“Estudio de factibilidad técnico-económico, desarrollo y venta de tintas para madera” 1 I.- INTRODUCCIÓN Todo tipo de madera en estado bruto presenta una apariencia plana y monótona, la cual después del acabado realza su riqueza de tonos, y la belleza del veteado. Por la porosidad presente en cada tipo de madera debe aplicarse un sellador ya sea a base de poliuretano o nitrocelulosa. Al sellarse los poros de está se evita la penetración de la humedad; si esto no se evitará, la madera corre el riesgo de adquirir o liberar humedad, originando posteriormente agrietado o alabeo dependiendo del cual sea el caso presente. Posterior a esto solo se espera por el teñido, el cual es necesario ya que un mueble puede ser construido con diversos tipos de maderas o de un mismo tipo con diferentes tonalidades; así mismo, ofrece protección e incrementa la belleza natural del veteado. Toda madera se encuentra expuesta a las partículas de polvo, alimentos, líquidos u otros productos que podrían manchar su superficie. Por esto luego del sellado y del teñido debe aplicarse el barniz o la laca, con el objeto de preservarla de la acción de sustancias ajenas, como también para proporcionarle un excelente brillo al acabado. Actualmente en Venezuela, el mercado de tintas para madera presenta un gran desarrollo. En este mercado se observa la presencia de tres marcas principales, las cuales tienen una participación total del 95% segmentado de la siguiente manera: un 75% lo ocupa la empresa Multilac, un 10% Mi lcor, un 10% Lunagalina y un porcentaje perteneciente a un 5% representado por aquellas empresas con menores ventas del producto en estudio.
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“Estudio de factibilidad técnico-económico, desarrollo
y venta de tintas para madera”
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I.- INTRODUCCIÓN Todo tipo de madera en estado bruto presenta una apariencia plana y
monótona, la cual después del acabado realza su riqueza de tonos, y la belleza
del veteado.
Por la porosidad presente en cada tipo de madera debe aplicarse un
sellador ya sea a base de poliuretano o nitrocelulosa. Al sellarse los poros de está
se evita la penetración de la humedad; si esto no se evitará, la madera corre el
riesgo de adquirir o liberar humedad, originando posteriormente agrietado o alabeo
dependiendo del cual sea el caso presente.
Posterior a esto solo se espera por el teñido, el cual es necesario ya que un
mueble puede ser construido con diversos tipos de maderas o de un mismo tipo
con diferentes tonalidades; así mismo, ofrece protección e incrementa la belleza
natural del veteado.
Toda madera se encuentra expuesta a las partículas de polvo, alimentos,
líquidos u otros productos que podrían manchar su superficie. Por esto luego del
sellado y del teñido debe aplicarse el barniz o la laca, con el objeto de preservarla
de la acción de sustancias ajenas, como también para proporcionarle un excelente
brillo al acabado.
Actualmente en Venezuela, el mercado de tintas para madera presenta un
gran desarrollo. En este mercado se observa la presencia de tres marcas
principales, las cuales tienen una participación total del 95% segmentado de la
siguiente manera: un 75% lo ocupa la empresa Multilac, un 10% Mi lcor, un 10%
Lunagalina y un porcentaje perteneciente a un 5% representado por aquellas
empresas con menores ventas del producto en estudio.
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y venta de tintas para madera”
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Pegas Hercules C.A, dentro de su amplia producción, posee una línea de
productos (laca, sellador) a base de Nitrocelulosa y barniz, dedicados al acabado
de madera. Siguiendo los pasos necesarios para un buen acabado, solo faltaría la
presencia de un tinte de excelente calidad, para así poder completar esta gama de
producción. Por tal razón, en esta investigación se planteó como objetivo principal,
formular, elaborar y evaluar tintas para madera y estudiar la factibilidad
económica de producirla, considerando como proyecto la incorporación de este
producto a esta línea de producción ya existente en esta compañía.
Esta tinta a desarrollarse debe poseer en su composición componentes
compatibles con cualquier tipo de sellador, laca o barniz, que en un momento dado
desee utilizarse, para así poder solventar los problemas originados por las tres
marcas que actualmente ocupan el 95% de las ventas de tintas para madera en
Venezuela, que debido a poseer en su composición colorantes como solventes de
baja compatibilidad con los demás productos existentes actualmente y necesarios
en el acabado, presentan problemas de secado, olor y color principalmente.
Solo se formularán, evaluarán, desarrollarán y comercializarán, en este
trabajo tres de los colores de uso en interiores pertenecientes a la línea de tintas
para madera existente actualmente el mercado, los cuales corresponden al color
caoba, nogal, y miel.
La metodología utilizada para la realización de este proyecto, fue tanto
experimental como de investigación, ya que se baso en el manejo de información
documentada y estudios de factibilidad económica, como también en ensayos de
laboratorio y modelos estadísticos.
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II.-MARCO TEÓRICO.
II.1.- LAS TINTAS Y SU APLICACIÓN EN LA INDUSTRIA MADERERA.
Algunas investigaciones han señalado que en los últimos años la industria
maderera dedicada a la fabricación de muebles ha cambiado considerablemente;
se han introducido nuevos estilos y se han desarrollado nuevas técnicas de
construcción. Sin embargo estos cambios no han disminuido la demanda del
mobiliario tradicional, bello y bien hecho; por el contrario se buscan
constantemente mobiliarios hechos a mano, porque se entiende y se aprecia el
buen diseño, la buena calidad y el buen acabado.
