UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA
DEPARTAMENTO DE GRADUACIÓN
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERO QUÍMICO
TEMA:
“FABRICACIÓN DE UNA PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA, CON UNA RESINA DE SEGUNDA
GENERACIÓN, MÁS UN SISTEMA DE PIGMENTOS NANOPARTICULADOS
TiO2-Al2O3-SiO2”
AUTOR FRANCISCO TELMO NARANJO FRANCO
TUTOR
ING. QCO. TONY COLOMA Msc.
2017
GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
DECLARACIÓN DE AUTORIA
“La responsabilidad del contenido de este Trabajo de Titulación, me
corresponde exclusivamente; y el patrimonio intelectual del mismo a la
Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil “
Naranjo Franco Francisco Telmo. C.I.: 0915731715
iii
DEDICATORIA
Le dedico mi proyecto a Dios, por darme salud y sabiduría.
A mi madre: Mercedes A. Franco, que desde el cielo ve su sueño cumplido.
A mi padre: Francisco A. Naranjo, por darme todo lo necesario para
mi educación.
A mi esposa: Patricia Ramos, y a mis dos hijos: Piero y Micaela por
ser mi apoyo e impulsarme a terminar mi carrera.
A mis hermanos, por ayudarme a lograr este éxito.
Dedico este trabajo, a todo el resto de mi familia por ayudarme en
todas las etapas de mi vida.
iv
AGRADECIMIENTO
Le agradezco a Dios por cumplir mi sueño de terminar la carrera
Ingeniería Química.
Les agradezco a mis padres Francisco A. y Mercedes A. por
apoyarme toda la vida.
Agradezco a mi hijo Piero Francesco Naranjo Ramos y a mi hija
Micaela Antonela Naranjo Ramos por ser mi inspiración en la vida.
Agradezco a mi esposa Patricia Ramos por darme su apoyo
incondicional para la culminación de mi carrera.
Agradezco al Ing. Gustavo Darquea, y a sus hijos, por el apoyo
brindado durante el tiempo que he laborado en su empresa y por prestarme
las instalaciones del laboratorio de control de calidad de Cipeq.
Agradezco a mis hermanos, por todo el apoyo brindado durante toda mi
vida.
Agradezco a mis suegros, Edi Ramos y Lupe León y en especial al Ing.
Juan Ramos por ayudarme con sus concejos, para terminar mi trabajo de
titulación.
Agradezco a todos mis maestros, por brindarme todos sus conocimientos.
v
ÍNDICE GENERAL
N° Descripción Pág.
DECLARACION DE AUTORIA ii
DEDICATORIA iii
AGRADECIMIENTO iv
ÍNDICE GENERAL v
ABREVIATURAS Y UNIDADES xiv
RESUMEN xv
ABSTRACT xvi
CAPITULO I
MARCO LÓGICO
N° Descripción Pág.
1.1 Introducción 01
1.2 Planteamiento del Problema 02
1.3 Formulación del Problema 02
1.4 Limitación del Estudio 02
1.4.1 Limitación Espacial 02
1.4.2 Limitación Temporal 03
1.5 Alcance 03
1.6 Objetivos 04
1.6.1 Objetivo General 04
1.6.2. Objetivos Específicos 04
1.7 Justificación 04
1.8 Cuadro de Operacionalización de las Variables 05
1.9 Hipótesis General 06
1.10 Marco Teórico 06
1.11 Marco Conceptual 06
vi
N° Descripción Pág.
1.12 Marco Legal 08
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
N° Descripción Pág.
2.1 Marco Referencial 09
2.1.1 Definición de Pintura de Tráfico 09
2.1.2 Tipos de Pinturas de Tráfico 09
2.1.3 Pintura de Tráfico Base Solvente 09
2.1.4 Pintura de Tráfico Base Agua 10
2.1.5 Utilización de Las Pinturas de Tráfico 10
2.1.6 Componentes Principales de una Pintura de Tráfico 11
Acuosa
2.1.7 Pigmentos Blancos 11
2.1.7.1 Pigmentos Cubrientes 11
2.1.7.2 Cargas 11
2.1.8 Propiedades de los Pigmentos 12
2.1.9 Razones para Dispersar los Pigmentos 12
2.1.10 Teoría del Proceso de Dispersión 12
2.1.11 Resinas Acuosas Emulsionadas 14
2.1.12 Resinas Acrílicas de Primera Generación 14
2.1.13 Aditivos acuosos 15
2.1.13.1 Clasificación de los aditivos acuosos 15
2.1.14 Estabilización de los pigmentos en sistemas acuosos 15
2.1.15 Nanotecnología aplicada a las pinturas de tráfico acuosas 16
2.1.15.1 Nanopartícula 16
2.1.15.2 Definición 16
2.1.15.3 Antecedentes 17
2.1.15.4 Descubrimiento 18
2.1.15.5 Uniformidad 18
vii
N° Descripción Pág.
2.1.15.6 Propiedades 19
2.1.15.7 Principales tipos de partículas 20
2.1.15.8 Síntesis 20
2.1.15.9 Proceso de sol-gel 21
2.1.15.10 Funcionalización 22
2.1.15.11 Seguridad 23
2.2 Marco Contextual 23
2.2.1 Resinas Acrílicas Estirenadas de Segunda Generación 23
2.2.2 El Agua 24
2.2.2.1 Propiedades físicas y químicas del Agua 24
2.2.3 Cosolvente 25
2.2.4 Proceso de fabricación de las pinturas de tráfico acuosas. 25
2.2.4.1 Etapas de fabricación 25
2.2.4.2 Pre-dispersión 26
2.2.4.3 Dispersión 26
2.2.4.4 Completado 27
2.2.4.5 Control de Calidad 27
2.2.4.5.1 Clasificación 28
2.2.4.6 Diagrama del Proceso de fabricación de la pintura de 28
Tráfico acuosa.
2.2.4.7 Costo de fabricación de la pintura de tráfico acuosa blanca 30
2.2.4.8 Caracterización de las pinturas de tráfico acuosas 30
2.2.4.8.1 Viscosidad y Consistencia 30
2.2.4.8.2 Contenido de sólidos 31
2.2.4.8.3 Poder cubriente 31
2.2.4.8.4 Peso específico y Densidad 32
2.2.4.8.5 Grado de dispersión o finura de molienda 33
2.2.4.8.6 Grosor de película 34
2.2.4.8.7 Dureza 35
2.2.4.8.8 Ensayo de dureza por el procedimiento al lápiz 35
(Wilkinson y Gardner)
viii
N° Descripción Pág.
2.2.4.8.9 Adhesión 36
2.2.4.8.10 Método de medición de adhesión de corte enrejado 37
2.2.4.8.11 Flexibilidad 37
2.2.4.8.12 Método del mandril cónico (ASTM D 522-41) 37
2.2.4.8.13 Resistencia a la abrasión 38
2.2.4.8.14 Método de resistencia a la abrasión por chorro de arena 38
(ASTM D-968)
2.2.4.8.15 pH 39
CAPITULO III
DISEÑO METODOLÓGICO
N° Descripción Pág.
3.1 Metodología 40
3.2 Procedimiento para fabricar la Sol-Gel (C-1) 40
3.2.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) en C-1 42
3.2.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los 42
componentes de la formulación en C-1
3.2.3 Materiales empleados en la práctica de Sol-Gel (C-1) 44
3.2.4 Equipos empleados en la práctica de Sol-Gel (C-1) 44
3.2.5 Materias primas seleccionadas en la práctica de Sol-Gel 44
(C-1)
3.3 Procedimiento de Secado y Calcinación para la obtención 45
de Nanopartículas. (C-1)
3.3.1 Datos experimentales y Balances de materia 48
3.3.1.1 Etapa de secado en la estufa 48
3.3.1.2 Etapa de calcinado en la mufla 49
3.3.1.3 Etapa de Desecado 49
3.3.2 Materiales empleados para el proceso de Secado y 50
Calcinación de C-1
ix
N° Descripción Pág.
3.3.3 Equipos utilizados en el proceso de Secado y Calcinación 50
De (C-1)
3.4 Proceso de fabricación de la pintura de tráfico acuosa 50
(E-1)
3.4.1 Cálculo Del Porcentaje Peso (% Peso) de la pintura de 52
Tráfico (E-1)
3.4.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los 53
componentes de la formulación de la pintura de tráfico
acuosa (E-1)
3.4.3 Cálculos de los volúmenes de los componentes de la 53
pintura de tráfico acuosa (E-1)
3.4.4 Materiales empleados en la formulación de pintura de 55
tráfico acuosa (E-1)
3.4.5 Equipos empleados en la formulación de pintura de tráfico 55
acuosa (E-1)
3.4.6 Materias primas seleccionadas en la formulación de 56
Pintura de tráfico acuosa (E-1)
3.5 Procedimiento para fabricar la Sol-Gel (C-2) 57
3.5.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) en C-2 58
3.5.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los 59
componentes de la formulación en (C-2)
3.5.3 Materiales empleados en la práctica de Sol-Gel (C-2) 60
3.5.4 Equipos empleados en la práctica de Sol-Gel (C-2) 60
3.5.5 Materia prima seleccionada para la fabricación de la 61
Sol-Gel (C-2)
3.6 Procedimiento de Secado y Calcinación para la obtención 61
de Nanopartículas. (C-2)
3.6.1 Datos experimentales y Balances de materia (C-02) 64
3.6.1.1 Etapa de secado en la estufa 64
3.6.1.2 Etapa de calcinado en la mufla 65
3.6.1.3 Etapa de Desecado 65
x
N° Descripción Pág.
3.6.2 Materiales empleados para el proceso de Secado y 66
Calcinación de (C-2)
3.6.3 Equipos utilizados en el proceso de Secado y 66
Calcinación de (C-2)
3.7 Proceso de fabricación de la pintura de tráfico acuosa 66
(E-2)
3.7.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) de la pintura de 68
tráfico (E-2)
3.7.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los 69
componentes de la formulación de la pintura de tráfico
acuosa (E-2)
3.7.3 Cálculos de los volúmenes de los componentes de la 69
pintura de tráfico acuosa (E-2)
3.7.4 Materiales empleados en la formulación de pintura de 71
tráfico acuosa (E-2)
3.7.5 Equipos empleados en la formulación de pintura de 72
tráfico acuosa (E-2)
3.7.6 Materias primas seleccionadas en la formulación de 72
pintura de tráfico acuosa (E-2)
3.8 Procedimiento y caracterización del concentrado acuoso 73
de nanopartículas (TIO2-AL203-SIO2) (C-3)
3.8.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) en C-3 75
3.8.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los 76
componentes de la formulación en (C-3)
3.8.3 Materiales empleados en la práctica Concentrado 77
Acuoso del Sistema Nanoparticulado
(TiO2-Al2O3-SiO2) (C-3)
3.8.4 Equipos empleados en la práctica Concentrado 77
Acuoso del Sistema Nanoparticulado
(TiO2-Al2O3-SiO2) (C-3)
xi
N° Descripción Pág.
3.8.5 Materia prima seleccionada en la práctica Concentrado 77
Acuoso del Sistema Nanoparticulado
(TiO2-Al2O3-SiO2) (C-3)
3.9 Proceso de fabricación de la pintura de tráfico 78
acuosa (E-3)
3.9.1 Cálculo Del Porcentaje Peso (% Peso) de la pintura 80
de tráfico (E-3)
3.9.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los 81
componentes de la formulación de la pintura de tráfico
acuosa (E-3)
3.9.3 Cálculos de los volúmenes de los componentes de la 81
pintura de tráfico acuosa (E-3)
3.9.4 Materiales empleados en la formulación de pintura de 83
tráfico acuosa (E-3)
3.9.5 Equipos empleados en la formulación de pintura de 84
tráfico acuosa (E-3)
3.9.6 Materias primas seleccionadas en la formulación de 85
pintura de tráfico acuosa (E-3)
3.10 Control de calidad de las pinturas de tráfico acuosas 85
CAPITULO IV
ANÁLISIS Y RESULTADOS
N° Descripción Pág.
4.1 Conclusiones 91
4.2 Recomendaciones 91
ANEXOS 93
CITAS Y REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS 122
BIBLIOGRAFÍA 122
xii
ÍNDICE DE CUADROS
N° Descripción Pág.
01 Operacionalización de las Variables 05
ÍNDICE DE IMAGENES
N° Descripción Pág.
01 Panorámica satelital de la ubicación geográfica de 03
Cipeq Cía Ltda. Guayaquil provincia del Guayas.
02 Parámetros geométricos de la dispersión de pigmentos. 14
03 Resina acrílica estirenada. 24
ÍNDICE DE FIGURAS
N° Descripción Pág.
01 Diagrama del Proceso de fabricación de las pinturas de 28
tráfico acuosa
02 Diagrama del Proceso de fabricación de la Sol-Gel (C-1) 41
03 Diagrama del Proceso de calcinación y secado para la 47
obtención de nanopartículas (C-01)
04 Diagrama del Proceso de fabricación de una pintura de 56
tráfico Acuosa (E-1)
05 Diagrama del Proceso de fabricación de la Sol-Gel (C-2). 58
06 Diagrama del Proceso de calcinación y secado para la 63
obtención de Nanopartículas (C-02)
07 Diagrama del Proceso de fabricación de una pintura de 73
tráfico Acuosa (E-2)
08 Diagrama del Proceso de fabricación del concentrado 75
acuoso de Nanopartículas (C-3)
09 Diagrama del Proceso de fabricación de una pintura de 84
tráfico Acuosa (E-3)
10 Viscosidad en (Krebs) 88
11 Adherencia (%) 89
12 Densidad 89
xiii
N° Descripción Pág.
13 Escala de Finura HEGMAN (NS) 90
14 Sólidos por peso (%) 90
ÍNDICE DE ANEXOS
N° Descripción Pág.
01 Requisitos de la pintura para señalamiento de tráfico 94
NTE INEN 1042:2009.
02 Informe de Ensayos de la Pintura para Señalización 95
de Tráfico del Laboratorio de Control de Calidad de
Pinturas Unidas.
03 Tabla de conversión de la viscosidad. 96
04 Regla de cálculo de conversión de variables (anverso). 97
05 Regla de cálculo de conversión de variables (reverso). 98
06 Hoja Técnica de la resina Encort DT-250 99
07 Hoja Técnica del DISPERBYK-2010. 100
08 Hoja técnica del Dióxido de Titanio TIONA 595. 101
09 Hoja Técnica del Espesante Bermocoll EBM 5500 102
10 Hoja Técnica del Texanol 103
11 Hoja técnica del Texanol (continuación) . 104
12 Hoja técnica del antiespumante siliconado BYK-022. 105
13 Hoja técnica del caolín calcinado JYCK-95 106
14 Hoja técnica del alcalinizante DISACOAT ALK 300. 107
15 Hoja técnica del OMYACARB 5. 108
16 Procedimiento para la determinación de viscosidad. 109
17 Procedimiento para determinar la granulometría. 110
18 Procedimiento de Determinación de % de Sólidos 111
(Anverso)
19 Procedimiento de Determinación de % de Sólidos 112
(Reverso)
20 Anexo de Fotos 113
xiv
ABREVIATURAS Y UNIDADES
VOC: Compuestos orgánicos volátiles
USA: Estados Unidos de América
rpm: revoluciones por minuto.
UV: rayos ultravioletas
STD: Estándar
ATM: Agencia de tránsito municipal
CTE: Comisión de tránsito del Ecuador
DIN: Instituto Alemán de Normalización
NTE: Normas técnicas ecuatorianas
INEN: Instituto Ecuatoriano de Normalización.
m/l: metro por litro, rendimiento de un litro de pintura de tráfico.
Kg/l: Kilogramo por litro.
ISO: Organización internacional de Normalización.
mils: milésima parte de una pulgada.
pH: porcentaje de iones hidrogeno
nm: nanómetro.
STM: microscopio de efecto túnel.
RF: radiofrecuencia
KHZ: Kilo Hertz
MHz: Mega Hertz
KW: Kilovatio
N° Adic.: Numero de adición
% Sol.: Porcentaje de sólidos
C-1: Concentrado acuoso Sol-Gel uno.
E-1: Ensayo de pintura de tráfico uno
S-1: Sistema nanoparticulado uno.
S-2: Sistema nanoparticulado dos.
C-2: Concentrado Sol-Gel dos
E-2: Ensayo de pintura de tráfico dos
C-3: Concentrado acuoso de nanopartículas tres.
E-3: Ensayo de tráfico acuoso tres.
xv
AUTOR: NARANJO FRANCO FRANCISCO TELMO TÍTULO: FABRICACIÓN DE UNA PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA,
CON UNA RESINA DE SEGUNDA GENERACIÓN, MÁS UN SISTEMA DE PIGMENTOS NANOPARTICULADOS TiO2-Al2O3-SiO2
DIRECTOR: ING. QCO. TONY COLOMA C. Msc
RESUMEN
En este trabajo de titulación, se fabricó una pintura de tráfico acuosa, formulada con una resina emulsionada acrílica estirenada de segunda generación, de secado rápido, libre de metanol, con un bajo VOC de Arkema (USA), más la adición de un sistema concentrado al 40% de pigmentos nanoparticulados (TiO2-Al2O3-SiO2), y cargas micronizadas, obtenidos por medio del método empírico y experimental (Sol-gel). Para ello se desarrolló una dispersión acuosa de Dióxido de Titanio TIKKON TR-33, y un Caolín calcinado JYCK 95 de Datong, usando una relación gravimétrica de (60:40), con un dispersante BYK-2010, y un agente reductor (Vinagre blanco), en un taladro de pedestal provisto de un disco dispersador de acero inoxidable, usando una velocidad giratoria de (1200-1700) rpm por el lapso de 1 hora. Esta dispersión fue sometida a una temperatura de secado de (150-300) °C por 2 horas en una estufa y posteriormente se la sometió a un proceso de calcinación a una temperatura de 550°C en una mufla por el lapso de dos horas. Este sistema de pigmentos nanoparticulados fueron molidos con perlas de circonio en húmedo, para desagregar sus unidades primarias. Con estas innovaciones tecnológicas se consiguió mejorar; la adherencia, la dureza, la resistencia a la abrasión, la resistencia a la humedad, la elasticidad, la viscosidad del recubrimiento de tráfico acuoso.
PALABRAS CLAVE: Sistema de Pigmentos, Pigmentos nanoparticulados, Resinas, Óxidos, Pinturas de tráfico, Recubrimientos.
Naranjo Franco Francisco Telmo Ing. Qco. Coloma Tony Msc. C.I.: 0915731715 Director de Proyecto
xvi
AUTHOR: NARANJO FRANCO FRANCISCO TELMO TOPIC: MANUFACTURE OF A TRAFFIC AQUEOUS PAINT, WITH A
SECOND GENERATION RESIN, PLUS A SYSTEM OF NANOPARTICULATED PIGMENTS TiO2- Al203-SiO2.
