INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA Carrera INGENIERIA QUIMICA Titulo del Trabajo ELABORACION DE PINTURAS Integrantes DAVID CANUL ESTRELLA CRISTINA HERRERA CRUZ IRVING LORIA ESTRELLA Maestro DR. CARLOS FRANCISCO REYES SOSA Fecha 07 DE DICIEMBRE DE 2011 ELABORACION DE PINTURAS Definición de la idea PLANTEAMIENTO PLANTEAMIE NTO DEL PROBLEMA Las pinturas convencionales están hechas con productos sintéticos derivados de la industria petroquímica y pueden afectar a la salud y el ambiente.
INTRODUCCION Si nos planteamos pintar nuestro hogar tenemos que elegir muy bien qué productos emplearemos, pues la mayoría contienen sustancias químicas peligrosas que, aunque estén perfectamente integradas en la pintura pueden liberarse a lo largo del tiempo originando daños en nuestra salud, al medio ambiente e incluso ocasionar accidentes por ser inflamables Las pinturas están compuestas por aglutinantes, pigmentos y disolventes. En las pinturas ecológicas, los aglutinantes son resinas, aceites, almidones y ceras de origen vegetal. La sustancia aglutinante más utilizada es el aceite de linaza. Los pigmentos se elaboran a partir de minerales y plantas, y los disolventes se obtienen, por ejemplo, de la corteza de la naranja. Los materiales recubiertos con pinturas naturales respiran, lo cual favorece la salubridad de los ambientes interiores a la vez que se previene la aparición de grietas y desconchados. Las superficies pintadas con pinturas ecológicas, debido a que no contienen componentes plásticos en su formulación no se cargan electrostáticamente, por lo que no atraen el polvo el cual es un problema para personas con alergias, se ensucian menos, los colores se mantienen más vivos y no se altera la ionización natural del aire. Las pinturas y barnices naturales recurren a una química blanda, biodegradable y armoniosa con el entorno, pues no producen residuos nocivos para el ambiente, ni en el proceso de fabricación ni durante la aplicación y el uso. La elaboración de los productos es totalmente respetuosa con el
medio ambiente, tanto en la producción como en el reciclaje de materias primas y embalajes. Las pinturas naturales no contienen sustancias nocivas y en ningún caso desprenden gases tóxicos, ni en su producción, aplicación, ni en su reciclaje. Siguen los principios de la bioconstrucción, son transpirables al vapor de agua, son buenos reguladores de la humedad y las superficies tratadas no se cargan electrostáticamente. MARCO TEORICO Componentes La composición genérica de una pintura es la siguiente, aun cuando algunos tipos pueden no contener todos los ingredientes: • Pigmentos. • Cargas (no es imperativo). • Ligante o resina. • Disolvente (no es imperativo). • Aditivos.
En el listado anterior se han indicado no imperativos en algunos productos. La razón está en que existen recubrimientos en los cuales no se utilizan cargas, disolventes o ninguno de los dos. Los pigmentos: son compuestos orgánicos o inorgánicos cuya misión es proporcionar a la pintura color y poder de cubrición. Los pigmentos
son opacos tanto en estado seco como húmedo. Clasificación de pigmentos Inorganicos Pigmentos blancos Dioxido de titanio ( TiO2): Extensamente usado, no es toxico y es muy estable se usa para pinturas protectivas y decorativas. Existen dos formas cristalográficas los cuales son rutilo y anatasa. El Ti02 es fotoquimicamente inerte y el pigmento protege a la película de la pintura de la degradación por disipamiento de la luz absorbida. En cambio el Ti02 anatasa es fotoquimicamente activo y las formulaciones con este pigmento están sujetas a duros tizamientos. Oxido de zinc (ZnO): Es un pigmento sintético básico que inhibirá el crecimiento del moho u oxido en la pintura. La naturaleza básica del oxido de zinc induce a interrelaciones con pinturas de alto valor ácido con la consecuente formación de jabones de zinc. Oxido de antimonio (Sb2O3): Es un pigmento inerte, sintético muy usado en combinaciones con resinas cloradas y en la formulación de pinturas retardadoras del fuego. Plomo blanco ( 2pb, Co3, Pb(OH) 2): Pigmento sintético blanco toxico. Siendo básico reaccionara con pinturas ácidas para formar jabones de plomo lo cual acrecentara la elasticidad de la película. El otro pigmento blanco como sulfato de plomo se usa principalmente en imprimantes inhibidores de la corrosión.
