo inmerso y las personas que forman parte de él.

.

Francisco Andrés Meza Quintana

IX

DEDICATORIA

Dedico este trabajo a mi madre, quien ha sido el pilar fundamental de la consecución de este

logro, a mi familia quienes contribuyeron directa o indirectamente con ideas, a tizziano quien

aportó con consejos propicios en el tiempo propicio, a Rosita, por ser más que una compañera de

vida, la persona más importante al momento de realizar cada página expuesta en esta tesis.

Dedico este trabajo a todos aquellos quienes con el pasar de los años tomen de referencia este

documento para la realización de sus tesis.

Dedico cada página a todas las personas que viajaron desde otros países tan solo por verme

sustentar y felicitarme por el objetivo alcanzado.

Francisco Andrés Meza Quintana

X

INDICE GENERAL

ACTA DE APROBACIÓN ..................................................................................................................................... II

CERTIFICADO DEL TUTOR REVISOR .................................................................................................................. IV

RENUNCIA DE DERECHOS DE AUTORIA ............................................................................................................. V

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR ............................................................................................................................. VI

CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD ...................................................................................................... VII

AGRADECIMIENTO ........................................................................................................................................ VIII

DEDICATORIA .................................................................................................................................................. IX

INDICE DE TABLAS .......................................................................................................................................... XII

INDICE DE FIGURAS ....................................................................................................................................... XIV

INDICE DE ANEXOS ......................................................................................................................................... XV

RESUMEN ...................................................................................................................................................... XVI

ABSTRACT ....................................................................................................................................................XVII

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................ 1

CAPITULO I ....................................................................................................................................................... 2

1. GENERALIDADES ...................................................................................................................................... 2

1.1. EL PROBLEMA ............................................................................................................................................ 2

1.1.3. Enunciado del problema ............................................................................................................... 2

1.1.2. Antecedentes del problema .......................................................................................................... 2

1.1.3. Planteamiento del Problema ........................................................................................................ 2

1.1.4. Formulación del problema............................................................................................................ 3

1.1.5. Justificación del problema ............................................................................................................ 3

1.2. DELIMITACIÓN DEL ESTUDIO ......................................................................................................................... 4

1.3. OBJETIVOS................................................................................................................................................. 5

1.3.1. Objetivo General ........................................................................................................................... 5

1.3.2. Objetivo Específicos ...................................................................................................................... 5

1.4. HIPÓTESIS ................................................................................................................................................. 6

1.5. VARIABLES ................................................................................................................................................. 6

1.5.1. VARIABLE INDEPENDIENTE ........................................................................................................................ 6

1.5.2. Variable dependientes .................................................................................................................. 6

XI

1.6. OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLE .......................................................................................................... 7

CAPITULOS II .................................................................................................................................................... 9

2. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................................... 9

2.1. LA PINTURA ............................................................................................................................................... 9

2.1.1. Historia de las pinturas en el mundo ............................................................................................ 9

2.1.2. Mercado Mundial de pinturas ...................................................................................................... 9

2.1.3. Variedades de pinturas ............................................................................................................... 10

2.1.4. Pinturas de látex ......................................................................................................................... 12

2.2. DESCRIPCIÓN DE LAS MATERIAS PRIMAS ......................................................................................................... 12

2.2.1. Composición de las pinturas ....................................................................................................... 12

2.3. EQUIPO EMPLEADO Y MEDICIONES DE PARÁMETROS ........................................................................................ 16

2.3.1. Dispersor Cowles ........................................................................................................................ 16

2.3.2. Método de prueba estándar para determinar la densidad ........................................................ 17

2.3.3. Método para determinar la viscosidad ...................................................................................... 18

2.3.4. Método para determinación del grado de molienda (Finura) .................................................... 19

2.3.5. Método para determinar el Poder cubritivo ............................................................................... 20

2.3.6. Método para determinar el grosor de película húmeda ............................................................ 20

2.3.7. Método para determinar el tiempo de secado ........................................................................... 21

2.3.8. Método para determinar el pH y Temperatura .......................................................................... 22

2.4. PROPIEDADES DE LA PINTURA ...................................................................................................................... 22

2.4.1. Propiedades especificas esenciales ............................................................................................ 23

CAPITULO III ................................................................................................................................................... 25

3. PARTE EXPERIMENTAL ........................................................................................................................... 25

3.1. DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................................................................................... 25

3.1.1. Obtención y preparación de las materias primas ....................................................................... 25

3.1.2. Adición de carga y aditivos (dispersión inicial) ........................................................................... 25

3.1.3. Adición de espesante y agua remanente (dispersión intermedia) ............................................. 26

3.1.4. Adición de la resina y aditivos (dispersión final). ........................................................................ 27

3.1.5. Diagrama del proceso ................................................................................................................ 27

3.1.6. Procedimiento general ............................................................................................................... 28

3.1.7 . Materiales ..................................................................................................................................... 33

3.1.8. Materia prima ............................................................................................................................ 34

3.1.9. Mediciones de parámetros de las pruebas ................................................................................. 35

XII

3.1.10. Cálculos ...................................................................................................................................... 38

CAPITULO IV ................................................................................................................................................... 75

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS ........................................................................................................................ 75

4.1. RESULTADOS ............................................................................................................................................ 75

4.2. ANÁLISIS DE RESULTADOS ........................................................................................................................... 77

4.2.1. Análisis para la categorización de la muestra patrón ................................................................ 82

4.2.2. Análisis para la búsqueda de la mejor carga sustituyente ......................................................... 85

4.2.3. Análisis para Búsqueda de la mejor fórmula sustituyente ......................................................... 90

CAPITULO V .................................................................................................................................................. 101

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................................................ 101

5.1. CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 101

5.2. RECOMENDACIONES ................................................................................................................................ 101

BIBIOGRAFIÁ ................................................................................................................................................ 103

ANEXOS ........................................................................................................................................................ 106

INDICE DE TABLAS

Tabla 1 Tipos de pinturas ............................................................................................................. 11

Tabla 2 Pigmentos usados en la industria de las pinturas ............................................................ 14

Tabla 3 Propiedades que proporciona cada componente ............................................................. 16

Tabla 4 Cantidad de Agua en la Dispersión Inicial ...................................................................... 28

Tabla 5 Pesos en gramos de las cargas ......................................................................................... 29

Tabla 6 Cantidad de agua en la dispersión intermedia ................................................................. 31

Tabla 7 Capacidad de los vasos de precipitación.......................................................................... 33

Tabla 8 Capacidad de los goteros de vidrio .................................................................................. 33

Tabla 9 Medición de los tiempos de flujo en la copa Ford VF2033 ............................................. 35

Tabla 10 Medición de Finura en Hegman..................................................................................... 36

Tabla 11 Lectura del pH ............................................................................................................... 36

Tabla 12 Lectura de las temperaturas de Dispersión .................................................................... 36

Tabla 13 Lectura de las temperaturas de activado ........................................................................ 37

XIII

Tabla 14 Lectura de los espesores de película húmeda ................................................................ 37

Tabla 15 Lecturas de los tiempos de secado ................................................................................. 37

Tabla 16 Nomenclaturas para el cálculo de densidades................................................................ 38

Tabla 17 Temperatura para medición de densidades .................................................................... 38

Tabla 18 Volúmenes del picnómetro y agua ................................................................................. 38

Tabla 19 Lectura prueba 1 (P1) ................................................................................................... 39

Tabla 20 Lectura prueba 2 (P2) .................................................................................................... 40






Tabla 26 Nomenclatura para el cálculo de los pesos específicos ................................................ 43

Tabla 27 Nomenclatura para el cálculo de las Gravedades especificas ........................................ 46

Tabla 28 Mínimo y máximo de viscosidad vs tiempo .................................................................. 47

Tabla 29 Nomenclatura para el cálculo de finura ......................................................................... 64

Tabla 30 Correlación finura en Hegman vs micras ...................................................................... 64

Tabla 31 Masa en gramos de sólidos y disolventes ..................................................................... 66

Tabla 32 Volumen en mililitros de sólidos y disolventes ............................................................. 68

Tabla 33 Nomenclatura para el cálculo de los espesores de película ........................................... 69

Tabla 34 Nomenclatura para el cálculo de los rendimientos teóricos .......................................... 70

Tabla 35 Nomenclatura para el cálculo de los rendimientos prácticos ......................................... 72

Tabla 36 Parámetros de las pruebas .............................................................................................. 75

Tabla 37 Formulación en gramos de las diferentes pruebas ......................................................... 77

Tabla 38 Formulación en mililitros de las diferentes pruebas ...................................................... 79

Tabla 39 Cargas y pigmentos P1 vs P2 ......................................................................................... 87



Tabla 42 cargas y pigmentos P1 vs P5.......................................................................................... 94



XIV

INDICE DE FIGURAS

Figura 1 Ubicación de la Universidad de Guayaquil ..................................................................... 4

Figura 2 Ubicación de la Empresa Industrial Latinas S.A. ........................................................... 5

Figura 3. Efecto de un extendedor sobre el pigmento ................................................................. 13

Figura 4 Evaporación de disolventes y reacción con el oxígeno del aire .................................... 15

Figura 5 Conversión Centistokes vs Centipoises (P1) ................................................................. 50

Figura 6 Cconversión krebs units vs centipoises (P1) ................................................................. 51

Figura 7 Conversión centistokes vs centipoises (P2)................................................................... 52

Figura 8 Conversión krebs units vs centipoises (P2) ................................................................... 53

Figura 9 Conversión centistokes vs centipoises (P3)................................................................... 54

Figura 10 Conversión krebs units vs centipoises (P3) ................................................................. 55

Figura 11 Conversión centistokes vs centipoises (P4)................................................................. 56


Figura 13 conversión centistokes vs centipoises (P5) ................................................................. 58






Figura 19 Poder cubritivo P1 vs Látex Económico ..................................................................... 83

Figura 20 Poder cubritivo P1 vs Látex Forte ............................................................................... 84

Figura 21 Poder cubritivo P2 vs P1 ............................................................................................. 86



Figura 24 Poder cubritivo P5 vs P1 .............................................................................................. 93



XV

INDICE DE ANEXOS

Anexo 1 Desarrollo Experimental .............................................................................................. 106

Anexo 2 Tabla de puntos de control en base a la temperatura .................................................... 109

Anexo 3 Lecturas de densidad de componentes ......................................................................... 110

Anexo 4 Rango de viscosidad ..................................................................................................... 111

Anexo 5 Tabla de conversión Krebs Units vs Centipoises ......................................................... 111

Anexo 6 Tabla de conversión Centistokes vs Centipoises.......................................................... 112

XVI

RESUMEN

En el presente proyecto se consideró al Silicato de Aluminio, Carbonato de Calcio y Silicato

de Magnesio(extendedores), como sustituyentes parciales del Dióxido de Titanio en la

elaboración de pinturas de látex. Las Instalaciones para realizar las pruebas de esta Tesis y la

materia prima utilizada fueron facilitadas por la empresa “Industrial Latinas S.A.”, la cual se

encuentra ubicada en la ciudad de Guayaquil en el kilómetro 40 vía la costa. La selección de esta

propuesta está directamente ligada con el poder cubritivo, en función de los sistemas intermedios

que se obtienen durante la fabricación de la pintura. Para conseguir el objetivo planteado se

Utilizó una muestra patrón (prueba P1), de la cual se redujo paulatina y consecuentemente la

cantidad de dióxido de titanio compensando el PVC con los extendedores ya antes descritos

hasta lograr obtener el mismo poder cubritivo. La muestra patrón (prueba P1) contiene en peso

14.52% de dióxido de titanio y un total de 44.21% de (talco chino y carbonato de calcio). La

metodología a utilizar se dividió en tres etapas: En la primera etapa, se realizaron dos pruebas

(P2 y P3) las mismas que consistieron en mantener constante la cantidad de dióxido de titanio y

reemplazar el talco chino por caolín calcinado y talco peruano respectivamente. En la segunda

etapa se elaboraron 3 pruebas (P4, P5 y P6), Siendo ésta última formulación la óptima, los

valores de dióxido de titanio se redujeron al 8.13% mientras los extendedores aumentaron a un

49.55% en peso. La tercera etapa consistió en elaborar una prueba(P7) reemplazando únicamente

la cantidad de caolín calcinado por talco peruano, consiguiendo abaratar el costo de producción,

obteniendo en Síntesis una pintura(P7) con un cubrimiento igual al patrón(P1) con una reducción

del 56% en el uso de dióxido de titanio. En cada etapa se midieron los parámetros pertinentes

fundamentando así el poder cubritivo de las muestras.

Palabras clave: pintura látex, Silicato de Magnesio, Carbonato de Calcio, Silicato de

Aluminio, Dioxido de Titanio, poder cubritivo, extendedores.

XVII

ABSTRACT

In this present project the Aluminum Silicate, Calcium Carbonate and Magnesium Silicate

(extenders) were considered as partial substituents of Titanium Dioxide in the elaboration of

latex paints. The facilities for testing this thesis and the raw material used were provided by the

company "Industrial Latinas S.A.", which is located in the city of Guayaquil at kilometer 40 via

the coast. The selection of this proposal is directly linked to the covering power, depending on

the intermediate systems obtained during the manufacture of the paint. In order to achieve the

stated objective a standard sample was used (test P1), from which the amount of titanium dioxide

was gradually reduced and consequently the PVC compensated with the extenders already

described before, obtaining the same covering power. The standard sample (test P1) contains

14.52% by weight of titanium dioxide and a total of 44.21% (talcum and calcium carbonate). The

methodology to be used was divided into three stages: In the first stage, two tests (P2 and P3)

were carried out, which consisted in keeping the amount of titanium dioxide constant and

replacing the Chinese talc with calcined kaolin and Peruvian talc respectively. In the second

stage 3 tests were elaborated (P4, P5 and P6), being this last formulation the optimum, the values

of titanium dioxide were reduced to 8.13% while the extenders increased to 49.55% by weight.