DIRECTOR: ING. QCO. TONY COLOMA C. Msc
ABSTRACT
In this paper titling, was manufactured a Traffic aqueous Paint, formulated with a second-generation Styrene-Acrylic Binder, fast-dry, methano-free, with a low VOC Arkema (USA), plus the addition of a system dispersion 40% of nanoparticulated pigments (TIO2-Al203 SiO2), and micronized charges, obtained by means of the empirical and experimental method (Sol-gel). For was develop an aqueous dispersion Titanium Dioxide TIKKON TR-33, and a Calcined Kaolin JYCK 95 from Datong, using a gravimetric ratio of (60:40), with a BYK-2010 dispersant, and a (white vinegar) reducing agent in a pedestal drill provided by a stainless steel disperser, using a rotating speed of (1200-1700) rpm for 1 hour. This dispersion was subjected to a drying temperature of (150-300) ° C for 2 hours in an oven and afterwards was subjected to a calcination process at a temperature of 550 ° C in a muffle for two-hour. This system of nanoparticulated pigments were ground with zirconium pearls in wet, to disaggregate their units primaries. With these technological innovations was achieved to improve; the adhesion, hardness, the resistance to abrasion the humidity, the elasticity, the viscosity of the coating Of aqueous traffic.
KEY WORDS: Pigment System, Nanoparticulated Pigments, Resins, Oxides, Traffic Paints, Coatings.
Naranjo Franco Francisco Telmo Ing. Qco. Coloma Tony Msc. C.I.: 0915731715 Director of Project
CAPITULO I
MARCO LÓGICO
1.1 Introducción
Los recubrimientos de superficies se han venido utilizando durante
miles de años con un incremento gradual de su consumo a medida que la
civilización se ha ido desarrollando. En la prehistoria la pintura se limitaba
casi exclusivamente a la decoración de cavernas y otras moradas.
A través de la edad media y aun después de haber empezado la era
industrial, el volumen de pintura fabricado era insignificante comparado con
el de ahora, a causa del bajo nivel de vida de la inmensa mayoría de los
habitantes del mundo.
Debido a los cambios climáticos y atmosféricos en el planeta, y a las
tormentas solares que destruyen la capa de ozono, dejando penetrar las
radiaciones cósmicas, entre ellas las malignas radiaciones ultravioletas
(UV).
Se ha despertado una conciencia ecológica global, para evitar las
emisiones de compuestos orgánicos volátiles (VOC), que destruyen la
atmósfera. Es por esa razón que el Ecuador, tratando de seguir los pasos
de los países del primer mundo, están cambiando las legislaciones
ambientales, para evitar las emisiones tóxicas al ambiente.
El gobierno nacional actual, ha pedido a la Comisión de Tránsito del
Ecuador, que sustituya las pinturas de tráfico base solvente fabricada con
pigmentos con alto contenido de plomo, por recubrimientos para
demarcación de calles y carretera base acuosa, con pigmentos orgánicos
y cargas inertes.
2
Pero estas pinturas acuosas no resisten la época invernal, pues las
lluvias, el sol, y el transitar de los vehículos destruyen las películas de
pintura. Mi trabajo de titulación tiene como finalidad, mejorar la resistencia
de las pinturas de tráfico a la humedad, a la abrasión, elevar la elasticidad
y la adherencia al asfalto y al concreto, con la adición de una resina de
segunda generación (Encort DT-250 de Arkema. USA.) , más la adición de
un sistema de pigmentos blancos nanoparticulados (TiO2-Al2O3-SiO2)
usando métodos experimentales de última tecnología. Ayudando así a
fomentar una cultura verde en todo el Ecuador, y el mundo entero.
1.2 Planteamiento del Problema
Debido a los inviernos extremos en todo el mundo, y en especial a
la gran cantidad de lluvias que caen, entre los meses de Diciembre y Abril
en nuestro litoral ecuatoriano. Se ha visto en la necesidad, de mejorar las
propiedades mecánicas de las películas de pinturas de tráfico acuosas
normales, que no resisten estos temporales, y se desvanecen, se manchan,
se ensucian, ocasionando un malestar a los conductores de los vehículos,
y peatones. Provocando continuos accidentes automovilísticos mortales,
en calles y carreteras a nivel nacional. Estas modificaciones serán posibles
gracias a resinas acuosas emulsionadas de última generación, y a
nanomateriales cerámicos de tecnología aeroespacial
1.3 Formulación del Problema
¿Es posible en el Ecuador fabricar una pintura acuosa, para la
demarcación vial de carreteras y calles de las ciudades, que resistan a la
época invernal usando una resina emulsionada de segunda generación, y
una mezcla de pigmentos nanoparticulados y micronizados?
1.4 Limitación del Estudio
1.4.1 Limitación Espacial
El proyecto va a ser desarrollado, en el laboratorio de control de
calidad de Cipeq, que se encuentra situada en el parque industrial
3
Inmaconsa, entre las calle A y Tecas cerca del Km 18 de la vía Perimetral,
de la ciudad de Guayaquil provincia del Guayas. (Imagen N° 01)
1.4.2 Limitación Temporal
Este Proyecto va a ser desarrollado, desde Marzo hasta Abril del año 2017.
1.5 Alcance
El presente proyecto abarcará información técnica experimental a nivel de
laboratorio, sobre las pinturas de tráfico acuosas: Formulaciones, propiedades,
aplicaciones mejoras en la película del recubrimiento, y la optimización de los
costos de fabricación de los productos.
IMAGEN N° 01
PANORÁMICA SATELITAL DE LA UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE CIPEQ. CIA. LTDA. GUAYAQUIL PROVINCIA DEL GUAYAS.
Fuente: GOOGLE EARTH
4
1.6 Objetivos
1.6.1 Objetivo General
Fabricar una Pintura de Tráfico Acuosa Vehicular, para demarcación
de calles y carreteras, con una resina de segunda generación, más un
sistema de pigmentos nanoparticulados, TiO2-Al2O3-SiO2.
1.6.2. Objetivos Específicos
Buscar información y seleccionar el método más viable, para la
obtención de materiales cerámicos nanométricos.
Desarrollar un sistema de pigmentos nanoparticulados estable.
Formular y obtener una pintura de Tráfico, usando la resina Encort
DT-250, más el sistema de pigmentos nanométricos desarrollado.
Evaluar los parámetros de la pintura de tráfico acuosa fabricada, y
compararla con un STD conocido.
1.7 Justificación
Esta investigación es necesaria para ayudar a los conductores, a
tener una mejor visibilidad en las carreteras y calles durante la noche.
Además se va a facilitar el trabajo del personal de la ATM, y de la CTE para
que lleven un mejor control del tráfico en las vías del país.
También se va a optimizar los costos de fabricación de las pinturas de
tráfico.
Se va a incentivar a los estudiantes de Ingeniería Química a
introducirse en el campo de la nanotecnología para resolver problemas
reales y cotidianos.
Con esta investigación se van a recopilar nuevos datos
experimentales, sobre las mediciones de las siguientes variables:
Viscosidad, densidad, adherencia, elasticidad, dureza, cubrimiento, y así
conseguir mejorar las propiedades de las películas de las pinturas de tráfico
acuosas.
5
Este trabajo de investigación, sobre las pinturas de tráfico base
agua, con una resina de segunda generación más un sistema de pigmentos
nanoparticulados, es metodológicamente experimental, exploratorio,
cualitativo y cuantitativo.
1.8 Cuadro de Operacionalización de las Variables.
CUADRO N° 01
OPERACIONALIZACION DE LAS VARIABLES
VARIABLES PROCESO INDICADORES
Independiente
Sistema
Nanoparticulado Sol-Gel
Viscosidad
Densidad
Gravedad específica.
Finura.
Tiempo
Velocidad
Secado Temperatura
Tiempo
Calcinado Temperatura
Tiempo
Molienda
Velocidad
Tiempo
Temperatura
Finura
Resina Encort DT-
250 Secado
Tiempo
Temperatura
Humedad
Dureza
Brillo
Dependiente
Pintura de Tráfico
Acuosa Pre-dispersión
Velocidad
Tiempo
Temperatura
Dispersión Velocidad
Tiempo
Temperatura
Finura
Completado Tiempo
Temperatura
Velocidad
Caracterización Viscosidad
Densidad
Gravedad especifica
Finura
Ph
Tiempo de secado
Dureza
Elaborado por: Francisco Naranjo
6
1.9 Hipótesis General
Es posible obtener una pintura de tráfico acuosa de segunda
generación remplazando (40 – 10 %) del Dióxido de titanio 595 (TiO2) de
Tiona, por Caolin Calcinado (Al2SiO5(OH)4)1 JYCK 95 de Datong (Chávez,
Campos, 2011), (variables independientes) y utilizando el proceso de
Calcinación (Larez, Koteich, 2015). se puede obtener un sistema nano
particulado, que al ser adicionado a una matriz polimérica acuosa (acrílica
– estirenada) de segunda generación, se van a mejorar las siguientes
propiedades mecánicas de las películas de los recubrimientos de tráfico
acuoso (variable dependiente): Adherencia, elasticidad, resistencia a la
humedad, resistencia a las rayos (UV), resistencia a la abrasión,
(parámetros de calidad).
1.10 Marco Teórico
En este proyecto se desea conseguir, un sistema de pigmentos
nanoparticulados TiO2-Al2O3-SiO2, por medio de una dispersión acuosa
con un dispersante BYK-2010 en un taladro de pedestal y un dispersador
de acero inoxidable, esta mezcla va a ser sometida a una temperatura de
calcinación de 550 °C, por el lapso de dos horas. Este sistema de
pigmentos va a ser adicionado a la fórmula de una pintura de tráfico,
sustituyendo el dióxido de Titanio Tiona 595 (USA), para mejorar las
propiedades mecánicas del recubrimiento. La metodología utilizada es
experimental y el tamaño de partículas va a ser determinado por un
microscopio electrónico.
1.11 Marco Conceptual
Secado.- Es una operación térmica de eliminación de humedad
desde un sólido o una pasta concentrada de algún tipo de sólido por medio
de aire caliente en un tiempo determinado.
1 Referirse a la Tesina de Pigmentos de Ingeniería Química; (Chávez, Campos; 2011)
7
Calcinación.- Es la destrucción total de la materia orgánica presente
en un compuesto sólido con eliminación de anhídrido Carbónico y agua por
medio de un proceso térmico al rojo vivo (550°C), dando como resultado
ceniza.
Mezclado.- Mezclado y agitación de fluidos son sinónimos, la
agitación o mezcla se refiere al movimiento inducido de un material en
forma determinada, generalmente circulatorio y dentro de algún tipo de
recipiente, es la distribución al azar de dos fases inicialmente separadas,
(McCabe, Smith, 1978).
Dispersión.- Es la separación de aglomerados de pigmentos en
partículas primarias de los mismos por medio de fuerzas mecánicas de
cizallamiento ejercidas por un disco de acero inoxidable que gira a una
velocidad de 1000 a 2500 rpm dentro de un tanque que contiene un fluido.
Sistema Nanoparticulado.- Es una mezcla de varios óxidos de
pigmentos con partículas de tamaño nanométrica (10-9 m)
Dióxido de Titanio.- De acuerdo al DIN 55 943 y DIN 55944 es un
pigmento blanco sin color, es un colorante inorgánico que es insoluble en
los medios respectivos que son incorporados. Es caracterizado por un alto
índice de reflexión y alta reflectancia y sus pequeños cristales no absorben
la luz visible en el rango de longitud de onda.
Es un pigmento no toxico y de fácil proceso.
Resina de Segunda Generación.- Es una resina moderna de
secado rápido (acrílica estirenada) y alto desempeño resistente a los
agentes atmosféricos y químicos.
Caolín Calcinado.- Es la carga más ampliamente usada para los
látex. Los Caolines de finas partículas tienden en general a reforzar algo
8
más que los de partículas grosera. Es la mezcla de un oxido de silicio
con oxido de aluminio en diferentes proporciones. Es llamado también
Silicato de Aluminio.
1.12 Marco Legal
Los requisitos técnicos necesarios para caracterizar las pinturas de
tráfico base agua en el Ecuador son regidos por la Norma técnica vigente
NTE INEN 1042-2009. Aunque se podrían evaluar con los requisitos en
proceso de oficialización de la norma técnica NTE INEN 1042-1:2015.
A partir del año 2004, el gobierno del Ecuador modificó su
legislación ambiental, exigiendo a las fábricas de pinturas a cambiar las
pinturas de tráfico base solvente por pinturas de tráfico base acuosa, con
un bajo contenido de (VOC), es decir libre de Metanol. Esto está implícito
en el Registro oficial N°418 del 10 Septiembre del 2004 en el que se
establece los principios y las directrices de una política ambiental.
CAPITULO II
MARCO TEÓRICO
2.1 Marco Referencial
2.1.1 Definición de Pintura de Tráfico
Se denomina pintura de tráfico , a las pinturas apropiadas para la
aplicación en superficies que soportan tráfico, tales como pavimentos,
superficies asfálticas y otros materiales utilizados en vías , calles, puentes,
túneles, estacionamientos, pistas de aterrizaje, etc.
2.1.2 Tipos de Pinturas de Tráfico
Las pinturas para señalamiento de tráfico de acuerdo a su naturaleza
se clasifican de la siguiente forma:
Tipo 1. Base agua.
Tipo 2. Base solvente.
Tipo 3. Base plástica
Las pinturas para señalamiento de tráfico según el tipo de resina que
se emplea se clasifican en:
Pintura alquídica pura o modificada.
Pintura acrílica pura o modificada.
Pintura vinílica pura o modificada.
Pintura poliéster pura o modificada.
Pintura epóxica pura o modificada.
Pintura poliuretana pura o modificada.
Pintura hidrocarburo.
2.1.3 Pintura de Tráfico Base Solvente
Las pinturas de tráfico base solvente, fueron las primeras en
10
aparecer en el mercado, y consisten en resinas sintéticas, solubles
en solventes orgánicos, alifáticos, alcoholes, cetonas, acetatos, etc. Son de
secado rápido, resistentes a la intemperie, a las lluvias, y al desgaste por
la fricción con las ruedas de los autos.
2.1.4 Pintura de Tráfico Base Agua
Son pinturas ecológicas, basadas en resinas látex de secado rápido
acrílicas estirenadas emulsionadas de última generación, solubles en agua
y cosolventes, resistentes a los climas más duros, y a las radiaciones (UV),
son diseñadas para eliminar el vapor de agua sin reventarse, actúan como
membranas, además tienen buenas propiedades mecánicas.
2.1.5 Utilización de las Pinturas de Tráfico
Aproximadamente el 60% de las pinturas para tráfico que se fabrican
son pinturas blancas, el 30% amarillas, y el resto lo forman el color negro
.más pequeñas cantidades de verde, rojo y naranja.
Las pinturas de tráfico se aplican por medio de máquinas de pintar
franjas que funcionan por pulverización a pistola o por gravedad a través
de brochas o hendiduras .La anchura normal de las franjas de tráfico es de
unos 10 cm, y la relación de extensión media es de unos 28 – 32 m/l para
la anchura de franja ya mencionada. Las pinturas de tráfico deben tener
una gran cubrición para esta relación de extensión.
Casi la mitad de las pinturas de tráfico utilizadas contienen esferas
de vidrio para su mejor visibilidad. Esta mejora es muy notable de noche,
cuando las esferas de vidrio reflejan la luz de los faros de los automóviles
que pasan .La cantidad normal es de 0.7 kg/l de pintura, bien mezclada en
la pintura justo antes de su aplicación o bien esparcida mecánicamente
sobre la pintura mojada.
11
2.1.6 Componentes Principales de una Pintura de Tráfico Acuosa
Los componentes principales de una pintura de tráfico base agua
son los siguientes:
Agua potable.
Resina látex acrílica estirenada de segunda generación.
Aditivos.
Pigmentos.
Cargas.
Cosolventes.
2.1.7 Pigmentos Blancos
Los pigmentos blancos constituyen, con mucho el porcentaje más
alto de los pigmentos usados, probablemente con un promedio del 90 %
del total. Esto se debe en gran parte al gran volumen de pinturas blancas
que se fabrican para toda clase de acabado.
Los tipos principales de pigmentos blancos usados para el
recubrimiento de superficies son los siguientes:
2.1.7.1 Pigmentos Cubrientes
Pigmentos de titanio
Pigmentos de óxido de cinc
Pigmentos de plomo
Pigmentos de sulfuro de cinc
Óxidos de antimonio
2.1.7.2 Cargas
Carbonato de calcio
Silicato de magnesio
Sílice
Caolín
12
Sulfato de bario
Sulfato cálcico
Mica
Todos estos pigmentos se hallan a disposición de los fabricantes de
recubrimientos de superficies en una forma relativamente pura. Bajo el
título de uno de sus componentes se examinan diversas mezclas en ciertas
proporciones normalizadas, también preparadas por los fabricantes
2.1.8 Propiedades de los Pigmentos
Las principales propiedades de los pigmentos son las siguientes:
Color básico, efecto sobre la viscosidad del vehículo, color
secundario brillo, intensidad, índice volumétrico o factor de abultamiento,
poder cubriente, fluidez y homogeneidad, forma de la partícula, sangrado,
distribución del tamaño de partícula, estabilidad al calor, a la luz, a la
humedad, a los agentes químicos, y atmosféricos, y dispersabilidad.
2.1.9 Razones para Dispersar los Pigmentos
El diámetro de las partículas de los pigmentos en especial, los que
son usados para dar cubrimiento a las pinturas son diminutos en relación
al grosor de película. El Dióxido de titanio con un tamaño de 0.2 micras,
puede ser usado en una película de 50 micras de espesor, sin embargo la
gran mayoría de pigmentos en polvo poseen agregados que son de un
diámetro muchas veces mayor al tamaño de partícula individual.
Estos agregados son creados por compactación, por cementación,
coalescencia por fusión durante la calcinación.
2.1.10 Teoría del Proceso de Dispersión
Los aglomerados de los pigmentos, pueden ser dispersados en
partículas pequeñas, idealmente en partículas primarias, la energía
mecánica tiene que ser aplicada en un orden por encima de las fuerzas de
adhesión entre las partículas. Dos condiciones tienen que darse en este
contexto.
13
Los aglomerados deben estar localizados en un punto en el
dispersador donde reciban el esfuerzo mecánico.
La tensión mecánica debe prevalecer en este punto el tiempo
suficiente para eliminar las fuerzas de adhesión entre los elementos
de los aglomerados.