Pigmentos amarillos Cromato de plomo (Pb Cr O4): Tienen buena resistencia a decolorar, con tendencias a ensuciarse con la polución (contienen sulfitos hidrogenados), además reactan con sustratos alcalinos con resultados de perdida de color. Los cromatos son útiles como pigmentos de color y como imprimantes para pinturas industriales y decorativas. Cromato de zinc ( Zn Cr O4): Los cromatos de zinc son ligeramente básicos y reactaran con pinturas ácidas induciendo a un espesamiento de la pintura liquida durante el almacenamiento. El cromato de zinc es usado para proteger de la corrosión, este deberá estar libre de residuos clorados e impurezas presentes en la gradación del color. El tetraoxicromatode zinc es usado en los metales como un pretratamiento o imprimación. Oxido de hierro amarillo (Fe2 O3 ) : Encontramos óxidos de hierro naturales, desde los amarillos desteñidos a café- amarillento oscuro. Los óxidos naturales y sintéticos son ambos resistentes a los álcalis y ácidos orgánicos a pesar de que pueden ser atacados por ácidos minerales sufriendo decoloración. Los óxidos de hierro absorben radiación ultravioleta y de este modo tienen efectos de protección en las pinturas de uso en exterior. Amarillos de cadmio (CdS): Son pigmentos sintéticos variando el color desde el amarillo verdoso al naranja, siendo determinados los matices por las condiciones del proceso. Estables hasta los 500 C aprox. Y no tóxicos los amarillos cadmio son brillantes y no afectos por álcalis aunque se descomponen por ácidos. Se utilizan en terminaciones horneables y resistentes a los álcalis.
Pigmentos verdes Oxido de Cromo Cr2O3 verde mate, pigmento sintético de buena estabilidad a la luz, al calor, sin embargo es pobre en opacidad. Util como pigmento para pinturas que han de resistir ataques químicos y fotoquímicos, otro uso es para pigmentar cemento y concreto. Verde Cromato de Plomo PbCrO4; KFe (Fe(Cn)6) pigmento sintético, los matices se controlan con un pigmento llamado Azul de Prusia (KFe (Fe(Cn)6)) . Aún cuando lo pigmentos tienen buena opacidad, tienden a oscurecer en atmósfera. Pigmentos azules Azul de Prusia (KFe (Fe (Cn)6)): pigmento sintético azul claro, tiene alto poder de tensión pero baja opacidad. Azul Ultramarino 3Na2O3. 3Al12O3. 6SiO2. 2Na2S: complejo pigmento aluminio-silicato; se encuentra en forma natural tal como la piedra semi-preciosa Lapislázuli. De textura ordinaria y sujeto a dura sedimentación el pigmento tiene buena brillantez, resistencia al calor y álcalis, sin embargo se descompone con ácidos. Pigmentos rojos Oxido de Hierro Rojo Fe2O3 (haematite) ambas formas orgánicas e inorgánicas se usan como pigmentos .El Fe2 tiene también efectos de opacidad la que aumenta junto con el contenido del óxido. Los óxidos naturales son usados como colorantes en teñidos de madera y pa ra cementos y concretos así también como imprimantes metálicos de bajo costo. Los óxidos sintéticos tienen una textura suave y de gran
pureza, son lo más reciente en cuanto a brillantez. Tienen gran fuerza de tensión. Ambos sistemas, el sintético y el natural son resistentes a los álcalis y ácidos orgánicos, sin embargo son afectados por ácidos minerales y altas temperaturas. Son conocidos también otros dos pigmentos denominados silicromato de plomo rojo y silicromato de plomo básico, ambos son usados preferentemente por su acción inhibidora de corrosión. Pigmentos negros Oxido de Fierro Negro ( Fe2O4) (magnetite): un pigmento sintético de bajo poder de tensión, usado preferentemente como colorante en selladores, imprimantes y aparejos. Negros carbón: pigmentos producidos por carbonización de minerales hidrocarbonatos y materias vegetal y animal. Los negros “carbón”son
