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U N I V E R S I D A D E D E S Ã O P A U L O
Escola de Engenhar ia de Lorena – EEL
RADAMES REZENDE BERTAN
IMPORTÂNCIA DE AGENTES COALESCENTES EM TINTAS
ACRÍLICAS DECORATIVAS BASE ÁGUA E SUA INFLUÊNCIA NA
RESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA
Lorena -SP 2014
U N I V E R S I D A D E D E S Ã O P A U L O
Escola de Engenhar ia de Lorena – EEL
RADAMES REZENDE BERTAN
IMPORTÂNCIA DE AGENTES COALESCENTES EM TINTAS
ACRÍLICAS DECORATIVAS BASE ÁGUA E SUA INFLUÊNCIA NA
RESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA
Projeto de Trabalho de Conclusão de curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena – Universidade de São Paulo, para atender parte dos requisitos para obtenção do diploma de Engenheiro Industrial Químico. Área de Concentração: Polímeros
Orientadora: Profª Drª. Jayne Carlos de Souza Barboza
Lorena -SP 2014
AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA AFONTE
Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,
com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)
Bertan, Radames Rezende IMPORTÂNCIA DE AGENTES COALESCENTES EM TINTASACRÍLICAS DECORATIVAS BASE ÁGUA E SUA INFLUÊNCIA NARESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA / Radames Rezende Bertan;orientadora Jayne Carlos de Souza Barboza. -Lorena, 2014. 38 p.
Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaIndustrial Química - Escola de Engenharia de Lorenada Universidade de São Paulo. 2014Orientadora: Jayne Carlos de Souza Barboza
1. Agentes coalescentes. 2. Resistência à abrasãoúmida. 3. Tinta. 4. Formação de filme. 5. Temperaturamínima de formação de filme. I. Título. II. Barboza,Jayne Carlos de Souza , orient.
Dedico este trabalho
Aos meus pais, familiares e amigos por terem formado a
base que precisei para crescer ao longo de minha jornada.
Também dedico este trabalho a todos os profissionais que
me auxiliaram ao compartilhar seus conhecimentos e
experiências.
AGRADECIMENTOS
Aos meus familiares, por todo o esforço e dedicação, permitindo a conclusão do
curso de Engenharia.
Aos colegas de trabalho, que compartilharam conhecimentos, experiências e
disponibilizaram a estrutura para que fosse desenvolvido o projeto de monografia.
Aos educadores, pelos ensinamentos transmitidos, ajudando a construir as bases
teóricas de minha formação acadêmica.
Á orientadora Profª Drª. Jayne Carlos de Souza Barboza, pela compreensão e contribuição na realização deste trabalho.
EPÍGRAFE
"Todo mundo quer o fruto do crescimento, mas não se dispõe ao desconforto do plantio."
Flávio Augusto
RESUMO BERTAN, Radames Rezende. Importância de agentes coalescentes em tintas acríl icas decorativas base água e sua influência na resistência á abrasão úmida . Lorena 2014. 40 fls. Trabalho de conclusão de curso – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena – SP, 2014.
Tintas acrílicas decorativas base água tem como principal componente emulsões poliméricas, as quais possuem como característica a não formação de filme homogêneo em temperatura ambiente. Para contornar tal característica das emulsões, emprega-se agentes coalescentes, sendo estes responsáveis por promover a formação efetiva de filme homogêneo e coeso. Neste trabalho de conclusão de curso foi avaliado o comportamento de tintas acrílicas decorativas base água aditivadas com diferentes agentes coalescentes e, consequentemente, quais características da tinta foram afetadas. Após todas as análises, aprovou-se uma amostra para uso em escala industrial e concluiu-se que os agentes coalescentes podem influenciar positivamente na formação de filme das tintas, melhorando a qualidade e valor agregado deste produto antes e após aplicação.
Palavras-chave: Coalescente. Formação de filme. Resistência à abrasão
úmida. Temperatura Mínima de Formação de Filme. Tinta.
LISTA DE FIGURAS
Figura 4.1 – Formação de filme em emulsões poliméricas 15
Figura 4.2 – Pigmentos ativos 22
Figura 5.1 – Curva de TMFF e sua linha de tendência 26
Figura 5.2 – Agitador mecânico 26
Figura 5.3 – Aparelho para determinação de TMFF 28
Figura 5.4 – Aparelho para determinação de dureza Konig 29
Figura 5.5 – Aparelho para determinação de resistência à abrasão úmida 29
Figura 5.6 – Viscosímetro Krebs-Stormer 30
Figura 5.7 – Aparelho para determinação de tempo de secagem 30
Figura 6.1 – Curvas de TMFF após aditivação 31
Figura 6.2 – Curvas de dureza após aditivação 32
Figura 6.3 – Aumento da dureza com o tempo 33
Figura 6.4 – Resistência à abrasão úmida de tintas 34
Figura 6.5 – Tempo de secagem 35
Figura 6.6 – Estabilidade das tintas 36
LISTA DE TABELAS
Tabela 4.1 – PVC associado com níveis de brilho da tinta 20
Tabela 5.1 –
Tabela 5.2 –
Pontos de ebulição das amostras em teste
Formulação utilizada na preparação das tintas de alto PVC
25
27
Tabela 6.1 – Porcentagem de agente coalescente para formação de
filme á zero grau Celcius.