El tiempo de la dispersión es largo, debe ser aplicado un alto poder
mecánico. Para mejorar la probabilidad de desintegración de los
aglomerados debe prevalecer una densidad alta de la pasta.
Esta manera de dispersar no está bien hecha pues extiende el
tiempo de dispersión en la práctica. Otra forma sin embargo de acortar el
tiempo de dispersión es aumentando el poder del dispersador sobre el
mínimo necesario.
Los dispersadores comúnmente pueden requerir perlas de vidrio, de
cerámica o de Circonio, también llamada arena de molienda, sobre todo los
dispersadores de alta velocidad. Para poder utilizar estas máquinas se
deben seguir ciertos parámetros DIN ISO 8780, y DIN ISO 8781, (Kronos,
1996).
La velocidad periférica v (m/s) del disco debe ser ajustada entre 5 y
20 m/s y se calcula con la siguiente formula:
𝑉 =(π. D. n)
60
Donde:
π = 3.1416
D = Diámetro del disco en m.
n= Velocidad (rpm) de la turbina. En adición a los parámetros geométricos, y a la velocidad periférica.
El correcto flujo de la base de molienda es también un pre requisito esencial
para tener óptimos resultados de dispersión.
14
IMAGEN N° 02
PARÁMETROS GEOMETRICOS DE LA DISPERSIÓN DE PIGMENTOS
Fuente: Catálogo Kronos
2.1.11 Resinas Acuosas Emulsionadas
Los látex acrílicos son por lo general copolímeros de acrilato de etilo
y matacrilato de metilo con pequeñas proporciones de ácido metacrílico.
Comparado con otros látex, estos monómeros polimerizan muy rápido,
solos y casi con todos los monómeros vinílicos, para formar copolímeros
de alto peso molecular con un gran porcentaje de ligaduras cruzadas.
Los más recientes látex acrílicos, son bastante complejos y
generalmente contienen otros monómeros como estireno, acrilonitrilo,
cloruro de vinilo, cloruro de vinildeno, y ésteres de alto peso molecular de
los ácidos acrílicos y metacrílico.
2.1.12 Resinas Acrílicas de Primera Generación
La resina emulsionada Encort DT-211 es 100 % acrílica, es una
resina látex de secado rápido, para fabricar pinturas para demarcación de
tráfico para líneas estándar de 15 mils de espesor de película .Este
producto está patentado por su tecnología de secado rápido, es ideal para
15
formulaciones que requieran una rápida apertura del tránsito y un
alto desarrollo de secado.
En adición este látex tiene un superior desempeño en resistencia al
agua comparándolo con otros competidores de primera generación y
secado rápido. En los exteriores presenta una muy buena adhesión en un
amplio rango de condiciones climáticas sin comprometer su desempeño.
2.1.13 Aditivos acuosos
A los recubrimientos acuosos de superficies se les añaden diversos
materiales utilizados en pequeños porcentajes para desempeñar ciertas
funciones específicas, no cumplidas por los elementos principales:
pigmentos, formadores de película, disolventes, y cosolventes.
Normalmente la cantidad de aditivo en una formulación va de 0.1 al 2 %.
2.1.13.1 Clasificación de los aditivos acuosos
Los aditivos para recubrimientos acuosos se clasifican en:
Aditivos dispersantes.
Aditivos humectantes.
Aditivos espesantes.
Aditivos antiespumantes.
Aditivos reguladores de ph.
Aditivos antiflotación.
Aditivos antifloculación.
Aditivos bactericidas.
Aditivos fungicidas.
Aditivos antisedimentantes.
Aditivos para mejorar brochabilidad.
Aditivos coalescentes.
2.1.14 Estabilización de los pigmentos en sistemas acuosos
En ciertos recubrimientos de superficies es importante la estabilidad
de envasado, durante largos periodos de tiempo, como en las pinturas de
16
venta en comercios .La mayoría de estos productos son blancos o
contienen tonos con cantidades relativamente grandes de pigmento blanco,
y tienen una considerable tendencia a transformarse en una torta dura si
sufren un prolongado almacenamiento. Los acabados del comercio se
deben formular de modo que el pigmento se mantenga en suspensión o al
menos en forma de pasta blanda y suave que se pueda remover. De otro
modo se producirá una disminución de las ventas.
Cuando mayor es la viscosidad de la pintura menor es la tendencia
de esta a sedimentarse, lo que es una razón por lo cual las pinturas se
fabrican bastante densas para ser diluidas antes de usarlas. Sin embargo
hay límites superiores prácticos para la viscosidad de envasado.
2.1.15 Nanotecnología aplicada a las pinturas de tráfico acuosas
2.1.15.1 Nanopartícula
A las nanopartículas o nanocristales se las define como partículas
microscópicas, cuyo diámetro se encuentra entre 1 -100 nm. En nuestros
días representan un campo nuevo de la Investigación.
Las partículas están clasificadas por su diámetro en:
Partículas Ultrafinas o Nanopartículas. Tienen de 1 – 100 nm.
Partículas Finas. Tienen de 100 – 2500 nm.
Partículas gruesas. Tienen de 2500 – 10000 nm.
2.1.15.2 Definición
Son partículas con cualquier forma, con dimensiones que oscilan
en el rango de 1 x 10 -9 y 1 x 10 -7 m.
Las nanopartículas de un material, poseen propiedades muy
diferentes del material grueso del mismo compuesto, tales propiedades
pueden ser:
Transparencia o turbiedad.
17
Ultrafiltración.
Dispersión estable.
Conductividad eléctrica.
Dureza.
Elasticidad.
Otras nanopartículas de dos dimensiones son los tubos y las fibras.
El motivo de la similitud en el concepto de nanopartícula y partícula
ultrafina, se debe a que entre 1970 y 1980 Estados Unidos lideraba el
estudio de las nanopartículas con ( Grangvist y Burhman), y el Japón con
(Erato) le llamaban partículas ultrafinas .
Las partículas Ultrafinas por su forma se clasifican de la siguiente
manera:
Los nanoclusters. Poseen un diámetro de partícula de 1 y 10 nm,
(Mandal, 2014) .
Los nanopolvos. Se definen como agrupaciones de unidades
primarias muy finas, (Wikipedia, 2017).
Los nanocristales. Son formaciones con dimensiones de tamaño
nanométricos, (Wikipedia, 2017).
2.1.15.3 Antecedentes
Michael Faraday definió en palabras técnicas, las cualidades
visuales de los materiales de tamaño nanométrico en el año 1875. Turner
expresaba que cuando láminas muy finas de los metales preciosos son
reunidas en la formación de un cristal y sometidas a calentamiento a una
temperatura de 500 °C, el cambio de las propiedades es apreciable. La
conclusión es que la luz natural del sol es propagada, disminuyendo su
reflejo, además la resistencia al paso de la electricidad se eleva demasiado,
(Wikipedia, 2017).
18
2.1.15.4 Descubrimiento
El inicio de la forma de pensar, para obtener las mejoras con las
investigaciones nanotecnológicas se le concede al ganador del premio
nobel Richard Feyman que en el año de 1959 expreso en una conferencia
denominada “Hay mucho espacio al final” son los fundamentos en los que
se basa la ciencia de la nanotecnología.
Sé esperó hasta el año 1981 para que se produzca la invención del
microscopio, denominado STM por parte de dos científicos: H. Rohrer, y G.
Binning, con el que es posible observar y cambiar unidades atómicas por
primera vez. Este descubrimiento les hizo obtener el premio nobel en el año
de 1986, (Wikipedia, 2017).
2.1.15.5 Uniformidad
El procedimiento químico y la forma de crear nuevos materiales de
amplia utilidad para las empresas privadas, fabriles y públicas necesitan la
utilización de resinas cerámicas, cristales cerámicos y nuevas materias
primas de elevada calidad. En cuerpos comprimidos, compuestos de
partículas muy finas, las partículas amorfas y las cenizas estándar suelen
tener formas desiguales que terminan en conjuntos de varias densidades
muy apretadas entre si, (Wikipedia, 2017).
Las cenizas monodisgregadas de sílice, pueden mantenerse
estables mucho tiempo para garantizar un elevado orden en la formación
cristalina del coloide que es el resultado de la agrupación. El nivel de
ordenamiento es reducido con el transcurso del tiempo, y el espacio para
las relaciones con un margen más extenso para ser formadas. Las
formaciones defectuosas de tamaño coloidal cristalinas son unidades
primarias de la ingeniería de los compuestos coloidales y, entonces nos
dan el inicio de una comprensión más rígida de los procedimientos que se
relacionan al desarrollo microestructural en compuestos de alto
desempeño, (Wikipedia, 2017).
19
2.1.15.6 Propiedades
Las partículas de tamaño nanométrico son de suma importancia para
la ciencia, son un enlace entre los compuestos gruesos y las formaciones
de tamaño atómico o molecular. Un compuesto granular debe poseer
cualidades físicas fijas, pero en una escala nanométrica, sus cualidades
son mejoradas, las propiedades de los compuestos varían cuando su
diámetro de partículas se acerca a la escala nanométrica y según el
porcentaje de unidades atómicas en la superficie de un compuesto se
vuelve importante, (Wikipedia, 2017).
Las nanopartículas poseen frecuentemente propiedades ópticas
inesperadas en tanto que sean lo suficientemente pequeñas al mantener
sus partículas con cargas eléctricas negativas y dar como resultado efectos
cuánticos. Las partículas nanométricas de oro hierven en temperaturas
reducidas (~300°C para 2.5 nm) mientras que los lingotes de oro lo hacen
a (1064°C); la absorción de los rayos del sol es superior en las estructuras
de partículas nanométricas que en sus capas delgadas de varias películas
del compuesto. En el uso de la energía solar (fotovoltaica y térmica), se
manipulan las dimensiones de las partículas del compuesto, y las formas
de las unidades primarias haciendo posible la absorción de la luz del sol,
(Wikipedia, 2017).
Las dispersiones de las partículas nanométricas son posibles, ya que
la interrelación de las capas superficiales de las unidades primarias con el
disolvente es lo bastante enérgico para sobrepasar los diferentes valores
de densidad, dando como resultado que un material se hunda o emerja
hasta la capa superficial de un fluido, (Wikipedia, 2017).
Se ha observado que las unidades nanométricas de óxido de zinc
tienen propiedades para filtrar las radiaciones (UV), (Díaz, 2015), si se lo
compara con su similar granular micrométrico. Este es uno de los motivos
20
por lo que es utilizado en la formulación de bloqueadores solares, y es muy
estable a la luz natural, (Wikipedia, 2017).
Cuando se adicionan las partículas nanométricas de arcilla en
estructuras poliméricas, se incrementa el refuerzo, produciendo plásticos
más fuertes, verificables con una temperatura de cambio de forma cristalina
más elevada y otros análisis de cualidades mecánicas. Estas partículas de
tamaño nanométrico son duras, y transmiten sus cualidades a la resina. Las
partículas nanométricas se han adicionado a las telas para crear ropa
inteligente y funcional, (Wikipedia, 2017).
2.1.15.7 Principales tipos de partículas
Cuatro son las principales clases, en las que en general son
clasificados los nanomateriales:
1. Materiales de bases de carbón: con formas esféricas, elipsoidales
tubulares. Sus propiedades generales son su reducido peso y su
mayor dureza, elasticidad y conductividad eléctrica.
2. Materiales de bases metálicas: pueden ser quantum dots (puntos
cuánticos o transistores de un solo electrón) o nanopartículas de oro
plata o de metales reactivos como el dióxido de titanio entre otras.
3. Dendrímeros: polímeros nanométricos construidos a modo de árbol
en el que las ramas crecen a partir de otras y así sucesivamente; las
terminaciones de cada cadena de ramas pueden diseñarse para
ejecutar funciones químicas específicas (una propiedad útil para los
procesos catalíticos).
4. Composites: combinan ciertas nanopartículas con otras o con
materiales con mayor dimensión; el caso de arcillas
nanoestructuradas es un ejemplo de uso extendido.
2.1.15.8 Síntesis
Hay diversos métodos para crear nanopartículas, incluyendo la
atricción, pirolisis y síntesis hidrotermal. En la atricción, partículas macro- o
21
micro-escala son molidas en un molino de bola planetario, u otro
mecanismo reductor de tallas. Las partículas resultantes son clasificadas
por aire en un elutriador para recuperar nanopartículas. En pirolisis, un
vapor precursor es forzado a través de un orificio en alta presión y
quemado. El sólido resultante es clasificado de aire para recuperar
partículas de óxido de los gases del producto. La pirolisis tradicional suele
resultar en agregados y aglomerados que en partículas primarias
individuales. La pirolisis en boquilla ultrasónica apoya en la prevención de
la formación de aglomerados.
En la inducción de RF, el plasma se genera con un campo
electromagnético de una bobina inductora. El gas plasma no entra en
contacto con electrodos, aunque eliminando posibles fuentes de
contaminación y permitiendo la operación de la antorcha de plasma con un
amplio espectro de compuestos gaseosos, incluidos los inocuos,
reductores, oxidantes y otros compuestos gaseosos altamente corrosivos.
Se debe trabajar con una frecuencia que oscila entre (200 kHz y 40 MHz).
Los equipos de laboratorio trabajan con una potencia de (30-50) kW, donde
los equipos de las industrias se han probado con una potencia mayor a 1
MW. El alimento cae poco a poco en el plasma, esto es importante para
que el tamaño de las gotas sean lo suficientemente pequeñas para llegar a
una evaporación completa. El método de RF ha sido usado para sintetizar
diferentes materiales de nanopartículas, por ejemplo, las nanopartículas
para cerámicas como los óxidos, carburos, nitratos de titanio y de silicio,
(Wikipedia, 2017).
2.1.15.9 Proceso de sol-gel
El proceso de sol-gel es una técnica química húmeda usada
ampliamente en las áreas de la ciencia de materiales e ingeniería cerámica.
Estos métodos son usados principalmente para la fabricación de materiales
(óxidos de metales) empezando de una solución química, que actúa como
22
el precursor de una red (gel) que integrará las partículas discretas a redes
de polímeros.
Los precursores típicos son alcóxidos y cloruros de metales, los
cuales pueden pasar por hidrólisis y reacciones de policondensación para
formar una red de un “sólido elástico” o una suspensión coloidal
(dispersión). Un sistema compuesto por partículas discretas
submicrométricas dispersado en varios grados en un fluido hospedero. La
formación de un oxido de metal involucra la conexión de los centros de los
metales con oxo (M-O-M) o puentes (M-OH-M) de hidróxido, entonces
generan metales oxo o polímeros de hidróxido de metales en una
dispersión. También, la dispersión cambia hacia la generación de una red
parecida a un gel de dos fases que está compuesta por un sólido y un
líquido cuyas formas comprenden desde unidades enteras a redes de
monómeros polimerizados, (Wikipedia, 2017).
Cuando la fracción del volumen de las unidades de un coloide es tan
reducido que una fracción importante del líquido, debe ser retirada al inicio
para que las cualidades del “gel” sean fijadas. El procedimiento más
sencillo es esperar que se produzca el asentamiento, y después retirar el
fluido restante. La centrifugación es utilizada para hacer más rápido el
proceso, (Wikipedia, 2017).
2.1.15.10 Funcionalización
La capa superficial de las partículas nanométricas es fundamental
para definir sus cualidades. Esta lámina de recubrimiento superficial puede
modificar la estabilidad, solubilidad y focalización. Un recubrimiento que es
multifuncional, proporciona una mejor apariencia. Los aceleradores
fabricados con materiales nanométricos funcionales son empleados para
aligerar las reacciones orgánicas, (Wikipedia, 2017).
23
2.1.15.11 Seguridad
Las partículas de tamaño nanométrico, exhiben probables riesgos,
médicos para el ecosistema. La causa posible de estos peligros es la
elevada relación del área con respecto al volumen, lo que produce que las
unidades nanométricas tengan un carácter reactivo y catalítico. Además
pueden atravesar los poros de las membranas celulares en organismos
vivos, y sus interrelaciones con conjuntos bióticos no son conocidas. Una
investigación actual que estudió las afectaciones de las partículas de
tamaño nanométrico del Óxido de Zinc sobre la dermis de las personas, ha
hallado diversos niveles de sensibilidad a la citotoxicidad, (Wikipedia,
2017).
El TiO2 de tamaño nanométrico es usado por varias industrias
nacionales e internacionales para la fabricación de productos.
Dependiendo del tamaño de partícula, pueden encontrarse en los
protectores solares, cosméticos, pinturas y recubrimientos. También está
siendo investigado para su uso en la eliminación de contaminantes del agua
potable, (Wikipedia, 2017).
2.2 Marco Contextual
2.2.1 Resinas Acrílicas Estirenadas de Segunda Generación
La Encort DT-250 es un látex de alto desempeño, de segunda
generación de secado rápido, designado para óptimos desarrollos de
pinturas de tráfico para aplicar líneas estándar de 15 mils de espesor de
película. Esta resina versátil puede ser aplicada a bajas temperaturas. Esta
resina de doble propósito muestra un secado rápido a alta humedad, y
suministra una superior resistencia al agua, y a la abrasión en un amplio
rango de formulaciones de pinturas de tráfico. Comparada con otras
acrílicas de primera y segunda generación tiene una muy buena
humectación de pigmentos, esta eficiencia permite una alta concentración
de pigmentos, para reducir el costo de la formula. Esta resina exhibe
24
superior durabilidad y aumenta la adhesión al concreto y a superficies de
asfalto. El (VOCs) puede ser minimizado formulando sin metanol y
reduciendo la demanda de coalescente.
IMAGEN N° 03
RESINA ACRÍLICA ESTIRENADA
Fuente: Tecnologías de pinturas y recubrimientos.
2.2.2 El Agua
Siendo el agua uno de los compuestos más sencillo de la química,
es sin embargo uno de los más complejos por sus características físico-
químicas.
En la naturaleza se presenta como es bien sabido en sus tres
formas: sólida, líquida, y gaseosa, cosa nada común en las demás
substancias.
2.2.2.1 Propiedades físicas y químicas del Agua
Punto de fusión : 0°C
Punto de ebullición : 100°C
Densidad : 1,00 g/cm3
Color : incoloro
Sabor : insípido
25
Olor : inodoro
Calor latente de fusión : 0,334 KJ/g
Calor latente de Vaporización : 2,23 KJ/g
Calor específico : 4,18 J/(gmol.°C)
2.2.3 Cosolvente
Es una sustancia química utilizada en pequeñas cantidades para
mejorar la efectividad de un solvente primario en un proceso químico.