The third stage was to prepare a test (P7) replacing only the amount of kaolin calcined by

Peruvian talc, getting lower the cost of production, obtaining in Synthesis a paint (P7) with the

same covering power of to the standard (P1) with a 56% reduction in the use of titanium dioxide.

In each stage, the relevant parameters were measured, basing the covering power of the samples.

Keywords: Latex paint, Magnesium silicate, Calcium carbonate, Aluminum silicate,

Titanium dioxide, Coating power, Extenders.

1

INTRODUCCIÓN

Desde la Edad antigua y por mucho tiempo, el Dióxido de Titanio ha sido el pigmento

elemental en la manufacturación de pinturas por tener características únicas en cuanto a blancura

y cubrimiento se refiere. A más de proporcionar estabilidad, tener baja toxicidad y de dispersarse

fácilmente en emulsión, el dióxido de titanio es ampliamente versátil, lo que lo faculta como el

pigmento más importante en la producción a escala mundial de pinturas (Felipe, Oa.upm.es,

2013).

Mediante este proyecto se plantea reducir la cantidad de dióxido de titanio presente en una

muestra patrón (prueba P1) conservando el poder cubritivo utilizando extendedores (Silicato de

Magnesio, Silicato de Aluminio, Carbonato de Calcio), aplicando métodos, tales como:

Dispersión de Cowless, diferenciación, identificación y cuantificación. En cada etapa se mantuvo

el PVC (control en volumen de pigmentos) constante para poder hacer las comparaciones

pertinentes.

En el capítulo I se indica el problema, el cual consiste en la disminución de yacimientos de

dióxido de titanio y su elevado costo en la industria de pinturas.

En el capítulo II se da a conocer todo lo concerniente a las pinturas la clasificación, las

características, los parámetros, el equipo, el proceso y las materias primas que se requieren para

la elaboración de estas.

En el capítulo III, se describirá la Metodología experimental y se realizará el análisis

pertinente de los resultados. Finalmente en el Capítulo IV se efectúan las conclusiones con sus

respectivas recomendaciones, a considerar.

2

CAPITULO I

1. GENERALIDADES

1.1. El Problema

1.1.3. Enunciado del problema

Elaboración de pinturas de látex utilizando silicato de magnesio, carbonato de calcio y silicato

de aluminio como sustituyentes parciales del dióxido de titanio ( ).

1.1.2. Antecedentes del problema

Durante muchos años, la pintura era considerada algo extravagante y demasiado cara para la

población en general. Con el pasar de los años, se han descubierto nuevos métodos y estilos para

mejorar las propiedades inherentes de la pintura, así como la innovación de técnicas de

preservación para su posterior expendio, por lo que en algún tiempo se utilizó aceites de pescado,

madera, soya, de origen natural y artificial (químicamente tratados) para en lo posterior trabajar

con nuevos monómeros entre ellos: los acrílicos, cloruros de vinilo, etilenos, que hicieron posible

la fabricación de pinturas en emulsión.

Se desarrollaron una gran cantidad de solventes con propiedades puntuales, aditivos con

acción fungicida, bactericida, secantes, espesantes, reguladoras de pH, de flujo, de nivel, etc.

Dada la versatilidad con la que las pinturas pueden modificarse a partir de invertir, cambiar,

modificar, añadir, o eximirse de ciertas componentes en mayor o menor proporción, se determinó

la posibilidad de reducir la cantidad de dióxido de titanio conservando el mismo poder cubritivo,

utilizando extendedores conservando el PVC invariable.

1.1.3. Planteamiento del Problema

La apreciación en la cotización internacional del dióxido de titanio ha marcado un punto de

inflexión en el comportamiento de los precios en la industria de las pinturas. Al ser considerado

una de las materias primas de mayor utilidad y mejores propiedades para la producción de

recubrimientos, se torna imprescindible su uso. Características tales como: blancura, protección y

https://www.monografias.com/trabajos11/metods/metods.shtml

3

opacidad, hacen que el dióxido de titanio sea idóneo para otros usos como, por ejemplo: la

fabricación de plásticos, tintas, cosméticos, cerámica, cemento blanco y alimentos.

Considerando la combinación de todos estos factores y circunstancias que se presentan en la

implementación del dióxido de titanio en los distintos mercados, dado que los costos asociados a

la producción de la diferente gama de productos son cada vez más altos, los yacimientos son

cada vez más escasos y la demanda es cada vez mayor, se inicia la búsqueda por nuevas

alternativas con una reducción en el uso de dióxido de titanio (Restrepo V. , 2010).

Es así como un extendedor (pigmento inactivo), adquiere mucha importancia convirtiéndose

en un componente a considerar ya que es en síntesis más barato, se habilita la reducción solo una

parte del dióxido de titanio utilizado. El extendedor se usa procurando mantener el cubrimiento

y el color, facilitando la diversidad de los materiales a emplear y además, permitiendo mejorar el

equilibrio entre las propiedades del recubrimiento (Restrepo J. , Pigmentos inactivos en

formulación de pinturas (II), 2012).

1.1.4. Formulación del problema

¿Se puede sustituir parcialmente el uso del dióxido de titanio utilizando extendedores en la

formulación original de pinturas de látex logrando el mismo poder cubritivo?

1.1.5. Justificación del problema

El presente proyecto de investigación se realiza con el propósito de generar nuevos

conocimientos sobre la incorporación de pigmentos tales como el Silicato de aluminio,

Carbonato de Calcio, Silicato de Magnesio en las pinturas de látex como sustituyentes parciales

del Dióxido de Titanio.

La combinación de las propiedades del pigmento activo dióxido de titanio ( ) y sus

extendedores, pigmentos inactivos o cargas funcionales (Silicato de Magnesio, Silicato de

Aluminio y Carbonato de Calcio) generan un producto que puede llegar a ser de consumo

4

masivo dependiendo siempre de la calidad de las materias primas utilizadas y del correcto

procedimiento durante la elaboración.

La necesidad de generar nuevas alternativas en el mercado de las pinturas a partir de

combinaciones de pigmentos que dan particularidades, características innatas al utilizar

cantidades exactas de las componentes. La versatilidad con que las pinturas pueden modificarse a

partir de invertir, cambiar, modificar, añadir, o eximirse de ciertos pigmentos consiguiendo

aminorar el costo de venta manteniendo el mismo poder cubritivo, habilitan al producto final a

ponerlo a disposición del público bajo parámetros que mejor convengan.

Los resultados de esta investigación podrán estructurarse en una propuesta para ser

incorporada como nuevos conocimientos para la ciencia y las industrias que utilizan estos

pigmentos como principio activo en la elaboración de pinturas látex en distintas áreas de

producción.

1.2. Delimitación del Estudio

El proyecto de titulación se realizará en las instalaciones de la empresa Industrial Latinas S.A.

ubicada en la ciudad de Guayaquil km 40 via a la Costa y en la Universidad de Guayaquil,

ubicada en la Cdla. Universitaria "Salvador Allende", Malecón del Salado entre Av. Delta y Av.

Kennedy.

Figura 1 Ubicación de la Universidad de Guayaquil

Fuente: (maps, s.f.)

5

Figura 2 Ubicación de la Empresa Industrial Latinas S.A.

Fuente: (maps, s.f.)

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo General

o Determinar la mejor combinación de Silicato de Magnesio, Silicato de Aluminio y

Carbonato de Calcio como sustituyentes parciales del Dióxido de Titanio ( ) en la

elaboración de pinturas de látex.

1.3.2. Objetivo Específicos

o Elaborar diferentes tipos de pinturas de látex con distintas proporciones de Dióxido de

Titanio y extendedores.

o Caracterizar las pruebas de pinturas de látex generadas.

o Evaluar parámetros para cada muestra.

o Analizar el efecto del uso de los extendedores en reemplazo del dióxido de titanio en

cada formulación de las pinturas de látex hasta lograr un cubrimiento igual a la muestra

patrón.

6

1.4. Hipótesis

Con la formulación encontrada utilizando extendedores como sustituyentes parciales del

dióxido de titanio ( ), se podrá obtener una pintura conservando el mismo poder cubritivo.

1.5. Variables

1.5.1. Variable independiente

o Formulación de las pinturas

1.5.2. Variable dependientes

o Propiedades fisicoquímicas

o Poder cubriente

7

1.6. Operacionalización de las variable

Tipo de

variable Variable Subvariable

Definición

operacional

Indicador de

medición Norma o método

Unidad de

medida

DE

PE

ND

IEN

TE

PROPIEDADES

FISICOQUIMICAS

DE LA PINTURA

Solidos en

volumen

Cantidad de

Solidos en

volumen en

la pintura

Fracción/porcentaje

en peso NTE INEN 1024 %

Finura

Tamaño de

partícula,

grado de

dispersión

Escala Hegman

ASTM D1210

ASTM D1316

NTE INEN 1007

Hegman

Espesor de

película

Húmeda

Grosor de la

película

Medidor de

película húmeda

ASTM D4414-A

INEN 2092

Micras

8

Medición

de densidad

Consistencia

de la pintura Concentración

ASTM D1475

ASTM D1963

Kilogramo/metro

cubico

Viscosidad

Resistencia

de la pintura

a fluir

Escala en Krebs

Units

ASTM D1200

NTE INEN 1013

Unidades de

Krebs

PODER

CUBRITIVO opacidad

Poder de

cubrimiento

sobre blanco

y negro

Cubrimiento

NTP.319.010:1971

ASTM D823

ASTM D 2805

-

IND

EP

EN

DIE

NT

E

FORMULACIÓN

DE LA PINTURA

Pigmentos

Fracción en

peso de

pigmentos


en peso - %

Cargas

Fracción

en peso de

las cargas


en peso - %

Fuente: Autor

9

CAPITULOS II

2. MARCO TEÓRICO

2.1. La Pintura

La pintura es una sustancia de consistencia liquida con un cierto grado de viscosidad, la cual

luego de ser aplicada al cabo de un tiempo sobre una superficie, crea una lámina continua, sólida

y cohesiva, protegiendo y decorando el soporte proporcionándole opacidad confiriéndole color

dependiendo del pigmento que se utilice en la composición de la pintura.

2.1.1. Historia de las pinturas en el mundo

Desde la prehistoria el hombre cavernícola pintaba las superficies de su entorno utilizando la

pintura que él mismo elaboraba, con la finalidad de recopilar los sucesos que vivía a diario,

expresaba sus pensamientos y sentimientos, pintando animales, eventos de cacería y cualquier

otro acontecimiento de su alrededor (wikipedia, 2018). Las pinturas más antiguas se elaboraron

sin ligante y sus procedencias datan de hace más de 5000 años, sin embargo, los descubrimientos

no fueron sino hasta finales del siglo XIX e inicios del siglo XX en Altamira (España), Lascaux,

Font Gaume (Francia) y en Aurtherland (Australia) (wikipedia, 2018). En Asia a mediados del

año 6000 a.c, se utilizaban pigmentos procedentes de minerales, mezclas y componentes

orgánicos. Se ha encontrado evidencia fehaciente que Civilizaciones antiguas como la egipcia,

griega, romana, los incas, los aztecas, utilizaban el añil como un pigmento de coloración azul que

se obtiene de la planta del mismo nombre. La goma arábiga, la clara de huevo, la gelatina y la

cera de abeja fueron los primeros líquidos que se usaron en mezcla con los demás pigmentos de

la época (Suazo, 2016). Los chinos regalaron al mundo el procedimiento para realizar lacas, los

romanos utilizaban el aceite de linaza como aglutinante en la elaboración de pinturas (Suazo,

2016).

2.1.2. Mercado Mundial de pinturas

La actividad humana, la población mundial y la contaminación son algunos ejemplos

prácticos de parámetros directamente proporcionales al consumo de pintura a nivel mundial. El

ritmo decrece en los países desarrollados debido al sofisticado nivel de conocimiento del

10

funcionamiento de la industria. La demanda de pintura a nivel mundial y la demanda del sector

constructor guardan un punto en común (el aumento de la población). En la actualidad, el

mercado europeo de consumo de pinturas representa un 30% del mundial, Canadá y Estados

Unidos un 40%. Mientras, el mercado latinoamericano participa solo con un 7%, sin embargo,

hay perspectiva satisfactoria por país en cada continente. América Latina en términos generales

ha tenido un crecimiento en la demanda de pinturas inmobiliarias, y se proyecta que la tendencia

continúe en los años posteriores. Existen más de cien centenares de compañias en la industria,

sin embargo, un minúsculo número de empresas multinacionales gobiernan el mercado actual. La

oleada de leyes y normas ambientalista que se han implementado en todo el mundo han causado

repercusiones en los últimos años logrando así una disminución en el número de empresas por

motivos directamente ligados a la competitividad frente a las nuevas exigencias que se producen.

En específico, la innovación en nuevos productos en el mercado de las pinturas ha sido una

tendencia sin precedentes (en 2005, por ejemplo, el 40% de los productos alemanes no tenían

más de tres años de creación), lo que significa que las empresas de pinturas en el mundo se han

visto en la necesidad de actualizar sus conocimientos generando mejoras continuas, con el único

fin de mantenerse en el mercado internacional (Servicio de Acreditacion Ecuatoriana, 2018).

2.1.3. Variedades de pinturas

La industria de pinturas se divide en dos grandes categorías:

2.1.3.1. Productos comerciales

Estos productos incluyen las pinturas que se venden a los consumidores, contratistas y

pintores profesionales, para uso en construcciones nuevas o para su mantenimiento o

conservación y los acabados industriales, que incluyen una variedad de productos para el

acabado de manufacturas como automóviles, equipos electrodomésticos, muebles, etc.