32
LISTA DE ABREVIATURAS
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
COV Composto Orgânico Volátil
ISO International Organization for Standardization
NBR Normas Brasileiras Regulamentares
PVC Pigment Volume Concentration
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO 11 2. OBJETIVOS 12
2.1. OBJETIVO GERAL 12
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 12 3. JUSTIFICATIVA 13
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14
4.1. EMULSÕES POLIMÉRICAS
4.1.1. Formação de filme
14
15 4.2. AGENTES COALESCENTES
4.2.1. Classificação
4.2.2. Meio ambiente e Toxicidade
16
16
17
4.3 TINTAS DECORATIVAS BASE ÁGUA 18 4.3.1. Componentes das tintas 18
4.3.1.1. Ligantes 19
4.3.1.2. Pigmentos 21
4.3.1.3. Líquidos 23 4.3.1.4. Aditivos 23
5. MATERIAIS E MÉTODOS 25
5.1. ADITIVAÇÃO DAS EMULSÕES POLIMÉRICAS
5.2. COMPOSIÇÃO E FORMULAÇÃO DAS TINTAS 5.3. COLETA DE DADOS
25
27 28
6. RESULTADO E DISCUSSÃO 6.1. AVALIAÇÃO DA EMULSÃO POLIMÉRICA 6.2. AVALIAÇÃO DA TINTA
7. CONCLUSÕES
31 31
34
37 BIBLIOGRAFIA 38
11
1. INTRODUÇÃO
Segundo levantamento da ABRAFATI – Associação Brasileira dos
Fabricantes de Tintas (2013), o Brasil é um dos cinco maiores mercados mundiais
para tintas, contando com centenas de fabricantes de grande, médio e pequeno
porte. Neste vasto setor, 64% do faturamento e 80% do volume são provenientes
da produção de tintas decorativas, totalizando 1,426 bilhão de litros em 2013.
O termo tintas decorativas é utilizado para definir tintas utilizadas em
pinturas imobiliárias, com a finalidade de embelezar ou disfarçar defeitos.
Formulações de tintas decorativas base água tem como principal componente a
emulsão polimérica (ou ligante), sendo responsável pela formação de filme coeso
e resistente após aplicação. As emulsões poliméricas utilizadas na indústria de
tintas decorativas apresentam em sua composição aproximadamente 50% em
massa de polímero disperso em água.
A taxa de evaporação da água é a principal propriedade a afetar o tempo
de secagem da emulsão e, consequentemente, da tinta. Entretanto, abaixo de
certas temperaturas, o tempo de secagem da água não é suficientemente rápido
para que haja boa interação entre as partículas poliméricas e, consequentemente,
ocorre formação de filme não homogêneo e quebradiço. A temperatura a partir da
qual ocorre formação de filme homogêneo e coeso é denominada Temperatura
Mínima de Formação de Filme (TMFF).
Visando garantir a qualidade e boa aplicação para tintas, é preciso garantir
que o polímero tenha formação efetiva de filme mesmo em baixas temperaturas, a
partir de 5 ºC. Sabe-se, entretanto, que a TMFF de produtos padrões no mercado
gira em torno de 20 ºC (SCHWARTZ, 2001). Para contornar essa característica
são utilizados agentes coalescentes (ou plastificantes temporários), que são co-
solventes responsáveis por reduzir a TMFF e permitir formação de filme coeso,
mesmo em baixas temperaturas de aplicação.
Nesse sentido, este trabalho consiste em avaliar uma emusão polimérica
aditivada com diferentes agentes coalescentes por meio de testes laboratoriais.
Esta avaliação permitirá o uso em grande escala do agente coalescente
aprovado.
12
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GERAL
Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência de diferentes agentes
coalescentes em formulações de tintas acrílicas decorativas base água de alto
PVC.
2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
a) Aditivar uma emulsão acrílica-estirenada com diferentes agentes
coalescentes.
b) Analisar TMFF e Dureza da emulsão após aditivação.
c) Formular tintas de alto PVC utilizando as emulsões aditivadas citadas no
item a.
d) Realizar o teste de resistência à abrasão úmida das tintas.
e) Verificar estabilidade das tintas.
f) Verificar tempo de secagem das tintas.
13
3. JUSTIFICATIVA
A alta competitividade do mercado de tintas submete as empresas à busca
incessante por melhorias em seus produtos. Os agentes coalescentes ajudam a
diminuir a Temperatura Mínima de Formação de Filme (TMFF) e,
consequentemente, garantem que a tinta apresente boa formação de filme
alcançando alto desempenho independentemente da temperatura de aplicação.
No Brasil, o desempenho de tintas é avaliado principalmente por testes de
resistência à abrasão úmida segundo normas da ABNT. Deste modo, este
trabalho tem como objetivo constatar qual agente coalescente é mais efetivo na
melhoria da formação de filme de tintas, aumentando a qualidade e
competitividade do produto.
14
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1. EMULSÕES POLIMÉRICAS
Emulsões poliméricas também são conhecidas como dispersões
poliméricas, látex ou ligantes, sendo geralmente um sistema multi-fase no qual
uma das fases está distribuida microscópicamente pela fase contínua. Em
emulsões poliméricas, a fase dispersa consiste em partículas de polímeros com
diâmetro geralmente menor que 1 µm, enquanto a fase contínua é água.