Mezcla cosolvente:
Propilen Glicol + Agua
Agua + Etanol + Propilen Glicol
2.2.4 Proceso de fabricación de las pinturas de tráfico acuosas.
2.2.4.1 Etapas de fabricación
En el proceso de dispersión de un sólido en un líquido, tal como se
presenta en la industria de la pintura, se pueden diferenciar tres etapas:
a) La separación de los aglomerados pigmentarios.
b) La humectación de los aglomerados más pequeños o, en el caso
ideal, de las partículas individuales del pigmento por el líquido.
c) La estabilización de la dispersión.
La realización de la primera etapa es un problema mecánico, que
tiene como objeto reducir el tamaño de los aglomerados de pigmento,
romper los cristales o partículas de pigmento que en ocasiones se
cementan y distribuirlo uniformemente en el líquido. En la humectación se
desplazan los materiales que trae adsorbidos el pigmento tales como agua
o aire, por el líquido en que se efectúa la dispersión .Finalmente la
estabilización tiene como objeto impedir que las partículas dispersadas se
reaglomeren o floculen; esto se logra por la repulsión eléctrica, debido a las
cargas de la doble capa que rodea a las partículas y por la llamada
26
repulsión entrópica causadas por las moléculas de polímero adsorbido en
la superficie del pigmento.
2.2.4.2 Pre-dispersión
La pre-dispersión o mezclado es una operación básica en muchas
industrias de proceso. En la de pintura es el primer paso para lograr una
dispersión y en algunos casos es el único proceso de dispersión usado en
la fabricación de una pintura. El propósito de la operación de mezclado es:
Hacer que el vehículo humecte al pigmento produciendo un
desplazamiento del aire ocluido.
d) Efectuar la incorporación de diferentes componentes.
e) Producir una reducción inicial de los aglomerados más grandes,
acortando el tiempo de trabajo de la operación subsiguiente.
Es frecuente que en la fabricación de pintura se le preste poca
atención al paso de mezclado, sin embargo es posible elevar la eficiencia
de otro equipo de dispersión que se use, si se hace un mezclado preliminar
efectivo.
Como operación unitaria de ingeniería química, el mezclado ha
sido objeto de numerosos estudios.
2.2.4.3 Dispersión
La falta de comprensión de que el proceso de dispersión es más un
problema físico – químico que mecánico es lo que ha originado que en
nuestra industria se ofrezcan tantos equipos con muy diferentes principios
de funcionamiento y la mayoría de las veces sobre-diseñados para llevar a
cabo la misma operación .Este mismo desconocimiento de los mecanismos
básicos que influyen sobre el proceso de dispersión es lo que causa que se
ofrezcan cientos de aditivos para corregir problemas de dispersión. La
solución de los problemas de dispersión no es tener equipos de dispersión
con potencias enormes o tener un aditivo panacea, sino más bien consiste
en entender mejor el sistema pigmento – vehículo.
27
Considerando y estudiando cuidadosamente las interacciones
posibles entre cada uno de los pigmentos, resinas, agua y aditivos que
intervienen.
En la discusión de la dispersión de un pigmento o mezcla de ellos en
un vehículo, consideraremos separadamente:
El pigmento
El vehículo
El equipo
La técnica de dispersión
2.2.4.4 Completado
El proceso de dispersión va seguido de un proceso de completado
llamado también de reducción .Las bases de dispersión tienen una gran
concentración que se reduce por la adición de un vehículo de dilución
(Encort DT-250), aditivos, y disolvente (agua).La operación es
fundamentalmente una operación de mezclado producida por paletas
móviles propulsores o turbinas. Se debe tener el máximo cuidado en añadir
los vehículos o resinas, el agua, y los aditivos, en el orden conveniente y
bajo agitación para evitar la separación de los ingredientes solo
parcialmente compatibles.
2.2.4.5 Control de Calidad
El control puede definirse como el encauzamiento de los elementos
humanos o de otra naturaleza a un orden o disciplina. Llamamos calidad al
conjunto de cualidades que constituyen la manera de ser de una persona o
cosa, o sea un grado de excelencia, o la medida por la cual juzgamos la
capacidad de las cosas de satisfacer una necesidad. Control de Calidad es
el control del conjunto de cualidades que constituyen las características
físicas y químicas de un material de tal manera que el producto satisfaga
especificaciones o normas impuestas .Esta es una coordinación de
esfuerzos en la organización de manufactura, para que la producción se
28
lleve a cabo en los niveles más económicos que permitan obtener
completa satisfacción.
2.2.4.5.1 Clasificación
El control de calidad puede clasificarse de acuerdo a la parte del
proceso en que se aplica en:
1. Control de calidad de materias primas.
2. Control de calidad de productos intermedios y proceso.
3. Control de calidad de productos terminados.
2.2.4.6 Diagrama del Proceso de fabricación de la pintura de tráfico
acuosa
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN
DE LAS PINTURAS DE TRÁFICO ACUOSAS
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 1
29
TABLA N° 01
FORMULACIÓN DE LA PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA (STD) DE
CIPEQ
MATERIA PRIMA No.
Adic. PESO (kg) % % Sol.
D. (Kg/G) V. (G)
ENCORT DT-250 1 157,85 31,57% 15,79% 3,63 43,48
IPEL BP-503 2 1,50 0,30% 4,01 0,37
ANTIESPUMANTE BYK 022 3 0,70 0,14% 0,14% 3,57 0,20
KEMECAL 226-35 4 2,60 0,52% 0,18% 4,66 0,56
BERMOCOLL EBM-5500 6 0,10 0,02% 0,02% 4,46 0,02
AGUA 7 15,85 3,17% 4,00 3,96
DIOXIDO DE TITANIO TIONA 595 8 34,35 6,87% 6,87% 15,27 2,25
OMYACARB 5 9 272,75 54,55% 54,55% 10,08 27,06
TEXANOL 10 7,20 1,44% 3,53 2,04
ANTIESPUMANTE BYK 022 11 1,05 0,21% 0,21% 3,57 0,29
ALK-300 (DISAMTEX) 12 6,05 1,21% 1,21% 3,31 1,83
TOTAL 500,00 100,00% 78,97% 82,07
Fuente: Cipeq Cia. Ltda.
30
2.2.4.7 Costo de fabricación de la pintura de tráfico acuosa blanca
TABLA N° 02
COSTO DE FABRICACIÓN DE PINTURA DE TRÁFICO ESTANDAR DE
CIPEQ
MATERIA PRIMA PESO (Kg) % COSTO ($/Kg) COSTO $ TOTAL
ENCORT DT-250 157,85 31,57% 4,00 631,40
IPEL BP-503 1,50 0,30% 5,05 7,58
ANTIESPUMANTE BYK 022 0,70 0,14% 5,35 3,75
KEMECAL 226-35 2,60 0,52% 3,88 10,09
BERMOCOLL EBM-5500 0,10 0,02% 9,33 0,93
AGUA 15,85 3,17% 0,05 0,79
DIOXIDO DE TITANIO TIONA 595 34,35 6,87% 2,85 97,90
OMYACARB 5 272,75 54,55% 0,34 92,74
TEXANOL 7,20 1,44% 4,78 34,42
ANTIESPUMANTE BYK 022 1,05 0,21% 5,35 5,62
ALK-300 (DISAMTEX) 6,05 1,21% 4,54 27,47
TOTAL 500,00 100,00% 912,67
COSTO UNITARIO ($/Kg) 1,83
COSTO POR GALON ($/Gal) 11,06
COSTO POR CANECA ( 5 gal USA) 55,31
COSTO POR TAMBOR (55 gal) 608,38
Fuente: Cipeq Cia. Ltda.
2.2.4.8 Caracterización de las pinturas de tráfico acuosas
2.2.4.8.1 Viscosidad y Consistencia
La viscosidad se puede definir como la resistencia al flujo, de un
líquido simple o Newtoniano, mientras que la consistencia es la resistencia
a la deformación de un líquido complejo o no Newtoniano, pero por lo
general los dos términos se usan indistintamente para designar ambas
propiedades.
31
La unidad absoluta de la viscosidad es el poise, y es independiente
de la gravedad. Los viscosímetros de torsión o de fricción dan valores en
poises y generalmente se usan para la evaluación de materiales no
Newtonianos.
El equipo digital KU-2 proporciona una medición digital expresada
directamente en unidades Krebs (KU), y centipoise. Ello simplifica un
método de ensayo generalmente aceptado de proporcionar la lectura en
unidades Krebs con la ventaja adicional de una conversión inmediata en
centipoise del valor de la viscosidad, (BYK Gardner, 2008).
2.2.4.8.2 Contenido de sólidos
Es una de las propiedades más significativas de las pinturas de
tráfico, ya que conociendo el contenido de sólidos de un material y
manteniéndolo constante, se puede controlar fácilmente el grosor de
película seca, cualquiera que sea el método de aplicación. En algunos
acabados de tipo industrial el grosor de película seca es crítica.
El procedimiento es sencillo y solamente se debe contar con una
balanza analítica, una estufa con circulación de aire, un desecador, una
espátula metálica y una serie de tapas metálicas o papel aluminio, las
cuales se deben mantener a peso constante.
2.2.4.8.3 Poder cubriente
Se puede definir como la habilidad que presentan los acabados
orgánicos pigmentados de enmascarar por completo la superficie sobre la
cual son aplicados. Esta propiedad depende en primer lugar del tipo de
pigmento usado, y está relacionado con el índice de refracción del mismo.
El mayor poder cubriente corresponde al pigmento con el mayor
índice de refracción, o sea el Dióxido de Titanio rutilo, mientras que el
menor poder cubriente corresponde a las baritas, sílices, y tierras de
32
diatomeas, las cuales tienen un bajo índíce de refracción y están
consideradas como pigmentos inertes o cargas.
El poder cubriente depende también de otros factores tales como el
índice de refracción del vehículo, relación de pigmento a vehículo,
proporción de pigmentos en la pintura, grado de dispersión, forma y tamaño
de partícula, opacidad, absorción, color, etc.
El dibujo en negrita de la cartulina de visualización se combina con
las grandes áreas en blanco y negro de las cartulinas de opacidad. Estos
grandes sectores en blanco y negro permiten tanto las comparaciones
visuales del color como las mediciones fotométricas ya que la zona estriada
es particularmente idónea para la comparación y visualización del poder
cubriente.
En conjunto con las cartulinas de aplicación, se debe utilizar un
aplicador de acero inoxidable de 2 y 4 mls y un panel de vidrio con una
vincha sujetadora metálica.
2.2.4.8.4 Peso específico y Densidad
El peso específico de una pintura se define como la relación entre el
peso de un volumen dado de la misma y el peso de un volumen igual de
agua; mientras que la densidad es el peso por unidad de volumen. En el
sistema métrico decimal los valores del peso específico y densidad
coinciden, siempre que esta última sea expresada en gramos por
centímetro cúbico.
La determinación del peso específico constituye parte del sistema de
control de una pintura y básicamente es una comprobación de que no se
ha producido ningún error durante su proceso de fabricación. La mayoría
de especificaciones dan un límite de tolerancia y cualquier desviación del
mismo indicara un error en el proceso.
33
La temperatura a la cual se efectúan generalmente estas
determinaciones es de (20 a 25) °C, pero cualquier que esta sea debe ser
mantenida a constante con el fin de obtener resultados comparativos y que
se pueden correlacionar fácilmente entre sí.
Uno de los métodos más prácticos y más usados en laboratorios de
pintura para la determinación de densidad y peso específico es el de las
llamadas “copas de peso por galón”. Estas copas están fabricadas de acero
inoxidable, aluminio o latón niquelado y son de formas cilíndricas, con el
fondo plano y una tapa especial con un orificio en el centro.
2.2.4.8.5 Grado de dispersión o finura de molienda
Es otra de las propiedades significativas de los sistemas
pigmentados. Durante el proceso de dispersión esta determinación tiene
por objeto controlar el tamaño de las partículas del pigmento mientras que
los productos terminados es además una comprobación de que no hubo
una contaminación con materiales extraños o bien de que no se produjo un
choque al adicionar una sustancia incompatible al sistema o al no agregar
los componentes de la formulación en el orden debido, lo cual puede
producirse aglomeraciones del pigmentos.
Del grado de dispersión del pigmento depende en gran parte la
apariencia final de la película de pintura ya que a un menor tamaño de
partícula corresponde un mejor brillo y un mayor poder cubriente.
Fue el primer método desarrollado para la determinación de finura
de molienda de los pigmentos y consistía en comparar la muestra en
estudio contra una serie de estándares de diferentes finuras.
El método de Hegman (ASTM D-1210) el aparato costa de una placa
de acero templado de 17.78 cm. de largo y 6.35 cm. de ancho y 1.27 cm.
de espesor aproximadamente, en cuya superficie perfectamente pulida y
34
plana, se encuentra una canal de 13.35 cm. de largo por 1.27 cm. de ancho
en un desnivel 100 um en un extremo hasta cero en el otro.
El producto es extendido en la placa a través de una rasqueta de
8.89 cm. de largo por 3.81 cm. de ancho y 0.65 cm. de espesor cuyo dos
extremos se encuentran redondeados a un radio de 0.025 cm.
aproximadamente.
2.2.4.8.6 Grosor de película
La determinación del grosor de película es una de las pruebas
básicas de control en un laboratorio de pinturas, ya que en la mayoría de
los casos como se dijo anteriormente gran parte de las pinturas de tráfico
tales como dureza, flexibilidad, adhesión, resistencia a los agentes
químicos, etc., dependen en mayor o menor grado del grosor de película
depositado sobre el sustrato.
A su vez la determinación del grosor de película de pintura por el
usuario reviste una gran importancia por las siguientes razones:
1. En los acabados de tráfico para asegurar el máximo de calidad
del producto terminado.
2. En las pinturas con el fin de obtener la protección optima del
sustrato.
3. Para conseguir un rendimiento máximo de las pinturas unido a
una buena apariencia de la superficie pintada.
Los instrumentos de medición del espesor de capas pertenecen a
los instrumentos más importantes que se utilizan en la industria de pintura.
Generalmente, se determina la relación del espesor en seco con el espesor
en húmedo como sigue:
Película en seco = película en húmedo x % de sólidos
El modelo Positest puede emplearse, prácticamente, en cualquier
aplicación en la que participen recubrimientos no magnéticos sobre
35
substratos magnéticos, ya se trate de operaciones de laboratorio o de
producción.
2.2.4.8.7 Dureza
La definición de dureza ha provocado, en el pasado, malentendidos
en la industria de la pintura. La mayoría de los revestimientos son
viscoelásticos y, consecuentemente, sujetos a la indentacion en una cierta
extensión, Por lo tanto, DIN 55 945 define la dureza de la forma siguiente:
Dureza es la resistencia de un revestimiento a una fuerza mecánica tal
como presión, indentacion o arañazo.
Es bien sabido que a medida que avanza el “curado” de la película
de pintura ya sea por simple evaporación de agua, o polimerización de sus
componentes, el grado de dureza de la misma va aumentando hasta llegar
a un máximo que puede ser alcanzado en el término de varias semanas o
bien de unos cuantos segundos dependiendo del tipo de material y
condiciones de secado.
Esta es una de las pruebas básicas que deben ser efectuadas en
todos los laboratorios de pinturas, debiendo tener en cuenta que en la
mayoría de los casos el usuario prefiere el máximo de dureza ya que esto
representa una mejor resistencia de la película a los agentes exteriores,
pero como infortunadamente en la mayoría de los casos este aumento de
dureza va unido a la perdida de otras propiedades de la película tales como
flexibilidad, resistencia al impacto, etc., se llega fácilmente a la conclusión
de que en cada caso se debe buscar un balanceo perfecto de tales
propiedades de acuerdo con el uso específico que se le vaya a dar a la
pintura.
2.2.4.8.8 Ensayo de dureza por el procedimiento al lápiz (Wilkinson
y Gardner)
Es uno de los métodos más sencillos para la determinación de
dureza en películas de pintura y tiene la ventaja de que puede ser usado
36
sobre superficies de cualquier forma y en cualquier posición, que se
encuentran, pero desgraciadamente sus resultados se consideran
semicuantitativos ya que son difíciles de reproducir debido a que dependen
de varios factores tales como el error personal del manipulador, marca de
los lápices, forma que se le dé a la puntilla, presión ejercida sobre el lápiz
y el ángulo en el cual se mueven. Básicamente el método consiste en rayar
la superficie de pintura con lápices de diferente dureza que va de 6B hasta
9H, los cuales deben ser sostenidos en posición de escribir en un ángulo
de 45° y empujados hacia delante, ejerciendo una presión uniforme. La
graduación del lápiz que penetra la película de pintura se reporta como la
dureza del material.
2.2.4.8.9 Adhesión
Uno de los requisitos para que el comportamiento de una película de
pintura es que presente una buena adhesión al sustrato sobre el cual se
encuentre aplicada sin embargo, el criterio para la elaboración de un
material no puede ser normado exclusivamente por la adhesión sino que
esta propiedad debe ser correlacionada con otras muchas tales como la
flexibilidad, tenacidad, permeabilidad, etc.
La adhesión de una pintura depende de las fuerzas polares
desarrollada en la interface formada con el sustrato y estos a su vez
dependen de la naturaleza de los materiales formadores de la película y de
la orientación de los diferentes componentes dentro de la misma durante el
proceso de secado.
La adhesión se ve influenciada además por muchos otros factores
tales tipos de superficies, preparación de la misma, etc. Una superficie
discontinua o rugosa como la de piezas de acero vaciadas y láminas de
acero rolada en frío, o porosa como madera y yeso, proporciona un mejor
anclaje mecánico a la pintura de una superficie completamente lisa como
vidrio, lámina de acero rolada en caliente, lamina estañada de tipo
electrolítico, etc.
37
2.2.4.8.10 Método de medición de adhesión de corte enrejado
Mediante este método se determina la adherencia, realizando cortes
continuos rectangulares que llegan hasta la base, formando un enrejado.
Se puede realizar esta prueba como una ensayo Si/No. Con sistemas de
capas múltiples se puede determinar la adherencia de las diferentes capas
entre ellas.
2.2.4.8.11 Flexibilidad
Para la mayoría de los acabados del tipo industrial tales como las
pinturas de tráfico, una buena adhesión y dureza no son suficiente para
asegurar la durabilidad del sistema, sino que una propiedad adicional, la
flexibilidad, debe ser “cimentada” dentro de la formulación.