Las necesidades de cada una de estas dos categorías de productos son diferentes,

generalmente los acabados comerciales secan (endurecen) al aire y los acabados industriales

secan (se curan) mediante horneo.

11

Cada una de estas dos categorías de productos utilizan diferentes sistemas de vehículos

(resinas) y tienen diferentes métodos de aplicación, ya que la formulación de ellos difiere

considerablemente.

2.1.3.2. Acabados industriales

Los acabados industriales se aplican sobre productos manufacturados (como automóviles,

equipos electrodomésticos, muebles, etc.), antes de venderle al usuario; en cambio, las pinturas

comerciales (como pinturas para casas, paredes, cocinas, etc.) se aplican sobre artículos

terminados o completos, ya sea por el dueño o por un pintor.

Tabla 1

Tipos de pinturas PINTURAS ORGANICAS

DESCRIPCION PROPIEDADES

Aceite de linaza y otros aceites Poca resistencia al Oxigeno

Barnices Poca resistencia al agua

Resinas alquílicas modificadas con

aceite

Escasa resistencia a Electrolitos

Buena Adherencia

Buena Humectabilidad

PINTURAS DE PLASTICOS


Vinílicas Poca resistencia al Oxigeno

Epoxi Poca resistencia al agua

Clorocaucho Buena resistencia a Electrolitos

Acrílicas Algunas limitaciones de Adherencia

Poliuretano Poca Humectabilidad

PINTURAS INORGANICAS


Silicato inorgánico de Zinc El pigmento proporciona protección

catódica al sustrato

Fuente: (Martin)

12

2.1.4. Pinturas de látex

Una pintura de látex a más de cubrir una superficie con el color deseado, la defiende al formar

una cubierta plástica con excelente resistencia a elementos superficiales causantes del deterioro

tales como: la humedad y el roce. En la actualidad, se encuentra entre las pinturas más utilizadas

para techos falsos y paredes, en interiores y exteriores. Las pinturas de látex no son aislantes en

su totalidad, sin embargo, proporcionan muy buena protección en las áreas aplicadas (Anonimo,

2007).

2.2. Descripción de las materias primas

2.2.1. Composición de las pinturas

o Una pintura látex debe tener como componentes:

o Resina o vehículo.

o Cargas o rellenos (no obligatorio).

o Pigmentos.

o Disolvente (no obligatorio más de uno).

o Aditivos.

2.2.1.1. El ligante o resina

Es un Ingrediente con una función activa en el proceso de elaboración de pinturas látex, la

cual tiene como misión, mantener unidos los pigmentos con sus extenderes una vez que ésta se

haya secado. Las resinas van en concordancia con el disolvente a utilizar y definen los diferentes

tipos de pinturas proveyéndole: consistencia, resistencia a las reacciones químicas, adhesión,

tiempo de secado, etc. La procedencia puede ser: vinílica, acrílica, aceites de origen vegetal y

animal, epoxi, o una mezcla entre ellas, las cuales mediante oxidación generan una película

seca y uniforme (Felipe, Oa.upm.es, 2013).

2.2.1.2. Las cargas y extendedores

En su mayoría ponderada son de origen inorgánico, dan consistencia y reología a la pintura.

Son las causantes directas del espesor de película ya sea en seco o en húmedo, por su blancura o

13

color innato proveen opacidad. Se debe distinguir el concepto de cargas y el de extendedores

(Fernandez, 2018). Las cargas compensan a la pintura con materia sólida, en su defecto que los

extendedores mejoran el rendimiento de los pigmentos o al menos lo mantienen proveyendo

alguna otra característica en particular (opacidad, brillo, etc.).

Un extendedor, puede ser una carga y viceversa, esto no implica que toda carga sea

considerada extendedor como, por ejemplo: existen aditivos que aportan materia solida a la

formulación, pero no generan cambios en las características particulares de la pintura, todo

dependerá del uso que se le vaya a dar a la misma (Cruz, 2014).

Mientras mejores características tengan la carga (poder cubritivo), y mayor sea su uso dentro

de la elaboración de la pintura látex, mayor será el poder cubritivo (Felipe, Oa.upm.es, 2013).

Figura 3. Efecto de un extendedor sobre el pigmento

Fuente: (José Vicente Alonso Felipe, 2013)

2.2.1.3. Los pigmentos

Su procedencia puede ser orgánica e inorgánica. El rol de los pigmentos es fundamental para

la determinación del poder cubritivo, la opacidad, blancura y color. Los pigmentos son opacos

tanto en seco como en húmedo. Un pigmento inactivo no es solubilidad en el vehículo(resina),

posee un bajo poder cubritivo, así como el color y la opacidad que son casi nulos, en términos

generales se los utiliza para abaratar costos. Los pigmentos activos son exactamente todo lo

contrario. El pigmento activo por excelencia más utilizado es el dióxido de titanio, la blancura

proporcionada no se iguala a la de ningún extendedor o pigmento inactivo (Felipe, Control

Calidad de pintura, 2013).

14

En la siguiente tabla que relaciona los pigmentos más comúnmente empleados en la industria

de pinturas (Restrepo J. , Inpra Latina, 2012).

Tabla 2

Pigmentos usados en la industria de las pinturas Pigmento

Formula Química Nombre

Común

Gravedad

especifica

Dureza

(Mohs)

OAI

(g/100g)

Silicato de Aluminio Al2Si2O5(OH)4 Caolín,

caolinita,“c

hina clay”

2.6 2.0 30-50

Silicato de aluminio-

potásico

K2O.3Al2O3.6SiO2.

2H2O

mica 2.9 2.5 40-70

Carbonato de Calcio CaCO3 Blanco de

España

2.71 3.0 10-35

Carbonato de

magnesio

MgCO3 Magnesita 2.5 3.0 35-45

Dióxido de silicio

natural

SiO2 Diatomita 2.2 7.0 100-220

Dióxido de silicio

sintético

SiO2 Sílice

cristalina

2.32 7.0 300-330

Dióxido de Titanio TiO2 Blanco

titanio

4.3 6.0 17-22

Silicato de Calcio CaO.SiO2 wollastonita 2.9 6.0 25-30

Silicato de Magnesio Mg3Si4O10(OH)2 Talco 2.75 1.0 15-40

Sulfato de Bario BaSO4 Barita

natural,

blanco fijo

4.5 3.0 6-12

Sulfato de Calcio CaSO4 Anhidrita 2.96 3-4 20-25

Fuente: (Latina, 2013)

2.2.1.4. Disolventes

Es por excelencia el agua, sin embargo, se puede utilizar alcohol, cetonas, ésteres y otras

componentes de origen orgánico que le proporcionan a la pintura facilidad para aplicarse,

15

manejarse,etc. Por medio de la adición o disminución del disolvente, podemos variar

propiedades como la viscosidad, densidad relativa, consistencia, tiempos de secado, etc.

Las dos características más importantes de los disolventes son su poder solvente y velocidad

de evaporación (Felipe, 2013).

Figura 4 Evaporación de disolventes y reacción con el oxígeno del aire

Fuente: (Martín., 2011)

2.2.1.5. Aditivos

Son compuestos que se emplean en pequeñas dosis para facilitar, mejorar, potenciar, prevenir,

accionar, algún componente o alguna característica de la pintura, aportan consistencia,

estabilidad, preservación, etc. Dentro de su clasificación se encuentran: los humectantes,

dispersantes, espesantes, agentes fungicidas, sulfactantes, bactericidas, antioxidantes,

gelificantes, antimoho, antiespumantes, etc.

El disponer de uno u otro aditivo en la elaboración de pinturas, está estrechamente

relacionado con los requerimientos del consumidor, así, una pintura puede tener muchos aditivos

a la vez (Felipe, 2013).

16

2.2.1.6. Propiedades que proporciona cada componente

En la Tabla 3, se muestra un resumen de las propiedades que proporcionan los diferentes

aditivos.

Tabla 3

Propiedades que proporciona cada componente COMPONENTE PROPIEDAD SOBRE LA PINTURA

Resina Vinil-Acrílica Al secarse forma una película de flexibilidad permanente.

Usada en proporciones adecuadas, brinda mayor rendimiento y

lavabilidad

Dióxido de titanio Contribuye al poder cubriente y proporciona el color blanco

Pigmentos inorgánicos y

orgánicos

Proporcionan color a la pintura

Cargas minerales Extensor de pigmentos y efecto de relleno

Silicato de aluminio Reemplazante parcial de dióxido de titanio, contribuye al

poder cubriente

Humectante y dispersante Humectación y estabilización de los pigmentos

Aditivo reológico de

celulosa

Brinda propiedades tixotrópicas al aplicar la pintura y previene la

sedimentación de sus componentes

Agente coalescente Contribuye a la formación de una película uniforme y continua

Bactericida Preservación de la pintura

Antiespumante Control de la espuma

Regulador de PH Regula el PH de la pintura en un rango de pH: 8 -9.5

Nivelador de superficie Nivelación de la película aplicada, evitando que queden las marcas

de la brocha o rodillo

Agua Disolvente y disminuye la viscosidad

Fuente: (LOUIS, 2006)

2.3. Equipo empleado y mediciones de parámetros

2.3.1. Dispersor Cowles

El proceso de elaboración de la pintura látex (dispersión y completado) se lleva a cabo en el

Dispersor Cowles. La dispersión se obtiene utilizando un eje de alta velocidad, que consta de un

disco circular con dientes en los bordes, doblados en un ángulo de 90° alternados arriba y abajo,

17

que se encuentra al final de un eje vertical llamado rotor, y este a su vez unido a un motor, que

hace posible que el disco gire a una velocidad radial o periférica de 1750 RPM. La fuerza de

cizalladura ejercida por el mismo sobre un líquido con cierto grado de viscosidad (adquirida en

su mayoría gracias al espesante), es significativamente alta. La velocidad se regulará hasta que se

genere el vórtice y la dispersión sea homogénea (rotor en el centro) (GROSS, 1970).

El rol fundamental de este equipo será conseguir la correcta dispersión de los pigmentos y

extendedores.

2.3.2. Método de prueba estándar para determinar la densidad

2.3.2.1. Marco jurídico

a. Cuando se ensaya con pinturas en base agua tipo emulsión, de acuerdo con la Norma

ASTM D1475 se debe utilizar como instrumento de medición un picnómetro.

b. Se emplea el Método de Prueba ASTM D1963 para determinar la gravedad específica

y, por lo tanto, la densidad.

2.3.2.2. Medición con el picnómetro

Esta prueba consiste en un cilindro de acero el cual sirve para determinar la densidad de un

líquido desconocido.

Esta prueba conlleva a introducir la pintura a medir, en el interior del cilindro hueco

previamente pesado.

La técnica implica en pesar el cilindro lleno con dos líquidos distintos (agua y pintura) y

realizar los cálculos pertinentes tomando en consideración como liquido patrón “el agua” ya que,

a la temperatura medida, existen valores tabulados de densidad.

18

Consideraciones:

a. Se retira la tapa del picnómetro en reiteradas ocasiones con objeto de eliminar partículas

de aire encerrado en el mismo, tomar en consideración un mínimo de tres pesajes.

b. Es fundamental la medición de la temperatura, ya que la densidad de la pintura varía en

función a la muestra patrón, y ésta a su vez en función a la temperatura.

2.3.3. Método para determinar la viscosidad

2.3.3.1. Marco jurídico:

a. Se emplea la copa Ford VF2033 de Ø de orificio 5.2 mm para determinar la viscosidad en

centistokes en base al Anexo 10 en referencia en cumplimiento con la Norma ASTM

D1200 .

b. Se utilizan dos gráficas de conversión de la empresa “The Paul N. Gardner Company”

para obtener la viscosidad en unidades de Krebs.

c. El rango establecido de viscosidad para las pinturas látex según la norma NTE INEN

1013 es entre 85 y 125 KU.

2.3.3.2. Medición con la copa Ford

En concordancia con la norma, absolutamente todas mediciones deben realizarse a 25 ° C.

Variar la temperatura durante la prueba no debe exceder de ± 0,2 ° C. La técnica consiste en el

uso de un cronometro para determinar el tiempo en que la pintura depositada en el interior de la

copa Ford demora en fluir a través de un orificio ubicado en la parte inferior. Se detiene el

cronometro cuando el chorro se corta, es decir, disminuye su caudal violentamente.

El tiempo se registra y en base a la tabla 28 utilizando interpolación, se aproxima al valor de

la viscosidad cinemática en centistokes. Una vez determinado este valor, con ayuda del Anexo

14 de conversión “centipoises vs centistokes” y los valores de gravedad específica y densidad en

libras por galón ya calculados, se obtiene la viscosidad absoluta en centipoises.

19

Cabe mencionar que la viscosidad cinemática es una medida resultante del cociente entre la

viscosidad absoluta y la densidad de la pintura. Teniendo el valor de la viscosidad absoluta, con

ayuda del Anexo 13 de conversión “centipoises a krebs Units” se determina finalmente la

viscosidad en KU.

2.3.4. Método para determinación del grado de molienda (Finura)


a. Para realizar mediciones de finura, Se utiliza un grindómetro hegman en el rango de 0 a

100 µm, de 0 a 8 hegman El método a utilizar es aplicable solo en ese rango tal cual se

establece en la norma ASTM D1210, para rangos inferiores, es aplicable la norma ASTM

D1316 en valores entre 0 y 25 µm. Con una pequeña variación en el procedimiento, es

aplicable a las tintas, pinturas tanto en pasta (no volátiles) como líquidas (volátiles).

b. El valor mínimo de finura según la norma NTE INEN 1007 es de 3 Hegman (3H), para

ser considerada una pintura con óptima dispersión.