Os sistemas de emulsões poliméricas não são termodinâmicamente
estáveis por si só, já que as partículas apolares dos polímeros tem tendência de
tentar minimizar sua grande superfície de contato com a água, que é polar, por
meio da aglomeração acarretando a coagulação da fase dispersa (SCHWARTZ,
2001). Sendo assim, para obter alta estabilidade, torna-se necessária a
incorporação de agentes surfactantes à superfície das partículas poliméricas,
favorecendo sua dispersão em água.
As emulsões poliméricas mais utilizadas na indústria de tintas contêm, em
média, 50% de polímero disperso em água. Cada mL de emulsão contém cerca
de 1015 partículas, com diâmetro entre 50 e 500 nm. Uma partícula contém de 1 a
10 000 macromoléculas, e cada macromolécula contêm em torno de 100 a 106
unidades de monômeros (URBAN, 2002).
15
4.1.1. Formação de filme
De acordo com SCHWARTZ (2001), a formação de filme em emulsões
poliméricas é bastante complexa, sendo dividida em quatro etapas:
1. Evaporação d’água;
2. Aproximação das partículas;
3. Deformação das partículas;
4. Coalescência das partículas.
Durante a etapa de secagem, ao final da evaporação d’água, as partículas
se aproximam e as forças de tensão superficial as pressionam umas as outras. As
partículas passam a se deformar, até o ponto onde adquirem forma hexagonal
(colméia) e, posteriormente, devido ao fenômeno de interdifusão das cadeias
poliméricas ocorre a coalescência e consequentemente a formação do filme. Na
figura 4.1 pode-se verificar cada etapa deste processo.
Figura 4.1 – Formação de filme em emulsões poliméricas
Fonte: < http://www.bauchemie-tum.de/>
16
4.2. AGENTES COALESCENTES
São aditivos utilizados em tintas base água que contenham emulsões
poliméricas como ligantes. Agentes coalescentes têm como função, reduzir a
TMFF da emulsão, facilitando a formação de filme da tinta em dadas condições
de aplicação.
Esses aditivos atuam como plastificantes, reduzindo a energia necessária
para que ocorra deformação das partículas de polímero durante a secagem da
tinta, mas ao mesmo tempo é desejável que sejam voláteis, portanto, o termo
“plastificante temporário” se encaixa muito bem neste caso (BIELEMAN, 2000).
4.2.1. Classificação
De acordo com FAZENDA (2009), os agentes coalescentes pertencem à
família dos solventes. No caso de tintas base água, a própria água cumpre o
papel de solvente principal, tornando o agente coalescente um co-solvente. A
seguir serão classificados os principais solventes de acordo com sua estrutura
química:
Hidrocarbonetos: São os mais simples compostos orgânicos, já que
apresentam somente carbono e hidrogênio em sua composição. Podem ser
classificados em três grandes grupos: Os hidrocarbonetos alifáticos,
aromáticos e terpênicos. Em geral, são utilizados para dissolver óleos
minerais, ceras e parafinas. Alguns exemplos são: aguarrás e ciclohexano.
Solventes oxigenados: São aqueles que contêm átomos de oxigênio em
suas moléculas, este fator os torna mais solúveis em água devido à
formação de ligações de hidrogênio. Este fato os torna ideais para
formulações de tintas a base água. Os grupos mais importantes são:
alcoóis, ésteres, cetonas, éteres glicólicos e glicóis. Alguns exemplos são:
etanol, acetona e butilglicol.
17
Solventes clorados: Contêm átomos de cloro em suas moléculas, fator
que garante alta solvência de resinas, polímeros, óleos, graxas entre
outros. Além disso, estes solventes são não inflamáveis, ajudando a reduzir
o risco em seu manuseio. Alguns exemplos são: cloreto de metileno,
tricloroetileno e percloroetileno.
Outros solventes: Alguns éteres são de grande importância no mercado,
um deles é o tetrahidrofurano (THF), que consegue solubilizar uma alta
gama de produtos. Outros solventes importantes são as nitroparafinas,
altamente utilizadas no mercado de sprays eletrostáticos para
revestimentos.
4.2.2. Meio ambiente e Toxicidade
Os agentes coalescentes, por serem voláteis, podem ser considerados
COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) dependendo de suas características
físico-químicas. A emissão de COVs vem sendo regulamentada por agências de
proteção ambiental.
De acordo com a Diretiva 2004/42/CE, da União Europeia, COVs são
quaisquer componentes orgânicos com ponto de ebulição abaixo ou igual a 250ºC
medido a 101,3kPa de pressão. Enquanto que, a Agência de Proteção Ambiental
dos Estados Unidos – Enviromental Protection Agency (US EPA) classificam os
COVs como qualquer composto de carbono que participa de reações
fotoquímicas na atmosfera, exceto monóxido de carbono, dióxido de carbono,
ácido carbônico, carbonatos e carbonato de amônia. O Green Seal, organização
sem fins lucrativos que possui auto-regulamentações voltadas à sustentabilidade,
acrescenta à definição da EPA a questão da temperatura de ebulição menor ou
igual a 280ºC medidos em condições normais de temperatura e pressão.
