Pinturas industriales

Autores: Silvia Cerdeira, Helena Ceretti y Eduardo Reciulschi Responsable disciplinar: Silvia Blaustein Área disciplinar: Química Temática: Química orgánica, aplicaciones Nivel: Secundario, ciclo superior Secuencia didáctica elaborada por Educ.ar

Propósitos generales

Promover el uso de los equipos portátiles en el proceso de enseñanza y aprendizaje.
Promover el trabajo en red y colaborativo, la discusión y el intercambio entre pares, la realización en conjunto de la propuesta, la autonomía de los alumnos y el rol del docente como orientador y facilitador del trabajo.
Estimular la búsqueda y selección crítica de información proveniente de diferentes soportes, la evaluación y validación, el procesamiento, la jerarquización, la crítica y la interpretación.

Introducción a las actividades

El origen de las pinturas se remonta a la Prehistoria, cuando los primeros habitantes de la Tierra plasmaron sus actividades, en color, en las paredes de las cuevas.

Si bien en todas las épocas las pinturas han sido utilizadas con fines artísticos, no es menos importante su empleo como revestimiento de otros materiales (metales, cerámicos, madera).

Por lo general, estos recubrimientos de superficies, además de brindar un aspecto agradable, son indispensables para la preservación de los materiales.

Las maderas y los metales no recubiertos, en particular, son susceptibles al ataque de agentes ambientales que reducen su vida útil. Este deterioro se acelera especialmente en zonas donde se acumulan gases de combustión, como dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre (vean la secuencia didáctica Lluvia ácida).

En los hogares, las pinturas, además de la función protectora y la apariencia estética, pueden proteger contra la humedad y limitar el crecimiento de hongos y bacterias.

Los egipcios, una civilización muy avanzada en la práctica de la química, descubrieron un antecesor del barniz actual cerca del año 1000 a. C. empleando cera de abeja.

Hasta hace poco más de 50 años, se podía definir a una pintura como un fluido que una vez aplicado y seco sobre un soporte, se convertía en una película delgada continua de más o menos flexibilidad, con coloración (esmalte) o sin ella (barniz), que protege al soporte o le da el aspecto deseado. Con el desarrollo de la industria química de la pintura, esta clasificación ha quedado obsoleta y se ha abierto un nuevo abanico de posibilidades para ir descubriendo.

Ahora se podría clasificar a las pinturas por su finalidad (artística, de hogar y obra, industrial, etc.), por su estado físico (líquidas, en polvo), por el solvente que contienen (al agua, al aceite) y por la forma de aplicación (pincel, rodillo, soplete, etcétera).

Objetivos de las actividades

Que los alumnos:

Actividad 1 :

¿Cuáles son los componentes principales de una pintura? El siguiente gráfico de torta (Figura 1) puede dar una idea aproximada:


Figura 1. Composición porcentual típica de una pintura


Ahora se verá qué tipo de compuestos pueden cumplir cada una de las funciones.

Solventes

Dependiendo de la polaridad de los demás compuestos que contenga la pintura, el solvente para elegir puede ser polar (como el agua) o poco polar (como la trementina). Estas son algunas de las posibilidades:


Agua.

Mezcla de solventes derivados de los hidrocarburos (aguarrás, Thinner) (vean la secuencia didáctica Química Orgánica). En la composición de estos solventes, se puede encontrar hexano, tolueno, etanol y acetato de butilo.

Trementina: solvente natural destilado de resina de pino, cuyo componente principal es el pineno (Figura 2).


Figura 2. Estructura del α-pineno



1. Utilicen el programa ChemSketch para representar las moléculas de hexano, tolueno, etanol y acetato de butilo. Comparen las estructuras de dichas moléculas con la del pineno, en cuanto a cantidad de átomos de carbono, presencia de grupos funcionales y tipo de fuerzas intermoleculares presentes entre moléculas de la misma sustancia.

Filmógenos (aglutinantes)

Polímeros (resinas) vegetales o animales (miel, huevo, caucho, goma, aceites de linaza o de soja).


Figura 3. Estructura de una goma empleada en la formulación de pinturas


2. La Figura 3 representa la estructura de una goma empleada en la formulación de pinturas. Sobre la base de la estructura de esta goma, determinen si se trata de un glúcido, un lípido o una proteína.


Polímeros (resinas) sintéticos (poliéster, epoxi, poliuretano)


Tipo de resina

Monómero

epoxi

poliéster

poliuretano


3. Realicen una comparación entre las moléculas de los diferentes monómeros de las resinas indicadas, en cuanto a grupos funcionales que reconozcan, cantidad y tipo de heteroátomos presentes (átomos diferentes de carbono e hidrógeno) y cantidad de dobles enlaces entre carbono y heteroátomo.

Pigmentos

Minerales (óxido de zinc, dióxido de titanio, negro de humo, sales de hierro, etcétera).

Orgánicos (naturales o sintéticos) (vean la Figura 4).