ligeros, insolubles en ácidos y álcalis y resisten solventes. Tienen gran opacidad igual que a bajo niveles de adición, tiene gran fuerza de tensión y son usados como colorantes en variados sistemas de pinturas. Orgánicos Pigmentos amarillos Amarillos Hansa: caracterizados por buena estabilidad a la luz. Son de baja opacidad y su ausencia de toxicidad les hace rendir más apropiadamente que los cromato de plomo en diversas aplicaciones. Los amarillo hansa son solubles en cetonas, ésteres e hidrocarburos aromáticos, sin embargo son de pobre solubilidad en hidrocarburos
alifáticos. Este comportamientos les hace apropiados para usarles en revestimientos de sacado-aire conteniendo hidrocarburos aromáticos y en pinturas emulsionadas. Amarillos Benzidina: Tienen mayor opacidad (poder cubriente) que los amarillos hansa y a su vez sin insolubles en la mayoría de los solventes utilizados en formulaciones de pintura. Los amarillo benzidina son susceptibles a degradarse con la luz. Los amarillo benzidina son apropiados para se usados en interiores, particularmente para terminaciones horneables y para reemplazar a pigmentos como Cromatos de Plomo. Pigmentos verdes Pigmento Verde B: no es puramente orgánico en estado natural sin embargo en un compuesto parecido a las sales. Son más resistentes a los solventes por norma general de las tintas orgánicas. El pigmentos verde B tiene un matiz verde azulado de buena opacidad o poder cubrente en las pinturas. Tiene buena resistencia a los solventes, al calor y a los álcalis pero es sensible de descomposición por ácidos. Es muy usado en terminaciones decorativas donde se requiere de gran resistencia a los álcalis y para revestimientos curados por calos o que se sequen por calor. Es también usado para dar color a cemento y concreto. Pigmentos azules Azules Ftalocianinas: Se caracterizan por su alta fuerza de tensión y poder cubrente u opacidad además de una buena brillantez. Son no tóxicos y estables a temperaturas de hasta 500ºC. Los pigmentos
Fíalos o Ftalocianinas son extensamente usados en revestimientos debido a su gran resistencia química y a su brillantez. Pigmentos rojos Rojos Toloudina (Rojos Helio) : Son tintes no tóxicos caracterizados por su brillo y limpieza de color, buena brillantez y poder cubrente aunque la estabilidad del color puede decrecer cuando se mezclan o reducen con pigmentos blancos. Los rojos toloudina tiene buena estabilidad de color y buena resistencia a los álcalis y ácidos, soporta temperaturas de 180ºC por periodos cortos. Son solubles en solventes aromáticos y ligeramente solubles en solventes alifáticos y alcoholes. Rojos Arilamidas: Son tintar roja no toxicas. Se caracterizan por su buena brillantez, aún sean, mezclados con grandes proporciones de pigmentos blancos, son resistentes a temperaturas de 140ºC. Los pigmentos de tipo arilamidas son ligeramente solubles en solventes y son resistentes a los álcalis y ácidos por ello pueden ser usados en exterior además de su estabilidad de color a cualquier nivel de reducción por mezcla de pigmentos. Pigmentos inhibidores de corrosión Los pigmentos usados para proteger sustratos metálicos contra la corrosión, caen dentro de dos grandes grupos. De los precursores el plomo y el zinc so los más importantes, aunque el polvo de aluminio y el acero inoxidable tienen algunas aplicaciones. Las sales inhibidoras de la corrosión contienen aniones que se pueden desplazar en medios acuosos y “colarse” hasta el
metal para pasivarlo o para afectar el proceso de la corrosión