El acabado o el teñido de una superficie se realiza por razones concretas; la
madera en estado bruto presenta una apariencia plana y monótona, posterior a ser
teñida y acabada se hace aparente la belleza del veteado, sus luces y su riqueza
de tonos, destacándose que es de gran importancia el conocimiento acerca de los
tipos de madera usados corrientemente en la ebanistería, de modo de poder
aplicar adecuadamente el acabado y así obtener un mejor resultado.
Las maderas como cualquier otro material orgánico, poseen ciertas
características visibles que pueden ser identificadas fácilmente, y son diferentes
en cada tipo. Las características mas corrientes son el color, veteado, dureza y
resistencia.
El color, se relaciona con el teñido que presenta la madera en bruto.
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El veteado, es importante en la identificación del tipo de madera, ya que por
medio de la apariencia de la veta el acabado mejora su belleza. El veteado de la
madera hace referencia a cuando se aprecian los poros y el dibujo de una madera
en concreto, cuando los poros son abiertos y fácilmente visibles se dice que la
madera es de veta abierta. Cuando los poros son pequeños y juntos, no visibles,
se dice que la madera es de veta cerrada. Para el acabador la veta es de gran
importancia, debido a que esta hace que el mueble acabado sea agradable o
monótono a simple vista.
La dureza de la madera para ebanistería hace referencia a la capacidad
para resistir el maltrato sin que la afecte.
La resistencia, es de gran importancia al hablarse de mobiliarios sometidos
a esfuerzos y tensiones.1
Las maderas utilizadas en la fabricación de mueble, deben ser llevadas
gradualmente hasta un contenido óptimo de humedad mediante un secado de
estufa, a fin de que se encuentren equilibradas con el aire en las condiciones de
servicio. Un contenido de humedad demasiado bajo puede ocasionar
hinchamiento o alabeo; si es demasiado alto, produce una contracción y un
posible agrietado. Un contenido de humedad inadecuado puede ocasionar
dificultades y deterioro en el teñido y posteriormente en el acabado final de la
madera, especialmente si el contenido existente es excesivo.
La mayoría de las superficies deben tener un contenido de humedad entre
los límites de un 5 y un 10%, siendo el contenido optimo de un 7%.
1 S.W.Gibbia. "Acabados de la madera". Biblioteca de la madera y el mueble.
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En cuanto a los pasos a seguir, para así poder obtener un mejor acabado
se pueden nombrar los siguientes:
.- Se prepara la superficie.
.- Se prepara el tinte o el decolorante.
.- Se aplica un tapaporos para el llenado de los poros.
.- Se aplican varias capas de material de acabado transparente.
.- Se frota con un abrasivo para obtener una superficie lisa.
II.1.1.- Tintes para madera
El tinte se define como una solución o dispersión de colorantes o pigmentos
en un vehículo, para poder ser aplicados en la superficie de diversos artículos e
impartir en ella tanto efectos de color como de protección. El teñido industrial es
aplicado por muchos métodos en una gran variedad de materiales; sin embargo su
principal función es la de cambiar el color de la superficie.
La elección de un tinte debe estar condicionada por diversas cualidades,
tales como:
.- Fácil aplicación
.- Superficie final limpia y transparente
.- Secado en tiempo razonable.
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Las propiedades más deseadas en un tinte para muebles son:
transparencia, riqueza de color, intensidad uniforme, permanencia o inalterabilidad
a la luz, ausencia de levantamiento del grano, no-corrimiento o insolubilidad en los
recubrimientos posteriores y rápido secado.
II.1.2.- Clasificación de los Tintes
La selección de un tinte, depende particularmente del trabajo a realizarse,
por lo que se requiere saber que tipo de madera es recomendable, como
prepararla, como utilizarla y finalmente como obtener el color buscado.
Los tintes sintéticos, se clasifican en:
II.1.2.1.- Tintes Ácidos.
Incluye varios tipos de tintes los cuales se encuentran clasificados por sus
propiedades de resistencia a la decoloración por humedad, y a los métodos de
aplicación necesarios. Logran fijarse en la madera bajo la presencia de
temperaturas cálidas.
II.1.2.2.- Tintes Básicos.
Los tintes básicos son de muy poco uso debido a que son de poca
resistencia a la decoloración por exposición a la luz.
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II.1.2.3.- Tintes Directos.
Los tintes directos son capaces de colorear una superficie sin la necesidad
de ningún tratamiento previo; son conocidos como tintes de aplicación directa a la
madera, pero no reaccionan químicamente con ella.
La desventaja de este tinte es que se destiñe con facilidad al ser expuesto a
la luz; su aplicación debe ser efectuada a temperaturas comprendidas entre 85 y
90º C.
II.1.2.4.- Tintes Dispersos.
Los tintes dispersos subliman pasando de estado sólido a vapor con la
aplicación de calor. Son absorbidos a altas temperaturas (90-100ºC).
II.1.2.5.- Tintes Reactivos.
Estos reaccionan químicamente con las moléculas de la madera, formando
una adhesión covalente con el tinte y originando cualidades excelentes de
resistencia a la exposición de la luz. Requieren de la presencia de dos auxiliares;
el primero es la sal, la cual puede ser cloruro de sodio; esta actúa como un
electrolito que reduce la solubilidad del tinte y provoca que las moléculas se
muevan alrededor buscando los puntos apropiados para poder unirse. Si la
disolución del tinte es originada de esta manera, se creará un teñido mucho más
uniforme, debido a que el tinte será absorbido a una velocidad constante en lugar
que todo de golpe. El segundo auxiliar usado es un alcalí, el cual normalmente es
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el carbonato de sodio; este aumenta el pH en el baño de tinte y permite que el
tinte reaccione y se fije en la madera2.
Entre los diversos tintes, existen también los tintes naturales, los cuales son
utilizados en el teñido y estampación de tejidos y en la producción de tintas
flexográficas.