La flexibilidad es aquella propiedad que permite la deformación de la
película aplicada sin deterioro de la misma
2.2.4.8.12 Método del mandril cónico (ASTM D 522-41)
Es uno de los aparatos más prácticos para la determinación de
flexibilidad en el laboratorio de pinturas. Consiste esencialmente en una
espiga de acero de forma cónica de 22.86 cm. de largo, con un diámetro e
base de 3.85 cm. y un ápice de 0.32 cm; sostenida en forma horizontal por
soportes del mismo material y sobre la cual son dobladas las láminas de
pruebas en un ángulo de 180° por medio de una barra paralela a la
superficie del cono y accionada con una palanca la prueba en si es sencilla
pero debe ser efectuada en condiciones estándar con el fin de obtener
resultados significativos. El tipo y calibre de la lámina debe ser constantes
lo mismo que la limpieza y el tratamiento superficial de la misma. Con el fin
del grosor de la película sea uniforme se aconseja el uso de un aplicador
de cuchilla. Las condiciones de secados deben ser cuidadosamente
controladas y con objeto de reducir los factores variables al mínimo, la
temperatura y la humedad del ambiente deben ser mantenidas constante
durante la prueba lo mismo que la velocidad se efectúa el doblado.
38
A menos que se requiera otro tipo de material las láminas de prueba
deben ser de acero 19.5 x 11.43 x 0.0720 cm. de las cuales se han
eliminado los bordes.
En la norma ASTM y DIN EN ISO 6860 se describe el ensayo con
un mandril cónico o cilíndrico. El mandril cónico abarca con un único
ensayo todo un margen de diferentes grados de doblado.
2.2.4.8.13 Resistencia a la abrasión
Es obvio que la resistencia a la abrasión debe ser una característica
esencial en algunos tipos de acabados tales como las pinturas de tráfico,
pero se puede decir que la mayoría de las pinturas ya sea que se apliquen
con fines decorativos o para dar protección al sustrato deben entrar en
contacto directo con otras superficies más o menos abrasivas durante el
transcurso de su vida útil, por lo cual la determinación en el laboratorio en
la resistencia a la abrasión ósea de la habilidad para resistir el uso
mecánico es de hecho una valiosa ayuda para fijar la duración de la película
de pintura.
Esta propiedad puede ser valorada indudablemente por exámenes
periódicos del material en condiciones normales de uso, pero el tiempo
requerido para obtener resultados significativos por ese método sería
excesivo y además sería imposible tener un control exacto de la prueba,
por lo cual se han desarrollado varios métodos de laboratorio tendientes a
valorar esta propiedad.
2.2.4.8.14 Método de resistencia a la abrasión por chorro de arena
(ASTM D-968)
Es uno de los métodos más sencillos y económicos para
determinación de la resistencia a la abrasión y se usa de preferencia para
la realización de pruebas ocasionales, las cuales no justifican la inversión
de un equipo más especializado. El aparato consiste esencialmente en un
39
tubo con 1.83 m. de largo y 2.2 cm. de diámetro sostenido verticalmente
sobre un recipiente en el cual se encuentra colocada la laminilla de prueba
en un ángulo de 45°. El abrasivo es colocado en un embudo en la parte
superior del tubo y cae por gravedad a través de este sobre la superficie
pintada. El peso del abrasivo requerido, para dejar al descubierto el
substrato nos da una medida de la resistencia del material en prueba.
2.2.4.8.15 pH
El exponente del ión hidrógeno (pH) puede afectar el
comportamiento de un recubrimiento así como la reacción requerida para
darle las características adecuadas que se desean. Además, la medición
del valor pH de materias primas tales como disolventes o agua es una
buena comprobación para el control de calidad.
Un sistema de medición estándar del valor pH consta de tres
elementos:
Electrodo pH con un elemento compensador de la temperatura
Peachímetro
Estándares pH para calibración
CAPITULO III
DISEÑO METODOLÓGICO
3.1 Metodología
La metodología que se usó para poder desarrollar esta investigación
es: Experimental, Exploratoria, Cualitativa, y Cuantitativa. Es Exploratoria,
porque se basa en estudios anteriores sobre la obtención de materiales
cerámicos nanoparticulados, Es experimental, porque el método para
conseguir la mezcla de óxidos es singular, es Cualitativo porque algunas
propiedades de las pinturas van a ser determinadas con un carácter
subjetivo, es decir por simple inspección visual, y es cuantitativa porque hay
propiedades como la viscosidad, y el ph, que van a ser medidos con
equipos electrónicos digitales y modernos.
3.2 Procedimiento para fabricar la Sol-Gel (C-1)
Para elaborar la solución-gel se procedió de la siguiente manera:
1. Se pesó 118,70 g. de agua destilada de acuerdo a la fórmula en un
envase plástico de 1 litro.
2. Se colocó el envase con el agua en un dispersador a baja velocidad
(350 rpm), y se adicionó suavemente 1,30 g. del bactericida IPEL
BP-503.
3. A continuación se pesó 21,45 g. del Propilen Glicol en un vaso de
plástico, y se lo vació a la mezcla anterior.
4. Se pesó en un vaso plástico 45 g. del dispersante BYK-2010, y se lo
incorporó con sumo cuidado.
5. Para evitar la formación indeseable de espuma, se pesó 4,30 g.
del antiespumante BYK-022, y se lo mezcló lentamente.
6. Para complementar la mezcla, se pesó 4,30 g. de vinagre blanco y
luego se vertió el agente reductor hasta su completa disolución.
41
7. Acto seguido se pesó 180,05 g. de Dióxido de Titanio TIKKON TR-
33, y se lo agregó al vórtice de la mezcla.
8. Siguiendo el orden de adición de la fórmula, se pesó 120 g. de Caolín
calcinado JYCK 95 (Silicato de Aluminio), y se lo incorporó
suavemente.
9. Una vez que han sido añadidos todos los polvos, se pre-dispersó por
30 minutos, y luego se le subió la velocidad al dispersador hasta
alcanzar una velocidad de 1500 rpm, por el lapso de 1 hora, hasta
lograr una finura de 7.0 NS en el Grindómetro.
10. Al término de la dispersión se adicionó 2,15 g. del espesante
celulósico Bermocoll EBM-5500 de Akzo Nobel, y se lo agitó
vigorosamente hasta su completa disolución.
11. Para ayudar a la activación del espesante reológico, se incorporó
2,75 g. del Disacoat ALK-300 a la dispersión como un agente
alcalinizante.
12. Se enfrió el concentrado a 25 ° C, y luego se midieron las
propiedades.
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA SOL-GEL (C-1)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 2
42
3.2.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) en C-1
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 =𝑃 𝑥
𝑃. 𝑇
Donde:
P x = Es el peso de cada componente de la formulación
P.T = Es igual al peso total de la formulación.
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐷𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎 =118,70 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 23,74 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 =1,30 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,26 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛 𝐺𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 =21,45 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 4,29 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 2010 =45 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 9,00 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 =4,30 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,86 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑉𝑖𝑛𝑎𝑔𝑟𝑒 =4,30 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,86 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑖𝑂2 (𝑇𝑅 − 33) =180,05 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 36,01 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑎𝑜𝑙í𝑛 (𝐽𝑌𝐶𝐾 − 95) =120 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 24,00 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 =2,15 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,43 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 300 =2,75 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,55 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 100,00 %
3.2.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los
componentes de la formulación en C-1
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 = (% Peso 𝑥 ). (no volatiles Y𝑥)
Donde:
43
% Sol. Peso 𝑥 = Porcentaje de sólidos en peso de cada componente.
% Peso 𝑥 = Porcentaje de peso de cada componente.
No volátiles Y𝑥 = Fracción de sólidos de cada componente.
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 2010 = ( 9 % ). ( 0,4 ) = 3,60 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,86 % ). (1) = 0,86 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑉𝑖𝑛𝑎𝑔𝑟𝑒 = (0,86 %). (1) = 0,86 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑖𝑂2 (𝑇𝑅 − 33) = (36,01%). (1) = 36,01 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑎𝑜𝑙í𝑛 (𝐽𝑌𝐶𝐾 − 95) = (24%). (1) = 24,00 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 = (0,43%). (1) = 0,43 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 = (0,55%). (1) = 0,55 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 66,31 %
TABLA N° 03
FORMULACIÓN DE CONCENTRADO ACUOSO BLANCO (SOL-GEL)
(C-1)
MATERIA PRIMA No ADICIÓN PESO
(g) % PESO % SOL. PESO
AGUA DESTILADA 1 118,70 23,74%
IPEL BP-503 2 1,30 0,26%
PROPILEN GLYCOL 3 21,45 4,29%
DISPERBYK 2010 4 45,00 9,00% 3,60%
ANTIESPUMANTE BYK-022 6 4,30 0,86% 0,86%
VINAGRE BLANCO 7 4,30 0,86% 0,86% DIOXIDO DE TITANIO TR-
33 8 180,05 36,01% 36,01% CAOLIN CALCINADO JYCK 95 9 120,00 24,00% 24,00%
BERMOCOLL EBM -5500 10 2,15 0,43% 0,43%
DISACOAT ALK-300 11 2,75 0,55% 0,55%
TOTAL 500,00 100,00% 66,31%
Elaborado por: Francisco Naranjo
44
3.2.3 Materiales empleados en la práctica de Sol-Gel (C-1)
Envase plástico de 1000 ml
Dispersador de acero inoxidable con un eje.
Espátula de acero inoxidable
Beaker de 250 ml y 500 ml
Papel aluminio
Cinta mastíck
3.2.4 Equipos empleados en la práctica de Sol-Gel (C-1)
Balanza electrónica digital OHAUSS.
Taladro eléctrico de pedestal de ½ Hp.
Viscosímetro Broockfield DVE
Peachímetro digital Oackton
Picnómetro metálico.
Grindómetro de acero inoxidable
Termómetro de Mercurio.
3.2.5 Materias primas seleccionadas en la práctica de Sol-Gel
(C-1)
Las Materias primas utilizadas para la fabricación de la Sol-Gel
(C-1) son:
Agua Destilada
IPEL BP-503
Propilen Glycol
Disperbyk 2010
Antiespumante BYK-022
Vinagre Blanco
Dióxido De Titanio TR-33
Caolín Calcinado JYCK 95
Bermocoll EBM -5500
Disacoat ALK-300
45
TABLA N° 04
CARACTERIZACION DEL CONCENTRADO ACUOSO BLANCO (SOL-GEL) (C-1)
PARÁMETRO C-01
Apariencia VISCOSA
Viscosidad, Cp 32690
Color BLANCO
HEGMAN (NS) 7,5
Ph 9,74
Sedimentación NO HAY
Peso por galón (KG/GAL) 6,74
S.G. 1,78
Elaborado por: Francisco Naranjo
3.3 Procedimiento de Secado y Calcinación para la obtención
de Nanopartículas. (C-1)
Para fabricar las nanopartículas del sistema TiO2-Al2O3-SiO2, se
procedió así:
1. En un beaker de vidrio Pyrex de 500 ml, se pesó 400.06 g del sol-
gel.
2. Luego se tomó el beaker con el concentrado y se lo introdujo en una
estufa Binder. a una temperatura de 150 °C, por el lapso de 1 hora.
46
3. Posteriormente se subió la temperatura de la estufa eléctrica hasta
300 °C, por el lapso de 1 hora, hasta la completa evaporación de los
líquidos del sol-gel blanco.
4. Agotado el tiempo de secado, se bajó la temperatura de la estufa
hasta 25 °C, y se procedió a apagar la estufa.
5. Al siguiente día se extrajo del interior de la estufa el beaker con el
material pigmentario seco.
6. Se procedió a pesar el beaker con el material seco, y luego se lo
colocó en un envase plástico de 250 ml con tapa rosca, y se lo
etiquetó para su posterior traslado.
7. Se llevó la muestra seca al laboratorio del Instituto de
Investigaciones Tecnológicas, y se lo colocó en 3 cápsulas de
porcelana.
8. A continuación se colocaron las cápsulas con el material seco en
una mufla Thermolyne Furnace 114300, y se subió la temperatura
de este equipo hasta llegar a 550 °C, por el lapso de 2 horas.
9. Concluido el tiempo de calcinación, se bajó la temperatura de la
mufla hasta temperatura ambiente, y se apagó el equipo, dejando la
muestra seca en su interior hasta el siguiente día.
10. Se abrió la mufla, y de su interior se extrajeron las tres cápsulas con
el material producto de la calcinación, y se lo vació en un envase
plástico transparente con tapa rosca, y se lo etiquetó para su traslado
al laboratorio de control de calidad de Cipeq.
11. Una vez que arribó la muestra seca producto de la calcinación, se
procedió a vaciar el contenido del envase plástico en un beaker de
250 ml, para pesarlo en una balanza electrónica Ohauss.
12. Después el beaker con el polvo calcinado fue introducido en un
desecador de vidrio para eliminar posibles rastros de humedad.
13. Al siguiente día se sacó del interior del desecador, el vaso con el
polvo seco y se lo pesó, para luego calcular el % de humedad
existente en dicha muestra.
47
DIAGRAMA DEL PROCESO DE CALCINACIÓN Y SECADO
PARA LA OBTENCIÓN DE NANOPARTÍCULAS (C-01)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 3
48
3.3.1 Datos experimentales y Balances de materia
3.3.1.1 Etapa de secado en la estufa
Los datos que se recopilaron producto de la práctica son los
siguientes:
Peso de beaker (500 ml) vacío = 189.49 g
Peso de la sol - gel = 400.06 g
Peso de beaker + sol-gel = 589.54 g
Color de la sol – gel = Blanco
Temperatura de secado (T1) = 150 °C
Tiempo de secado (t 1) = 60 min
Peso de beaker + peso seco = 579.82 g
Balance de materia en la estufa a 150 °C:
(Peso de beaker + sol-gel) – (Peso de beaker + peso seco) = Mat.Evap.
589.54 g – 579.82 g = 9.72 g
% Evap. = (Mat. Evap / Peso de sol-gel) *100
% Evap. = (9.72 g / 400.06 g) *100 = 2.43 %
Tiempo de transición (ts) de Temp. (150 – 300) °C = 45 min
Temperatura de secado (T2) = 300 °C
Tiempo de secado (t 2) = 60 min
Peso de beaker (500 ml) + peso seco = 453.53 g
Color de la materia seca = crema
Balance de materia en la estufa a 300 °C:
(Peso de beaker + sol-gel) – (Peso de beaker + peso seco) = Mat.Evap.
589.54 g - 453.53 g = 136.01 g
% Evap. = (Mat. Evap/ Peso de sol-gel) *100
% Evap. = (136.01 g / 400.06 g) *100 = 26.41 %
(Peso de beaker + Peso seco) – Peso de beaker vacío = Peso seco
453.53 g – 189.49 g = 264.04 g
49
3.3.1.2 Etapa de calcinado en la mufla
Los datos que se obtuvieron durante el proceso fueron los
siguientes:
Peso seco de estufa = 264.04 g
Temperatura de calcinación = 550 °C
Tiempo de transición de Temp. (0 – 550) °C = 30 min
Tiempo de calcinación = 120 min
Peso de cenizas = 244.94 g
Color de cenizas = Blanco
Balance de materia en la mufla a 550 °C:
Peso seco de estufa – Peso de cenizas = Materia Orgánica calcinada
264.04 g – 244.94 g = 19.1 g
% de Cenizas = (Peso de cenizas/Peso seco) * 100
% de Cenizas = (244.94 g / 264.04 g) * 100
% de Cenizas = 92.77 %
3.3.1.3 Etapa de Desecado
Los datos que se tomaron fueron:
Temperatura ambiente = 25 °C
Tiempo en el desecador = 24 horas
(Peso de cenizas + beaker) P1 = 364.23 g
(Peso de cenizas + beaker) P2 = 363.75 g
Balance de materia en el desecador:
Peso de humedad = PI – P2
Peso de Humedad = 364.23 g – 363.75 g = 0.48 g
Peso de ceniza = 174.74 g
% de Humedad = (Peso de humedad / Peso de ceniza) * 100
% de Humedad = (0.48 g / 174.74 g) *100
% de Humedad = 0.28 %
50
3.3.2 Materiales empleados para el proceso de Secado y
Calcinación de C-1
Beaker de vidrio Pyrex de 500 ml
Envase de plástico de 250 ml
Espátula de acero inoxidable.
Tres Cápsulas de porcelanas pequeñas.
Desecador
Papel aluminio
3.3.3 Equipos utilizados en el proceso de Secado y Calcinación
de (C-1)
Balanza electrónica.
Estufa eléctrica Binder.
Mufla eléctrica Thermolyne Furnace 114300.
3.4 Proceso de fabricación de la pintura de tráfico acuosa (E-1)
Para fabricar el ensayo de la pintura de tráfico acuosa se procedió
de la siguiente manera:
1. Se utilizó un envase metálico de un litro, para pesar 157,85 g. de la
resina Encort DT-250.
2. A continuación, se tomó el envase con la resina y se lo colocó en un
taladro de pedestal, que está provisto de un dispersador de acero
inoxidable.
3. Se pesó 1,50 g. del bactericida IPEL 503, y se lo adicionó sobre la
resina, con una agitación suave (350 – 500) rpm.
4. Luego se procedió a pesar 0,70 g. del aditivo antiespumante
siliconado BYK-022, y se lo agregó a la mezcla anterior.
5. Siguiendo el orden de adición de la formula, se pesó 2,60 g. del
dispersante KEMECAL 226-35, y se lo vertió en el vórtice del seno
de la mezcla liquida, hasta su completa disolución.
6. Luego se pesó 15,85 g. de agua, en un vaso de plástico desechable
de 200 ml.
51
7. Se utilizó un pedazo de cartulina, para pesar 0,1 g. del espesante
celulósico en polvo Bermocoll EBM-5500 de Akzo Nobel en el (E-1).
8. Se vació el Bermocoll sobre el vaso con agua, y con la ayuda de una
espátula de acero inoxidable se lo humectó, para posteriormente
adicionarlo a la mezcla.
9. Una vez comprobado que el espesante se ha disuelto
completamente, sin dejar grumos palpables al tacto, se pesó 34,35
g. del sistema (S-1) nano particulado (TiO2-Al2O3-SiO2), en un vaso
de plástico seco, y con mucho cuidado se lo adicionó sobre la mezcla
de resina y aditivos.
10. Se cogieron dos vasos de plástico desechables, para pesar 272,75
g. el OMYACARB 5, para luego introducirlo lentamente y con
agitación constante a la dispersión pigmentaria.
11. Terminada la adición de las cargas micronizadas, se aseguró el
envase metálico firmemente con una cinta de papel, y se incrementó
la velocidad del taladro moviendo las bandas de caucho de las
poleas, hasta conseguir una velocidad de dispersión que oscile entre
(1500 – 1700) rpm, por un periodo de tiempo de 30 minutos.
12. Con la ayuda de un medidor de finura o molienda, se comprobó que
la dispersión de pigmentos estaba lista.
13. Se procedió a la fase del completado de la pintura, para lo cual se
pesó 7,20 g. del Texanol, la segunda parte del antiespumante 1,05
g. y se pesaron 6,05 g. del alcalinizante ALK-300 de Disamtex.