(fosfatizados). Con esos pigmentos el mecanismo difiere según el metal. Las cargas: son, en general, de naturaleza inorgánica, aportan cuerpo, materia sólida, y dan estructura, viscosidad y reología a la pintura. Las cargas son opacas cuando están secas pero son translucidas en estado húmedo. Resinas o ligantes: son productos cuya misión es la de mantener unidas las partículas sólidas, pigmentos y cargas, una vez la pintura está seca. Según el tipo de resina utilizada la pintura tendrá unas características de secado y resistencias determinadas. La terminología en el campo de las pinturas y recubrimientos es variada y por ello no debe extrañarnos encontrar indistintamente los términos resina, ligante, polímero, etc. Disolventes: se llama así al agua y otros productos de naturaleza orgánica cuya misión es la de dar a la pintura una viscosidad óptima según el método de aplicación que debe utilizarse. Los disolventes se utilizan además para solubilizar las resinas y regular la velocidad de evaporación. La utilización de disolventes que no disuelven al ligante es frecuente en la formulación de pinturas en este caso se les nombra como co-solventes. Aditivos: son productos que se dosifican en pequeñas cantidades para facilitar el proceso de fabricación de la pintura, aportar unas características concretas a la pintura seca, crear las condiciones
adecuadas para que el secado se produzca de forma correcta y para estabilizar la pintura en el periodo de almacenamiento. Clasificación de las pinturas Decoración Pinturas de emulsión: son pinturas en base acuosa cuyo destino principal es la decoración y protección de elementos de mampostería. Imprimaciones y esmaltes: destinados a la decoración y protección de elementos visibles. Barnices y lasures: son transparentes, destinados básicamente a la protección y decoración de la madera. Productos auxiliares: masillas, y otros productos destinados a la consolidación o al saneamiento del soporte. Pintura industrial Se incluyen en este apartado todas aquellas pinturas que se aplican bajo unas condiciones determinadas por el cliente. Se trata de pinturas de naturaleza muy variada que se deben aplicar mediante sistemas determinados, en unas condiciones específicas por la instalación de aplicación y secado, así como por las características finales que se exijan. Dentro de este campo pueden citarse como ejemplos el pintado de envases, de electrodomésticos, el coil coating o pintado de bandas metálicas en continuo, etc. Pinturas para suelos
Se incluyen en este apartado pinturas, recubrimientos y pavimentos sintéticos para la protección de suelos, cubetos de productos químicos, etc. Su diseño dependerá de las condiciones de aplicación y de las resistencias exigidas. Pinturas de protección industrial Son las que se utilizan en la protección de estructuras con el fin de prevenir el ataque de los agentes atmosféricos y de los contaminantes industriales. También se consideraran las que se utilizan para la protección térmica de las estructuras, como las pinturas ignífugas e intumescentes. Fabricacion El proceso de fabricación de las pinturas es totalmente físico y se efectúa en cuatro fases perfectamente diferenciadas: • Dispersión: en esta fase se homogeneizan disolventes, r esinas y los
aditivos que ayuden a dispersar y estabilizar la pintura, posteriormente se añaden en agitación los pigmentos y cargas y se efectúa una dispersión a alta velocidad con el fin de romper los agregados de pigmentos y cargas. • Molido: el producto obtenido en la fase anterior no siempre tiene un
tamaño de partícula homogéneo o suficientemente pequeño para obtener las características que se desean. En este caso se procede a una molturación en molinos, generalmente de perlas.