II.1.3.- Composición de las Tintas
Las tintas están constituidas por soluciones o dispersiones de colorantes o
pigmentos en alcohol, hidrocarburos, agua o similares líquidos, aunque en
formulaciones especiales requieran de la presencia de otros componentes tales
como: adhesivos, filtros, catalizadores, etc.
II.1.3.1.- Los Pigmentos
Los Pigmentos, son partículas que imparten color con la ayuda de un
disolvente adecuado. Al ser usados en las tintas, las convierte en aptas tanto para
interiores como para exteriores, debido a que disminuyen los efectos ocasionados
por los rayos U.V; pero a pesar de esto, para poder originarse requieren de un
proceso de dispersión, el cual es de gran complicación y de un precio elevado, por
lo que se acostumbra el uso de los pigmentos coloreados o colorantes.
Una dispersión ocurre cuando cada partícula en los materiales insolubles
se separa y es suspendida en su superficie. Intensos materiales tienen largas
áreas de superficie, dependiendo del tamaño de la partícula y de la porosidad de
estos. Por ejemplo 1g de pigmentos azul puede teñir un área de superficie de
100 m2, incluyéndose en estas superficies, gases, adhesivos, agentes
2 Enciclopedia de la Tecnología Química. Tomo 4
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humectantes y aceites, los cuales deberían ser desplazados sobre los líquidos en
donde se ha realizado la dispersión.
Los agentes dispersantes son usados para dispersar y retener en
suspensión componentes insolubles en las tintas; actúan frecuentemente como
agentes anticracking.
Los pigmentos pueden ser clasificados en tres grandes grupos:
a.- Con elevada pigmentación
b.- Pigmentos coloreados.
c.- Pigmentos inertes.
Los pigmentos con elevada pigmentación no solamente deben ser usados
como pinturas o esmaltes, sino también pueden ser vendidos como bases para la
elaboración de pinturas o tintas.
Los pigmentos coloreados suministran al acabado final, cuerpo, opacidad y
color. Al ser usados en el teñido de madera, poseen la capacidad de evitar las
propiedades de oxidación ocasionadas tanto por el ambiente como por los
materiales necesarios para el acabado.
Generalmente existen dos clases de pigmentos coloreados: Los colorantes
naturales y los colorantes químicos.
La principal función de los pigmentos es ayudar en el control de su
consistencia, brillo, y propiedades de relleno.
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II.1.3.2.- Pigmentos coloreados o Colorantes
Los colorantes son de gran importancia en la elaboración de las tintas,
debido a que a diferencia de los pigmentos con elevada pigmentación o los
inertes, solo requieren de su incorporación en un buen disolvente y agitar para
poder ser usado. Las propiedades de los colorantes son parecidas a la de los
tintes, debido a que de ellos depende la riqueza del color, la permanencia o
inalterabilidad a la luz y el aspecto liso al terminarse el proceso de acabado.
Suelen obtenerse a través de procesos de síntesis orgánicas; el producto
de partida es una sustancia de naturaleza orgánica, alquitrán, hulla o petróleo; de
donde se obtiene el benceno, tolueno, naftol, naftaleno, según sea el caso. Los
productos intermedios se forman por distintos procedimientos químicos:
sulfonación, alquilación, halogenación, nitración, etc.
Las propiedades más deseadas en un colorante son, transparencia, riqueza
de color, intensidad uniforme, permanencia o inalterabilidad a la luz, ausencia del
levantamiento del grano, no corrimiento o insolubilidad en los recubrimientos
posteriores y rápido secado.
II.1.3.2.1.- Clasificación
Los colorantes se pueden clasificar ya sea por su aplicación o por su
estructura química.
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Por el modo de aplicación se clasifican en:
-. Solubles
-. Insolubles
-. Dispersantes.
Los solubles en agua una vez disueltos se encuentran en forma iónica y
según la naturaleza de la parte que se refiere al color, se dividen en:
a.- Colorantes ácidos o aniónicos: Son sales sódicas de ácidos
sulfónicos o carboxílicos en los cuales el principio colorante es el anión.
b.- Colorantes básicos o catiónicos: Son sales de aminas compleja
coloreadas.
c.- Colorantes con mordientes: Se trata de sustancias coloreadas
que no se fijan por si sola sobre la superficie, por lo que requieren de la presencia
de algunos metales, como los mordientes, para combinarse y formar lacas. Esta
propiedad los hace de gran utilidad debido a que actúan sobre las superficies
donde previamente se ha depositado el óxido o el metal correspondiente. Resisten
a la luz pero pierden un poco de solidez.
d.- Colorantes reactivos: Presentan en sus moléculas grupos
funcionales, los cuales reaccionan con la fibra de la madera.
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Los colorantes Insolubles en agua deben sintetizarse in situ, es decir sobre
la madera directamente, y se dividen en:
a.- Colorantes azoicos: Su forma reducida es incolora, pero soluble
en agua, y es la que se aplica sobre el tejido; posteriormente se produce la
oxidación y queda depositada la forma oxidada, que es la coloreada. Son usados
en el teñido de fibras celulósicas.
b.-Colorantes de tina: Son complejos quinónicos insolubles que, por
reducción, proporcionan las hidroquinonas correspondientes, solubles en
álcalis. Estas hidroquinonas, al oxidarse por la presencia del oxigeno procedente
del aire, regeneran la quinona coloreada insoluble. Su nombre proviene de las
tinas que se empleaban tradicionalmente para efectuar la reducción de las
quinonas. El más antiguo de sus colores es el índigo.