18
4.3 TINTAS DECORATIVAS BASE ÁGUA
Tinta é uma composição líquida, de alta viscosidade, na qual se encontra
um ou mais pigmentos dispersos em um aglomerante líquido que, quando
estendida em película fina, sofre um processo de cura formando um filme opaco e
aderente ao substrato. Esse filme tem a finalidade de proteger, decorar e dar
acabamento às superfícies (FAZENDA, 2009). Neste ponto, cabe mencionar que
os fornercedores de tintas indicam que o produto seja aplicado em temperaturas
acima de 5ºC, pois abaixo dessa temperatura podem ocorrer alterações nas
interações interatômicas entre a água e o polímero, afetando negativamente a
aplicação.
4.3.1. Componentes das tintas
Segundo o PAINT QUALITY INSTITUTE (2008), os principais componentes
das tintas são divididos em quatro categorias principais, sendo elas:
Ligantes: Dão “liga” aos pigmentos e são responsáveis pela adesão e
resistência do filme. Estes denominam o tipo da tinta (acrílica, vinílica,
alquídica).
Pigmentos: Conferem cor e poder de cobertura, alguns pigmentos de
baixo custo são utilizados para dar volume à formulação.
Líquidos: São líquidos voláteis responsáveis pela consistência da tinta.
Permitem que a mistura de ligantes e pigmentos seja transportada para o
substrato. Também são conhecidos como “veículo” ou “solventes”. Neste
caso, o líquido utilizado é a água.
Aditivos: São compostos que aperfeiçoam e conferem características
especiais às tintas.
19
4.3.1.1. Ligantes
O ligante é um ingrediente muito importante, que afeta praticamente todas
as características da tinta, entre elas: a resistência à formação de bolhas, às
rachaduras, ao descascamento, ao amarelamento, à calcinação, a resistência à
abrasão úmida (lavabilidade) e ao desbotamento. Além disso, o nivelamento, a
formação de filme, a adesão e o desenvolvimento do brilho são características
importantes definidas pelo ligante.
Sem a presença de pigmentos, os ligantes criariam um filme transparente e
brilhante; alguns ligantes são usados sem pigmentos para resultar num
acabamento transparente ou verniz.
Ao empregar pigmentos em formulações de tintas, o brilho e os reflexos
serão reduzidos. Variando-se a quantidade de pigmento, obtém-se os seguintes
níveis de brilho:
1. Brilhante (menor quantidade de pigmento);
2. Semibrilho;
3. Acetinado;
4. Fosco (maior quantidade de pigmento).
Os fabricantes de tintas usam um índice chamado “concentração do
volume de pigmento” (PVC) para indicar o volume de pigmento em relação ao
volume da parte não volátil (pigmento e ligante), na formulação de uma tinta:
Fonte: http://www.pqi.com.br
O PVC permite relacionar o teor de ligante de uma aplicação, depois da
cura, em um determinado substrato. Em outras palavras, uma tinta de baixo PVC
possui maior concentração de ligante, em relação à quantidade de pigmentos e,
consequentemente, melhor brilho, lavabilidade, adesão, formação de filme, etc.
20
Ainda que variem muito de acordo com o tipo e tamanho do pigmento
utilizado, os valores mais comuns de PVC associados com diferentes níveis de
brilho de tinta são os verificados na Tabela 4.1:
Tabela 4.1 - PVC associado com níveis de brilho da tinta
Fonte: http://www.pqi.com.br
As tintas imobiliárias também são classificadas como alquídicas, vinílicas e
acrílicas. Isto se deve ao tipo de ligante utilizado (PAINT QUALITY INSTITUTE,
2008):
Tintas alquídicas: também chamadas de tinta a óleo, constituem
aproximadamente 90% das tintas base solvente, apresentam alta
impermeabilidade e são caraterizadas pelo alto “tempo aberto” (o tempo
em que a tinta pode ser aplicada e trabalhada, antes que comece a secar),
alto teor de COVs e odor forte.
Tintas vinílicas: compostas de poli (acetato de vinila), são chamadas de
tintas PVA. Proporciona bom rendimento, boa cobertura e durabilidade,
porém baixa resistência à abrasão, ao amarelamento e à adesão. São mais
baratas, e geralmente utilizadas em pinturas interiores.
Tintas acrílicas: são consideras tintas de alto desempenho. Quando
constituídas por polímeros acrílicos puros, têm o melhor desempenho em
pinturas exteriores, no qual se destacam a resistência à abrasão, à
formação de bolhas, ao envelhecimento e às manchas, alto brilho e
adesão. São as tintas mais caras do setor imobiliário.
Tipo da Tinta PVC Típico
Brilhante <20%
Semibrilho 30-35%
Acetinada 35-45%
Fosca 45-80%
21
Existem também, os ligantes estireno-acrílicos, muito utilizados,
atualmente, devido a sua excelente resistência à água e baixo custo, em relação
aos acrílicos puros. No entanto, o teor de monômeros estireno no copolímero
deve ser controlado, pois quantidades elevadas diminuem a resistência ao
envelhecimento e aumenta a dureza do filme, podendo formar rachaduras.
4.3.1.2. Pigmentos São partículas sólidas e insolúveis, apresentadas na forma de pó. Podem
ser divididos em duas grandes categorias: ativos e inertes.