• Dilución (let-down): la pasta molida se completa, siempre en
agitación, con el resto de los componentes de la fórmula. Los productos se deben añadir uno a uno para evitar posibles reacciones entre ellos. • Ajuste de viscosidad: es el último paso en la elaboración de una
pintura, consiste en proporcionar a la pintura fabricada un aspec to de fluidez homogéneo en todas las fabricaciones y que se ajuste a las necesidades de aplicación de la misma. DESCRIPCION DEL PROCESO Premezclado: Las materias primas son pesadas y distribuidas en un mezclador de velocidad variable donde son mezclados hasta obtener una mezcla homogénea. La viscosidad del producto es medida con un viscosímetro hasta que alcance un nivel de 80-100 kU. Después de mezclado y homogeneizado, las materias primas son bombeadas a un molino hermético de alta velocidad, donde son molidas a una temperatura de 70°C y a una presión menor a 1 Kg/Cm2. Las materias primas son molidas continuamente hasta obtener el grado de fineza requerido. Después de molidos, aditivos tales como pigmentos, nitrocelulosa y azufre son añadidos al producto semiacabado y mezclados hasta homogeneizarlos. Después de la segunda mezcla, el producto es filtrado quedando listo para su empaque y comercialización. Diagrama de flujo del proceso
MATERIAS PRIMAS. * Resina álcide. * Resina urea formaldehído. * Ácido sulfónico p-tolueno. * Solventes. * Resina maleico * Aditivos. * Alcohol mineral. * Resina acrílica. * Nitrocelulosa. * Resina resistente. * Taleína dibutílico. * Pigmento DESARROLLO Para desarrollar esta idea, se requiere una nave y realizar una inversión inicial de principalmente destinada para adquirir la maquinaria necesaria. Se propone fabricar 150.000 litros de pintura blanca y envasar 5.000 litros de pasta colorante. Para ello se precisan determinar la cantidad de personal necesario para realizar el trabajo. Descripción del producto La pintura blanca se vende en botes de 10litros a $640.00 y la pasta colorante en botes de 0,5 litros a $90.00
Necesidades para el desarrollo del producto Instalación: - Nave Industrial área aprox. 300 m2 - Características: * Oficina administrativa, zonas de descanso, laboratorio. * Área de Almacén * Zona de producción - Infraestructuras complementarias * Suministro de agua * Suministro de luz * Línea telefónica - Equipamiento - Mobiliario y equipamiento de oficina ANALISIS DE COSTOS MATERIA PRIMA Disolventes naturales (litros) | 15000 | 72 | 1080000 | Aglutinantes(litros) | 2250 | 72 | 16200 | Conservantes (litros) | 2250 | 108 | 243000 | Envases (10Ltr) | 15000 | 4.52 | 67800 | Pasta colorante (litros) | 5000 | 251 | 1255000 | Envases (.5Ltr) | 10000 | 3.61 | 36100 | MANO DE OBRA REQUERIDA CLASIFICACIÓN DEL TRABAJO. | PERSONAS/TURNO. | COSTO | TOTAL |
Administrador de planta. | 1 | 52000 | 52000 | Ingeniero químico. | 1 | 35000 | 35000 | Técnicos. | 3 | 25000 | 75000 | Asistentes. | 3 | 8000 | 24000 | Empaquetadores.
| 4 | 1800 | 7200 |
TOTAL | 12 | | 193200 | EQUIPOS PLANTAS ITEMS. | N° DE MÁQUINAS. | PRECIO ($). | PRECIO TOTAL($) | Premezclador(100Lts) | 2 | 149948 | 299896 | Mezclador | 4 | 166750 | 667000 | Máquina de filtración. | 4 | 19511 | 78044 | Molino de alta velocidad. | 4 | 222213 | 888852 | Bomba de 1 HP | 4 | 36403 | 145612 | Equipo de laboratorio de calidad | 1 | 643900 | 643900 | Balanzas con capacidad de 300 Kg | 1 | 1780 | 1780 | Elevador de 1 tonelada. | 2 | 23460 | 46920 | Total | 2772004 | GASTOS GENERALES DE PLANTA. Electricidad: 104189.76 costo anual
DISTRIBUCION DE PLANTA. Diagrama del proceso
DISTIBUCION DE LA PANTA Control de Calidad Cuarto de prueba Almacén de Producto terminado 4 5 3 2 3 5 4 2 1 Oficinas 3 5 4 3 4 5
1 Puerta 1. Balanzas velocidad
2.Mezclador 5.Filtradora
Almacén de Materia p
3.Molino
4.Mezclador de alta
