Målarfärgens vattengenomsläpplighet

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

Brandfarligt Irriterande Miljöfarligt 

Tid för förberedelse: 30 minuter

Tid för genomförande: 40 minuter

Antal tillfällen: 3

Säkerhetsfaktor: Utföres med normal varsamhet

Svårighetsgrad: Kräver viss labvana

Introduktion

Laborationen går ut på att testa vattengenomsläppligheten, förmågan att tåla väta, hos målarfärger med olika bindemedel.

Riktlinjer

Laborationen genomförs av elever som är indelade i grupper om 3-4 personer. Efter laborationen diskuterar eleverna och redovisar sina resultat.

Säkerhet

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.

Materiel

Material för en labgrupp:

Förarbete

Du måste förbereda experimentet några dagar i förväg.

Tips: Fråga om färghandeln, eller någon annan, har gammal färg att ge bort gratis.

Utförande

Första tillfället: Målning

  1. Börja laborationen med att skydda arbetsytorna med tidningspapper.
  2. Förbered pinnarna genom att slå spik i ena änden av dem och fäst ett 30 centimeter långt snöre på spiken.
  3. Numrera pinnarna i nummerordning i samma ände som spiken.
  4. Fyll en glasburk med vatten och en med lacknafta för rengörning av penslarna under målningen.
  5. Läs innehållsförteckningen på burkarna. Anteckna vilka färger som är akrylat- repektive alkydbaserade.Målade pinnar
  6. Måla en färg på varje pinne! Kom ihåg att notera vilken färg som målats på respektive pinne, se figur 1.
  7. Häng pinnarna på tork i ett ventilerat utrymme.

Andra tillfället: Blötläggning

Färgerna måste ha torkat minst den tid som står angivet på burkarna innan du gör detta.

  1. Fyll en tillräckligt stor burk med vatten.
  2. Tillsätt karamellfärg så att vatten blir ordentligt färgat.Pinnar i vatten
  3. Ställ de målade pinnarna med den omålade och numrerade änden uppåt i det färgade vattenbadet. Viktigt här är att vattenytan inte överskrider den målade gränsen!
  4. Blötlägg pinnarna i minst två dygn, eller till nästa arbetstillfälle.
  5. Ställ tillbaka pinnarna i torkutrymmet.

Skriv ned några hypoteser om vilka färger som kan vara vattengenomsläppliga och varför. Använd färgburkarna, broschyrer, internet och annan litteratur för att söka information.

Tredje tillfället: Undersök resultatet

  1. Tag upp pinnarna ur vattnet och torka försiktigt av dem med ett papper. Titta på ytan av pinnarna och notera eventuella förändringar.
    Inträngande färg
    Bild: © Niklas Ståhlberg, Tobias Burman
  2. Tag en kniv och skär bort färgen precis vid träytan, skrapa bort två centimeter färg på en sida som legat under vatten och på hela änden av pinnen (se figuren).
  3. Tag en pinne och observera om den blivit grönfärgad och fuktig. Anteckna! Studera de övriga pinnarna på samma sätt.

Diskutera sedan orsakerna till färgernas olika vattengenomsläpplighet, för- och nackdelar med en vattengenomsläpplig färg.

Förklaring

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.

Kemisk bakgrund

Vy för utskrift av kemisk bakgrund och fördjupning

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.

Bindemedel

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]

Alkyd

Strukturer

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:

Bildning av alkyd

Alkydbindemedel torkar och hårdnar genom att tvärbindningar uppstår mellan de omättade sidokedjorna som härrör från fettsyran i alkyden. [6]

Akryllatex

Bindemedlet akryllatex är vattenbaserat. Den är en färskvara som innehåller svampdödande gifter (fungicider). Den gör att färgen kan moststå svamp- och mögelangrepp. [1]

Propensyra

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.

Bildning av akryllatex

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]

Fördjupning

Litteratur

  1. Måla trä ute! (Broschyr), Nordsjö AB.
  2. "Alkyd Resins" i Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A1, 1985, VCH Publishers, Weinheim.
  3. "Artists' Colors - Acrylic and Alkyd Paints" i Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A3, 1985, VCH Publishers, Weinheim.
  4. "Paints and Coatings - Alkyd Coatings" i Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A18, 1991, VCH Publishers, Weinheim.
  5. L. Bjellerup et al., Vetenskapens värld, 1989, Fogtdals förlag, Malmö.
  6. Materialguiden, Riksantikvarieämbetet
    http://www.raa.se/materialguiden/ (2003-05-25)
    • Färger, allmänt
      http://www.raa.se/materialguiden/index.asp?page=mat_show&matid=15 (2003-05-25)
    • Akrylatfärg
      http://www.raa.se/materialguiden/index.asp?page=mat_show&matid=7 (2003-05-25)
    • Alkydfärg
      http://www.raa.se/materialguiden/index.asp?page=mat_show&matid=9 (2003-05-25)
  7. Hemslöjdens miljösidor, Hemslöjdskonsulenterna
    http://www.hemslojd.se/miljoparm/index.htm (2003-05-25)
  8. Färgguide - beskrivning av färgtyper, Kulturfärg
    http://www.kulturfarg.com/guide.htm (2003-05-25)
  9. Business/Corporations/Building/Building Material/Paint, SUNET's Web Index
    http://katalogen.sunet.se/cat/business/corporations/building/building_material/paint (2003-05-25)