Pigmentos ativos são aqueles que conferem cor e poder de cobertura á
formulação de tinta, enquanto os inertes (ou cargas), que são mais baratos, se
encarregam de proporcionar resistência, dureza, consistência e dar mais volume
á formulação (PROGRAMA SETORIAL DE QUALIDADE – TINTAS
IMOBILIÁRIAS, 2012).
1. Pigmentos ativos
Os pigmentos ativos (Figura 4.2) são subdivididos em dois grupos, os
pigmentos brancos e os pigmentos coloridos. O principal pigmento branco é o
dióxido de titânio (Ti02), que apresenta brancura excepcional ao dispersar a luz e
alto poder de cobertura, tanto em tintas úmidas quanto secas. Este pigmento é
relativamente caro.
Os pigmentos coloridos proporcionam cor devido à absorção seletiva da
luz, sendo eles subdivididos em duas categorias principais, os pigmentos
orgânicos e os pigmentos inorgânicos:
Pigmentos Orgânicos: São, geralmente, os pigmentos mais brilhantes, alguns
deles apresentarem ótima resistência à intempéries, fato que os torna ótimos
para o uso em tintas exteriores. Exemplos de pigmentos orgânicos são o azul
ftalo e o amarelo.
Pigmentos inorgânicos: São os pigmentos de cores terrosas, geralmente com
brilho inferior, voltados para uso externo. Exemplos de pigmentos inorgânicos
são os óxidos de ferro amarelo, marrom e vermelho (PAINT QUALITY
INSTITUTE, 2008).
22
Figura 4.2 – Pigmentos ativos
Fonte: < http://www.triplicecor.com.br/>
2. Pigmentos inertes
Os pigmentos inertes são uma alternativa mais barata para aumentar o
volume da tinta. Entretanto, a redução de custo acarreta em redução do poder de
cobertura e interferência em outras propriedades, tais como brilho, resistência à
abrasão, retenção de cor, entre outras. Algumas das cargas utilizadas com mais
frequência são:
Argila: também chamada de Caulim ou argila da china, é um silicato de
alumínio altamente utilizado em revestimentos para interiores, mas também é
utilizado em exteriores. A argila proporciona mais cobertura que outras cargas
em tintas porosas.
Silica e silicatos: auxiliam a ancoragem da tinta no substrato, proporcionando
excelente resistência à abrasão. Muitos deles tem grande resistência em
pinturas exteriores.
Carbonato de cálcio: também chamado de giz, é um pigmento de baixo custo
e cobertura, utilizado em todos os tipos de tinta imobiliária.
Talco: silicato de magnésio, é uma carga macia, utilizada em tintas para
exterior e interior.
Óxido de zinco: é um pigmento altamente utilizado devido a sua resistência a
perturbações externas, tais como mofo (bolor), corrosão e manchas (PAINT
QUALITY INSTITUTE, 2008).
23
4.3.1.3. Líquidos
Os líquidos (ou veículo) são responsáveis por umedecer, homogeneizar e
transportar a mistura de sólidos para o substrato. Após aplicação da tinta no
substrato, deseja-se que o líquido evapore, deixando restar somente a parcela
sólida da tinta no filme que é constituida pelos ligantes e pigmentos.
Em tintas de emulsão (ou base água), o líquido utilizado é a água
propriamente dita (PAINT QUALITY INSTITUTE, 2008).
4.3.1.4. Aditivos
São compostos responsáveis por proporcionar características especiais à
tinta. Os principais aditivos, e suas respectivas características estão listados
abaixo:
Espessantes e Modificadores de Reologia: são aditivos utilizados para
ajustar a viscosidade , de modo a permitir que a tinta seja aplicada
adequadamente, evitando escorrimento e respingos.
Surfatantes: também chamados de sabões especiais, são utilizados de
modo a estabilizar a tinta, mantendo seus componentes dispersos de forma
homogênea garantindo poder de cor e cobertura máximos. Os surfatantes
também ajudam a umedecer a superfície do substrato, de modo a auxiliar
na aderência, evitando escorrimento.
Biocidas: conhecidos como conservantes, são subdivididos em dois
grupos: Os bactericidas e fungicidas (ou algicidas). O bactericida visa
impedir o crescimento de bactérias sobre a tinta úmida, de forma a
contaminá-la. Já o fungicida, é utilizado de modo a impedir o crescimento
24
de fungos e algas sobre a tinta depois de aplicada. O fungicida é
amplamente utilizado em tintas destinadas a áreas de alta umidade.
Antiespumantes: rompem as bolhas formadas durante a fabricação da
tinta, durante sua movimentação e quando é aplicada à superfície.
Agentes coalescentes: são outros líquidos adicionados a formulação além
da água. Tem como função auxiliar a formação de filme da tinta aplicada,
aumentar o tempo de secagem e melhorar o alastramento da tinta,
especialmente quando é aplicada com pincel.
Em geral, coalescentes são COVs, portanto são considerados danosos ao
meio ambiente (PAINT QUALITY INSTITUTE, 2008).
Atualmente, as principais pesquisas relacionadas aos agentes
coalescentes giram em torno de reduzir a quantidade dos COVs emitidos e
também em obter agentes coalescentes a partir de fontes renováveis. As
principais fontes são gorduras vegetais tais como óleo de palma, de soja e de
cana, essa substituição é visada pois os principais agentes coalescentes são
de fonte petroquímica. (REVISTA PESQUISA FAPESP, 2012).