Los colorantes dispersos, son compuestos de moléculas simples azoicas o
derivados antraquinónicas con grupos hidrófilos que facilitan su dispersión en el
seno del agua, los cuales surgieron ante la necesidad de teñir el acetato de
celulosa.
Según su estructura química, los colorantes se clasifican atendiendo a la
naturaleza del grupo o grupos crómoforo, es decir, la parte de la molécula
esencial para que ocurra la coloración, y se dividen en
a.- Colorantes azóicos: Representan más de la mitad de los
colorantes de estructuras conocida. Se preparan por unión de una amina
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aromática con un fenol u otra amina aromática. La gran cantidad de colorantes
incluidos en este grupo determina que se clasifiquen en varios subgrupos:
colorantes básicos, ácido (tartacina), mordientes (rojo de cromo), azoicos
insolubles (naftasol A), dispersos (amarillo de acetoquinona), directos (purpurina
diazol 4B).
b.- Colorantes indigoides: Derivan sintéticamente del índigo y la
púrpura, únicos colorantes de tina naturales, por sustitución de uno o dos grupos
NH por azufre o por modificación del enlace central entre las dos partes de la
molécula. Entre ellos se encuentran el índigo azul y el tioíndigo
c.- Colorantes de difenil y trifenilmetano: Derivan de estos
compuestos por sustitución de, al menos, dos grupos aminados o hidroxilados,
seguida de oxidación en medio ácido. Poseen colores fuertes y brillantes, pero su
composición no resiste a la luz3.
d.- Colorantes antraquinónicos: Son los derivados de la
antraquinona. Su investigación aún no ha sido terminada debido a la calidad de los
estudiados hasta ahora.
e.- Colorantes indamínicos y azínicos: Son derivados de la
fenilinoquinona.
3 S.W.Gibbia. "Acabados de la madera". Biblioteca de la madera y el mueble
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f.- Colorantes polimetínicos: Se encuentran constituidos por una
cadena de uno a once o trece átomos de carbono, sustituida en sus extremos por
heterociclos diversos. Su principal uso es en la fotografía.
II.1.3.3.- Los Solventes.
Los solventes se clasifican en:
a.- Solventes Pobres: Son aquellos solventes cuya solubilidad no se
encuentra dentro del rango indicado para un colorante en particular. Al ser usado
dos solventes pobres, generalmente se alcanza el average de solubilidad
esperado de cada líquido independiente; sin embargo algunas veces se debe
tomar en cuenta, qué porcentaje se ha de utilizar en la mezcla, ya que un
aumento o una disminución de éste puede arrojar una variedad de resultados.
b.- Solventes Inmiscibles: Al requerirse en una formulación el uso de
líquidos inmiscibles, se debe incluir la presencia de agentes mezcladores o
emulsificadores. Generalmente materiales solubles en unos de los líquidos es
inmiscible en el otro, por lo que es preferible disolver cada solvente en su
ingrediente apropiado antes de mezclar o emulsificar las fracciones inmiscibles.
c.- Soluciones como solventes: La presencia de uno o más
materiales en una solución es generalmente afectada por el poder solvente de
otra sustancia. Por ejemplo la presencia de sales en agua, podría tender a reducir
su solvencia en muchas tintas, en contraste a esto algunas soluciones alcohólicas
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de resinas son muy buenos solventes para ciertas tintas que también usan
alcohol. La presencia de ácidos y de alcalisis en agua podría tener un efecto
marcado en el poder solvente de un número de materiales, sin embargo es
recomendable principalmente practicar la disolución de cada tipo de componente
por separado y luego proceder a mezclar pero bajo condiciones controladas.
II.1.3.3.1.- Tipos de solventes
Frecuentemente todos los solventes son usados por sus efectos
sinergísticos y por el amplio rango de temperaturas de evaporación. Las tintas
líquidas a menudo son referidas para, baja, mediana, o alta ebullición, tomando en
cuenta su punto de ebullición máximo; en su mayoría su composición ofrece más
de una función en el tinte.
a.- Los alcoholes: Generalmente son usados como solventes, el
metanol, alcohol etílico, alcohol isopropílico, 1-butanol; usándose en su
formulación, ayudantes de secado, antifoling, anticolorantes, agentes
anticongelantes y preservativos. Son usados en tintas transparentes, selladores,
barnices hechos con resinas transparentes solubles, en tintas laqueantes con
ebullición elevada, solventes de alto poder y plastificantes con baja presión de
vapor.
b.- Las aminas: Son usadas en la formulación de diversidad de tintas
y, algunas de ellas en emulsiones, donde su uso debe ser efectuado con
precaución. Las aminas usadas en tintas son: amino-etano y amino isopropanol y
en las emulsiones: aminas ciclo alifáticas, aminas aromáticas anilina, 2-amina-2
etil-1,3-propanodiol.
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c.- Eteres naturales: Deben ser usados en aceites secos, usualmente
son triglicérido de larga cadena, naturalmente ácidos grasos. Secan o polimerizan
por oxidación formando películas y por sus propiedades se diferencian de los
aceites no secantes y de los eteres plastificantes, sirven también como
suavizantes y selladores de poros. Los aceites secantes disuelven las tintas
solubles en éter, pero estos tienen un fuerte efecto antioxidante y retardan el
secado del aceite, los eteres típicos usados son acetato de etilo, acetato n-butil,
etil-lactante, di-n-butil-nafta y dietileno glicol, sirven como solventes para resinas y
para tintas solubles en éter como modificador de película; los eteres son
ingredientes esenciales de las tintas laqueantes. Químicamente los eteres usados
en teñido pueden ser clasificados en 4 grupos: sin sustitución aromática (R-O-R),
hidroxi éter (R-O-ROH), el éter cloronado (CLR-RCL) y el éter cíclico los cuales
contienen tres miembros tipificados por oxido de propileno4.