2.3.4.2. Medición con el grindómetro

Se coloca una pequeña cantidad de pintura con una espátula en la parte superior con la

graduación máxima (8 NS) de las ranuras, y con el aplicador, manteniéndola ligeramente

inclinada, se desplaza la pintura, extendiéndola hacia el otro extremo, con la graduación mínima

en la parte inferior.

La lectura del resultado de la medición se da en la escala NS o µ. Para esto debe levantarse el

grindómetro a la altura de los ojos, examinando a contraluz. La lectura exacta, analizada con

cautela, se obtendrá en donde sean visibles muchas partículas de pigmento en la delgada capa

superficial. En pinturas látex, la lectura ha de realizarse entre 15 y 50 segundos.

20

2.3.5. Método para determinar el Poder cubritivo


a. Para la determinación del poder cubriente o cubritivo de una pintura, es necesario dos

implementos básicos en base a las normas ASTM D823 y ASTM D 2805 los cuales son:

o El aplicador y las cartulinas para ensayos de pinturas Leneta.

o El aplicador puede ser electrónico o manual, ambas mediciones cumplen y están

contempladas dentro de la norma.

2.3.5.2. Medición con el aplicador en las cartulinas Leneta

Con ayuda y de un aplicador de acero y de las cartulinas Leneta universales sobre un soporte

de vidrio, se coloca las pinturas sobre las cartulinas con el fin de determinar el poder cubritivo de

la misma en función de la penetración y de la opacidad.

Las cartulinas combinan zonas negras y blancas, pequeñas porciones de dos tipos diferentes

de pinturas (Patrón y Pintura a probar) se deben disponer en la parte superior, y con ayuda del

aplicador, se desliza suavemente hacia abajo, procurando que la placa de vidrio que sostiene a la

cartulina se mantenga fija durante el proceso.

Al término de la aplicación, se debe dejar secar la muestra, y luego volver a revisar en

contraluz, la muestra que sobreponga más su textura sobre la cartulina será la que disponga de un

mayor poder cubritivo.

2.3.6. Método para determinar el grosor de película húmeda


a. Las mediciones del espesor de la película húmeda se registran en la norma ASTM

D4414-A con la finalidad de determinar el grosor de la película húmeda de una pintura y

a su vez el espesor del revestimiento seco final utilizando un peine graduado.

21

b. El cálculo de rendimiento y de ambas películas (Húmeda y seca) conllevan al uso del

valor del porcentaje de sólidos en volumen, el cual se estima no menor al 28% según la

norma NTE INEN 2092.

2.3.6.2. Medición con el peine

El espesor de la película seca y el espesor de la película húmeda guardan interrelación. El

espesor de película húmeda se mide mediante el uso del peine graduado, el cual con su último

diente entra en contacto con la pintura. El espesor de película húmeda es el cociente entre el

espesor de película seca / el porcentaje de sólidos en volumen del recubrimiento aplicado.

En ciertos recubrimientos, el espesor de la película seca real suele ser mayor al calculado

mediante formula.

2.3.7. Método para determinar el tiempo de secado


a. La aplicación manual de la pintura con una brocha sobre un tripley está contemplada en

la norma ASTM D1640 para determinación de tiempo de secado en diferentes etapas en

el proceso de penetración del mismo.

2.3.7.2. Medición del tiempo de secado con cronómetro

Este método se usa para determinar las tasas de secado en distintas etapas de la formación de

película de recubrimientos con el objetivo de comparar las diferentes muestras.También ayuda a

cuantificar los cambios de composición en el tiempo de secado.

La técnica consiste en aplicar la pintura con ayuda de una brocha sobre un tripley y

cronometrar el tiempo transcurrido. Se debe tener las manos secas y limpias, cada 2 minutos con

el índice se tocará con sutileza sobre el tripley. Detener el cronometro cuando la película este

uniforme y totalmente seca

22

2.3.8. Método para determinar el pH y Temperatura


a. En regulación con la normativa ASTM E-70 con incidencia del pH en pinturas se busca

determinar valores ponderados de las diferentes muestras.

b. A pesar de que la temperatura se encuentra regulada en las diferentes normativas ASTM

para otros procesos, y no para medición en pinturas, es de suma atención el registrar los

valores de temperatura en cada etapa del proceso, pues tendrán influencia directa sobre la

cuantía y propiedades del producto (pintura).

2.3.8.2. Medición del pH y Temperatura

La medición del pH se registra una vez introducidas las cargas con el objetivo de conocer sí se

tiene que agregar un álcali para aumentar el pH de la muestra y así evitar la actividad bacteriana.

La temperatura se registra en las tres etapas de dispersión del proceso. La medición más

importante de temperatura se da durante la dispersión intermedia, cuando se agrega la carga y la

tempera aumenta por efecto de trabajo mecánico.

2.4. Propiedades de la pintura

Las propiedades no cuantificables son importantes en el cumplimiento de la pintura. Las

propiedades cuantificables son aquellas que pueden medirse con cuidado y con buena precisión y

que pueden utilizarse con cuidado en especificaciones y en sus medidas.

En el campo de la reología (flujo de fluidos bajo esfuerzo), por ejemplo, el proceso de

cuantificación está por ahora empezando. La pintura tiene funciones inseparables estas son: las

decorativas, las protectoras y las especiales y todas están presentes simultáneamente. Una vez

que el sistema de recubrimiento ha secado o curado, los mantos o películas distintas no pueden

separarse o desprenderse limpiamente para examinarlas, como resultado de esto, los efectos

sobre

23

las diferentes capas de los varios factores que tienen influencia en su formación y

cumplimiento no pueden estudiarse individualmente.

2.4.1. Propiedades especificas esenciales

Ciertas propiedades esenciales (como adherencia, facilidad de aplicación, integridad de

película y calidad consistente o uniforme), deben ocurrir en todas las pinturas, para asegurar sus

funciones de uso decorativo o protector, como un material de ingeniería. Las propiedades

específicas se relacionan con el uso final.

2.4.1.1. Adherencia

Un recubrimiento debe ser pegajoso al substrato para impartirle otras propiedades en juego.

Aún un material designado para desprenderse posteriormente debe de adherirse al substrato hasta

que sea necesario desprenderlo.

2.4.1.2. Facilidad de Aplicación.

Las pinturas deben ser fáciles de aplicar por el sistema indicado por el fabricante o por algún

otro método aprobado de aplicación preferida por el usuario. Para pinturas que sean prácticas

corno material de ingeniería, deberán de tener un mínimo de película de tiempo o de algún otro

costo extra durante su aplicación.

La pintura debe de llegar al substrato con el espesor adecuado especificado de película, que

seque en el tiempo especificado para lograr la apariencia y que posea las propiedades específicas

necesarias.

2.4.1.3. Integridad de película.

La película secada o curada, adecuadamente aplicada, deberá de tener todas las propiedades

indicadas por el fabricante de la pintura. Esta propiedad se llama integridad de la película. No

deberá de haber fallas de la película causadas por mal secado o curado de la película o agujeros

en donde el espesor de película sea menor que el especificado.

24

2.4.1.4. Calidad consistente

Para ser utilizable, como un material de ingeniería, la pintura debe ser consistente (uniforme)

en su calidad de envase a envase, de lote a lote de producción y de embarque a embarque, color,

viscosidad, propiedades de aplicación, durabilidad, etc., deben de estar siempre dentro de sus

especificaciones.

25

CAPITULO III

3. PARTE EXPERIMENTAL

3.1. Diseño Metodológico

A continuación, se describirá la preparación de diferentes muestras de pinturas Látex

modificando las cantidades de pigmentos en la misma desde un patrón inicial hasta su

composición final.

3.1.1. Obtención y preparación de las materias primas

Las materias primas a ser utilizadas serán suministradas por la empresa Industrial Latinas S.

A, los aditivos, el solvente y la resina serán los mismos para todas las pruebas en las mismas

cantidades mientras que durante una semana se realizará un estudio de selección de los

pigmentos más idóneos para la sustitución parcial del dióxido de titanio en la fabricación de

pinturas Látex. Se emplearán 10.46 kg desde la muestra patrón, hasta la pintura sustituyente

final(P7).

3.1.2. Adición de carga y aditivos (dispersión inicial)

Este proceso iniciará con una cantidad de agua preestablecida, pesada y colocada sobre un

recipientel, sobre la misma se irán agregando los demás componentes. La muestra patrón (P1)

inicialmente será elaborada con un alto contenido de dióxido de titanio 14.51%, la cual se irá

disminuyendo mediante sustitución conservando el PVC (concentración de Pigmentos en

Volumen). Este proceso se llevará a cabo tomando como punto determinante el poder cubritivo

de las muestras a elaborar.

La adición de los aditivos se llevará a cabo mediante un taladro de cowles dentro de un

recipiente aforado de 1.6 litros de capacidad. Hacer esto al inicio del proceso es una técnica usual

en la fabricación de pinturas, generalmente se realiza en conjunto con el solvente respetando el

tiempo mínimo (de 1 a 3 minutos) de mezclado previo a la dispersión de las cargas (pigmentos).

26

Realizando la adición adecuada de los aditivos se evitará proliferación bacteriana, se

producirá una correcta dispersión de los pigmentos en concordancia con el surfactante idóneo, se

evitará la propagación de espuma, se gana estabilidad y finura adecuada, etc.

La dispersión de la carga se dará de manera simétrica y uniforme, mientras el dispersor

Cowles gire para evitar la formación de grumos. Esto se ejecutará a una temperatura promedio de

25 °C sin embargo esta temperatura se incrementará a un rango entre 38 y 45 °C por efecto de

trabajo mecánico (trabajo de aspas del dispersor Cowles). La dispersión de la carga dentro del

proceso global de elaboración de pinturas Látex es lo que más tiempo requiere (de 13 a 18

minutos) ya que ningún pigmento se disuelve, solo se dispersan, las condiciones de temperatura

y humedad se mantendrán estables, los aditivos y cargas serán tomados del mismo lote para

evitar algún cambio significativo.

Se realizarán muestras contiguas hasta disminuir la masa de dióxido de titanio a 8.13%, es

decir el 55.9% menos del valor inicial. Los valores de los extendedores también se modificarán,

pero siempre se mantendrá su peso en volumen estable para hacer una comparación con muestras

uniformes. El criterio final de sustitución conllevará un punto de vista económico realizando un

cálculo en dólares de los pigmentos más idóneos.

3.1.3. Adición de espesante y agua remanente (dispersión intermedia)

La adición del espesante en las pinturas también será un factor fundamental respecto a la

apariencia, es quien dará la consistencia final, sin embargo, el mismo no será un parámetro a

tomar en consideración en cuanto a calidad de pinturas se refiere.

La adición del espesante se dará en conjunto con el agua, se adicionará agua al recipiente que

contiene el espesante y este a su vez se lo agregará a la pintura con el rotor encendido, este

proceso se repetirá hasta que no quede espesante ni agua en sus recipientes. Luego se dejará

mezclar, hasta obtener una finura de al menos 2H-3H.

27

3.1.4. Adición de la resina y aditivos (dispersión final).

La adición de la resina (látex) se hará con la finalidad de mantener unidas las partículas

sólidas, pigmentos y cargas una vez esté seca la pintura (Efecto ligante).

Los aditivos al final de este proceso tendrán como objetivo la conservación, ajuste de la

dispersión y el refuerzo de las propiedades fúngicas y bactericidas del producto a elaborar. Este

proceso tendrá un tiempo de mezclado (por lo general de 10 a 15 minutos) hasta lograr que la

emulsión quede de forma compacta sin grumos en una sola fase, con una correcta distribución de

las cargas y demás aditivos.

3.1.5. Diagrama del proceso

INICIO

Definir cantidad de pintura a preparar

Insumos completos

Pesar de insumos

Adicion de cargas de aditivos sobre el

solvente

PVC incompleto

Aditivos completos

Adicionar cargas

Adicion de espesante y agua

Dispersion incompleta

Siga mezclando

Adicion de ligante y aditivos

Pelicula uniforme

Siga mezclando

FIN

Pintura terminada

t= 15 – 20 min

T= 25°C

T= 38-45 °C

T= 25-27 °C

t= 10 – 15 min

t= 10 – 15 min

T= 25°C

T= 25°C

SI

SI

SI

SI

SI

NO

NO

NO

NO

NO

Finura = 3H

28

3.1.6. Procedimiento general

a) Preparar todos los recipientes a utilizar.

b) Tarar y graduar la báscula.

c) Rotular los diferentes goteros.

d) Pesar todos los vasos de precipitación y recipientes a usar en el ensayo.

3.1.6.1. Adición de los aditivos y las cargas

3.1.6.2. Adición de los aditivos

a. Pesar las cantidades de agua adjuntas en la tabla 4 en un recipiente aforado de 1.5 L de

capacidad.

Tabla 4

Cantidad de Agua en la Dispersión Inicial

PRUEBA AGUA A

ADICIONAR (ml)

P1 202.4

P2 262.4

P3 262.4

P4 292.4

P5 2924

P6 292.4

P7 292.4

Fuente: Autor

b. Con ayuda de un gotero (G1) tomar 2.5 ml (50 gotas) de bactericida/fungicida

concentrado y se agregarán al recipiente con agua removiendo ligeramente.

c. Pesar en un vaso (V1) de precipitación 2.0 g de tripolifosfato de sodio y agregar despacio

con ayuda de una espátula sobre el recipiente con agua.

d. Pesar 1.6g de Nonil fenol y agregar con sutileza.