25
5. MATERIAIS E MÉTODOS
Os dados experimentais coletados neste trabalho são baseados em
testes normatizados de acordo com as Normas Brasileiras Regulamentares
(NBR) ou International Organization of Standardization (ISO).
Todas as atividades foram desenvolvidas nas instalações da empresa
BASF S.A., nos sites de Guaratinguetá - SP e Jacareí – SP.
Neste trabalho, aditivou-se uma mesma emulsão polimérica acrílico-
estirenada com três diferentes agentes coalescentes (denominados A, B e C)
que diferem entre si principalmente por seu ponto de ebulição e composição
química. As amostras e seus respectivos pontos de ebulição estão
demonstrados na Tabela 5.1.
Tabela 5.1 – Pontos de ebulição das amostras em teste.
Fonte: Concedido pela BASF S.A.
5.1. ADITIVAÇÃO DAS EMULSÕES POLIMÉRICAS
A emulsão acrílica estirenada, foi aditivada com cada agente
coalescente em três diferentes concentrações (1, 3 e 5% em massa), de modo
a possibilitar a verificação da capacidade de redução de TMFF de cada agente
coalescente. Sabendo-se a TMFF da emulsão aditivada com 1, 3 e 5% de um
mesmo coalescente, foi possível determinar sua curva de TMFF,
exemplificada na Figura 5.1. Posteriormente, com auxílio da linha de
tendência (linearização da curva), estimou-se a quantidade nescessária de
aditivo para atingir a TMFF de zero graus celsius. A quantidade estimada de
coalescente foi aplicada na formulação da tinta (tópico 5.2).
Agentes coalescentes
P. E. (ºC)
A 171B 245C 290
26
Figura 5.1 – Curva de TMFF e sua linha de tendência
Fonte: Concedido pela BASF S.A.
A aditivação foi feita pelo gotejamento dos agentes coalescentes sobre
a emulsão, com auxílio de agitador mecânico (Figura 5.2), sob cerca de 600
rotações por minuto (rpm).
Figura 5.2 – Agitador mecânico
Fonte:< http://www.biovera.com.br/>
y = -377,97x + 22,254
R² = 0,946
0
5
10
15
20
25
0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00%
Te
mp
era
tura
(ºC
)
Concentração de coalescente (% em massa)
TMFF P240 Linear (TMFF P240)
27
5.2. COMPOSIÇÃO E FORMULAÇÃO DAS TINTAS
As tintas foram feitas seguindo uma das formulações cedidas pela
BASF S.A., as matérias-primas e equipamentos utilizados também foram
concedidos pela empresa.
Abaixo, segue a tabela com os componentes e suas respectivas
quantidades. A quantidade de coalescente varia de acordo com a curva de
TMFF de cada amostra, portanto está definida como “X” na tabela 5.2.
Tabela 5.2 – Formulação utilizada na preparação das tintas de alto PVC.
Componentes (%)
Água 53,00
Anticorrosivo 0,10
Dispersante 0,45
Antiespumante 0,15
Biocida 0,20
Dióxido de titânio 3,00
Cargas minerais 33,50
Solução Alcalina 0,10
Emulsão 8,00
Espessante 1,50
Coalescente X
Fonte: Concedido pela BASF S.A.
28
5.3. COLETA DE DADOS
Temperatura Mínima de Formação de Filme (TMFF)
A TMFF foi avaliada de acordo com a norma 2115 (ISO, 1996). Essa norma
faz uso de um aparelho (figura 5.3) no qual se aplica filmes da emulsão polimérica
com auxilio de um extensor. O filme fica sob uma superfície com gradiente de
temperatura, podendo variar de 0 a 60 ºC. Após algum tempo, é possível detectar
o ponto a partir do qual ocorre formação de filme homogêneo e, com auxílio de
uma régua graduada, determina-se a temperatura a partir da qual ocorre a
formação do filme.
Figura 5.3 – Aparelho para determinação de TMFF
Fonte:<http://www.rhopointinstruments.com/>
Dureza Konig
O ensaio de dureza segue a norma NBR 14946 (ABNT, 2003). Para a
realização deste teste, as amostras foram aplicadas em placas de vidro com
auxilio de um extensor de barra. Posteriormente, secaram em estufa com
circulação de ar a 60 ± 2°C por um período de quinze minutos. Após retirar as
aplicações da estufa, elas resfriaram em ambiente com temperatura
controlada a 23 ± 2°C por trinta minutos. Então, assim que a amostra resfriou,
foi submetida ao teste, no qual um pêndulo, suspenso por duas esferas, é
colocado sob a aplicação e é submetido à oscilação. A cada vez que o
pendulo retorna ao ponto inicial, conta-se um ciclo. O resultado desse teste é
demonstrado em ciclos, onde o filme mais duro apresenta a maior quantidade
de ciclos. O aparelho pode ser observado na Figura 5.4.