d.- Los Furanos: Son compuestos cíclicos insaturados caracterizados
por una anillo formado por 4 átomos de carbono y un átomo de oxigeno. El alcohol
furfurano y el alcohol tetrahidrofurano, son derivados de gran utilidad en algunos
tintes. La tendencia del alcohol furfurano a obscurecerse en la presencia de la luz
y a transformarse sintéticamente en la presencia de ácidos, ha sido usada como
una ventaja para tintes de laboratorio. El alcohol tetrahidrofurano tiene
propiedades de solubilidad que solo logran alcanzar mezclas de metanol y
tolueno; estos furanos son usados en tintes particulares únicamente.
e.-Los Glicoles: Son humectantes muy útiles, anticongelantes,
suavizantes y plastificantes; disuelven variedad de colorantes solubles en agua y
4 Enciclopedia de la Tecnología Química. Tomo 4
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son agentes mezcladores de gran utilidad en tintes para madera de forma
granulada. Muchos hidrocarburos e hidrocarbonatos sustituidos son también de
gran uso en tintes; sirven como solventes para colorantes, aceites, resinas y
ceras, algunos también son de gran utilidad como enflaquecedores y
modificadores de viscosidad. Los pronunciados olores característicos de estos
productos y los efectos alérgicos que ellos provocan en algunas personas limitan
sus usos especialmente para barnices, tintes y formulaciones particulares.
f.-Directas y ramificadas cadenas de parafinas e isoparafinas: Son
líquidos muy pesados. Las clases sólidas de estos hidrocarburos son también
útiles, estos incluyen asfaltos, resinas, alquitrán y ceras. Las viscosidades y
temperaturas a las que hierven cubren un amplio rango, algunos de ellos
contienen fracciones químicamente insaturadas que pueden tender a formar
polímeros y con ellos productos resinosos.
Los Hidrocarburos alifáticos son muy útiles como solventes para
resinas y en los aceites con extensión limitada. En algunos casos estos
hidrocarburos alifáticos se encuentran combinados con Tolueno e hidrocarburos
aromáticos similares.
Los aromáticos de nafta de petróleo son en grado técnico mezclas de
nafta, tolueno, xileno, C9, C10, hidrocarburos derivados de procesos de aceites
minerales y no de carbonos alquitranes. Los hidrocarburos aromáticos del
benceno y series de naftalina hidrogenada, son excelentes solventes para los
colorantes o pigmentos solubles en hidrocarburos, alquitranes, aceites, algunos
plásticos, algunas resinas y muchas ceras, donde una variedad de colorantes
tienden a fluir dentro de estos solventes. Son efectivos como ayudantes,
evaporizantes, debido a que ellos forman mezclas azeotrópicas y barreras de
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humedad sobre la superficie, además de ser thinners de gran utilidad en muchos
tipos de tintes.
g.-Las Cetonas: Son inoloras, líquidas, excelentes solventes y
agentes inflamadores para mezclas solventes; disuelven colorantes solubles en
aceites, tienden también a incrementar el poder solvente de alcoholes e
hidrocarburos para resinas y colorantes. Los tipos más volátiles tienden a enfriar la
superficie por debajo del punto de condensación y por consiguiente a inducir
enrojecimiento debido a la humedad obstruida, particularmente con tintes de
secado rápido.
h.-Sales: Algunas sales formadas por bases orgánicas reaccionadas
con ácidos son usadas en tintes como ayuda de emulsiones y como solventes
mutuos para colorantes, aceites y ceras. Tales jabones son de excelente ayuda
para introducir colorantes solubles en agua de tintes particulares con base de
aceite.
Algunas sales amoníacas de ácidos resinosos actúan de una manera
similar al pigmento, resinas dispersantes y bandas retenedoras, sales de gran
utilidad en tintes de emulsión son etanol amina y complejo de amonio borax
sellador; las dispersiones de bases colorantes en ácidos pesados pueden ser
bien clasificadas en este grupo, a pesar de que las mismas funcionan
principalmente como colorantes y no como solventes.
i.- Agua destilada: El agua destilada, es uno de los ingredientes más
usados para tintes, disuelve ácidos, ácidos mordaces, básicos, directos y
colorantes desarrollados; sin embargo, tiene algunas desventajas en el trabajo
con tintes, entre las cuales se pueden mencionar su tendencia a hacer crecer el
grano, a ser rechazada por las áreas de madera resinosa, su bajo punto de
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evaporizacion, alto punto de congelamiento y su tendencia a favorecer el
aparecimiento de bacterias, hongos y mohos son algunas de las desventajas de
su uso.
j.-Thinners: Son líquidos añadidos para reducir la concentración de
tintes, la reducción de la concentración de tintes puede ser requerida por
diferentes razones, incluyendo la reducción del poder tintoreal, fluidez
incrementada y más bajos costos. Los thinners son líquidos simples que deben ser
cuidadosamente formulados y añadidos con precaución o la solubilidad de otros
componentes puede ser afectada; las emulsiones pueden alcanzar un grado de
inestabilidad y los rangos de evaporación pueden ser también cambiados.
Usualmente son mezclas de solventes y no solventes con puntos de ebullición
medios y altos, cuidadosamente balanceadas. El usar agua como thinner puede
ser crítico, si se toma en cuenta su pureza, temperatura, pH, rango de adición y el
tipo de agitamiento.
II.1.3.4.- Otros.
