Empleo de la zeolita modificada como aditivo en la formulación de pinturas antifúngicas

Modificación de la zeolita

La zeolita natural tipo clinoptilolita del yacimiento Tasajeras, Provincia de Villa Clara, con granulometría -3+1 mm, se puso en contacto durante 72 horas con una solución de sulfato de cinc (ZnSO₄·7H₂O) a una relación liquido-sólido de 0,65 a temperatura ambiente. Transcurrido el tiempo de lavó el sólido y se secó en estufa a 105°C, luego se micronizó bajo 0,045 mm.

Obtención de la pintura fungicida

Se elaboró un recubrimiento vinil de color blanco en el Laboratorio de la Fábrica de Pinturas Vitral en el que se empleó una dosis de zeolita de 40 g/L en la formulación.

Ensayos microbiológicos

Para comprobar la esterilidad de la zeolita-Zn obtenida y de la pintura vinil de color blanco formulada con dicha zeolita se procedió de la siguiente manera:

Se tomó 1 g de la zeolita y 1 mL de la pintura y se suspendieron por separado en 100 mL de agua estéril en un erlenmeyer. Se pusieron a agitar por una hora. Luego se sembraron en placas Petri con Agar Saboraud CAF, el medio estuvo constituido por Peptomicol 10 g/L, Glucosa 40 g/L, Cloranfenicol 0,5 g/L y Agar 15 g/L, pH 5,6. La siembra se realizó a partir de diluciones hasta 10^-6, adicionalmente se realizó una siembra directa desde la solución madre. Se colocaron las placas en incubadora a 35°C por una semana.

La actividad fungicida se le realizó a dos muestras de pintura vinil, una con la zeolita incorporada y la otra fue una muestra de pintura sin aditivo fungicida con el propósito de establecer una comparación. Estos ensayos se realizaron en un laboratorio de microbiología especializado, bajo la norma ASTM D5590-94.

Evaluación de las características físico-mecánicas de la pintura formulada

La fábrica de pinturas Vitral desarrolló una pintura fungicida utilizando como agente biocida la zeolita cinc obtenida en el CIPIMM. Una muestra de la pintura se evaluó en el Laboratorio de Pinturas y Barnices del Centro de Ingeniería e Investigaciones Químicas (CIIQ) a la que se le realizaron diferentes ensayos para evaluar su calidad.

La muestra analizada no presentó sedimento en el envase, su consistencia fue normal y el procedimiento de homogenización se realizó manualmente. Se aplicó tal y como viene en el envase, con un aplicador de 175 µm para el ensayo de resistencia al frote, de 125 µm para la determinación del poder cubriente y una brocha para el resto de los ensayos, obteniéndose una película continua, uniforme, con buena nivelación y brochabilidad. Los ensayos se realizaron a una temperatura de (23,8 ± 0,20) ºC y la humedad relativa de (33,4 ± 0,01) %.

Evaluación de la capacidad fungicida de los recubrimientos aplicados en la pared

Se realizaron pruebas de uso con pintura vinil suministrada por Vitral a la cual se le agregaron diferentes porciones de la zeolita modificada con cinc, para estudiar el comportamiento de estos recubrimientos en el tiempo. En la tabla 1 se muestran las formulaciones aplicadas. Estas pruebas consistieron en pintar una pared contaminada con moho a la cual se le retiró el moho antes de pintarla, como referencia se pintó una franja con el vinil convencional sin la zeolita. En la figura 1 se observa la imagen de la pared antes de pintar y luego de aplicada la pintura. Se le realizó seguimiento por un año y se obtuvieron varias imágenes demostrativas de la evolución del crecimiento microbiano.

Caracterización de la zeolita modificada con cinc

El material obtenido se caracterizó por Microscopia Electrónica de Barrido y se determinó el contenido de cinc. Dicho análisis se realizó por triplicado dando un contenido promedio de cinc de 3%. En la figura 2 se muestran las flechas que indican la presencia de cinc en la zeolita y el Difractograma donde se observan los picos característicos del Zn.