29

e. Con un gotero(G3) tomar 1.05ml (21gotas) de amino metil propanol (AMP) y se

agregarán cuidando no verter sobre las paredes del recipiente (esto debido a la

consistencia del mismo)

f. Con ayuda de una espátula se agregará paulatinamente 1 g de antiespumante a la mezcla.

Consideraciones:

a) No se puede considerar un pesaje general y una adición en conjunto, ya que para un buen

mezclado se requerirá que el tripolifosfato no se adhiera ni al antiespumante ni al amino

metil propanol (AMP), su efecto deberá de ser directo sobre el solvente.

b) Debido a la consistencia del antiespumante utilizado, no es aconsejable utilizar gotero,

pues algún remante puede quedar en el mismo. Si el antiespumante no presenta una

viscosidad elevada, aplíquese 21 gotas.

c) Una vez hecha la adición de los aditivos, mezclar hasta que el antiespumante y el agua

dejen de ser 2 fases (aproximadamente 2 minutos).

3.1.6.3. Adición de las Cargas

a. Pesar las cargas descritas en la tabla 5 en base a Las cantidades descritas con ayuda de los

Vasos (V2, V3 y V4):

Tabla 5

Pesos en gramos de las cargas Compuesto Unidades P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

CA

RG

AS

TiO2 g 220 220 220 150 150 120 120

SILICATO DE

ALUMINIO

g N/A C 115,5 N/A C 120 C80 C80 N/A

SILICATO DE

MAGNESIO

g T/C

120

N/A T/P

120

N/A N/A N/A T/P

100

CARBONATO

DE CALCIO

g 550,0 550,0 550,0 590,2 631,9 651,1 634,1

Fuente: Autor

30

b. Adicionar el dióxido de Titanio (TiO2) sobre el recipiente con en agua y los aditivos con

el dispersor de Cowles encendido, con una espátula Uniformemente, lento, con cuidado a

no regar sobre los bordes.

c. Adicionar el Silicato de Magnesio (Mg3Si4O10(OH)2) sobre el recipiente con la mezcla

con el dispersor de Cowles encendido, con una espátula Uniformemente, lento, con

cuidado a no regar sobre los bordes.

d. Finalmente Adicionar el Carbonato de Calcio (CaCO3) sobre el recipiente con la mezcla

con el dispersor de Cowles encendido, con una espátula Uniformemente, lento, con

cuidado a no regar sobre los bordes.

Consideraciones:

a) El orden de la adición de las cargas fue objeto de prueba dentro de la planta de Industrial

Latinas S.A., notándose claramente que mientras haya la correcta dispersión, no afecta ni

cambia el producto final.

b) El proceso en general toma alrededor de 13 a 18 minutos, excluyendo los 2 minutos de

mezclado del solvente y aditivos.

c) La ubicación del rotor es fundamental. Para que haya una buena homogenización, es

necesario generar un vórtice para esto hay que ubicar el rotor en el centro.

d) La velocidad estimada del mezclado es de 600rpm

3.1.6.4. Adición de espesante y agua remanente

a. Pesar 8g de espesante en un vaso de precipitación (V5).

b. Pesar las cantidades de Agua en un vaso de precipitación (V6) según la prueba.

31

Tabla 6

Cantidad de agua en la dispersión intermedia

PRUEBA AGUA A ADICIONAR

(ml)

P1 232

P2 172

P3 172

P4 142

P5 142

P6 142

P7 142

Fuente: Autor

c. Adicionar aproximadamente 120ml del agua en el vaso con el espesante y mezclar

uniformemente.

d. Verter el espesante con agua sobre la mezcla inicial muy despacio.

e. Repetir el proceso hasta que no quede agua ni espesante en sus respectivos recipientes.

Consideraciones:

a) La adición del espesante no puede ser de forma directa pues tomaría más tiempo en

disiparse uniformemente en toda la pintura.

b) La adición de espesante sin agua conllevaría a un mayor tiempo de mezclado, podría

provocar un aumento en la temperatura por acción mecánica, y un eventual cambio

respecto a las propiedades fundamentales de las pinturas, no significa esto que la pintura

empeorara en calidad, pero definitivamente para hacer las comparaciones entre pruebas,

deben darse las mismas condiciones.

c) El tiempo estimado de la adición del espesante y agua es de 2 minutos, el tiempo de

mezclado de 8-10 minutos.

32

d) Si el espesante es líquido, se debe aplicar el mismo proceso, no para evitar la formación

de grumos, pero si para lograr mayor dispersión.

3.1.6.5. Adición de la resina y aditivos

a. Pesar 164g de Resina (Látex Vinil Acrílico) en un vaso de precipitación (V7).

b. Con ayuda de una espátula se agrega paulatinamente 1 g de antiespumante sobre el látex.

c. Con ayuda de un gotero (G1) tomar 2.5 ml (50 gotas) de bactericida/fungicida

concentrado y se agrega sobre el látex.

d. Verter el látex con estos aditivos sobre la mezcla con las cargas y demás aditivos en el

recipiente aforado de 1.3L de capacidad.

e. Agregar 109 gotas de Pirofosfato Acido de Sodio.

f. Mezclar hasta que la consistencia sea uniforme.

Consideraciones:

a) El pesaje del látex puede ser en gramos o mililitros, dependiendo de los materiales de los

cuales se dispongan, se debe agregar 140.17ml de látex si el pesaje es en volumen.

b) Al adicionar el antiespumante y el fungicida sobre el látex, no es necesario mezclar.

c) El látex y demás aditivos y cargas se debe mezclar por un tiempo mínimo de 5 minutos,

podrá prolongarse cuando la dispersión no sea uniforme.

d) La adición del Pirofosfato Acido de Sodio debe de ser rápida y el tiempo de mezcla para

esta emulsión es de mínimo 5 minutos, podrá prolongarse cuando la pintura no presente

una dispersión y mezclado completo.

33

3.1.7 . Materiales

1) Siete vasos de precipitación de vidrio borosilicato pyrex:

Tabla 7

Capacidad de los vasos de precipitación

Material Diámetro (mm) Capacidad (ml) Altura (mm)

V1 26 10 36

V2 90 600 124

V3 90 600 124

V4 90 600 124

V5 65 150 78

V6 90 600 124

V7 90 600 124

Fuente: Autor

2) Cuatro goteros de vidrio marca BINFUL, modelo: Glass Dropper Pipette

Tabla 8

Capacidad de los goteros de vidrio

Material Capacidad (ml)

G1 1

G2 1

G3 1

G4 1

Fuente: Autor

3) Espátula de acero inoxidable AISI 304 ( 230x12mm).

4) Bascula digital de precisión Tanita KD 200-510(5kgx5g).

5) Mandil.

https://www.fishersci.es/shop/products/aisi-304-stainless-steel-vibrating-spatula-grooved-end/12072744

34

6) Guantes.

7) Picnómetro de acero de 100cc.

8) pH metro digital de bolsillo Modelo: pH-009.

9) Termómetro.

10) Grindometro Hegman marca: Neurktek 50 micras.

11) El registrador de tiempo de secado BK3 de 6 agujas y 6 tiras de vidrio.

12) Aplicador para cubrimiento Neurktek.

13) Cartulinas para control de Opacidad LENETA.

14) Copa de Viscosidad ford.

15) Recipiente de 1.6L de capacidad.

16) Medidor de grosor de película húmeda.

3.1.8. Materia prima

1) 1200g Dióxido de titanio TiO2

2) 4157.36g Carbonato de Calcio CaCO3

3) 515.55g Caolín Calcinado (Silicato de Aluminio Al2Si2O5(OH)4 )

4) 120g Talco Chino (Silicato de Magnesio Mg3Si4O10(OH)2)

35

5) 220g Talco Peruano (Silicato de Magnesio Mg3Si4O10(OH)2)

6) 3066g Agua H2O

7) 11.2NoNil Fenol C15H24O

8) 14g Tripolifosfato de sodio Na5P3O10

9) 53.2g Pirofosfato acido de Sodio Na2H2P2O7

10) 7g Amino Metil Propanol C4H11NO

11) 1148g Látex Vinil Acrilico

12) 7g El Antiespumante A-1250

13) 33.6g Fungicida/Bactericida Concentrado 0263 Marca: Colorín

14) 50g Espesante GLOBALFER-THICKENER.

3.1.9. Mediciones de parámetros de las pruebas

Tabla 9

Medición de los tiempos de flujo en la copa Ford VF2033

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

Tiempo (s) 98.2 97.3 96.8 98 97.1 97.5 97.5

Fuente: Autor

36

Tabla 10

Medición de Finura en Hegman

Prueba Finura (Hegman)

P1 4 H

P2 3 H

P3 3H

P4 4 H

P5 4 H

P6 4 H

P7 4 H

Fuente: Autor

Tabla 11

Lectura del pH

Pruebas PH

P1 9.1

P2 8,7

P3 8.8

P4 8.5

P5 8.1

P6 8.4

P7 8.7

Fuente: Autor

Tabla 12

Lectura de las temperaturas de Dispersión

Medida Unidad P1 P2 P3 P4 P6 P7

Temperatura Celsius °C 38 38 38 45 45 4O

Fuente: Autor

37

Tabla 13

Lectura de las temperaturas de activado

Medida Unidad P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

Temperatura Celsius °C 25 25 25 27 27 27 27

Fuente: Autor

Tabla 14

Lectura de los espesores de película húmeda

Medida P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

Espesor de la

película húmeda Micras 79 79 79 82 82 79 79

Fuente: Autor

Tabla 15

Lecturas de los tiempos de secado

Fuente: Autor

Los tiempos de cada prueba fueron registrados por acumulación. La muestra se iba

verificando cada 2 minutos.

PRUEBA TIEMPO (min)

P1 24

P2 24

P3 24

P4 22

P5 22

P6 20

P7 20

38

3.1.10. Cálculos

3.1.10.1. Determinación de las densidades

Tabla 16

Nomenclaturas para el cálculo de densidades

Nomenclatura

Masa del cilindro

Masa del agua

Masa de la pintura

Volumen del Agua

Volumen de la pintura

Densidad de la pintura

Densidad del Agua

Temperatura T

Masa del cilindro lleno del agua

Masa del cilindro lleno de pintura

Fuente: Autor

Todas las pruebas se evaluaron a la misma temperatura:

Tabla 17

Temperatura para medición de densidades

Medida Unidad Medición

Temperatura Celsius oC 25

Fuente: Autor

Tabla 18

Volúmenes del picnómetro y agua

Masas Medida Unidad Prueba P1

Gramo G 137

Gramo G 220.3

Fuente: Autor

39

= + Ecuación (1)

= - Ecuación (2)

= 220.3g -137 g

= 83.3g

Según el Anexo 13, la densidad del agua a la temperatura medida:

997

=

Por definición:

;

=

= 83.55

Entonces: el volumen a utilizar para todas las muestras de pinturas es:

83.50

Tabla 19

Lectura prueba 1 (P1)


Gramo G 258.7

Fuente: Autor

= +

= -

= 258.7g-137g

40

= 121.7g

=

=1,454

x

x

x

=5.52

5.52

Tabla 20



Gramo G 257.7

Fuente: Autor

= +

= -

= 257.7g-137g

= 120.7g

=

=1.446

x

x

x

=5.47

Tabla 21



Gramo G 257

Fuente: Autor

41

= +

= -

= 257g-137g

= 120g

=

=1.437

x

x

x

=5.44

Tabla 22



Gramo g 258.6

Fuente: Autor

= +

= -

= 258.6g-137g

= 121.6g

=

=1.456

x

x

x

=5.51

42

Tabla 23



Gramo g 257.5

Fuente: Autor

= +

= -

= 257.5g-137g

= 120.5g

=

=1.443

x

x

x

=5.46

Tabla 24



Gramo g 257.9

Fuente: Autor

= +

= -

= 257.59g-137g

= 120.9g

43

=

=1.448

x

x

x

=5.48

Tabla 25



Gramo g 257.9

Fuente: Autor

= +

= -

= 257.59g-137g

= 120.9g

=

=1.448

x

x

x

=5.48

3.1.10.2. Determinación de los pesos específicos

Tabla 26

Nomenclatura para el cálculo de los pesos específicos

Medida Unidad Nomenclatura

Peso especifico Libra Fuerza/galón Lbf/gal

Gravedad Metro/ segundo cuadrado

g

Fuente: Autor

44

Ecuación (3)

o Prueba 1 (P1)

x

x

=12.17

=12.17

o Prueba 2 (P2)

x

x

=12.06

=12.06

o Prueba 3 (P3)

x

x

=11.99

=11.99

o Prueba 4 (P4)

x

x

=12.15

45

=12.15

o Prueba 5 (P5)

x

x

=12.04

=12.04

o Prueba 6 (P6)

x

x

=12.08

=12.08

o Prueba 7 (P7)

x

x

=12.08

=12.08

3.1.10.3. Determinación de las Gravedades especificas

46

Tabla 27

Nomenclatura para el cálculo de las Gravedades especificas

Medida Unidad Nomenclatura

Gravedad especifica N/A N/A SG

Densidad del agua a 4oC Kilogramo/galón

( )

Densidad de la prueba Kilogramo/galón

Fuente: Autor

Ecuación (4)

( )=

= 3.785

SG=

( )

Ecuación (5)

=

( )

=

=

( )

=

=

( )

=

47

=

( )

=

=

( )

=

=

( )

=

=

( )

=

3.1.10.4. Determinación de las viscosidades de las pruebas

En base a la Tabla 9, en donde se utiliza la copa Ford VF2033, se obtienen los siguientes

rangos:

Tabla 28

Mínimo y máximo de viscosidad vs tiempo

min max

Viscosidad (cSt) 200 1200

Tiempo(s) 30 100

Fuente: Autor

o Interpolando

48

Viscosidad = ν

Tiempo = t

f(x)=a0x+a1 Aproximación Lineal

f(x)= ν

x = t

ν = a0t+a1

o Reemplazando

-1 200 = -30 a0 – a1

1200 = 100a0 – a1

-200 = -30 a0 – a1

1200 = 100a0 – a1

1000 = 70 a0

a0 =

a0 =

200 = 30 a0 + a1

a1 = 200 - 30 a0

a1 = 200 – 30 (

)

49

a1 = 200 –

a1 = 1400 –

a1 = -

Función de correspondencia Tiempo vs viscosidad.