29
Figura 5.4 – Aparelho para determinação de Dureza Konig
Fonte:< http://www.worldoftest.com/>
Resistência à abrasão úmida
A resistência à abrasão úmida das tintas foi determinada de acordo com
a norma NBR 15078 (ABNT, 2004). Para a realização deste ensaio, as tintas
foram aplicadas em placas pretas de PVC, chamadas “lenetas”, com auxílio de
um extensor de barra. As amostras foram mantidas em ambiente com
temperatura e umidade controladas durante sete dias para o processo de
secagem. Após a cura, foram avaliadas as amostras no aparelho de
lavabilidade, no qual uma escova de náilon colocada sob a aplicação simula a
lavagem da tinta, sob gotejamento de uma solução de sabão. A escova
percorre a extensão do filme da tinta e cada vez que retorna ao ponto inicial
conta-se um ciclo. O teste é finalizado quando a tinta é desgastada até que se
observe uma linha contínua da lâmina de PVC.
Figura 5.5 – Aparelho para determinação da resistência à abrasão úmida
Fonte:<http://www.ccsi-inc.com/>
30
Estabilidade das Tintas
Para verificar a estabilidade das tintas, fez-se o acompanhamento da
viscosidade das amostras com o auxílio de um viscosímetro Krebs-Stormer
(Figura 5.6), em temperatura controlada a 23 ± 2°C e em estufa com
circulação de ar a 60 ± 2°C por um período de sete dias.
Figura 5.6 – Viscosímetro Krebs-Stormer
Fonte:<http://www.alemmar.com.br/>
Tempo de secagem das tintas
A análise de tempo de secagem das tintas foi verificada de acordo com a
norma NBR 15311 (ABNT, 2010) e com auxílio do aparelho demonstrado na
Figura 5.7. Para a realização deste ensaio, as tintas foram aplicadas em placas
de vidro, com auxilio de extensores. Imediatamente após a aplicação, as placas
foram colocadas em um suporte no qual agulhas são posicionadas sob as
aplicações e as riscam. O teste termina quando as agulhas não conseguem
deixar um “rastro” nos filmes, sinalizando que a película está seca. Com auxílio de
uma régua graduada, determinou-se o tempo de secagem do filme em minutos.
Figura 5.7 – Aparelho para determinação de tempo de secagem
Fonte:Concedido pela BASF S.A.
31
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO
6.1. AVALIAÇÃO DA EMULSÃO POLIMÉRICA
Determinação da TMFF
Após aditivação da emulsão polimérica com 1%, 3% e 5% em massa dos
agentes coalescentes denominados A, B e C foi possível determinar a TMFF de
cada mistura conforme demonstrado na Figura 6.1:
Figura 6.1 – Curvas de TMFF após aditivação.
Fonte: O próprio autor.
Observa-se na Figura 6.1 o comportamento geral das emulsões
poliméricas aditivadas, no qual o incremento de agente coalescente promove a
redução da TMFF. Neste caso, a Amostra B apresentou maior poder de redução
de TMFF.
Linearizando cada uma das curvas obtidas, obteve-se a equação da reta
equivalente a cada amostra. Com estes dados, foi possível estipular a
quantidade em massa necessária de cada agente coalescente, para que a
mistura pudesse vitualmente formar filme a zero grau Celcius. Diz-se
0
5
10
15
20
25
0% 2% 4% 6%
TM
FF
(ªC
)
Porcentagem em massa
Amostra A
Amostra B
Amostra C
32
virtualmente pois não ocorre formação de filme nesta temperatura, devido ao
ponto de congelamento da água.
Os valores obtidos (Tabela 6.1) foram utilizados na formulação de tinta,
que será discutida posteriormente no tópico 6.2.
Tabela 6.1 – Porcentagem de agente coalescente para formação de filme a zero grau Celcius.
Fonte: O próprio autor.
Determinação da Dureza Konig
A análise de dureza (Figura 6.2) permitiu verificar que o incremento na
quantidade de agentes coalescentes amolece a emulsão polimérica. Isso se deve
ao fato de que estamos adicionando substâncias que atuam como co-solventes.
Figura 6.2 – Curvas de dureza após aditivação.
Fonte: O próprio autor.
Com o passar do tempo, detectou-se que a evaporação destes co-
solventes devolveu parcialmente a dureza as aplicações fazendo com que elas
Agente coalescente
% em massa
R²
A 7,30% 0,9825B 5,80% 0,9460C 8,80% 0,9342
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6%
Du
reza
(C
iclo
s)
Porcentagem em massa
Amostra A
Amostra B
Amostra C
33
adquirissem características semelhantes à de uma emulsão não aditivada. Para
ilustrar este fato, a figura 6.3 demonstra a avaliação de dureza das amostras
aditivadas com 5% de coalescente no início e após intervalos de tempo.
Figura 6.3 – Aumento da dureza com o tempo
Fonte: O próprio autor.
A amostra não aditivada apresentou o mesmo valor de dureza em todas as
medições. Outro fator evidenciado pela figura 6.3 é que misturas contendo
agentes coalescentes com menor ponto de ebulição apresentaram maior
aumento de dureza. Já as amostras aditivadas com coalescentes de maiores
pontos de ebulição retiveram estes co-solventes por mais tempo na aplicação,
mantendo a dureza em poucos ciclos.
- 10 20 30 40 50 60
Amostra A
Amostra B
Amostra C
Amostra não aditivada
Dureza (Ciclos)
Inicial 10 dias 21 dias 30 dias
34
6.2. AVALIAÇÃO DA TINTA
Determinação da Resistência à abrasão úmida
Os testes de resistência à abrasão úmida (Figura 6.4) evidenciaram o fato
de que os agentes coalescentes que permanecem mais tempo na formulação
melhoram a formação de filme da tinta aplicada. Consequentemente, verificou-se
aumento na quantidade de ciclos necessários para desgastar a aplicação.
