Tillhör kategori: fysikalisk kemi, kemisk bindning, vardagens kemi
Författare: Niklas Ståhlberg, Tobias Burman
Introduktion Riktlinjer Säkerhet Materiel Förarbete Utförande Förklaring Kemisk bakgrund Fördjupning Litteratur Fler experiment
Tid för förberedelse: 30 minuter
Tid för genomförande: 40 minuter
Antal tillfällen: 3
Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet
Svårighetsgrad: Kräver viss labvana
Laborationen går ut på att testa vattengenomsläppligheten, förmågan att tåla väta, hos målarfärger med olika bindemedel.
Laborationen genomförs av elever som är indelade i grupper om 3-4 personer. Efter laborationen diskuterar eleverna och redovisar sina resultat.
I laborationen ingår vissa material som kan vara farliga att inandas under en längre period (lösningsmedel) och direkt olämpliga att förtära. Skaderisken är dock minimal vid normalt bruk.
De farligaste kemikalierna i laborationen är:
Lacknafta, som du kanske använder för rengöringen av penslarna, får inte hällas i slasken. Den skall lämnas in på en av ortens hänvisade miljöstationer.
Material för en labgrupp:
Du måste förbereda experimentet några dagar i förväg.
Tips: Fråga om färghandeln, eller någon annan, har gammal färg att ge bort gratis.
Färgerna måste ha torkat minst den tid som står angivet på burkarna innan du gör detta.
Skriv ned några hypoteser om vilka färger som kan vara vattengenomsläppliga och varför. Använd färgburkarna, broschyrer, internet och annan litteratur för att söka information.
![]() |
Bild: © Niklas Ståhlberg, Tobias Burman |
Diskutera sedan orsakerna till färgernas olika vattengenomsläpplighet, för- och nackdelar med en vattengenomsläpplig färg.
Inomhusfärger som innehåller akryllatex är vattenspädbara, dvs de har ett bindemedel som är vattenlösligt. Helt logiskt så har dessa färger sämre motståndskraft mot vatten än färger som inte är vattenslösliga. Det gör i sin tur att de bara behöver utsättas för små mängder vatten under en begränsad tid för att de skall påverkas och förstöras.
Det som händer under laborationen är att de färger som har alkyd som bindemedel klarar sig opåverkade under samma fuktiga förhållanden som de vattenlösliga. Alkyden är ett bindemedel som är hydrofobt, dvs vattenavstötande. Vattenmolekylerna kan inte tränga in genom alkydfärglagren på träet eller in i träet.
Däremot påverkas och löses de vattenlösliga färgerna upp. Akryllatex, som är hydrofil, kan inte stoppa vattenmolekylerna från att tränga igenom. Konsekvenserna är att färgen blir bubblig, klibbig och seg, samt att träet under färglagret blir fuktigt och grönt av det färgade vattnet som tränger in.
Målarfärger kommer alla någongång i vardagslivet i kontakt med. Antingen skall man måla om sitt hus eller så är det ett modellplan som skall få ett nytt utseende. Kommer man in i en färgaffär så upptäcker man ganska snart att det finns flera olika sorters kulörer av färger och framför allt en massa färger med olika bindemedel, beroende på vilket material som skall målas.
När färgen har torkat är det mest bindemedel som återstår. Bindemedlet håller ihop pigmenten och ser till att färgen fäster vid underlaget. Det finns en lång rad bindemedel. De flesta av dem kommer från naturen, från jordskorpan eller från växt- och djurriket. Syntetiska alkyder, polyakrylat, polyvinylacetat och epoxi framställs av industrierna och tillverkas av petroleum. [1]
Bindemedlen i färger för trä som används av färgindustrin är i princip av två slag: dels alkyd, dels latex. Fördelarna med dem är att de har en förhållandevis lång livslängd och är tåliga. [2]
Alkydbaserade färger är syntetiskt framställda och kallas även alkydharts. På konstgjord väg framställer industrierna, genom olika processer, alkydharts ur mer lättillgängliga och ämnen som finns i naturen. Man utgår från tre komponenter, 1) polyoler, 2) anhydriderna till tvåvärda syror och 3) omättade fettsyror. Polyolerna och syrorna förestras till ett tredimensionellt nätverk av polyester. En viktig beståndsdel i bindemedel är den vegetabiliska oljan. [3]
Det finns hundratals möjliga utgångsämnen för syntesen, men de vanligaste polyolerna är glycerol och pentaerytritol. Den vanligaste anhydriden är ftalanhydrid (anhydriden till ftalsyra). Vanligaste fettsyran är linolsyra. [4]
Alkydmolekylen får i ett tredimensionellt perspektiv en symmetrisk struktur. Den opolära molekylen gör att vattenmolekylen, som är osymetrisk och polär, inte kan komma i kontakt med träet under färglagren, pga av alkydens hydrofoba egenskaper. När vattenmolekylerna kommer i kontakt med alkyden sker ingen kemisk reaktion, av den enkla anledningen att polära lösningsmedel ej kan lösa en opolär molekyl. Allt enligt den klassiska regeln:
Alkydbindemedel torkar och hårdnar genom att tvärbindningar uppstår mellan de omättade sidokedjorna som härrör från fettsyran i alkyden. [6]
Bindemedlet akryllatex är vattenbaserat. Den är en färskvara som innehåller svampdödande gifter (fungicider). Den gör att färgen kan moststå svamp- och mögelangrepp. [1]
Det vattenbaserade bindemedlet består av en polymer av akrylat. Den är uppbyggd genom upprepade sammanlänkningar av monomeren akrylat, med det funktionella namnet propensyra (akrylsyra). Den uppkommer genom att flera propensyramolekyler reagerar med varandra i de funktionella grupperna. Dessa binds samman genom en kondensation, där vatten avges.
Polyakrylat har inte en symmetrisk sktrukturformel. Den är polär och kan därmed lösas i polära lösningsmedel. (Vetenskapens värld, 1989)
När vattenmolekylen kommer i kontakt med akryllatex så sker en återreaktion. Polymeren börjar att delas upp i monomerer igen eftersom det tillförs H2O-molekyler till kolvätebindningarna.
Hos de akryllatexbaserade färgerna bildas en sammanhängande film vid vattenavdunstning. Denna torkning sker snabbt vid normala temperaturer, men störs vid temperaturer under 5 °C. Akryllatexbaserade färgerna har en längre livslängd än alkydbaserade, men de är känsligare mot vatten. [2]