Ecuación (6)

Utilizando la Función de correspondencia Tiempo vs viscosidad y las mediciones de

temperatura de la tabla 28 y obtiene:

νp1 =

t1 –

νp1=

(98.2) –

=

=

νp1=1174.3 cSt

Utilizando los valores de gravedad específica (sgp1), peso específico ( ) y viscosidad

cinemática(νp1) , encontramos la viscosidad absoluta (μp1) en centiposes (cp) mediante la

Figura 5:

ν = 𝟏𝟎𝟎

𝟕 t –

𝟏𝟔𝟎𝟎

𝟕

50

Figura 5 Conversión Centistokes vs Centipoises (P1)

Fuente: (Company, 2018)

μp1=1730 CP

Con ayuda de la Figura 6, encontraremos la viscosidad en unidades de Krebs (KU) (medida

mundial para las pinturas)

51

Figura 6 Cconversión krebs units vs centipoises (P1)


νp1=101.5 KU

νp2 =

t2 –

νp2=

(97.3) –

=

=

νp2=1161.4 cSt

52

Utilizando los valores de gravedad específica (sgp2), peso específico( ) y viscosidad


Figura 7:

Figura 7 Conversión centistokes vs centipoises (P2)


μp2=1700 CP

53


mundial para las pinturas.

Figura 8 Conversión krebs units vs centipoises (P2)


νp2=101 KU

54

νp3 =

t3 –

νp3=

(96.8) –

=

=

νp3=1154.3 cSt

Utilizando los valores de gravedad específica (sgp3), peso específico( ) y viscosidad


Figura 9:



μp3=1660 CP

55





νp3=100.5 KU

56

νp4 =

t4 –

νp4=

(98) –

=

=

νp4=1171.4 cSt



Figura 11.



μp4=1720 CP

57

Con ayuda de la Figura 12. encontraremos la viscosidad en unidades de Krebs (KU) (medida




νp4=101.2 KU

58

νp5 =

t5 –

νp5=

(97.5) –

=

=

νp5=1158.6 cSt



Figura 13.

Figura 13 conversión centistokes vs centipoises (P5)


59

μp5=1680 CP

Con ayuda de la Figura14, encontraremos la viscosidad en unidades de Krebs (KU) (medida




νp5=100.6 KU

νp6 =

t6 –

60

νp6=

(97.5) –

=

=

νp6=1164.3cSt


cinemática (νp6) , encontramos la viscosidad absoluta (μp6) en centiposes (cp) mediante la

Figura 15.



μp6=1700 CP

61





νp6=101 KU

νp7 =

t7 –

νp7=

(97.5) –

=

=

62

νp7=1164.3cSt



Figura 17.



μp7=1700 CP

63





νp7=101 KU

64

3.1.10.5. Determinación de las finuras

Tabla 29

Nomenclatura para el cálculo de finura

Nomenclatura Medida Unidad

Finura hegman H

Micras μm

Fuente: Autor

Tabla 30

Correlación finura en Hegman vs micras

Finura (Hegman) Finura en micras

0 100

4 50

8 0

Fuente: Autor

o Interpolación

f(x)= a0 x + a1 Aproximación Lineal

f(x)= μm

x = H

μm = a0 H + a1

o Reemplazando

100 = 0 (a0) + a1

0 = 8 (a0) + a1

100= 0 (a0 ) + a1

a1 = 100

65

0 = 8 (a0 ) + a1

-a1 = 8 a0

a0 = -

= -

a0 = -12.5

Función de correspondencia Hegman vs Micras:

Ecuación (7)

En base a la tabla 30, obtenemos los valores de finura en micras

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

μm = - 12.5H +

66

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

3.1.10.6. Determinación de los porcentajes en peso de sólidos

Ecuación (8)

Se obtienen los resultados que se pueden obervar en la Tabla 31.

Tabla 31

Masa en gramos de sólidos y disolventes

ME

DID

A

UN

IDA

D

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

MASA DE

SOLIDOS

gramos g 892,0 887,5 892,0 862,2 863,9 853,1 856,1

MASA DE

DISOLVENTE

gramos g 623,4 622,4 622,4 622,4 622,4 622,4 622,4

MASA TOTAL gramos g 1515,4 1509,9 1514,4 1484,6 1486,3 1475,5 1478,5

Fuente: Autor

67

x100%

x100%=58,86%

x100%

x100%=58,78%

x100%

x100%=58,90%

x100%

x100%=58,08%

x100%

x100%=58,12%

x100%

x100%=57,82%

x100%

68

x100%=57,90%

3.1.10.7. Determinación de los porcentajes en volumen de sólidos

Ecuación (9)

En base a la Tabla 31, la cual proporciona la masa en gramos de los sólidos y disolventes y

con ayuda del Anexo 11 en donde encontramos los valores de densidad de cada componente, se

obtiene:

Tabla 32

Volumen en mililitros de sólidos y disolventes

Fuente: Autor

En vista de que el PVC se mantiene, el porcentaje en volumen de todas las pruebas será

exactamente el mismo.

x100%

x100%=33,01%

3.8.1.8) Determinación de los Espesores de Película Seca

UN

IDA

D

P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

VOLUMEN DE

SÓLIDOS

ml 296,22 296,22 296,22 296,22 296,22 296,22 296,22

VOLUMEN DE

DISOLVENTE

ml 601,08 601,08 601,08 601,08 601,08 601,08 601,08

VOLUMEN

TOTAL

ml 897,38 897,30 897,30 897,30 897,30 897,30 897,30

69

( ) ( )

Ecuación (10)

Tabla 33

Nomenclatura para el cálculo de los espesores de película

Nomenclatura Medidas Unidad

Espesor de

película seca

Es micras

Espesor de

película húmeda

EH micras

Fuente: Autor

En base a la Tabla 36, en donde se denotan las mediciones del espesor de película húmeda, y

de acuerdo con la ecuación (9) en donde se observa el porcentaje en volumen de solidos

constante de 33.01%, por despeje se obtiene:

( ) ( )

( )

=26

( ) ( )

( )

=26

( ) ( )

( )

=26

( ) ( )

70

( )

=27

( ) ( )

( )

=27

( ) ( )

( )

=26

( ) ( )

( )

=26

3.1.10.8. Determinación de los rendimientos teóricos

( )

Ecuación (11)

Tabla 34

Nomenclatura para el cálculo de los rendimientos teóricos


Rendimiento

Teorico

RT N/A

Espesor de

película seca

Es micras

Porcentaje en

volumen de

solidos

N/A N/A

Fuente: Autor

71

En base a la Tabla 36 en donde se observa el porcentaje en volumen de solidos constante de

33.01%, y a los valores antes obtenidos de los espesores de película seca por despeje se obtiene:

( )

( )

( )

( )

( )

72

( )

( )

3.1.10.9. Determinación de los rendimientos prácticos

( )

Ecuación (12)

( )

Tabla 35

Nomenclatura para el cálculo de los rendimientos prácticos


Rendimiento practico RP N/A

Rendimiento teórico RT N/A N/A

Factor de Eficiencia Fe N/A

Fuente: Autor

En base a la experiencia de la empresa que facilita las materias primas, de su proceso se sabe

que el factor de eficiencia es 60%, los valores de Rendimiento teórico para cada prueba se

pueden observar en el punto anterior.

( )

73

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

( )

74

( )

( )

( )

( )

( )

75

CAPITULO IV

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS

4.1. Resultados

Tabla 36

Parámetros de las pruebas

TABLA DE PARAMETROS

PARAMETROS MEDIDA UNIDADES P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

PESO

ESPECIFICO

LIBRA FUERZA/

GALON Lbf/gal 12,17 12,06 11,99 12,15 12,04 12,08 12,08

DENSIDAD KILOGRAMO/GALON Kg/gal 5,52 5,47 5,44 5,51 5,46 5,48 5,48

VISCOSIDAD KREBS KU 101,5 101 100,5 101,2 100,6 101 101

FINURA HEGMAM H 4 4 4 4 3 3 3

pH N/A N/A 9,1 8,7 8,8 8,5 8,1 8,4 8,7

TEMPERATURA

DE DISPERSION CELSIUS °C 38 38 38 45 45 45 40

TEMPERATURA

DE ACTIVADO CELSIUS °C 25 25 25 27 27 27 25

COLOR N/A N/A BLANCO BLANCO BLANCO BLANCO BLANCO BLANCO BLANCO

76

GRAVEDAD

ESPECIFICA N/A N/A 1,46 1,45 1,44 1,46 1,44 1,45 1,45

OPACIDAD N/A N/A OK OK OK OK OK OK OK

% DE SOLIDOS

EN VOLUMEN N/A N/A 33,01% 33,01% 33,01% 33,01% 33,01% 33,01% 33,01%

ESPESOR DE

PELICULA

SECA

Micras µm 26 26 26 27 27 26 26

ESPESOR DE

PELICULA

HUMEDA

Micras µm 79 79 79 82 82 79 79

TIEMPO DE

SECADO Minutos min 24 24 24 22 22 20 20

RENDIMIENTO

TEORICO metros cuadrados/galón mt2/gal 48,05 48,05 48,05 46,28 46,28 48,05 48,05

RENDIMIENTO

PRACTICO metros cuadrados/galón mt2/gal 28,83 28,83 28,83 27,77 27,77 28,83 28,83

Fuente: Autor

77

4.2. Análisis de resultados

Tabla 37

Formulación en gramos de las diferentes pruebas

FORMULACION PARA 1.5 LITROS DE PINTURA LATEX BLANCO

COMPONENTES MUESTRA

UNIDADES P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

AGUA

g

202,4 262,4 262,4 292,4 292,4 292,4 292,4

BACTERICIDA 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4

TRIPOLIFOSFATO 2 2 2 2 2 2 2

NONIL FENOL 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6

AMP 1 1 1 1 1 1 1

ANTI ESPUMANTE 1 1 1 1 1 1 1

CARGAS

TiO2 g 220 220 220 150 150 120 120

SILICATO DE

ALUMINIO g N/A C 115,55 N/A C 120 C80 C80 N/A

78

SILICATO DE

MAGNESIO g T/C 120 N/A T/P 120 N/A N/A N/A T/P 100

CARBONATO DE

CALCIO g 550,00 550,00 550,00 590,21 631,90 651,12 634,13

ESPESANTE

g

8 7 7 7 7 7 7

L.VINIL ACRILICO 164 164 164 164 164 164 164

AGUA 232 172 172 142 142 142

142

ANTIESPUMANTE 1 1 1 1 1 1 1

MINERAL 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6 7,6

FUNGICIDA 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4

MASA TOTAL g 1515,40 1509,95 1514,40 1484,1 1486,30 1475,52 1478,53

PRODUCCION Gal 274,53 276,04 278,38 269,44 272,22 269,26 269,81

Fuente: Autor

79

Tabla 38

Formulación en mililitros de las diferentes pruebas

FORMULACION PARA 1.5 LITROS DE PINTURA LATEX BLANCO

COMPONENTES MUESTRA

UNIDADES P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7

AGUA

ml

202,4 262,4 262,4 280 292,4 300 292,4

BACTERICIDA 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5

TRIPOLIFOSFATO 0,7936 0,7936 0,7936 0,7936 0,7936 0,7936 0,7936

NONIL FENOL 1,6789 1,6789 1,6789 1,6789 1,6789 1,6789 1,6789

AMP 1,0706 1,0706 1,0706 1,0706 1,0706 1,0706 1,0706

ANTI ESPUMANTE 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111

CARGAS TiO2 ml 52,0095 52,0095 52,0095 35,4610 35,4610 28,3688 28,3688

80

SILICATO DE

ALUMINIO ml N/A C 44,4444 N/A C 46,1538 C 30,7692 C 30,7692 N/A

SILICATO DE

MAGNESIO ml T/C44,4444 N/A T/P44,4444 N/A N/A N/A

T/P

37,0370

CARBONATO DE

CALCIO ml 198,9741 198,9741 198,9741 213,8110 229,1957 236,2879 230,0200

ESPESANTE

ml

11,1111 11,1111 11,1111 11,1111 11,1111 11,1111 11,1111

L.VINIL ACRILICO 140,1709 140,1709 140,1709 140,1709 140,1709 140,1709 140,1709

AGUA 232,00 172,00 172,00 154,40 142,00 134,40 142,00

ANTIESPUMANTE 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111 1,1111

MINERAL 5,4285 5,4285 5,4285 5,4285 5,4285 5,4285 5,4285

FUNGICIDA 2,5000 2,5000 2,5000 2,5000 2,5000 2,5000 2,5000

Volumen total

ml 897,30 897,30 897,30 897,30 897,30 897,30 897,30

Fuente: Autor

81

Análisis Generales

En base a los resultados de las pruebas mostrados en la tabla 37, se puede acotar:

a) La cantidad de espesante que se utilice en las pruebas, tiene efecto directo sobre la

viscosidad de la pintura.

b) La finura disminuye desde 4H a 3H en las pruebas 5 , 6 y 7

c) A mayor cantidad de carbonato de calcio, mayor es la temperatura de dispersión y de

activación.

d) La cantidad de agua va en aumento con la cantidad de carbonato de calcio utilizada.

e) La opacidad cumple en todas las pruebas en mayor y menor medida dependiendo de la

combinación de los pigmentos.

f) El PVC (concentración de pigmentos en volumen) se mantuvo constante durante todas

las pruebas.

g) El porcentaje de sólidos en volumen se mantuvo constante en 33.01%.

h) El rendimiento teórico es de 48.05 mt2/gal en la prueba final.

i) Las cantidades de Dióxido de Titanio TiO2 disminuyeron desde 220g a 120g entre las

pruebas 1 y 7.