Ensayos microbiológicos

Esterilidad de las muestras de zeolita y pintura fungicida

Las pruebas de esterilidad tanto de la Zeolita-Zn como de la pintura con agregado de zeolita mostraron que no hubo crecimiento de hongos. En la figura 3 se muestran imágenes de las placas de Petri con las siembras directas (sin diluciones), las cuales están totalmente desprovistas de microorganismos.

Como se observa en la figura anterior no hubo crecimiento microbiano de hongos en las placas, lo que indica que las muestras de pintura y zeolita estaban estériles.

Actividad fungicida de la pintura formulada

Estos consistieron en inocular varios microorganismos en las respectivas muestras de pinturas y evaluar el crecimiento microbiano en el tiempo. Se le realizó el estudio a la pintura formulada con la Zeolita-Zn y a una pintura vinil sin el aditivo de zeolita que sirvió como control. Los resultados indicaron que la muestra de pintura con zeolita no presentó crecimiento durante todo el ensayo, no ocurriendo así con la muestra de pintura sin zeolita la cual mostró desarrollo elevado de hongos. Los resultados se reportaron en la tabla a continuación. Los microrganismos utilizados en el ensayo fueron: hongos Aspergillus Níger, Penicillium chrysogenum, Aspergillus pollulans y Alternaria alternata.

Simbología utilizada:

Los análisis microbiológicos realizados a las muestras de pintura mostraron que la muestra con el aditivo de zeolita no mostró crecimiento microbiano durante todo el ensayo, sin embargo, la muestra sin aditivo comenzó a presentar crecimiento, siendo elevado al cabo de los 14 días. Se puede decir que la dosis de zeolita utilizada en la formulación es capaz de proteger el recubrimiento durante todo el tiempo evaluado.

Determinación de las características físico-mecánicas

Con el propósito de evaluar la calidad de la pintura vinil obtenida respecto a sus características físico-mecánicas se le realizaron diferentes ensayos cuyos resultados se muestran en la tabla 3 a continuación.

Comparando los valores obtenidos de la muestra con la línea 52 que es la que se fabrica actualmente en la fábrica de Pinturas Vitral, se observa que son similares solamente en la densidad y viscosidad, el pH es un poco más bajo y el grado de dispersión es muy bajo, debido a la granulometría de la zeolita usada en la formulación. Los espesores seco y húmedo, así como el rendimiento y los sólidos por volumen se corresponden entre sí.

Examinando los resultados obtenidos en el ensayo de resistencia al frote con abrasivo, se puede decir que la muestra evaluada se encuentra en la clasificación de uso para interiores y el poder cubriente es excelente, considerando que el cubrimiento completo es, según plantea la literatura, cuando la relación de contraste es del 98%.

Resultado de la aplicación de los recubrimientos en la pared

Los resultados de la aplicación del recubrimiento con aditivo de Zeolita-Zn en una pared contaminada en el CIPIMM confirmaron lo obtenido en los estudios microbiológicos a nivel de laboratorio, en la imagen de la figura 4 se muestran evidencias fotográficas del estudio.

En la imagen a la izquierda se muestra que en la franja denotada con el número 1, que representa a la pintura sin el aditivo de zeolita, al cabo de los 6 meses ya comienza a notarse presencia de crecimiento microbiano, no ocurriendo así en las franjas 2 y 3 que corresponde a una pintura con zeolita al 3 y 5% en peso de la formulación respectivamente. Al año de iniciado el estudio se observa un incremento considerable del deterioro microbiano en la película de pintura de la franja 1 y comienza a percibirse un ligero crecimiento en las franjas 2 y 3. En la imagen a la derecha se muestra que a los 15 meses en las franjas 2 y 3 se ha controlado el desarrollo de microorganismos, por lo que se puede afirmar que la incorporación de Zeolita-Zn en la formulación de la pintura base acuosa ha tenido un efecto inhibitorio del crecimiento si se compara con lo ocurrido en el recubrimiento de la franja 1.