En la composición de cualquier tipo de tinta muchas veces ha de
incorporarse materiales que, con su ayuda, eviten daños en la tinta como tal o en
la superficie ya teñida. El uso de estos componente no es obligatorio, solo
depende de los solventes y colorantes a usar y del uso final que tenga el producto.
Los materiales de mayor uso son:
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a.-Adhesivos: Los adhesivos son bandas usadas para mantener en
buen estado a los colorantes y otros ingredientes utilizados en el teñido de
superficie y para ayudar a llenar los poros o para tallar las superficies. Se pueden
clasificar en tres grupos:
1.-Adhesivos solubles en agua.
2.-Adhesivos de emulsión dispersante.
3.-Adhesivos solubles en líquidos orgánicos.
b.-Agentes anticongelantes: Los tintes almacenados o usados bajo
condiciones congelantes, son generalmente formulados para contener líquidos de
bajo punto de congelación, a medida que se aumenta su proporción en un tinte,
éste deja la superficie húmeda y tiende a sudar los poros, los cuales son
limpiados de la superficie posterior a ser aplicado el tinte.
c.-Antioxidantes: Los antioxidantes son incorporados en los tintes
para impedir reacciones de oxidación, las cuales pueden causar la formación de
cuajos, el desarrollo de olores o resificación. Los complejos orgánicos son
usualmente usados como agentes antioxidantes.
d.-Buffers: Son agentes controladores de pH, tales como boratos y
fosfatos solubles y son adicionados a los tintes para así mantener un pH deseado.
e.-Catalizadores: Son aditivos para el control de las reacciones
químicas en los tintes.
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f.-Filtros: Son ingredientes insolubles añadidos a los tintes con el
propósito de llenar huecos y poros en superficies donde es aplicado el tinte. Los
filtros U.V, son aplicados para la formulación de tintas para exteriores, de modo
que puedan absorber los rayos solares y eviten daños en la superficie teñida.
g.-Controladores de espuma y agentes antiespumantes: Son
añadidos a algunos tintes para apurar el escape de burbujas de aire cuando los
tintes inestables son batidos y aplicados a superficies. El aire puede quedar
atrapado en el mismo tinte o en los poros de la superficie pintada y si ese aire no
es rápidamente eliminado, pueden resultar burbujas y desiguales efectos del
pintado.
h.-Mordaces: Los mordaces son re-agentes químicos seleccionados
para ligar los colorantes de superficies y para reaccionar y modificar las
propiedades de los mismos. Son aplicados en superficies y deben secarse antes
de que el tinte sea aplicado. Sin embargo cuando ambos, los mordaces y el
colorante, son solubles en el vehículo del tinte, ellos pueden ser pre-mezclados
antes de la aplicación.
i.-Preservativos y agentes tóxicos: Algunos tintes particulares, en
adición a sus funciones colorantes, son también designados para servir en la
aplicación de preservativos, antienrojecedores, antipodridores, insecticidas
(antitermitas) y otros agentes tóxicos. Los tintes preparados con carbohidratos y
bandas de proteínas también requieren de preservativos para prevenir la
fermentación y putrefacción de los mismos.
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j.-Estabilizadores: Son tintes que experimentan cambios cuando son
almacenados por largo tiempo, siendo afectados por la presencia o ausencia de
amortiguadores y preservativos, perdida de vapores, crecimiento cristal de
pigmentos, degradación de colorantes y resinas, reacción con los contenedores
• Solventes latentes: Actúan como solventes en presencia de
solventes activos, tales como los alcoholes, como el metanol, etanol, propanol,
butanol, los eteres como el dietil-eter.
• No solventes: Tienen poder no solventes, pero pueden ser
usados como diluyentes en unión con verdaderos solventes. Entre ellos se
encuentran: los hidrocarburos alifáticos y aromáticos, tales como el benceno,
tolueno y el xileno.
II.1.7.4.- Blushing.
Las lacas nitrocelulosas contienen solventes y diluyentes con rápida
evaporación, las cuales pueden crear una película en la superficie con apariencia
grisácea o con la aparición de grietas, a esto es lo que se llama Blushing y
usualmente se utiliza para evitar la presencia de agua o de otros ingredientes en la
película del recubrimiento. Son usados normalmente en períodos donde la
humedad atmosférica es alta.
Existen 2 tipos de Blushing y otro que aún se encuentra en discusión:
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• Gomas o Resinas coloreadas: Se pueden producir para
reducir el exceso de alcohol que sea no- solvente en la resina presente.
• Diluyente Blush: Se utilizan al producirse la unión con un
solvente por causa de algunas uniones formadas por alcoholes, nafta, y por la
presencia de diluyentes como etil acetato.
II.1.7.5.- Viscosidad.
La nitrocelulosa se encuentra en forma fibrosa, o en forma de
una película deposita por resultado de la evaporación de solventes, en los cuales
ha sido disuelta, es un sólido incapaz de fluir, excepto a elevadas temperaturas.
Sin embargo al ser dispersado en un solvente resulta un fluido con determinadas
características, las cuales dependen de la concentración y de la longitud de las
cadenas de unidades de anhídridos de beta-glucosa hechas con derivados de
moléculas. Esta dispersión de Nitrocelulosa en un solvente forma la aparición de
largas cadenas de relativos o dispersos pesos moleculares, cuando la
concentración en la solución es de bajo orden. En prácticas industriales no se
trabaja con bajas concentraciones, la viscosidad debe encontrarse normalmente
entre 10-25%.
La viscosidad de una solución nitrocelulosica en especifico depende
de una variedad de factores:
• El solvente utilizado
• El tipo de Viscosidad de la nitrocelulosa usada
• La temperatura.