Azul brillante

Rojo amaranto

Figura 4. Estructura de pigmentos empleados en la formulación de pinturas



4. Comparen ambas estructuras en cuanto a grupos funcionales que reconozcan, cantidad y tipo de heteroátomos presentes (átomos diferentes de carbono e hidrógeno) y cantidad de dobles enlaces entre carbono y heteroátomo.

Aditivos

Dentro de este grupo se encuentran compuestos que cumplen funciones muy diferentes como por ejemplo:


Espesantes, que aumentan la resistencia a fluir, como el talco (sílico aluminato de magnesio), la mica, la barita o sulfato de bario y el sulfato de calcio.

Secantes, que reducen el tiempo de secado, como los estearatos de zinc, plomo o manganeso.


5. Utilicen el programa ChemSketch para representar la molécula de estearato de zinc (vean la secuencia didáctica Lípidos). Sobre la base de su estructura, identifiquen si en esta sustancia existen grupos polares o no polares de gran tamaño. ¿Qué tipo de solvente utilizarían en la formulación de una pintura que contenga estearato de cinc?

En el siguiente video, se muestran algunas características y componentes con los cuales se hace una pintura: 

6. Fabriquen una pintura casera. Esta fórmula es de una pintura no tóxica que puede aplicarse con los dedos. Una vez empleada para la actividad, pueden usarla para realizar un mural que ilustre alguna de las campañas que realice la escuela, por ejemplo, sobre el cuidado del medio ambiente, o fomentar el empleo de pinturas que no contengan compuestos peligrosos (solventes) o tóxicos (plomo).


Materiales

Un vaso.

Una cuchara sopera.

Harina de maíz.

Agua fría.

Agua hirviendo.

Colorantes alimenticios de diferentes colores.

½ sobre de gelatina sin sabor.

Una olla.

Potes de plástico de 50 – 100 mL.

Elementos de protección personal: protección ocular y guardapolvo.


Procedimiento

  1. Pónganse el guardapolvo y las gafas de seguridad.
  2. Coloquen en la olla medio vaso de harina de maíz con ¾ de vaso de agua fría en el recipiente, mezclando permanentemente con la cuchara.
  3. Sin dejar de mezclar, agreguen 2 vasos de agua hirviendo. ¡Cuidado!, manipulen con precaución para evitar quemaduras.
  4. Cocinen a fuego medio revolviendo constantemente hasta que hierva.
  5. Disuelvan en un vaso aparte la gelatina en ¼ del vaso de agua fría.
  6. Cuando la mezcla de la olla esté espesa y esponjosa, sáquenla del fuego y échenle la gelatina disuelta.
  7. Reserven los potes para la actividad siguiente.
  8. Una vez que la mezcla se haya enfriado, repartan el producto entre diversos potes.
  9. Añadan a cada pote unas gotas con los distintos colorantes (si son sólidos, disuélvanlos primeramente en agua) y mezclen hasta que se observe un color homogéneo.

Actividad 2 :

En general, las pinturas poseen algunas características que les son comunes (viscosidad, poder cubritivo). Las evaluarán a partir de un par de ensayos.

Copa FORD

Se puede decir que la viscosidad es la resistencia de un fluido a fluir. Hay sustancias que fluyen fácilmente como el agua y el alcohol (poco viscosas), y sustancias que lo hacen muy lentamente, como la miel o los anticongelantes (muy viscosas).

La viscosidad de una sustancia está relacionada con las fuerzas entre sus moléculas (vean la secuencias didácticas Fuerzas intermoleculares I y Fuerzas intermoleculares II); cuanto mayores sean estas fuerzas intermoleculares, más viscosa será la sustancia.

Si bien existen muchos métodos y dispositivos para medir viscosidades, les proponemos que armen un dispositivo sencillo basado en el modelo de la copa FORD.

Este dispositivo es una copa de aluminio o bronce de un volumen determinado (unos 100 mL) que tiene un pequeño orificio debajo. La pintura se coloca en el recipiente obturando el orificio y luego se mide el tiempo que tarda en desagotarse cuando se libera el orificio. El tamaño del orificio que van a usar depende de si la sustancia para medir es poco viscosa o muy viscosa.

En el siguiente link pueden ver cómo se hace:


Materiales

Una botella plástica de gaseosa chica (o cualquier envase plástico de más de 150 mL).

3 ó 4 tapas de gaseosa que correspondan al tipo de botella que tengan.

Clavos gruesos de diferentes tamaños.

Una tijera.

Un frasco medidor.

Agua.

Un marcador indeleble.

Un reloj.

Dos restos de pinturas comerciales que tengan en casa (que hayan sobrado de pintar una habitación o algún artefacto).


Procedimiento

1. Corten con la tijera la botella plástica a la mitad, tratando de que no se deforme demasiado. Se quedarán con la parte superior de la botella, a la que le colocarán la tapa. Pongan la media botella invertida sobre un soporte (un vaso, por ejemplo).

2. En el frasco medidor, midan 100 mL de agua.

3. Coloquen el agua en la media botella invertida. Marquen en la botella el nivel alcanzado por el agua. Luego descarten el agua y sequen la media botella.