A Amostra não aditivada e a Amostra A não apresentaram formação de
filme eficiente, fator que justifica a baixa quantidade de ciclos necessários para
desgastar suas aplicações.
Figura 6.4 – Resistência à abrasão úmida de tintas
Fonte: O próprio autor.
Determinação do tempo de secagem
Este aspecto foi diretamente influenciado pelas aditivações e suas
características com relação ao ponto de ebulição. Detectou-se que conforme foi
aumentado o ponto de ebulição do agente coalescente, maior foi o tempo de
secagem da tinta.
Os resultados (Figura 6.5) apresentam aspectos positivos e negativos,
positivos pelo fato de que aumentando o tempo aberto (ou tempo de secagem)
ocorrerá melhor formação de filme. Entretanto, se a tinta demorar muito para
22 25
169 188
Amostra não
aditivada
Amostra A Amostra B Amostra C
Resistência à abrasão úmida (Ciclos)
35
secar, poderão ocorrer imprevistos tais como lavagem pela chuva, e este é um
fator crítico para sua qualidade.
Figura 6.5 – Tempo de secagem
Fonte: O próprio autor.
Estabilidade
A avaliação de estabilidade se mostrou dentro dos padrões aceitáveis para
todas as tintas testadas, exceto para a amostra C que apresentou queda
acentuada de viscosidade após sete dias em estufa. Esta queda de viscosidade
ocorreu provavelmente devido a interações químicas não abordadas neste
trabalho.
11 12
15
21
Amostra não
aditivada
Amostra A Amostra B Amostra C
Tempo de secagem (minutos)
36
Figura 6.6 – Estabilidade das tintas
Fonte: O próprio autor.
87 84 80
89 89 86 82
90 89 86 84 92
97 92
97
78
0
25
50
75
100
125
Amostra não
aditivada
Amostra A Amostra B Amostra C
Est
ab
ilid
ad
e (
KU
)
Inicial 24 horas 7 dias -Ambiente 7 dias - Estufa
37
7. CONCLUSÕES
Com base nos resultados obtidos, conclui-se que os agentes
coalescentes são aditivos muito versáteis, podendo ser aplicados em
formulações de tintas visando melhoria da formação de filme e
consequentemente de sua resistência á abrasão.
Entretanto, detectou-se a necessidade de controlar a quantidade destes
aditivos nas formulações de tinta. Este fato é necessário pois agentes
coalescentes também afetam outras características da tinta, tais como tempo
de secagem, onde sua presença em excesso pode acarretar em um tempo de
secagem muito longo, permitindo que a tinta seja lixiviada por chuva e até
mesmo que algum tipo de sujeira fique retida na aplicação.
Entre as amostras testadas, foram reprovadas as amostras A e C.
Reprovou-se a amostra A devido a seu baixo desempenho com relação a
resistência á abrasão úmida, além do fato deste agente coalescente ser um
produto de alto COV (devido ao seu ponto de ebulição abaixo de 250ºC). Já a
amostra C foi reprovada no teste de estabilidade em estufa após sete dias,
isso foi levado em conta pois o teste simula o tempo e temperatura a qual uma
tinta pode ser submetida em depósitos antes de chegar ao seu consumidor.
Em contrapartida, aprovou-se a amostra B já que esta apresentou
resultados satisfatórios com relação a resistência á abrasão úmida, tempo de
secagem e estabilidade.
De modo geral, este trabalho permitiu a avaliação do comportamento de
agentes coalescentes em formulações de tintas decorativas base água e,
como resultado adicional, possibilitou a aprovação de uma amostra que
poderá ser utilizada em escala industrial posteriormente.
38
BIBLIOGRAFIA
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Tintas para construção civil - Método para avaliação de desempenho de
tintas para edificações não industriais – Determinação da dureza König.” –
ABNT, Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. “NORMA NBR 15078 –
Tintas para construção civil - Método para avaliação de desempenho de
tintas para edificações não industriais – Determinação da resistência à
abrasão úmida sem pasta abrasiva.” – ABNT, Rio de Janeiro, 2004.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. “NORMA NBR 15311 –
Tintas para construção civil - Método para avaliação de desempenho de
tintas para edificações não industriais – Determinação do tempo de
secagem de tintas e vernizes por medida instrumental.” – ABNT, Rio de
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Subchapter C, Part 51, Subpart F, 51100. Disponível em
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“relativa à limitação das emissões de compostos orgânicos voláteis
resultantes da utilização de solventes orgânicos em determinadas tintas e
vernizes e em produtos de retoque de veículos e que altera a Directiva
1999/13/CE”, 2004 Jornal official da União européia, 2004. Disponível em:
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<http://eur-lex.europa.eu/legal-
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Acesso em: 12 de maio de 2014.
FAZENDA, JORGE M. R. – “Tintas – Ciência e Tecnologia” 4ª edição – Editora
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REVISTA PESQUISA FAPESP. “Em busca de novas rotas químicas” – Revista
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Acesso em: 15 de dezembro de 2014.
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– Determination of white point temperature and minimum film-forming
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