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44
A una viscosidad baja se observa una solución donde la
concentración indica una pequeña resistencia al fluido o a la deformación. En
lugar a una viscosidad alta, algunas de sus concentraciones forman una solución
altamente resistente al fluido o a la deformación. Las propiedades del fluido de una
solución de nitrocelulosa dependen de la concentración de ésta. Al incrementarse
la concentración de una nitrocelulosa con baja viscosidad, puede obtenerse una
solución con un fluido idéntico al de una solución que contenga pequeñas
porciones de nitrocelulosa con alta viscosidad.
II.1.7.5.1 .- Clasificación.
La nitrocelulosa se agrupa en dos clases principalmente, las tipo A y
las tipo E.
Las tipo A; son nitrocelulosas solubles en una mezcla de alcoholes.
Las tipo E; son solubles en éteres, cetonas y glicoles éteres: Son
insolubles en alcoholes, a excepción si se encuentran en unión con solventes tipo.
La viscosidad y el % de nitrógenos para los diferentes tipos tanto de
A como de E es el siguiente:
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Tipo % N2 Viscosidad (seg.)
E5 12.0+/-0.2 130+/-10
E6 12.0+/-0.2 95+/-10
E7 12.0+/-0.2 100+/-10
E9 12.0+/-0.2 110+/-10
E13 12.0+/-0.2 115+/-10
E20 12.0+/-0.2 105+/-10
E22 12.0+/-0.2 115+/-10
E24 12.0+/-0.2 115+/-10
E27 12.0+/-0.2 145+/-10
E30 12.0+/-0.2 100+/-10
E80 12.0+/-0.2 140+/-10
A24 11.0+/-0.2 70+/-10
A27 11.0+/-0.2 70+/-10
A30 11.0+/-0.2 70+/-10
II.1.7.5.2.- Características.
• La viscosidad de una solución de nitrocelulosa está influenciada por el
tipo de nitrocelulosa y el solvente usado.
• Dada la clase de solvente usada, la viscosidad incrementa con el peso
molecular del solvente.
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• Dado el grado de nitrocelulosa y la producción de nitrocelulosa con
diversa viscosidad en variados solventes, puede originar la aparición de cuerpos
hidrogenados y momentos dipolares en los solventes.
• El uso de diluyentes con solventes de alto poder, presenta la ventaja
de incrementar la viscosidad de la solución de nitrocelulosa.
II.1.7.6.- Campos de Aplicación.
Las soluciones de nitrocelulosa producen una película flexible, protectora y
decorativa. Su buena compatibilidad y sus componentes dan origen a múltiples
aplicaciones:
• Acabados para madera.
• Acabados de Metales
• Tintas de Impresión
• Lacas
• Efectos de acabado
• Lamparas incandescentes
• Terminados Multicolores, etc.
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III.-PARTE EXPERIMENTAL.
III.1.- Materiales
Las materias primas utilizadas son:
• Colorante Savinyl Negro RLS
• Colorante Savinyl Amarillo RLS
• Colorante Savinyl Rojo 2BLSE
• Metanol
• Butiloxitol
• Metil Etil Cetona (M.E.K.)
• Tolueno
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III.2.- DISEÑO EXPERIMENTAL
III.2.1.- Fundamento Teórico.
El tipo de diseño experimental de mayor importancia y uso son los diseños
factoriales de dos niveles. En un experimento factorial se investigan
simultáneamente los efectos de ciertos números de diferentes factores. Los
tratamientos constan de todas las combinaciones que puedan formarse de los
distintos factores.
En general, para realizar un diseño factorial, el investigador selecciona un
número fijo de niveles para cada una de las variables (factores) y luego lleva a
cabo los experimentos con todas las posibles combinaciones de éstos. Si existen
L1 niveles para la primera variable, L2 para la segunda y Lk para la K-ésima
variable, el arreglo será un diseño factorial de L1.L2.....Lk corridas experimentales.
Por ejemplo, un diseño factorial de 2.3.5 requerirá de 30 corridas y uno 2.2.2=23,
representan un diseño factorial de dos niveles con ocho corridas.
Las ventajas de la experimentación factorial dependen naturalmente de la
finalidad del experimento. Supóngase por ahora, que el propósito es investigar los
efectos de los factores, mas bien que encontrar, por ejemplo, la combinación de
los niveles de los factores que dan una respuesta máxima. Un procedimiento para
éstos es conducir experimentos separados, cada uno de los cuales considere un
sólo factor. Otro procedimiento es incluir todos los factores simultáneamente por
medio de un experimento factorial.
Si todos son independientes en sus efectos, el método factorial significará un
ahorro considerable de tiempo y material dedicado a los experimentos. El ahorro
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se deriva de dos hechos: primero, cuando los factores son independientes, todos
los efectos simples de un factor son iguales a su efecto principal, de tal manera
que los efectos principales son las únicas cantidades necesarias para describir
completamente las consecuencias de las variaciones en el factor. Segundo, en un
experimento factorial cada efecto principal se estima con la misma precisión que si
todo el experimento se hubiese dedicado a ese solo factor.
Las consideraciones de tipo práctico podrían disminuir esta ganancia. El
experimentador frecuentemente carece de los recursos para conducir un
experimento grande con varios tratamientos y debe trabajar únicamente con uno o
dos factores a la vez. Además, conforme aumente el número de combinaciones de
tratamientos en un experimento, el error estándar por unidad también aumenta.
Por lo tanto, este error es más probable que sea más alto para un experimento
factorial grande, que para un experimento similar con un solo factor.