Fler experiment


fysikalisk kemi
Avdunstning och temperatur
Bestäm CMC för diskmedel
Bestämning av antalet kristallvatten i kopparsulfat
Blandningar av lösningsmedel
Blå himmel och röd solnedgång
Blåsa ballong med hjälp av PET-flaska
Brus-raketen
Den frysande bägaren
Den tillknycklade plåtburken
Den tunga koldioxiden
Diffusionshastigheten hos ammoniak respektive väteklorid - en jämförelse
Diska med äggula
En märklig planta
Enzymaktivitet i ananas
Enzymkinetik för katalas
Ett glas luft
Ett lysande experiment - Kemiluminiscens
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Flaskor mun mot mun
Flyter isen i matoljan?
Frigolit i aceton
Fryspunktsnedsättning
Försvinnande bläck
Gasvolym och temperatur
Gelégodis i vatten
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Identifiera plasten
Kemisk jämvikt hos ett osynligt bläck
Kemiskt snöfall
Klorofyllets röda fluorescens
Koka vatten i en spruta
Kondomen i flaskan
Kristallodling
Kristallvatten i kopparsulfat
Ljuset under glaset
Lödtenn 60
Löslighet och pH - En extraktion
Maizena gör motstånd
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Matoljans viskositet och omättade fettsyror
Mentos-pastiller i kolsyrad läsk
Molnet i flaskan
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Osmos i ett ägg
Osmos i potatis
Osynlig gas
pH i kokt mineralvatten
Platta yoghurtburkar
Salta isen
Saltat islyft
Se genom papper
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Stärkelse och vatten - fast eller flytande?
Såpbubblor
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Trolleri med vätskor
Undersök en- och flervärda alkoholer
Utfällning av aluminium
Utsaltning av alkohol i vatten
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför smäller inte ballongen?
Vattenrening
Vattenvulkan
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Värmeutvidgning
Åka hiss
Ägget i flaskan
Älskling, jag krympte ballongen

kemisk bindning
Att vara kemisk detektiv
Bestäm CMC för diskmedel
Blandningar av lösningsmedel
Diska med äggula
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Frigolit i aceton
Färga ullgarn med svampar
Gore-Tex, materialet som andas
Gummi och lösningsmedel
Gummibandets elasticitet
Gör ett avtryck från papper till stearin
Gör hårt vatten mjukt
Gör kopparslanten skinande ren - med komplexkemi
Hur kan man göra kläder av plast?
Hur mycket vatten finns i maten?
Håller bubblan?
Kemisk vattenrening
Kristallvatten i kopparsulfat
Lödtenn 60
Mät CMC med hjälp av droppstorleken
När 1 plus 1 inte är 2
Permanenta håret
Slime
Studsboll
Såpbubblor
Tag bort rostfläcken med det ämne som gör rabarber sura
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka en ytspänningsvåg
Tillverka papperslim
Trolleri med vätskor
Tvätta i hårt vatten
Undersök en- och flervärda alkoholer
Varför färgas textiler olika?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel

vardagens kemi
Att döda bakterier - kan Klorin & Javex va´ nå´t?
Bestäm CMC för diskmedel
Blev disken ren?
Coca-Cola vs Coca-Cola light
Den bästa bulldegen
Den omöjliga tvålen - den är preparerad!
Diska med äggula
Eld - varför brinner det?
Eldprovet
Enzymaktivitet i ananas
Enzymer i Tvättmedel
Ett gammalt tvättmedel, del 1: Salt ur björkaska
Ett gammalt tvättmedel, del 2: Tvål ur saltet
Ett målande experiment - att rengöra en målarpensel
Falu rödfärgspigment ur järnvitriol
Framställ en detergent
Framställ låglaktosmjölk
Fruktköttet får solbränna
Färga ullgarn med svampar
Färgämnen i M&M
Gore-Tex, materialet som andas
Gör din egen limfärg
Gör din egen tandkräm
Gör ditt eget läppcerat
Gör hårt vatten mjukt
Göra lim av kasein
Hockey-visir
Hur fungerar en torrboll?
Hur gör man kakan porös?
Hur moget är äpplet?
Hur smakar salmiak?
Håller bubblan?
Karbidlampan
Kemi i en brustablett
Kemisk vattenrening
Majonnäs - en emulsion
Maskrosen som krullar sig
Modellmassa av mjölk
Myggmedel - hur funkar det?
När flyter potatisen?
Olja som lösningsmedel
Optiska Vitmedel
Osmos i ett ägg
Osynlig gas
Pektin och marmeladkokning
Pelargonens färg
Permanenta håret
Pulversläckare
Rengöra silver
Rostbildning och rostskydd
Skär sig majonnäsen?
Smältpunkten för legeringen lödtenn
Snöflingeskådning
Superabsorbenter i blöjor
Surt regn
Syror och baser i konsumentprodukter
Såpbubblor
Tillverka din egen deodorant
Tillverka din egen glidvalla
Tillverka din egen tvål, del 1: Själva tvålen
Tillverka din egen tvål, del 2: Parfymera och färga tvålen
Tillverka ditt eget läppstift
Tillverka Falu rödfärg enligt gammalt recept
Tillverka papperslim
Tillverka rengöringskräm
Tvätta i hårt vatten
Utfällning av aluminium
Utvinna järn ur järnberikade flingor
Vad händer då något brinner?
Vad händer när degen jäser?
Vad innehåller mjölk?
Vad är det i saltet som smakar salt?
Vad är skillnaden mellan maskin- och handdiskmedel?
Varför färgas textiler olika?
Varför kan man steka i smör och olja men inte i lättprodukter?
Varför mörknar en banans skal?
Varför rostar järn och hur kan man förhindra det?
Varför slipper bilen varma yllekläder på vintern?
Varför svider det i ögonen när man skalar lök?
Varför äter vi Samarin?
Vattenrening
Visa ytspänning med kanel
Vispa grädde
Växtfärga med rödbetor enligt receptet från Västerbotten
Ägget i flaskan
Ärg på en kopparslant
Äta frusen potatis