14. Se redujo la velocidad del motor del taladro dispersador, a una
velocidad suave de 350 rpm, y se adicionaron los aditivos restantes
previamente pesados con mucho cuidado de no derramarlos , ni de
producir incompatibilidades con la resina
15. Se dejó homogenizar la pintura por el lapso de 10 minutos. Luego
se la retiró de la máquina y se la colocó en un recipiente plástico con
agua, para llevarla a una temperatura de 25 °C.
16. Una vez fría la pintura, se le hicieron los controles de calidad
necesarios para caracterizarla.
52
3.4.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) de la pintura de tráfico
(E-1)
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 =𝑃 𝑥
𝑃. 𝑇
Donde:
P x = Es el peso de cada componente de la formulación
P.T = Es igual al peso total de la formulación.
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 =157,85 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 31,57 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 =1,50 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,30 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 =0,70 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,14 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 =2,60 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,52 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 =0,10 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,02 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻2𝑂 =15,85 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 3,17 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. =34,35 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 6,87 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 =272,75 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 54,55 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜𝑙 =7,20 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 1,44 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 =1,05 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,21 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 =6,05 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 1,21 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 100,00 %
53
3.4.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los
componentes de la formulación de la pintura de tráfico
acuosa (E-1)
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 = (% Peso 𝑥 ). (no volatiles Y𝑥)
Donde:
% Sol. Peso 𝑥 = Porcentaje de sólidos en peso de cada componente.
% Peso 𝑥 = Porcentaje de peso de cada componente.
No volátiles Y𝑥 = Fracción de sólidos de cada componente.
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 = ( 31,57 % ). ( 0,5 ) = 15,79 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,14 % ). (1) = 0,14 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 = (0,52 %). (0,34) = 0,18 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 = (0,02%). (1) = 0,02 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. = (6,87%). (1) = 6,87 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 = (54,55%). (1) = 54,55 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,21%). (1) = 0,21 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 = (1,21%). (1) = 1,21 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 78,97 %
3.4.3 Cálculos de los volúmenes de los componentes de la
pintura de tráfico acuosa (E-1)
𝑉𝑥 (𝐺) =𝑃𝑥
𝐷𝑥
Donde:
𝑉𝑥 (𝐺) = Volumen del componente 𝑥 en galones (G).
P𝑥 = Peso del componente 𝑥 en kilos (Kg).
D𝑥 = Densidad del componente 𝑥 en (kg/G)
54
𝑉. 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 = 157,85 Kg
3,63𝑘𝑔𝐺
= 43,48 𝐺
𝑉. 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 = 1,50 Kg
4,01𝑘𝑔𝐺
= 0,37 𝐺
𝑉. 𝐵𝑌𝐾 022 = 0,70 Kg
3,57𝑘𝑔𝐺
= 0,20 𝐺
𝑉. 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 = 2,60 Kg
4,66𝑘𝑔𝐺
= 0,56 𝐺
𝑉. 𝐸𝐵𝑀 5500 = 0,1 Kg
4,46𝑘𝑔𝐺
= 0,02 𝐺
𝑉. 𝐻2𝑂 = 15,85 Kg
4,00𝑘𝑔𝐺
= 3,96 𝐺
𝑉. 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. = 34,35 Kg
8,78𝑘𝑔𝐺
= 3,91 𝐺
𝑉. 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 = 272,75 Kg
10,08𝑘𝑔𝐺
= 27,06 𝐺
𝑉. 𝑇𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜𝑙 = 7,20 Kg
3,53𝑘𝑔𝐺
= 2,04 𝐺
𝑉. 𝐵𝑌𝐾 022 = 1,05 Kg
3,57𝑘𝑔𝐺
= 0,29 𝐺
𝑉. 𝐴𝐿𝐾 300 = 6,05 Kg
3,31𝑘𝑔𝐺
= 1,83 𝐺
𝑉. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 83,73 G
55
TABLA N° 05
FORMULACIÓN DE PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA BLANCA (E-1)
MATERIA PRIMA No
ADIC. PESO (g)
(Kg) % % SOL. D(Kg/G) V(G)
ENCORT DT-250 1 157,85 31,57% 15,79% 3,63 43,48
IPEL BP-503 2 1,50 0,30% 4,01 0,37
ANTIESPUMANTE BYK 022 3 0,70 0,14% 0,14% 3,57 0,20
KEMECAL 226-35 4 2,60 0,52% 0,18% 4,66 0,56
BERMOCOLL EBM-5500 6 0,10 0,02% 0,02% 4,46 0,02
AGUA 7 15,85 3,17% 4,00 3,96
(S-1).(TIO2-AL2O3-SiO2) 8 34,35 6,87% 6,87% 8,78 3,91
OMYACARB 5 9 272,75 54,55% 54,55% 10,08 27,06
TEXANOL 10 7,20 1,44% 3,53 2,04
ANTIESPUMANTE BYK 022 11 1,05 0,21% 0,21% 3,57 0,29
ALK-300 (DISAMTEX) 12 6,05 1,21% 1,21% 3,31 1,83
TOTAL 500,00 100,00% 78,97% 83,73
Elaborado por: Francisco Naranjo
3.4.4 Materiales empleados en la formulación de pintura de tráfico
acuosa (E-1)
Envase plástico de 1000 ml
Dispersador de acero inoxidable con un eje.
Espátula de acero inoxidable
Beaker de 250 ml
Papel aluminio
Cinta mastíck
Cartulinas de aplicación.
3.4.5 Equipos empleados en la formulación de pintura de tráfico
acuosa (E-1)
Balanza electrónica digital OHAUSS.
Taladro eléctrico de pedestal de ½ Hp.
Viscosímetro Broockfield DVE
Peachímetro digital Oackton.
Picnómetro metálico.
Aplicador de película de pintura de acero inoxidable.
56
Grindómetro de acero inoxidable
Termómetro de Mercurio.
3.4.6 Materias primas seleccionadas en la formulación de pintura
de tráfico acuosa (E-1)
Las Materias primas utilizadas para la fabricación de pintura de
tráfico acuosa (E-1) son:
Encort DT-250
IPEL BP-503
Antiespumante BYK 022
Kemecal 226-35
Bermocoll EBM-5500
Agua
Sist. (S-1) (TIO2-AL2O3-SiO2)
OMYACARB 5
Texanol
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN
DE UNA PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA (E-1)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 4
57
3.5 Procedimiento para fabricar la Sol-Gel (C-2)
Para elaborar la solución-gel (C-2) se procedió de la siguiente
manera:
1. Se pesó 126,70 g. de agua destilada de acuerdo a la fórmula en un
envase plástico de 1 litro.
2. Se colocó el envase con el agua en un dispersador a baja velocidad
(350 rpm), y se adicionó suavemente 28,95 g. de Tripolifosfato De
Sodio, hasta su completa disolución.
3. A continuación se pesó 1,25 g. del bactericida IPEL BP-503 y se lo
adiciono a la mezcla anterior.
4. Se pesó en un vaso plástico 20,70 g. de Propilen Glicol, y se lo
incorporó con sumo cuidado.
5. Se pesó 20,20 g. del dispersante Kemecal 226-35 y se lo incorporó
hasta su completa homogenización en la mezcla.
6. Para evitar la formación indeseable de espuma, se pesó 4,15 g. del
antiespumante BYK-022, y se lo mezcló lentamente.
7. Para complementar la mezcla, se pesó 4,15 g. de Ácido Cítrico
hasta su completa disolución.
8. Acto seguido se pesó 260,60 g. de Dióxido de Titanio TIKKON TR-
33, y se lo agregó al vórtice de la mezcla.
9. Siguiendo el orden de adición de la fórmula, se pesó 28,95 g. de
Caolín calcinado JYCK 95 (Silicato de Aluminio), y se lo incorporó
suavemente a la dispersión.
10. Una vez que han sido añadidos todos los polvos, se pre-dispersó por
30 minutos, y luego se le subió la velocidad al dispersador hasta
alcanzar una velocidad de 1500 rpm, por el lapso de 1 hora, hasta
lograr una finura de 7.0 NS en el Grindómetro.
11. Al término de la dispersión se adicionó 0,20 g. del espesante
celulósico Bermocoll EBM-5500 de Akzo Nobel, y se lo agitó
vigorosamente hasta su completa disolución.
12. Para ayudar a la activación del espesante reológico, se incorporó
4,15 g. del Amino APR a la dispersión como un agente alcalinizante.
58
13. Se enfrió el concentrado a 25 ° C, y luego se midieron las
propiedades.
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE LA SOL-GEL (C-2)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 5
3.5.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) en C-2
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 =𝑃 𝑥
𝑃. 𝑇
Donde:
P x = Es el peso de cada componente de la formulación
P.T = Es igual al peso total de la formulación.
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑢𝑎 𝐷𝑒𝑠𝑡𝑖𝑙𝑎𝑑𝑎 =126,70 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 25,34 %
59
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑟𝑖𝑝𝑜𝑙𝑖𝑓. 𝑁𝑎 =28,95 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 5,79 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 503 =1,25 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,25 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑃𝑟𝑜𝑝𝑖𝑙𝑒𝑛 𝐺𝑙𝑖𝑐𝑜𝑙 =20,70 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 4,14 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 =20,20 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 4,04 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 =4,15 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,83 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝐶í𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 =4,15 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,83 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑖𝑂2 (𝑇𝑅 − 33) =260,60 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 52,12 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑎𝑜𝑙𝑖𝑛 𝐽𝐼𝐶𝐾95 =28,95 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 5,79 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 =0,20 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,04 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑚𝑖𝑛𝑜 𝐴𝑃𝑅 =4,15 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,83 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 100,00 %
3.5.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los
componentes de la formulación en (C-2)
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 = (% Peso 𝑥 ). (no volatiles Y𝑥)
Donde:
% Sol. Peso 𝑥 = Porcentaje de sólidos en peso de cada componente.
% Peso 𝑥 = Porcentaje de peso de cada componente.
No volátiles Y𝑥 = Fracción de sólidos de cada componente.
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑟𝑖𝑝𝑜𝑙𝑖𝑓. 𝑁𝑎 = ( 5,79 % ). ( 1 ) = 5,79 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 = (4,04 % ). (0,4) = 1,62 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 = (0,83 %). (1) = 0,83 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑐𝑖𝑑𝑜 𝐶í𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 = (0,83%). (1) = 0,83 %
60
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑖𝑂2 (𝑇𝑅33) = (52,12%). (1) = 52,12 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑎𝑜𝑙í𝑛 𝐽𝐼𝐶𝐾 95 = (5,79%). (1) = 5,79 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 − 5500 = (0,04%). (1) = 0,04 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑚𝑖𝑛𝑜 𝐴𝑃𝑅 = (0,83%). (1) = 0,83 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 62,06 %
TABLA N° 06
FORMULACIÓN DE CONCENTRADO ACUOSO BLANCO
(SOL-GEL) C-2
MATERIA PRIMA No. Adic. PESO (g) % % SOL.
AGUA DESTILADA 1 126,70 25,34%
TRIPOLIFOSFATO DE SODIO 2 28,95 5,79% 5,79%
IPEL BP-503 3 1,25 0,25%
PROPILEN GLYCOL 4 20,70 4,14%
KEMECAL 5 20,20 4,04% 1,62%
ANTIESPUMANTE BYK-022 6 4,15 0,83% 0,83%
ACIDO CITRICO 7 4,15 0,83% 0,83%
DIOXIDO DE TITANIO TR-33 8 260,60 52,12% 52,12%
CAOLIN CALCINADO JYCK 95 9 28,95 5,79% 5,79%
BERMOCOLL EBM -5500 10 0,20 0,04% 0,04%
AMINO APR 11 4,15 0,83% 0,83%
TOTAL 500,00 100,00% 62,06%
Elaborado por: Francisco Naranjo
3.5.3 Materiales empleados en la práctica de Sol-Gel (C-2)
Envase plástico de 1000 ml
Dispersador de acero inoxidable con un eje.
Espátula de acero inoxidable
Beaker de 250 ml y 500 ml
Papel aluminio
Cinta mastíck
3.5.4 Equipos empleados en la práctica de Sol-Gel (C-2)
Balanza electrónica digital OHAUSS.
Taladro eléctrico de pedestal de ½ Hp.
Viscosímetro Broockfield DVE
61
Peachímetro digital Oackton
Picnómetro metálico.
Termómetro de Mercurio.
3.5.5 Materia prima seleccionada para la fabricación de la Sol-Gel
(C-2)
Agua Destilada
Tripolifosfato De Sodio
IPEL BP-503
Propilen Glycol
Kemecal
Antiespumante BYK-022
Ácido Cítrico
Dióxido De Titanio TR-33
Caolín Calcinado JYCK 95
Bermocoll EBM -5500
Amino APR
TABLA N° 07
CARACTERIZACION DEL CONCENTRADO ACUOSO BLANCO (SOL-GEL) (C-2)
PARÁMETRO C-02
Apariencia VISCOSA
Viscosidad, Cp 15600
Color BLANCO
HEGMAN (NS) 7,5
Ph 8,76
Sedimentación NO HAY
Peso por galón (KG/GAL) 7,11
S.G. 1,88 Elaborado por: Francisco Naranjo
3.6 Procedimiento de Secado y Calcinación para la obtención
de Nanopartículas. (C-2)
Para fabricar las nanopartículas del sistema TiO2-Al2O3-SiO2, se procedió
así:
62
1. En un beaker de vidrio Pyrex de 500 ml, se pesó 400.06 g del sol-
gel (C-2).
2. Luego se tomó el beaker con el concentrado y se lo introdujo en una
estufa Binder. a una temperatura de 150 °C, por el lapso de 1 hora.
3. Posteriormente se subió la temperatura de la estufa eléctrica hasta
300 °C, por el lapso de 1 hora, hasta la completa evaporación de los
líquidos del sol-gel blanco.
4. Agotado el tiempo de secado, se bajó la temperatura de la estufa
hasta 25 °C, y se procedió a apagar la estufa.
5. Al siguiente día se extrajo del interior de la estufa el beaker con el
material pigmentario seco.
6. Se procedió a pesar el beaker con el material seco, y luego se lo
colocó en un envase plástico de 250 ml con tapa rosca, y se lo
etiquetó para su posterior traslado.
7. Se llevó la muestra seca al laboratorio del Instituto de
Investigaciones Tecnológicas, y se lo colocó en 3 cápsulas de
porcelana.
8. A continuación se colocaron las cápsulas con el material seco en
una mufla Thermolyne Furnace 114300, y se subió la temperatura
de este equipo hasta llegar a 550 °C, por el lapso de 2 horas.
9. Concluido el tiempo de calcinación, se bajó la temperatura de la
mufla hasta temperatura ambiente, y se apagó el equipo, dejando la
muestra seca en su interior hasta el siguiente día.
10. Se abrió la mufla, y de su interior se extrajeron las tres cápsulas con
el material producto de la calcinación, y se lo vació en un envase
plástico transparente con tapa rosca, y se lo etiquetó para su traslado
al laboratorio de control de calidad de Cipeq.
11. Una vez que arribó la muestra seca producto de la calcinación, se
procedió a vaciar el contenido del envase plástico en un beaker de
250 ml, para pesarlo en una balanza electrónica Ohauss.
63
12. Después el beaker con el polvo calcinado fue introducido en un
desecador de vidrio para eliminar posibles rastros de humedad.
13. Al siguiente día se sacó del interior del desecador, el vaso con el
polvo seco y se lo pesó, para luego calcular el % de humedad
existente en dicha muestra.
DIAGRAMA DEL PROCESO DE CALCINACIÓN Y SECADO
PARA LA OBTENCIÓN DE NANOPARTÍCULAS (C-02)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 6
64
3.6.1 Datos experimentales y Balances de materia (C-02)
3.6.1.1 Etapa de secado en la estufa
Los datos que se recopilaron producto de la práctica son los
siguientes:
Peso de beaker (500 ml) vacío = 189.49 g
Peso de la sol - gel (C-02) = 400.06 g
Peso de beaker + sol-gel (C-02) = 589.54 g
Color de la sol – gel (C-02) = Blanco
Temperatura de secado (T1) = 150 °C
Tiempo de secado (t 1) = 60 min
Peso de beaker + peso seco (C-02) = 578.02 g
Balance de materia en la estufa a 150 °C:
(Peso de beaker + sol-gel C-02) – (Peso de beaker + peso seco(C-02)) =
Mat.Evap.
589.54 g – 578.02 g = 11.52 g
% Evap. = (Mat. Evap / Peso de sol-gel) *100
% Evap. = (11.52 g / 400.06 g) *100 = 2.89 %
Tiempo de transición (ts) de Temp. (150 – 300) °C = 45 min
Temperatura de secado (T2) = 300 °C
Tiempo de secado (t 2) = 60 min
Peso de beaker (500 ml) + peso seco = 453.53 g
Color de la materia seca = crema
Balance de materia en la estufa a 300 °C:
(Peso de beaker + sol-gel) – (Peso de beaker + peso seco) = Mat.Evap.
589.54 g - 453.53 g = 136.01 g
% Evap. = (Mat. Evap/ Peso de sol-gel) *100
% Evap. = (136.01 g / 400.06 g) *100 = 26.41 %
65
(Peso de beaker + Peso seco) – Peso de beaker vacío = Peso seco
453.53 g – 189.49 g = 264.04 g
3.6.1.2 Etapa de calcinado en la mufla
Los datos que se obtuvieron durante el proceso fueron los
siguientes:
Peso seco de estufa = 264.04 g
Temperatura de calcinación = 550 °C
Tiempo de transición de Temp. (0 – 550) °C = 30 min
Tiempo de calcinación = 120 min
Peso de cenizas = 245.01 g
Color de cenizas = Blanco
Balance de materia en la mufla a 550 °C:
Peso seco de estufa – Peso de cenizas = Materia Orgánica calcinada
264.04 g – 245.01 g = 19.03 g
% de Cenizas = (Peso de cenizas/Peso seco) * 100
% de Cenizas = (245.01 g / 264.04 g) * 100
% de Cenizas = 92.79 %
3.6.1.3 Etapa de Desecado
Los datos que se tomaron fueron:
Temperatura ambiente = 25 °C
Tiempo en el desecador = 24 horas
(Peso de cenizas + beaker) P1 = 364.23 g
(Peso de cenizas + beaker) P2 = 363.59 g
Balance de materia en el desecador:
Peso de humedad = PI – P2
Peso de Humedad = 364.23 g – 363.59 g = 0.64 g
Peso de ceniza = 174.74 g
66
% de Humedad = (Peso de humedad / Peso de ceniza) * 100
% de Humedad = (0.64 g / 174.74 g) *100
% de Humedad = 0.37 %
3.6.2 Materiales empleados para el proceso de Secado y
Calcinación de (C-2)
Beaker de vidrio Pyrex de 500 ml
Envase de plástico de 250 ml
Espátula de acero inoxidable.