Se supone que el propósito es aún investigar cada factor en el intervalo
representado por sus niveles. Cuando los factores no son independientes, los
efectos simples de un factor varían de acuerdo con la combinación particular de
los otros efectos, con los que estos se producen. En este caso, es probable que el
método de factor único provea solamente un número de fragmentos inconexos de
información, los cuales no pueden ser ligados fácilmente. Para conducir un
experimento con un factor único A, debe tomarse alguna decisión acerca de los
niveles de los otros factores, por ejemplo B, C y D, que se van a usar en el
experimento. El experimento revela los efectos de A para esta combinación
particular de B, C y D; pero no da ninguna información para predecir los efectos de
A con cualquier otra combinación de B, C y D. Por otro lado, con el método
factorial, los efectos de A se examinan con todas las combinaciones de B,C y D
que se incluyen en el experimento. Así, se acumula una gran cantidad de
información sobre los efectos de los factores y sus relaciones entre sí.
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Algunas veces, los experimentadores encuentran los resultados de los
experimentos factoriales, difíciles de interpretar, porque parecen presentar una
confusa variedad de comparaciones de tratamientos. Es cierto que un resumen
adecuado de un experimento factorial requiere un procedimiento ordenado y a
menudo toma mucho tiempo. Si los factores son independientes en su mayoría, el
método de análisis por medio de los efectos principales e interacciones reducirá
los datos a proporciones manejables. Si los numerosos factores se interaccionan
de una manera confusa, será necesario un estudio prolongado de los resultados y
una experimentación más amplia antes de que sean comprendidos enteramente
los hechos. En este caso, el problema es que los fenómenos son muy complejos
y no que la experimentación sea defectuosa7.
Los diseños factoriales, en general, son de una gran importancia,
debido a una serie de razones:
1. Requieren de un determinado número de corridas para cada factor
estudiado y, dependiendo de la cantidad de niveles dentro de los cuales varía
cada factor, este diseño será capaz de explorar completamente una amplia región
del espacio de los factores y podrá determinar en aquellos casos donde los niveles
son bajos, una dirección adecuada para efectuar una posterior investigación de
manera de afinar resultados.
2. Si se necesita de una exploración local mayor, este diseño puede
adaptarse fácilmente como parte de diseños compuestos. Estos diseños se
construyen por adición de más combinaciones de tratamientos a aquellas que son
obtenidas de un factorial 2k, los nuevos diseños tendrán un número total de
combinaciones de tratamientos de 2k + 2K + 1, con un nivel codificado de cada
variable de X de –2, -1, 0, 1, 2.
7 Cochran, W.; Cox, G. Diseños experimentales. 1974.P77-82
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3. Estos tipos de diseños son la base de los diseños fracciónales, los
cuales son de gran valor en estas etapas primarias de investigación, donde
frecuentemente es muy útil emplear una experimentación preliminar, donde se
puedan observar resultados superficiales dentro de un número amplio de factores.
4. Estos diseños y sus correspondientes diseños fracciónales pueden
ser utilizados como “bloques de construcción”, donde el grado de complejidad del
diseño en bloque final puede adaptarse a lo sofisticado del problema.
5.-La interpretación de las observaciones producidas por los diseños
factoriales se puede proceder ampliamente utilizando el sentido común y
aritmética elemental8.
III.2.2.- Determinación del número de formulaciones.
Para determinar el número de combinaciones de variables necesarias
en esta experimentación, logrando así una optimización de las formulaciones de
Tintas para madera, se utilizó un diseño central compuesto de dos niveles, debido
a que se necesita una exploración local grande de los efectos de estos factores en
8 Box,G; Hunter,J. Statistics for Experiments and Introduction to Desing, Data Analisis and Model Building. Wiley Series in Probabily and Mathematical Statistics. 1978.
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el producto estudiado. El sistema se encuentra afectado por cuatro variables
independientes (factores experimentales) que son:
X1= Nivel de pigmento coloreado Negro
X2= Nivel de pigmento coloreado Amarillo
X3= Nivel de pigmento coloreado Rojo
X4= Nivel de la mezcla de disolventes.
Estas variables pueden afectar el sistema de la siguiente forma. Los
colorantes aplicados presentan gran importancia en este diseño experimental,
debido a que la proporción usada de cada uno de ellos afecta su solubilidad en
los disolventes aplicados como también en la obtención del color deseado en el
producto final. La cantidad de disolvente es un parámetro importante en el nivel de
solubilidad de los colorantes en la mezcla de disolventes usada, como también en
la rata de evaporación del producto a obtener. Por lo que se debe medir el efecto
de estos cuatro factores en las siguientes variables dependientes:
Y1= Rata de Evaporación.
Y2= Color
Y3= Densidad
Y4= Aceptación General.
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Se establecieron los siguientes rangos de variación, para cada factor en
estudio, partiendo de los límites máximos y mínimos aceptables de cada uno, en
la formulación de tintas para madera:
Nivel de Disolvente= [96.420-99.305 ]%
Nivel de pigmento coloreado Negro= [ 0.000-0.225] %
Nivel de pigmento coloreado Amarillo= [ 0.560-3.333] %
Nivel de pigmento coloreado Rojo = [ 0.135-1.667] %9
Según este diseño, para cuatro (4) variables independientes, el número
total de combinaciones es 2k + 2K + 1, con los siguientes niveles codificados para
cada variable independiente:
Variable -2 -1 0 1 2 Intervalo
Nivel de Negro (gr) 0.000 0.056 0.112 0.169 0.225 0.0562
Nivel de Amarillo (gr) 0.560 1.253 1.945 2.638 3.333 0.695
Nivel de Rojo (gr) 0.135 0.518 0.901 1.284 1.667 0.383
El resultado de las formulaciones a obtenerse, será con la siguiente
formulación:
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