Análisis específicos

Prueba Patrón (P1)

82

Se generó una fórmula de una pintura Látex recomendada por un proveedor de Industrial

Latinas S.A.

Dicha fórmula contempla un 14.52% en peso de dióxido de titanio TiO2 y un total de 44.21%

en peso entre sus extendedores (Carbonato de Calcio CaCO3 y talco chino (silicato de

magnesio).

El objetivo de esta tesis contempla el buscar una fórmula alternativa que tenga el mismo

poder cubritivo, pero tomando como variable fundamental la disminución de la cantidad de

Dióxido de Titanio TiO2 a utilizar.

Una vez elaborada esta muestra, se harán los análisis consecuentes.

Los análisis específicos consecuentes están distribuidos en 3 etapas:

1) Análisis para la Categorización de la muestra patrón.

2) Análisis para la Búsqueda de la mejor carga sustituyente.

3) Análisis para Búsqueda de la mejor fórmula sustituyente.

4.2.1. Análisis para la categorización de la muestra patrón

Los tipos de pintura actualmente van desde el tipo 1 que corresponde a las pinturas satinadas

hasta el tipo 3 que corresponde a las pinturas con alto índice de extendedores y de bajo costo.

Análisis 1

Se comparó el poder cubritivo entre la prueba patrón (P1) y la pintura “Látex Económica”

expendida por Industrial Latina S.A. tal como se ve en la Figura 19.

83

Figura 19 Poder cubritivo P1 vs Látex Económico

Fuente: Industrial Latina S.A

Se pude observar que el poder cubritivo del patrón(P1) es muy superior al de la pintura “Látex

Económica”.

Cabe mencionar que “Látex Económica” es una pintura Tipo 3 de bajo costo y que

proporciona un bajo poder cubritivo.

Consideración:

a) En vista de que la prueba patrón(P1) presenta un mayor poder cubriente que “Látex

económica”, debemos proceder a compararla con una pintura de mejor calidad.

b) La siguiente pintura látex de fabricación de Industrial Latina S.A, es “Látex Forte”.

Análisis 2

84

Se comparó el poder cubritivo de la prueba patrón (P1) con el que posee la pintura de “Latex

Forte” expendida por Industrial Latina S.A. tal como se ve en la Figura 20.

Figura 20 Poder cubritivo P1 vs Látex Forte


Se puede observar que el poder cubritivo del patrón (P1) es ligeramente inferior al de la

pintura “Látex Forte”.

Cabe mencionar que “Látex Forte” es una pintura Tipo 2 de precio módico y que proporciona

un poder cubritivo estándar.

Consideración:

a) Esta es la última comparación que se hace con respecto a las pinturas del mercado.

b) Dado que el contraste es mínimo, podemos categorizar a la pintura patrón (P1) dentro

de las pinturas tipo 2.

85

c) Estar categorizada dentro del tipo 2 de pinturas significa tener un costo de expendio

medio y tener un poder cubritivo muy aceptable.

4.2.2. Análisis para la búsqueda de la mejor carga sustituyente

A partir de este punto comenzarán a generarse variaciones en los porcentajes peso de los

extendedores dejando fija la cantidad de Dióxido de titanio.

La Muestra patrón se realizó utilizando dos cargas de las tres posibles contempladas en este

trabajo. En este punto se formularán 2 muestras adicionales, Prueba (P2 y P3) respectivamente,

las mismas que dispondrán de un PVC (concentración en volumen de pigmentos) constante igual

a la que tiene la prueba patrón (P1).

El objetivo es encontrar cuál de los tres sustituyentes es el óptimo para reemplazar al dióxido

de titanio TiO2 en cuanto a poder cubriente respecta y a partir de este sustituyente, comenzar a

generar la formulación final.

Análisis 3

Se comparó el poder cubritivo de la prueba patrón (P1) con el de la prueba (P2). tal como se

ve en la Figura 21.

86

Figura 21 Poder cubritivo P2 vs P1


Podemos observar que el poder cubritivo de la prueba (P2) es muy superior al de la muestra

patrón (P1).

87

Tabla 39

Cargas y pigmentos P1 vs P2

CARGAS – PIGMENTOS

NOMBRE FORMULA REPRESENTACION Medida %peso P1* P2+

DIOXIDO DE

TITANIO TiO2 TITANIO gramos

*14.52

+14.52 220 220

SILICATO DE

MAGNESIO Mg3Si4O10(OH)2

TALCO CHINO = T/C gramos

*44.21

+44.08

120 N/A

TALCO PERUANO = T/P gramos N/A N/A

SILICATO DE

ALUMINIO Al2Si2O5(OH)4 CAOLIN gramos N/A 115,55

CARBONATO

DE CALCIO CaCO3 TIZA gramos 550 550

Fuente: Autor

88

Tal como se observa en la Tabla 39, El porcentaje en peso de la prueba (P2) y de la pintura

patrón (P1) se mantienen en 14.52% de dióxido de titanio TiO2, sin embargo, se reduce de

44,21% a 44.08% en sus extendedores.

Cabe mencionar que en la prueba patrón (P1) se utiliza talco chino y en la prueba (P2) se

utiliza Caolín calcinado, el carbonato de calcio también se mantuvo constante. Con esta simple

modificación en una carga, es notorio que el caolín calcinado tiene un mayor poder cubritivo que

el talco chino. Esto implica P2> P1 en cubrimiento. La prueba P2 dado su poder cubriente se

categoriza en las pinturas latex tipo 1.

Análisis 4

Se comparó el poder cubritivo de la prueba patrón (P1) con el de la prueba(P3). tal como se ve

en la Figura 22.



Se pude observar que el poder cubritivo de la prueba (P3) es superior al de la muestra patrón

(P1).

89

Tal como se observa en la Tabla 40, El porcentaje en peso de la prueba (P2) es exactamente idéntico al de la prueba (P3) en el

dióxido de titanio TiO2 con 14.52% y 44.21% entre sus extendedores.

Tabla 40


ARGAS – PIGMENTOS


DIOXIDO DE


*14.52

+14.52 220 220

SILICATO DE

MAGNESIO

Mg3Si4O10(OH)

2


*44.21

+44.21

120 120


SILICATO DE

ALUMINIO Al2Si2O5(OH)4 CAOLIN gramos N/A N/A

CARBONATO

DE CALCIO CaCO3 TIZA gramos 550 550

Fuente: Autor

90

Cabe mencionar que en la prueba patrón (P1) se utiliza talco chino y en la prueba(P3) se

utiliza talco peruano, el carbonato de calcio y el dióxido de titanio TiO2 también se mantienen

constantes.

Con esta simple modificación en una carga, es notorio que a pesar de que ambas

composiciones representan al silicato de magnesio la procedencia (grado de pureza) genera un

cambio significativo en cuanto a cubrimiento se trata. Esto implica P3> P1 en cubrimiento.

La prueba (P3) se categoriza como una pintura tipo 2.

Consideraciones:

a) En este punto, la única carga por modificar es el carbonato de calcio CaCO3, pero no

se lo contemplará como una prueba adicional ya que por conocimiento general el

carbonato de calcio CaCO3 cubre menos que los silicatos.

b) Observamos entonces comparando las 3 pinturas hasta el momento que P2>P3>P1 en

cubrimiento.

4.2.3. Análisis para Búsqueda de la mejor fórmula sustituyente

Notamos que Hasta la formulación de la prueba(P3), el dióxido se ha mantenido contante,

pero hemos logrado los 2 primeros objetivos, los cuales eran:

1) Categorizar a la pintura patrón dentro del tipo 2 de las pinturas látex

2) Encontrar el mejor sustituyente en cubrimiento para el dióxido de titanio que es el

Silicato de Aluminio (Caolín calcinado)

En este punto trabajaremos las modificaciones pertinentes reduciendo la cantidad de dióxido

de titanio TiO2 y modificándolas con carbonato de calcio y el mejor sustituyente que en este

caso es el Silicato de Aluminio (Caolín calcinado), y en lo posterior sustituirla de ser necesario.

91

Análisis 5


en la Figura 23.


Fuent: Industrial Latina S.A

Podemos observar que el poder cubritivo de la prueba (P4) es superior al de la muestra patrón

(P1).

92

Tal como se observa en la Tabla 41, El porcentaje en peso de la prueba(P4) en comparación a la pintura patrón(P1) se reduce

desde el 14.52% al 10.10% de dióxido de titanio TiO2, sin embargo aumenta desde el 44,21% a 47.83% entre sus extendedores.

Tabla 41




DIOXIDO DE


*14.52

+10.10 220 150

SILICATO DE



*44.21

+47.83

120 N/A


SILICATO DE

ALUMINIO Al2Si2O5(OH)4 CAOLIN gramos N/A 120

CARBONATO DE

CALCIO CaCO3 TIZA gramos 550 590,21

Fuente: Autor

93

Cabe mencionar que en la prueba patrón (P1) se utiliza talco chino y en la pintura(P4) se

utiliza Caolín calcinado, el carbonato de calcio aumenta en la prueba(P4), den un 36,29% a un

39,76%. Con esta simple modificación en las cargas, observamos que a pesar de que se

disminuyó la cantidad de Dióxido de Titanio, el caolín presente contrarresta muy bien el poder

cubriente faltante, tal es el caso que el cubrimiento de la prueba(P4) es aún mayor que la pintura

(P1).Esto implica P4> P1 en cubrimiento, lo que nos obliga a buscar otra formulación alternativa

que iguale el poder cubriente.

La prueba (P4) dado su poder cubriente se categoriza en las pinturas látex tipo 1.

Análisis 6


en la Figura 24.



Podemos observar que el poder cubritivo de la prueba (P5) es superior al de la muestra patrón

(P1).

94

Tal como se observa en la Tabla 42, El porcentaje en peso de la prueba (P5) en comparación a la pintura patrón(P1) disminuye

desde el 14.52% al 10.10% de dióxido de titanio TiO2, sin embargo aumenta desde el 44.21% al 47.9% entre sus extendedores.

Tabla 42

cargas y pigmentos P1 vs P5



DIOXIDO DE TITANIO TiO2 TITANIO gramos *14.52

+10.10 220 150

SILICATO DE MAGNESIO Mg3Si4O10(OH)2


*44.21

+47.90

120 N/A


SILICATO DE ALUMINIO Al2Si2O5(OH)4 CAOLIN gramos N/A 80

CARBONATO DE CALCIO CaCO3 TIZA gramos 550 631,90

Fuente: Autor

95

Cabe mencionar que en la prueba patrón(P1) se utiliza talco chino y en la prueba(P5) se

utiliza Caolín calcinado al igual que en la prueba (P4) pero en menor proporción. El carbonato

de calcio aumenta en la prueba(P5), desde el 36,29% al 42,52%. Con esta simple modificación

en las cargas, observamos que a pesar de que se disminuyó la cantidad de caolín calcinado, y

dióxido de titanio el cubrimiento de ambas pinturas se acerca mucho hacia la igualdad, pero aún

sigue siendo ligeramente más cubriente la prueba(P5). Esto implica P5> P1 en cubrimiento, lo

que nos obliga a buscar otra formulación alternativa que iguale el poder cubriente. La prueba(P5)

dado su poder cubriente se categoriza en las pinturas látex tipo 2.

Análisis 7


en la Figura 25.



Podemos observar que el poder cubritivo de la prueba (P6) es igual al de la muestra patrón

(P1).

96

Tal como se observa en tabla 43, El porcentaje en peso de la prueba (P6) en comparación a la pintura patrón (P1) disminuye desde

el 14.52% al 8.13% de dióxido de titanio TiO2, sin embargo aumenta desde el 44.21% al 49.55% entre sus extendedores.

Tabla 43



NOMBRE FORMULA REPRESENTACION Medida Peso P1* P6+

DIOXIDO DE


*14.52

+8.13 220 120

SILICATO DE

MAGNESIO

Mg3Si4O10(OH

)2


*44.21

+49.55

120 N/A

TALCO PERUANO = T/P gramos

N/A N/A

SILICATO DE

ALUMINIO Al2Si2O5(OH)4 CAOLIN gramos N/A 80

CARBONATO

DE CÁLCIO CaCO3 TIZA gramos 550 651,12

Fuente: Autor

97


utiliza Caolín calcinado en igual proporción que en la prueba(P5). El carbonato de calcio

aumenta en la prueba(P6), desde el 36,29% al 44,13%.

Se pudo observar que al modificar las cargas, se disminuyó la cantidad de dióxido de titanio,

la proporción de caolín calcinado se mantuvo estable y a pesar de que el cubrimiento decayó,

esta formulación cumple el objetivo de obtener el mismo poder cubriente, utilizando los

extendedores como sustituyentes parciales. Esto implica P6≈ P1 en cubrimiento.

La prueba(P6) dado su poder cubriente se categoriza en las pinturas látex tipo 2.

A este punto hemos logrado el objetivo primordial, sin embargo, el caolín calcinado es un

extendedor caro en el mercado, avalando los datos de estas pruebas en donde se observa un

cubrimiento bastante aceptable del talco peruano en la prueba (P3), y siendo su costo más bajo

(alrededor de la mitad), procederemos a formular una última pintura adicional en donde el único

objetivo es reemplazar la cantidad de caolín calcinado por talco peruano y adicionar o disminuir

carbonato de ser el caso necesario.