4. Con un clavo, hagan un agujero en el centro de una de las tapas. Repitan la operación con los clavos de diferentes medidas. Si quieren realizar medidas más precisas, pueden hacer agujeros de diferentes tamaños (por ejemplo, 2, 4 y 6 mm de diámetro) con un taladro. Trabajen con precaución.

5. Empleen el dispositivo para evaluar la viscosidad de las pinturas comerciales.

También pueden evaluarse las pinturas fabricadas en la Actividad 1, si son suficientemente fluidas (eso depende de la cantidad de gelatina agregada).

Extendido

El poder cubritivo permite verificar si un determinado espesor de una capa de pintura es capaz o no de cubrir una superficie. Este parámetro da una idea de cuántas manos de pintura se deberán aplicar para que la superficie que se quiere pintar se vea bien “cubierta”.

El ensayo de extendido consiste en esparcir una capa de pintura de determinado espesor sobre una superficie transparente con un instrumento llamado “extendedor” y dejar secar (Figura 5).

De acuerdo con el tipo de extendedor que se use, obtendrán una capa de pintura de un espesor determinado (por ejemplo, de 100 ó 200 micrones de espesor). Una capa de pintura muy delgada que no deje pasar la luz a simple vista tendrá un gran poder cubritivo.

Con esta técnica, no solo se puede ver cuánto cubre la pintura la superficie, sino que se puede verificar si en la película de pintura se observan imperfecciones que revelan una mala preparación (aglomeraciones, partículas, poros) e incluso se puede medir con un reloj el tiempo que tarda la pintura en secarse (cuando la pintura todavía está húmeda es pegajosa al tacto y, técnicamente, se dice que tiene “tacking”).


Figura 5. Extendido de una pintura amarilla sobre vidrio. A la derecha, el extendedor empleado.


Realicen un ensayo de extendido en el laboratorio o taller escolar.


Materiales

Tapas de gaseosa del mismo tamaño.

Dos vidrios o superficies transparentes.

Una espátula o cuchillo grande.

Dos restos de pinturas comerciales que tengan en sus casas.


Procedimiento

1. Llenen una tapita de gaseosa con la pintura para ensayar.

2. Den vuelta el contenido de la tapita sobre el centro del vidrio.

3. Empleando la espátula, pásenla una única vez de arriba hacia abajo de modo de extender la pintura como si estuvieran extendiendo la cobertura de chocolate sobre una torta.

4. Repitan la misma operación con la otra pintura.

5. Dejen secar y evalúen las películas formadas.

También puede evaluarse la pintura obtenida en la Actividad 1.

Cierre de las Actividades 1 y 2

Formen tres grupos de alumnos. Teniendo en cuenta los componentes necesarios para la formulación de una pintura (Actividad 1) y los ensayos que se pueden realizar para evaluar su calidad ( Actividad 2 ), cada grupo desarrollará una formulación propia de pintura modificando alguna de las cantidades empleadas y verificando si las propiedades finales del producto les satisfacen.

Una vez decidida la formulación, elijan una marca propia para la línea de pinturas y realicen una publicidad resaltando las cualidades de su producto.

Un grupo deberá hacer una publicidad radial empleando Audacity.

Otro grupo hará una publicidad en la vía pública realizando afiches en Impress.

El tercer grupo hará una publicidad para televisión empleando Windows Movie Maker.

Actividad 3:

Pinturas en polvo. Las pinturas en polvo han resultado una verdadera revolución en el campo de aplicación de la pintura.

1. Vean el siguiente video.

Si disponen de conexión a Internet, realicen una búsqueda sobre las similitudes y diferencias entre las pinturas líquidas y en polvo. Si no poseen dicha conexión, pueden obtener la información en ferreterías y locales de venta de pintura.


Pinturas para aplicación por cataforesis. La cataforesis es un nuevo método para aplicar pintura. Se trata de sumergir el material dentro de una cuba con la pintura líquida y aplicar una corriente eléctrica para que esta se deposite sobre el material.

2. Realicen una búsqueda en Internet sobre las características del proceso de cataforesis. Por ejemplo, en el siguiente sitio.


Pinturas con nanotecnología. La nanotecnología ha llegado también a las pinturas. Vean el siguiente informe de esta pintura desarrollada por el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), que podría aplicarse en lugares donde sea imprescindible evitar el crecimiento de bacterias (por ejemplo, en los hospitales):

3. Con la información recolectada, realicen un cuadro con el programa Writer de sus equipos portátiles en el que resuman las características salientes de las pinturas mencionadas en esta actividad. Indiquen similitudes y diferencias con las pinturas convencionales.

Enlaces de interés y utilidad para el trabajo

Actividad: Química orgánica

Actividad: Solventes industriales

Actividad: Polímeros

Webgrafía recomendada

Pinturas industriales y recubrimientos.

Información sobre pinturas y guía de pintado.

Sinteplast, información sobre productos, aplicaciones y técnica de pintado.