Tres Cápsulas de porcelanas pequeñas.
Desecador
Papel aluminio
3.6.3 Equipos utilizados en el proceso de Secado y Calcinación
de (C-2)
Balanza electrónica.
Estufa eléctrica Binder.
Mufla eléctrica Thermolyne Furnace 114300.
3.7 Proceso de fabricación de la pintura de tráfico acuosa (E-2)
Para fabricar el ensayo de la pintura de tráfico acuosa se procedió
de la siguiente manera:
1. Se utilizó un envase metálico de un litro, para pesar 157,85 g. de la
resina Encort DT-250.
2. A continuación, se tomó el envase con la resina y se lo colocó en un
taladro de pedestal, que está provisto de un dispersador de acero
inoxidable.
3. Se pesó 1,50 g. del bactericida IPEL 503, y se lo adicionó sobre la
resina, con una agitación suave (350 – 500) rpm.
4. Luego se procedió a pesar 0,70 g. del aditivo antiespumante
siliconado BYK-022, y se lo agregó a la mezcla anterior.
67
5. Siguiendo el orden de adición de la formula, se pesó 2,60 g. del
dispersante KEMECAL 226-35, y se lo vertió en el vórtice del seno
de la mezcla liquida, hasta su completa disolución.
6. Luego se pesó 15,85 g. de agua, en un vaso de plástico desechable
de 200 ml.
7. Se utilizó un pedazo de cartulina, para pesar 0,1 g. del espesante
celulósico en polvo Bermocoll EBM-5500 de Akzo Nobel en el (E-2).
8. Se vació el Bermocoll sobre el vaso con agua, y con la ayuda de una
espátula de acero inoxidable se lo humectó, para posteriormente
adicionarlo a la mezcla.
9. Una vez comprobado que el espesante se ha disuelto
completamente, sin dejar grumos palpables al tacto, se pesó 34,35
g. del sistema (S-2) nano particulado (TiO2-Al2O3-SiO2), en un vaso
de plástico seco, y con mucho cuidado se lo adicionó sobre la mezcla
de resina y aditivos.
10. Se cogieron dos vasos de plástico desechables, para pesar 272,75
g. el OMYACARB 5, para luego introducirlo lentamente y con
agitación constante a la dispersión pigmentaria.
11. Terminada la adición de las cargas micronizadas, se aseguró el
envase metálico firmemente con una cinta de papel, y se incrementó
la velocidad del taladro moviendo las bandas de caucho de las
poleas, hasta conseguir una velocidad de dispersión que oscile entre
(1500 – 1700) rpm, por un periodo de tiempo de 30 minutos.
12. Con la ayuda de un medidor de finura o molienda, se comprobó que
la dispersión de pigmentos estaba lista.
13. Se procedió a la fase del completado de la pintura, para lo cual se
pesó 7,20 g. del Texanol, la segunda parte del antiespumante 1,05
g. y se pesaron 6,05 g. del alcalinizante ALK-300 de Disamtex.
14. Se redujo la velocidad del motor del taladro dispersador, a una
velocidad suave de 350 rpm, y se adicionaron los aditivos restantes
previamente pesados con mucho cuidado de no derramarlos , ni de
producir incompatibilidades con la resina
68
15. Se dejó homogenizar la pintura por el lapso de 10 minutos. Luego
se la retiró de la máquina y se la colocó en un recipiente plástico con
agua, para llevarla a una temperatura de 25 °C.
16. Una vez fría la pintura, se le hicieron los controles de calidad
necesarios para caracterizarla.
3.7.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) de la pintura de tráfico
(E-2)
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 =𝑃 𝑥
𝑃. 𝑇
Donde:
P x = Es el peso de cada componente de la formulación
P.T = Es igual al peso total de la formulación.
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 =157,85 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 31,57 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 =1,50 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,30 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 =0,70 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,14 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 =2,60 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,52 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 =0,10 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,02 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐻2𝑂 =15,85 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 3,17 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (S − 2) =34,35 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 6,87 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 =272,75 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 54,55 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜𝑙 =7,20 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 1,44 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 =1,05 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,21 %
69
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 =6,05 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 1,21 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 100,00 %
3.7.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los
componentes de la formulación de la pintura de tráfico
acuosa (E-2)
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 = (% Peso 𝑥 ). (no volatiles Y𝑥)
Donde:
% Sol. Peso 𝑥 = Porcentaje de sólidos en peso de cada componente.
% Peso 𝑥 = Porcentaje de peso de cada componente.
No volátiles Y𝑥 = Fracción de sólidos de cada componente.
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 = ( 31,57 % ). ( 0,5 ) = 15,79 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,14 % ). (1) = 0,14 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 = (0,52 %). (0,34) = 0,18 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝐵𝑀 5500 = (0,02%). (1) = 0,02 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (𝑆 − 2) = (6,87%). (1) = 6,87 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 = (54,55%). (1) = 54,55 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,21%). (1) = 0,21 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 = (1,21%). (1) = 1,21 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 78,97 %
3.7.3 Cálculos de los volúmenes de los componentes de la
pintura de tráfico acuosa (E-2)
𝑉𝑥 (𝐺) =𝑃𝑥
𝐷𝑥
Donde:
𝑉𝑥 (𝐺) = Volumen del componente 𝑥 en galones (G).
P𝑥= Peso del componente 𝑥 en kilos (Kg).
D𝑥= Densidad del componente 𝑥 en (kg/G)
70
𝑉. 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 = 157,85 Kg
3,63𝑘𝑔𝐺
= 43,48 𝐺
𝑉. 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 = 1,50 Kg
4,01𝑘𝑔𝐺
= 0,37 𝐺
𝑉. 𝐵𝑌𝐾 022 = 0,70 Kg
3,57𝑘𝑔𝐺
= 0,20 𝐺
𝑉. 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 = 2,60 Kg
4,66𝑘𝑔𝐺
= 0,56 𝐺
𝑉. 𝐸𝐵𝑀 5500 = 0,1 Kg
4,46𝑘𝑔𝐺
= 0,02 𝐺
𝑉. 𝐻2𝑂 = 15,85 Kg
4,00𝑘𝑔𝐺
= 3,96 𝐺
𝑉. 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (𝑆 − 2) = 34,35 Kg
13,46𝑘𝑔𝐺
= 2,55 𝐺
𝑉. 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 = 272,75 Kg
10,08𝑘𝑔𝐺
= 27,06 𝐺
𝑉. 𝑇𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜𝑙 = 7,20 Kg
3,53𝑘𝑔𝐺
= 2,04 𝐺
𝑉. 𝐵𝑌𝐾 022 = 1,05 Kg
3,57𝑘𝑔𝐺
= 0,29 𝐺
𝑉. 𝐴𝐿𝐾 300 = 6,05 Kg
3,31𝑘𝑔𝐺
= 1,83 𝐺
𝑉. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 82,37 G
71
TABLA N° 08
FORMULACIÓN DE PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA BLANCA (E-2)
MATERIA PRIMA No
ADIC. PESO (g)
(Kg) % % SOL.
D (Kg/G)
V(G)
ENCORT DT-250 1 157,85 31,57% 15,79% 3,63 43,48
IPEL BP-503 2 1,50 0,30% 4,01 0,37
ANTIESPUMANTE BYK 022 3 0,70 0,14% 0,14% 3,57 0,20
KEMECAL 226-35 4 2,60 0,52% 0,18% 4,66 0,56
BERMOCOLL EBM-5500 6 0,10 0,02% 0,02% 4,46 0,02
AGUA 7 15,85 3,17% 4,00 3,96
(S-2) .(TIO2-AL2O3-SiO2) 8 34,35 6,87% 6,87% 13,46 2,55
OMYACARB 5 9 272,75 54,55% 54,55% 10,08 27,06
TEXANOL 10 7,20 1,44% 3,53 2,04
ANTIESPUMANTE BYK 022 11 1,05 0,21% 0,21% 3,57 0,29
ALK-300 (DISAMTEX) 12 6,05 1,21% 1,21% 3,31 1,83
TOTAL 500,00 100,00% 78,97% 82,37
Elaborado por: Francisco Naranjo
3.7.4 Materiales empleados en la formulación de pintura de tráfico
acuosa (E-2)
Envase plástico de 1000 ml
Dispersador de acero inoxidable con un eje.
72
Espátula de acero inoxidable
Beaker de 250 ml
Papel aluminio
Cinta mastíck
Cartulinas de aplicación.
Paneles de vidrio.
Laminas Metálicas de acero.
3.7.5 Equipos empleados en la formulación de pintura de tráfico
acuosa (E-2)
Balanza electrónica digital OHAUSS.
Taladro eléctrico de pedestal de ½ Hp.
Viscosímetro Broockfield DVE
Peachímetro digital Oackton.
Picnómetro metálico.
Aplicador de película de pintura de acero inoxidable.
Grindómetro de acero inoxidable.
Termómetro de Mercurio.
3.7.6 Materias primas seleccionadas en la formulación de pintura
de tráfico acuosa (E-2)
Las Materias primas utilizadas para la fabricación de pintura de
tráfico acuosa (E-2) son:
Encort DT-250
IPEL BP-503
Antiespumante BYK 022
Kemecal 226-35
Bermocoll EBM-5500
Agua
Sist. (S-2)(TIO2-AL2O3-SiO2)
OMYACARB 5
Texanol
73
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN
DE UNA PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA (E-2)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 7
3.8 Procedimiento y caracterización del concentrado acuoso de
nanopartículas (TIO2-AL203-SIO2) (C-3)
Para fabricar el concentrado acuoso de nanopartículas se procedió
así:
74
1. Se cogió un envase metálico de un litro y colocándolo sobre una
balanza electrónica se pesó 155,73 g. de agua.
2. Luego se colocó el envase con el agua en el dispersador y se lo
aseguro muy fuertemente con unos sujetadores metálicos y una
cinta de papel.
3. Siguiendo el proceso se pesó 0,87 g. del bactericida IPEL BP-503, y
se lo adicionó al agua hasta su completa disolución a una velocidad
suave (350 rpm).
4. Se pesó y se adicionó 14,50 g. del dispersante Kemecal, hasta su
completa homogenización en la mezcla anterior.
5. Para evitar la espuma indeseable, se pesó 2,90 g. del antiespumante
siliconado BYK-022, y se lo adicionó suavemente para evitar la
formación de grumos.
6. Una vez homogenizada la mezcla de aditivos y agua, se tomó un
vaso plástico y se pesó 116 g. del sistema de pigmentos
nanoparticulados (S-1) (TiO2-Al2O3-SiO2). Adicionándolo
suavemente con agitación leve (350 rpm).y se lo pre dispersó por 30
minutos.
7. Posteriormente se le adicionó 300 g. de perlas de circonio, como un
medio de molienda en húmedo para desagregar las unidades
primarias del sistema nanoparticulado.
8. Se subió la velocidad del taladro dispersador hasta una velocidad de
800 rpm, por el lapso de tiempo de 4 horas.
9. Pasado el tiempo de molienda se verificó la finura o el tamaño de las
partículas con la piedra (Grindómetro).
10. Se procedió a la filtración del concentrado nanoparticulado con un
cedazo y una malla de tela ultra fina especial.
11. Se enfrió la muestra, y se midieron sus parámetros característicos.
75
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DEL
CONCENTRADO ACUOSO DE NANOPARTÍCULAS (C-3)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 8
3.8.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) en C-3
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 =𝑃 𝑥
𝑃. 𝑇
Donde:
P x = Es el peso de cada componente de la formulación
P.T = Es igual al peso total de la formulación.
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝑔𝑢𝑎 =155,73 𝑔
290 𝑔 𝑥 100 = 53,70 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 503 =0,87 𝑔
290 𝑔 𝑥 100 = 0,30 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 =14,50 𝑔
290 𝑔 𝑥 100 = 5,00 %
76
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 =2,90 𝑔
290 𝑔 𝑥 100 = 1,00 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (𝑆 − 1) =116,0 𝑔
290 𝑔 𝑥 100 = 40,00 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 100,00 %
3.8.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los
componentes de la formulación en (C-3)
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 = (% Peso 𝑥 ). (no volatiles Y𝑥)
Donde:
% Sol. Peso 𝑥 = Porcentaje de sólidos en peso de cada componente.
% Peso 𝑥 = Porcentaje de peso de cada componente.
No volátiles Y𝑥 = Fracción de sólidos de cada componente.
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 = (5,00 % ). (0,35) = 1,75 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 = (1,00 %). (1) = 1,00 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (𝑆 − 1) = (40%). (1) = 40,00 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 42,75 %
TABLA N° 09
FORMULACIÓN DEL CONCENTRADO ACUOSO DEL SISTEMA NANOPARTICULADO (TIO2-AL2O3-SIO2) (C-3)
MATERIA PRIMA No.ADICIÓN PESO GRAMOS % % SOL.
AGUA 1 155,73 53,70%
IPEL BP-503 2 0,87 0,30%
KEMECAL 3 14,50 5,00% 1,75%
ANTIESPUMANTE BYK-022 4 2,90 1,00% 1,00%
SIST.NANO (TIO2-AL2O3-SIO2) 5 116,00 40,00% 40,00%
TOTAL 290,00 100,00% 42,75%
Elaborado por: Francisco Naranjo
77
3.8.3 Materiales empleados en la práctica Concentrado Acuoso
del Sistema Nanoparticulado (TiO2-Al2O3-SiO2) (C-3)
Envase plástico de 1000 ml
Dispersador de acero inoxidable con un eje.
Espátula de acero inoxidable
Beaker de 250 ml
Papel aluminio
Cinta mastíck
3.8.4 Equipos empleados en la práctica Concentrado Acuoso del
Sistema Nanoparticulado (TiO2-Al2O3-SiO2) (C-3)
Balanza electrónica digital OHAUSS.
Taladro eléctrico de pedestal de ½ Hp.
Viscosímetro Broockfield DVE
Peachímetro digital.
Picnómetro metálico.
Termómetro de Mercurio.
3.8.5 Materia prima seleccionada en la práctica Concentrado
Acuoso del Sistema Nanoparticulado
(TiO2-Al2O3-SiO2) (C-3)
Agua
Ipel BP-503
Kemecal
Antiespumante BYK-022
Sist. Nano (S-1) (TiO2-Al2O3-SiO2)
78
TABLA N° 10
CARACTERIZACION DEL CONCENTRADO ACUOSO DEL SISTEMA
NANOPARTICULADO (TIO2-AL2O3-SIO2)
PARÁMETROS DE CARACT. RESULTADOS
APARIENCIA LIQUIDA
VISCOSIDAD, (cp) 24
COLOR CREMOSO
HEGMAN (NS) 8,0
TAMAÑO DE PARTÍCULA (um) 0,1
ph 8,56
SEDIMENTACIÓN LIGERA
PESO POR GALON (KG/GAL) 5,36
S.G. 1,42 Elaborado por: Francisco Naranjo
3.9 Proceso de fabricación de la pintura de tráfico acuosa (E-3)
Para fabricar el ensayo de la pintura de tráfico acuosa se procedió
de la siguiente manera:
12. Se utilizó un envase metálico de un litro, para pesar 160,00 g. de la
resina Encort DT-250.
13. A continuación, se tomó el envase con la resina y se lo colocó en un
taladro de pedestal, que está provisto de un dispersador de acero
inoxidable.
14. Se pesó 1,50 g. del bactericida IPEL 503, y se lo adicionó sobre la
resina, con una agitación suave (350 – 500) rpm.
15. Luego se procedió a pesar 0,70 g. del aditivo antiespumante
siliconado BYK-022, y se lo agregó a la mezcla anterior.
16. Siguiendo el orden de adición de la formula, se pesó 2,50 g. del
dispersante KEMECAL 226-35, y se lo vertió en el vórtice del seno
de la mezcla liquida, hasta su completa disolución.
79
17. Se pesó 84,25 g. del Sistema Concentrado (C-3) nano particulado
(TiO2-Al2O3-SiO2), en un vaso de plástico seco, y con mucho
cuidado se lo adicionó sobre la mezcla de resina y aditivos.
18. Se pesó 30 g. de Dióxido de Titanio Tikkon TR-33 en un vaso de
plástico y se lo incorporó a la mezcla anterior.
19. Se cogieron dos vasos de plástico desechables, para pesar 211,50
g. el OMYACARB 5, para luego introducirlo lentamente y con
agitación constante a la dispersión pigmentaria.
20. Terminada la adición de las cargas micronizadas, se aseguró el
envase metálico firmemente con una cinta de papel, y se incrementó
la velocidad del taladro moviendo las bandas de caucho de las
poleas, hasta conseguir una velocidad de dispersión que oscile entre
(1500 – 1700) rpm, por un periodo de tiempo de 30 minutos.
21. Con la ayuda de un medidor de finura o molienda, se comprobó que
la dispersión de pigmentos estaba lista.
22. Se procedió a la fase del completado de la pintura, para lo cual se
pesó 7,00 g. del Texanol, la segunda parte del antiespumante BYK
022 que es 1,05 g. y se pesaron 1,50 g. del alcalinizante ALK-300 de
Disamtex.
23. Se redujo la velocidad del motor del taladro dispersador, a una
velocidad suave de 350 rpm, y se adicionaron los aditivos restantes
previamente pesados con mucho cuidado de no derramarlos , ni de
producir incompatibilidades con la resina
24. Se dejó homogenizar la pintura por el lapso de 10 minutos. Luego
se la retiró de la máquina y se la colocó en un recipiente plástico con
agua, para llevarla a una temperatura de 25 °C.
25. Una vez fría la pintura, se le hicieron los controles de calidad
necesarios para caracterizarla.
80
3.9.1 Cálculo del Porcentaje Peso (% Peso) de la pintura de tráfico
(E-3)
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 =𝑃 𝑥
𝑃. 𝑇
Donde:
P x = Es el peso de cada componente de la formulación
P.T = Es igual al peso total de la formulación.
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 =160,00 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 32,00 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 =1,50 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,30 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 022 =0,70 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,14 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 =2,50 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,50 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (C − 3) =84,25 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 16,85 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑖𝑘𝑘𝑜𝑛 𝑇𝑅 − 33 =30,00 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 6,00 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 =211,50 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 42,30 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜𝑙 =7,00 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 1,40 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 =1,05 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,21 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 =1,50 𝑔
500 𝑔 𝑥 100 = 0,30 %
% 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 100,00 %
81
3.9.2 Cálculos del porcentaje de sólidos en peso de los
componentes de la formulación de la pintura de tráfico
acuosa (E-3)
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑥 = (% Peso 𝑥 ). (no volatiles Y𝑥)
Donde:
% Sol. Peso 𝑥 = Porcentaje de sólidos en peso de cada componente.
% Peso 𝑥 = Porcentaje de peso de cada componente.