Análisis 8


en la Figura 26.

98



Podemos observar que el poder cubritivo de la prueba (P7) es igual al de la muestra patrón

(P1).

Tal como se observa en la Tabla 44, el porcentaje en peso de la prueba (P7) en comparacion a

la pintua patron (P1) disminuye desde el 14.52% al 8.13% de dioxido de titanio TiO2, sin

embargo aumenta desde el 44.21% al 49.65% entre sus extendedores.

99

Tabla 44




DIOXIDO DE


*14.52

+8.13 220 120

SILICATO DE



*44.21

+49.65

120 N/A

TALCO PERUANO = T/P gramos N/A 100

SILICATO DE

ALUMINIO Al2Si2O5(OH)4 CAOLIN gramos N/A N/A

CARBONATO

DE CALCIO CaCO3 TIZA gramos 550 634,13

Fuente: Autor

100


utiliza talco peruano (silicato de magnesio más puro). El carbonato de calcio aumenta en la

prueba (P7), desde el 36,29% al 42,9%.

Observamos que al modificar la carga de talco, se disminuyó la cantidad de dióxido de titanio

a utilizar, la proporción de Carbonato de calcio disminuye ligeramente con referencia de la

prueba(P6) , por efecto de contrarrestar el poder cubritivo bacante del caolín , esta formulación

cumple el objetivo de obtener el mismo poder cubriente, utilizando los extendedores como

sustituyentes parciales. Esto implica P7≈ P1 en cubrimiento.

La prueba (P7) dado su poder cubriente se categoriza en las pinturas látex tipo 2. Dada la

producción de 269.81 galones y realizando los cálculos pertinentes, se observa que la reducción

en el coste de este batch es de $281.24 estimando un precio promedio de $10 dólares por galón.

A este punto hemos logrado el objetivo tanto en el poder cubritivo, como en la reducción del

coste de la pintura final utilizando talco peruano en lugar de caolín calcinado.

101

CAPITULO V

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. Conclusiones

Mediante los resultados de las pruebas se concluye que utilizando la combinación adecuada

de extendedores (Prueba P7) se puede sustituir parcialmente al dióxido de titanio logrando

obtener el mismo poder cubriente que la muestra patrón (P1).

El mejor sustituyente para el dióxido de titanio en la elaboración de pintura en cuanto a poder

cubritivo y opacidad se refiere, es el caolín calcinado (Silicato de Aluminio).

Se redujo la cantidad de dióxido de titanio desde un 14.52% al 8.13% en peso manteniendo la

calidad de la pintura en tipo 2, lo cual indica que, para abaratar costos, sin dificultad alguna se

podría reducir la cantidad de dióxido a un rango de 40- 50%.

Debido a que el tiempo, PVC y método son los mismos durante las diferentes pruebas, se

puede asegurar que la diferencia en la finura medida de los últimos 3 ensayos (P5, P6, P7) están

asociados al tamaño de la partícula, para este caso la muestra con mayor cantidad de carbonato

de calcio será la que presente menor finura.

La diferencia en el precio por galón se reduce en un 10.42% tomando de referencia una

producción de 269.81 galones por batch entre las pruebas P1 y P7.

5.2. Recomendaciones

El 90% de las fallas en los ensayos de pintura se da en la manipulación por lo que se

recomienda, seguir el procedimiento preestablecido, asegurando la calidad en cada etapa ya que

muchos de estos productos no pueden utilizarse en reprocesos.

102

Se recomienda utilizar caolín calcinado en pinturas tipo 1 y 2, sin embargo, para pinturas tipo

3 es aconsejable usar otro extendedor, todo esto debido el precio de cotización de la materia

prima.

se recomienda realizar cualquier comparación entre pinturas látex bajo la misma formulación

con un PVC constante, así como los cálculos pertinentes para completar las cargas con los

pigmentos a utilizar en caso de estar incompleto el PVC ya que conllevaría a formulaciones

paralelas.

Se aconseja el uso de extendedores de menor tamaño de partícula y una correcta dispersión de

los mismos para evitar aglomeración y así una finura por debajo del índice permisible(3H).

Se recomienda realizar los estudios pertinentes y consecuentes de costos para determinar la

viabilidad de producción de la pintura P7 a gran escala.

103

BIBLIOGRAFIA

Anonimo. (2007). Pintomicasa.com. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de

https://www.pintomicasa.com/2008/03/pintura-al-latex-para-pintar-paredes-y.html

Company, P. N. (1999 de Enero de 2018). Obtenido de

https://gardco.com/stormer_krebsconv_PU-

G271.pdf?fbclid=IwAR2ToiR6L5o3B7vfyuzV1zljVC7u1ttSoX8evIwzMPeLC7BDvGR

E1S6mohQ

Cruz, A. (07 de 11 de 2014). Optimización de pinturas base agua mediante aditivos dispersantes

y humectantes. Recuperado el 1 de Marzo de 2019, de

https://upcommons.upc.edu/bitstream/handle/2099.1/23740/Alberto%20Cruz_%20Optim

izaci%C3%B3n%20de%20pinturas%20decorativas%20base%20agua%20mediante%20a

ditivos%20dispersantes%20y%20esp.pdf

DATASHEET. (Marzo de 2018). TQC. Obtenido de https://www.tqcsheen.com/wp-

content/uploads/2016/05/viscosity-cup-astm-d1200-ford-vf2029-

d44.pdf?fbclid=IwAR3BufowR_i_sEdtgOLlC9YHzDanYeVVnazRo97xeq9G2RxJqppN

PrvnjF0

Felipe, J. V. (Mayo de 2013). Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de

http://oa.upm.es/39501/1/ControlCalidadPinturas.pdf

Felipe, J. V. (2013). Control Calidad de pintura. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de


Felipe, J. V. (2013). Oa.upm.es. Obtenido de PINTURAS, BARNICES y AFINES:


Fernandez, E. (06 de Febrero de 2018). SlideShare. Obtenido de

https://es.slideshare.net/EricFernandezCoca/4-pinturas-y-barnices-tmt102

GROSS. (1970). "Applications Manual for Paint and Protective Coatings". U.S.A : Editorial Me

Graw Hill. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018

José Vicente Alonso Felipe. (2013). Oa.upm.es. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de


104

Latina, I. (2013). google imagenes. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de

https://www.google.com.ec/search?biw=1366&bih=657&tbm=isch&sa=1&ei=IkKrW8q

VDoPrzgK_3464Cg&q=pigmentos+inactivos%5C&oq=pigmentos+inactivos%5C&gs_l

=img.3..35i39k1.42913.48875.0.48883.22.20.1.0.0.0.341.2070.0j7j3j1.11.0....0...1c.1.64.i

mg..10.11.1779...0j0i6

LOUIS. (2006). Revista Técnica para la Industria y Pintura (Vol. Vol. 10). Argentina.

Recuperado el 25 de Septiembre de 2018

maps, g. (s.f.). Obtenido de https://www.google.com/maps/@-2.2134048,-79.9087906,14z

Martin, J. G. (s.f.). tipos de pintura. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de

https://www.docsity.com/es/pintura-y-aplicaciones/3257572/

Martín., J. G. (Febrero de 2011). (U. P. Madrid, Editor) Recuperado el 25 de Septiembre de

2018, de http://www.coaatnavarra.org/pub/documentacioncursos/2010/pintura.pdf

Mott, R. L. (2006). Mecanica de los Fluidos (6ta Edicion ed., Vol. I). (P. M. Rosas, Ed.) Mexico:

Pearson. Obtenido de https://deymerg.files.wordpress.com/2013/07/mecanica-de-fluidos-

robert-mott-6ta-edicion.pdf

Restrepo, J. (11 de Abril de 2012). Inpra Latina. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de

http://www.inpralatina.com/201204112363/articulos/pinturas-y-

recubrimientos/pigmentos-inactivos-en-formulacion-de-pinturas-ii.html

Restrepo, J. (11 de Abril de 2012). INPRA LATINA. Recuperado el 25 de Septiembre de 2018, de

http://www.inpralatina.com/201204112363/articulos/pinturas-y-

recubrimientos/pigmentos-inactivos-en-formulacion-de-pinturas-ii.html

Restrepo, V. (16 de Septiembre de 2010). INPRA LATINA. Recuperado el 25 de Septiembre de

2018, de Todo en pinturas y recubrimientos:

http://www.inpralatina.com/201009161979/articulos/pinturas-y-recubrimientos/se-

mantiene-consumo-de-tio2.html

Servicio de Acreditacion Ecuatoriana. (20 de Diciembre de 2018). Obtenido de

http://listaoec.acreditacion.gob.ec:58974/faces/Acreditados.xhtml

Suazo, R. (2016). Estudio para la obtencion de pinturas latex en el laboratorio Junnin. Obtenido

de

http://repositorio.uncp.edu.pe/bitstream/handle/UNCP/3761/Ramirez%20Suazo.pdf?sequ

ence=1&isAllowed=y

105

Valarezo, A. G. (10 de Enero de 2008). SEGURIDAD INDUSTRIAL. Obtenido de

http://www.trabajo.gob.ec/wp-content/uploads/downloads/2012/12/Reglamento-de-

Seguridad-y-Salud-para-la-Construcci%C3%B3n-y-Obras-P%C3%BAblicas.pdf

wikipedia. (28 de Noviembre de 2018). Obtenido de

https://es.wikipedia.org/wiki/Anexo:Pintura_en_la_Prehistoria

106

ANEXOS

Anexo 1 Desarrollo Experimental

109

Anexo 2 Tabla de puntos de control en base a la temperatura

Tabla 45

puntos de control en base a la temperatura Temperatura

(T)

Peso especifico

γ (kN/m³)

Densidad ρ

(kg/m³)

Viscosidad

dinamica η (Pa·s)

Viscosidad

cinematica ν

(m²/s)

0 9.81 1000 1.75×10¯³ 1.75×10¯⁶

5 9.81 1000 1.52×10¯³ 1.52×10¯⁶

10 9.81 1000 1.30×10¯³ 1.30×10¯⁶

15 9.81 1000 1.15×10¯³ 1.15×10¯⁶

20 9.79 998 1.02×10¯³ 1.02×10¯⁶

25 9.78 997 8.91×10⁻ ⁴ 8.94×10⁻ ⁷

30 9.77 996 8.00×10⁻ ⁴ 8.03×10⁻ ⁷

35 9.75 994 7.18×10⁻ ⁴ 7.22×10⁻ ⁷

40 9.73 992 6.51×10⁻ ⁴ 6.56×10⁻ ⁷

45 9.71 990 5.94×10⁻ ⁴ 6.00×10⁻ ⁷

50 9.69 988 5.41×10⁻ ⁴ 5.48×10⁻ ⁷

55 9.67 986 4.98×10⁻ ⁴ 5.05×10⁻ ⁷

60 9.65 984 4.60×10⁻ ⁴ 4.67×10⁻ ⁷

65 9.62 981 4.31×10⁻ ⁴ 4.39×10⁻ ⁷

70 9.59 978 4.02×10⁻ ⁴ 4.11×10⁻ ⁷

75 9.56 975 3.73×10⁻ ⁴ 3.83×10⁻ ⁷

80 9.53 971 3.50×10⁻ ⁴ 3.60×10⁻ ⁷

85 9.50 968 3.30×10⁻ ⁴ 3.41×10⁻ ⁷

90 9.47 965 3.11×10⁻ ⁴ 3.22×10⁻ ⁷

95 9.44 962 2.92×10⁻ ⁴ 3.04×10⁻ ⁷

100 9.40 958 2.82×10⁻ ⁴ 2.94×10⁻ ⁷

Fuente: (Mott, 2006)

110

Anexo 3 Lecturas de densidad de componentes

Tabla 46

Lectura de densidad de los componentes

COMPONENTES MEDIDA UNIDAD DENSIDAD

BACTERICIDA Kilogramos /metros cubico Kg/m3

960

TRIPOLIFOSFATO Kilogramos /metros cubico Kg/m3

2520

NONIL FENOL Kilogramos /metros cubico Kg/m3

953

AMP Kilogramos /metros cubico Kg/m3

934

ANTI ESPUMANTE Kilogramos /metros cubico Kg/m3

900

CARGAS

TiO2 Kilogramos /metros cubico Kg/m3 4230

SILICATO DE

ALUMINIO Kilogramos /metros cubico Kg/m3

2600

SILICATO DE

MAGNESIO Kilogramos /metros cubico Kg/m3

2700

CARBONATO DE

CALCIO Kilogramos /metros cubico Kg/m3

2710

ESPESANTE Kilogramos /metros cubico Kg/m3

720

L.VINIL ACRILICO Kilogramos /metros cubico Kg/m3

1170

MINERAL Kilogramos /metros cubico Kg/m3

1400

FUNGICIDA

Kilogramos /metros cubico Kg/m3

960

Fuente: Autor

111

Anexo 4 Rango de viscosidad

Tabla 47

Rngo de velocidad

Articulo Número Descripción

Producto

Rango viscosidad

(cSt)

Ø orificio

(mm)

Tiempo de

flujo (s)

VF2030 No 2 45-120 2.53 40-100

VF2031 No3 49-220 3.4 30-100

VF2032 No 4 70-370 4.1 30-100

VF2033 No 5 200-1200 5.2 30-100

Fuente: (DATASHEET, 2018)

Anexo 5 Tabla de conversión Krebs Units vs Centipoises

112

Anexo 6 Tabla de conversión Centistokes vs Centipoises

“ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX APLICANDO )”

Documents

Transcript of “ELABORACIÓN DE PINTURAS DE LÁTEX APLICANDO )”