No volátiles Y𝑥 = Fracción de sólidos de cada componente.
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 = ( 32,00 % ). ( 0,5 ) = 16,00 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,14 % ). (1) = 0,14 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 = (0,50 %). (0,35) = 0,18 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (C − 3) = (16,85%). (0,43) = 7,25 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑖𝑘𝑘𝑜𝑛 𝑇𝑅 − 33 = (6,00%). (1) = 6,00 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 = (42,30%). (1) = 42,30 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐵𝑌𝐾 − 022 = (0,21%). (1) = 0,21 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝐴𝐿𝐾 − 300 = (0,30%). (1) = 0,30 %
% 𝑆𝑜𝑙. 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 72,38 %
3.9.3 Cálculos de los volúmenes de los componentes de la
pintura de tráfico acuosa (E-3)
𝑉𝑥 (𝐺) =𝑃𝑥
𝐷𝑥
Donde:
82
𝑉𝑥 (𝐺) = Volumen del componente 𝑥 en galones (G).
P𝑥 = Peso del componente 𝑥 en kilos (Kg).
D𝑥 = Densidad del componente 𝑥 en (kg/G)
𝑉. 𝐸𝑛𝑐𝑜𝑟𝑡 𝐷𝑇 − 250 = 160,00 Kg
3,63𝑘𝑔𝐺
= 44,08 𝐺
𝑉. 𝐼𝑃𝐸𝐿 𝐵𝑃 − 503 = 1,50 Kg
4,01𝑘𝑔𝐺
= 0,37 𝐺
𝑉. 𝐵𝑌𝐾 022 = 0,70 Kg
3,57𝑘𝑔𝐺
= 0,20 𝐺
𝑉. 𝐾𝑒𝑚𝑒𝑐𝑎𝑙 226 − 35 = 2,50 Kg
4,66𝑘𝑔𝐺
= 0,54 𝐺
𝑉. 𝐶𝑜𝑛𝑐. 𝑆𝑖𝑠𝑡. 𝑁𝑎𝑛𝑜𝑝𝑎𝑟𝑡. (C − 3) = 84,25 Kg
5,36𝑘𝑔𝐺
= 15,72 𝐺
𝑉. 𝑇𝑖𝑘𝑘𝑜𝑛 𝑇𝑅 − 33 = 30,00 Kg
15,27 𝑘𝑔𝐺
= 1,96 𝐺
𝑉. 𝑂𝑀𝑌𝐴𝐶𝐴𝑅𝐵 5 = 211,50 Kg
10,08𝑘𝑔𝐺
= 20,98 𝐺
𝑉. 𝑇𝑒𝑥𝑎𝑛𝑜𝑙 = 7,00 Kg
3,53𝑘𝑔𝐺
= 1,98 𝐺
𝑉. 𝐵𝑌𝐾 022 = 1,05 Kg
3,57𝑘𝑔𝐺
= 0,29 𝐺
𝑉. 𝐴𝐿𝐾 300 = 1,50 Kg
3,31𝑘𝑔𝐺
= 0,45 𝐺
𝑉. 𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 86,58 G
83
TABLA N° 11
FORMULACIÓN DE PINTURA DE TRÁFICO ACUOSA BLANCA (E-3)
MATERIA PRIMA No.
ADIC.
PESO (g) (Kg) % % SOL.
D (Kg/G) V(G)
ENCORT DT-250 1 160,00 32,00% 16,00% 3,63 44,08
IPEL BP-503 2 1,50 0,30% 4,01 0,37
ANTIESPUMANTE BYK 022 3 0,70 0,14% 0,14% 3,57 0,20
KEMECAL 226-35 4 2,50 0,50% 0,18% 4,66 0,54
CONC. SIST.
(C-3) (TiO2-Al2O3-SiO2) 5 84,25 16,85% 7,25% 5,36 15,72
TIKKON TR-33 6 30,00 6,00% 6,00% 15,27 1,96
OMYACARB 5 7 211,50 42,30% 42,30% 10,08 20,98
TEXANOL 8 7,00 1,40% 3,53 1,98
ANTIESPUMANTE BYK 022 9 1,05 0,21% 0,21% 3,57 0,29
ALK-300 (DISAMTEX) 10 1,50 0,30% 0,30% 3,31 0,45
TOTAL 500,00 100,00% 72,38% 86,58
Elaborado por: Francisco Naranjo
3.9.4 Materiales empleados en la formulación de pintura de tráfico
acuosa (E-3)
Envase plástico de 1000 ml
Dispersador de acero inoxidable con un eje.
Espátula de acero inoxidable
Beaker de 250 ml
Papel aluminio
Cinta mastíck
Cartulinas de aplicación.
Paneles de vidrio
Laminas metálicas de acero
84
DIAGRAMA DEL PROCESO DE FABRICACIÓN DE UNA PINTURA DE
TRÁFICO ACUOSA (E-3)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 9
3.9.5 Equipos empleados en la formulación de pintura de tráfico
acuosa (E-3)
Balanza electrónica digital OHAUSS.
Taladro eléctrico de pedestal de ½ Hp.
Viscosímetro Broockfield DVE
Peachímetro digital Oackton.
Picnómetro metálico.
85
Aplicador de película de pintura de acero inoxidable.
Termómetro de mercurio.
Grindómetro de acero inoxidable.
3.9.6 Materias primas seleccionadas en la formulación de pintura
de tráfico acuosa (E-3)
Las Materias primas utilizadas para la fabricación de pintura de
tráfico acuosa (E-3) son:
Encort DT-250
IPEL BP-503
Antiespumante BYK 022
Kemecal 226-35
Conc. Sist. (C-3) (TiO2-Al2O3-SiO2)
Tikkon TR-33
Omyacarb 5
Texanol
Antiespumante BYK 022
ALK-300 (DISAMTEX)
3.10 Control de calidad de las pinturas de tráfico acuosas
A continuación se presentan en las tablas siguientes los requisitos
de las pinturas para señalamiento de tráfico, de la normativa técnica del
Ecuador del Instituto Ecuatoriano que se encuentra vigente NTE INEN
1042:2009, y los controles de calidad de los laboratorios de Pinturas
Unidas, y de Cipeq Cia. Ltda.
86
TABLA N° 12
REQUISITOS DE LA PINTURA PARA SEÑALAMIENTO DE TRÁFICO
ACUOSA NTE INEN 1042:2009
REQUISITOS NTE INEN 1042:2009
PARÁMETRO TIPO I (BASE AGUA)
UNIDADES
VISCOSIDAD a 25 °C
70-85 U. Krebs
0.881-1070 Pa-s
TIEMPO DE SECADO AL RODAMIENTO
Max 30 min
max 1800 s
ADHERENCIA min 3A -
min 85-95 %
RESISTENCIA A LA ABRASIÓN POR CAIDA DE ARENA A 25.4 um
min 100 L
Fuente: Informe de Laboratorio Pinturas Unidas.
TABLA N° 13
RESULTADOS DEL CONTROL DE CALIDAD DE LA PINTURA PARA
SEÑALAMIENTO DE TRÁFICO ACUOSA BLANCA DEL
LABORATORIO DE PINTURAS UNIDAS
Fuente: Informe de Laboratorio Pinturas Unidas.
87
TABLA N° 14
RESULTADOS DEL CONTROL DE CALIDAD DE LAS PINTURAS PARA SEÑALAMIENTO DE TRÁFICO ACUOSA BLANCA MEDIDAS EN EL LABORATORIO DE CIPEQ.
PARÁMETROS STD E-1 E-2 E-3
APARIENCIA VISCOSA VISCOSA VISCOSA FLUIDA
VISCOSIDAD ( cp) 5160 6060 5800 630
VISCOSIDAD (Krebs) 112,8 71
HEGMAN (NS) 4,5 4,0 4,0 7,0
COLOR BLANCO - BLANCO BLANCO BLANCO
Ph 12,60 12,67 12,63 10,47
SEDIMENTACIÓN NO HAY NO HAY NO HAY NO HAY
CUBRIMIENTO STD < A STD LIG. < STD LIG. > STD
PESO POR GALON (Kg/gal) US 6,06 5,99 6,04 6,06
GRAVEDAD ESPECIFICA 1,61 1,58 1,60 1,60
DUREZA STD > A STD LIG. < STD > A STD
ADHERENCIA 97% 98% 95% 99%
FLEXIBILIDAD STD = A STD LIG. < STD = A STD
Lavabilidad o abrasión húmeda STD > STD < STD >STD
TIEMPO DE SECADO (min) 20 17 21 19
Elaborado por: Francisco Naranjo
CAPITULO IV
ANÁLISIS Y RESULTADOS
A continuación se muestran las gráficas de algunas variables
importantes de las pinturas de señalamiento de Tráfico acuosas, para
demostrar que el ensayo (E-3) está dentro de los límites de las normas de
calidad NTE INEN 1042:2009.
VISCOSIDAD (Krebs)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 10
89
ADHERENCIA (%)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 11
ESCALA DE FINURA HEGMAN (NS)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 12
90
DENSIDAD (g/cm3)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 13
SÓLIDOS POR PESO (%)
Elaborado por: Francisco Naranjo
FIG. # 14
91
4.1 Conclusiones
El método más viable para la obtención de materiales cerámicos
nanométricos fue la del proceso Sol-Gel (Calcinación). Usando como
un acomplejante el vinagre blanco.
La temperatura de calcinación de 550 °C en la mufla, en conjunto
con la adición del vinagre blanco (ácido Acético diluido), y la
molienda con perlas de circonio en húmedo fueron los factores
fundamentales para la obtención de las nanopartículas.
La incorporación del sistema de partículas ultrafinas de 100 nm de
TiO2-Al2O3-SiO2, generó un comportamiento coloidal, eliminando
por completo la acción de la gravedad sobre las partículas dispersas
en el seno de la matriz polimérica.
Se comprobó experimentalmente que la adición de un sistema de
partículas nanométricas de Dióxido de Titanio dopadas con, Dióxido
de Silicio, y Alumina en la formulación mejoraron las propiedades
mecánicas de la película seca del recubrimiento de tráfico acuoso
de segunda generación.
La reducción de las cargas, en la formulación STD de la pintura de
Tráfico acuosa en un 22 % en peso, provocó una reducción de la
viscosidad de la pintura, permitiendo que esta cumpla con las
normas de calidad NTE INEN 1042:2009.
4.2 Recomendaciones
Cuando se trabaje con la resina Encort DT-250, se debe usar
equipos de protección personal, pues esta desprende vapores
amoniacales y es peligrosamente alcalina.
Nunca se debe abrir la puerta de la estufa o mufla durante los
procesos térmicos de secado o calcinado, pues se pueden activar
las alarmas contra incendio y provocar malestar en el personal de
laboratorio.
92
En la fabricación de la pintura de tráfico acuosa se debe evitar el
recalentamiento de la resina acrílica estirenada, ya que esta es la
causa de la reducción de la estabilidad de las pinturas de tráfico
acuosas.
Utilizar mallas de tela ultrafinas para filtrar y eliminar cualquier grumo
o partícula gruesa que no se haya desagregado en el proceso de
molienda.
ANEXOS
94
ANEXO 01
REQUISITOS DE LA PINTURA PARA SEÑALAMIENTO DE TRÁFICO NTE INEN 1042:2009
Fuente: Catalogo de Normas INEN 1042-2009.
95
ANEXO 02
INFORME DE ENSAYOS DE LA PINTURA PARA SEÑALIZACIÓN
DE TRÁFICO DEL LABORATORIO DE CONTROL DE CALIDAD DE
PINTURAS UNIDAS
96
ANEXO 03
TABLA DE CONVERSION DE LA VISCOSIDAD
97
ANEXO 04
REGLA DE CÁLCULO DE CONVERSION DE VARIABLES (ANVERSO)
98
ANEXO 05
REGLA DE CÁLCULO DE CONVERSION DE VARIABLES (REVERSO)
99
ANEXO 06
HOJA TÉCNICA DE LA RESINA ENCOR DT-250
100
ANEXO 07
HOJA TÉCNICA DEL DISPERBYK-2010
101
ANEXO 08
HOJA TÉCNICA DEL DIOXIDO DE TITANIO TIONA 595
102
ANEXO 09
HOJA TÉCNICA DEL ESPESANTE BERMOCOLL EBM 5500
103
ANEXO 10
HOJA TÉCNICA DEL TEXANOL
104
ANEXO 11
HOJA TÉCNICA DEL TEXANOL (CONTINUACIÓN)
105
ANEXO 12
HOJA TÉCNICA DEL ANTIESPUMANTE SILICONADO BYK-022
106
ANEXO 13
HOJA TÉCNICA DEL CAOLIN CALCINADO JYCK-95
107
ANEXO 14
HOJA TÉCNICA DEL ALCALINIZANTE DISACOAT ALK 300
108
ANEXO 15
HOJA TÉCNICA DEL OMYA CARB 5
109
ANEXO 16
PROCEDIMIENTO PARA LA DETERMINACION DE VISCOCIDAD
110
ANEXO 17
PROCEDIMIENTO PARA DETERMINAR LA GRANULOMETRÍA
CIPEQ PROCEDIMIENTO
Determinación prueba de granulometría
Código: CIPEQ-PRO-CDC. 11
Fecha: 28 de abril 2010 Páginas: 110 de 140
1. OBJETIVO
Esta norma tiene por objeto determinar el tamaño de partícula de las dispersiones fabricadas en la organización.
2. ALCANCE
Este procedimiento es aplicable a todas las dispersiones comercializadas por la organización.
3. RESPONSABILIDAD
El Jefe de Laboratorio (Analista) es el responsable de analizar, registrar \\server\Produccion\REGISTRO DATOS DE CONTROL DE CALIDAD y monitorear que los resultados obtenidos estén dentro de los estándares de calidad que se necesitan para elaborar productos sin anomalías, así mismo tiene la responsabilidad de controlar el tiempo optimo necesario en el proceso ,y registrar el mismo en \\server\Produccion\REGISTRO DATOS DE CONTROL DE CALIDAD .
De existir alguna inconformidad el Jefe de Laboratorio(Analista) deberá enviar a cuarentena el material y dar las respectivas indicaciones para la corrección de la inconformidad.
Es importante mencionar que el volumen del tanque debe ser el apropiado
Es responsabilidad del operador de maquina utilizar el tanque apropiado para el proceso y terminantemente prohibido completar las dispersiones en recipientes separados.
Es responsabilidad del operador que la muestra entregada al jefe de laboratorio deberá ser de las misma características del producto ingresado a bodega.
En caso de no cumplir las responsabilidades asignadas ,la gerencia deberá tomar las medidas correspondientes,manteniendo de esta manera la garantía de los producto fabricados con marca CIPEQ.
4. ENSAYO
4.1EQUIPOS
a) Grindómetro
b) Termómetro
c) vaso de precipitación de 15cc
111
5. PROCEDIMIENTO.
Se debe realizar 3 tomas de granulometría en el transcurso del proceso ,dividiendo el tiempo total estimado para tres,de esta manera se puede optimizar el tiempo de proceso y corroborar el tiempo del mismo. Tomar 8 cc de muestra aproximadamente enfriarla a 25oC y enrazar a 10cc con resina(la misma usada en el proceso).
Al termino de la ultima hora del proceso se debe completar a nivel de laboratorio la dispersión según los datos que indiquen la orden de producción y realizar la ultima toma de granulometría. El valor obtenido para dar la aprobación del producto debe ser 7 He.
6 Interpretación de los resultados.
Se debe registrar en la bitácora \\server\Produccion\REGISTRO DATOS DE CONTROL DE
CALIDAD
7. Cálculos realizados.
No aplica.
8. Informe.
En este debe indicarse lo siguiente
8.1 Registrar en bitacora
8.2 Tipo y numero de la muestra o cualquier otra indicación que la identifique.
8.3 Ensayo efectuado y método empleado(solo enumerar norma o procedimiento)
9. PRECAUCIONES
Utilizar los EPP.
112
ANEXO 18
PROCEDIMIENTO DE DETERMINACION DE % DE SÓLIDOS
(ANVERSO)
113
ANEXO 19
PROCEDIMIENTO DE DETERMINACION DE % DE SÓLIDOS
(REVERSO)
114
ANEXO DE FOTOS N° 20
Planificación del Proyecto. Pesado de la materia prima para
los ensayos.
Bactericida IPEL - 503 Bidón de Resina Encort DT - 250
Bermocol EBM 5500 Caolín Calcinado JYCK - 95
115
Pigmentos Blancos. Aditivos en polvo para
concentrados de pigmentos.
Aditivos líquidos para pintura de tráfico acuosa.
Aditivos para la pintura de tráfico del Proyecto.
Materia Prima para el ensayo del proyecto.
Dispersión de los pigmentos.
116
Material de Molienda (Perlas de Circonio)
Envase metálico con dispersador.
Pre dispersión de pigmentos para Sol-Gel.
Método de tapado para evitar la evaporación.
Concentrado de pigmentos blancos (Sol-Gel)
Pesado del concentrado Sol-Gel en un Beaker de 500 ml
117
Estufa eléctrica Binder. Introducción del Concentrado Sol-Gel en la Estufa Binder.
Temperatura de Secado primario en la estufa Binder.
Temperatura de secado secundario 300°C en la estufa
Binder.
Pesado de los residuos sólidos del Secado.
Vista superior de los residuos sólidos del Secado.
118
Cápsulas de porcelana con residuos del secado sólido.
Cápsulas con material pigmentario en el interior de la
Mufla
Cerrado de la puerta de la Mufla. Temperatura de calcinación en la Mufla del Instituto de
Investigaciones tecnológicas de Ingeniería Química.
Extracción del material pigmentario después la calcinación en la Mufla.
Residuo Seco.
119
Proceso de desecado del Sistema Nanoparticulado.
Residuos sólidos Nanoparticulados de la Mufla.
Resina emulsionada acrílica estirenada Encort DT-250
Pre dispersión de pigmentos para pintura de tráfico.
Fabricación de pintura de tráfico acuosa.
Vidrio – Soporte para cartulinas de aplicación.
120
Cartulinas de aplicación y perlas de Circonio.
Materiales y Equipos de laboratorio control Calidad.
Aplicaciones de pintura de tráfico blanca en cartulinas.
Aplicaciones de pintura de tráfico.
Prueba de resistencia a la humedad de la pintura de tráfico
acuosa.
Prueba de la flexibilidad de las pinturas de tráfico acuosa en
láminas metálicas.
121
Determinación de viscosidad del concentrado de pigmento con el
viscosímetro DVE.
Medición del Ph de un concentrado de pigmento.
Medición de la finura en el Grindómetro.
Determinación de Peso por Galón del concentrado de
pigmentos.
Pesado de picnómetro lleno.
122
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