dispersÃo terpolÍmera modificada com base no conceito de ... · a tinta para o setor imobiliário...
TRANSCRIPT
DISPERSÃO TERPOLÍMERA MODIFICADA COM BASE NO CONCEITO DE
BAIXA EMISSÃO PARA TINTAS DE ALTO DESEMPENHO
Gisela Barona Diaz1, Jorge Mayer de Oliveira
2, Leandro Rodrigues de Lima
3
1 – Achroma–Global Product Manager Paints&Coatings - EmulsionsProducts – São Paulo, SP,
Brasil
2 – Archroma – Laboratório de Pesquisa e Desenvolvimento – EmulsionsProducts – Suzano,
SP, Brasil
3 – Archroma – Laboratório de Aplicações – EmulsionsProducts – São Paulo, SP, Brasil
Palavras-chave: polimerização em emulsão, dispersão base água, baixo COV, tintas
decorativas
RESUMO
O interesse por sistemas de baixa concentração de compostos orgânicos
voláteis (COV) para tintas imobiliárias vem ganhando importância nos últimos anos,
sendo verificado através do surgimento de órgãos de regulamentação tais como o
Green Seal [1]. De forma global, os fabricantes de tintas estão trabalhando no
desenvolvimento de produtos que não utilizem voláteis em sua composição. Para
atender estes requisitos ambientais é necessário então o desenvolvimento de ligantes
que formem filme sem a necessidade de adição de coalescentes. Este trabalho mostra
a possibilidade de formular tintas interiores e exteriores de alto desempenho aliados
ao conceito de baixo COV, tendo como base a dispersão polimérica Mowilith® LDM
2400.
1 - INTRODUÇÃO
A tinta para o setor imobiliário representa hoje 80% do volume total de tintas
produzidas no Brasil que é um dos cinco maiores mercados mundiais deste produto
segundo dados da ABRAFATI[2]. As tintas convencionais normalmente possuem
diversos produtos químicos que podem de forma potencial afetar a saúde das pessoas
eo meio ambiente[3]. Nos últimos anos, os requisitos ambientais e de sustentabilidade
estão se tornando cada vez mais importantes para os consumidores e produtores de
tintas.
Os compostos orgânicos voláteis são substâncias que apresentam alta
volatilidade em condições normais de temperatura e pressão e desta forma se
vaporizam e se espalham pelo meio ambiente [4]. Em tintas, estes vapores
provenientes de solventes utilizados nas formulações podem afetar a saúde e a
qualidade do ar que respiramos dentro de nossos ambientes [5].
Em termos de regulamentação, a diretiva europeia 2004/42/CE[6] classificou
como COV todos os compostos orgânicos com ponto de ebulição menor ou igual a
250 °C medida na pressão de 101,3 kPa. A Agência Americana de Proteção
Ambiental (US EPA), definiu como COV toda substância carbonada (exceto monóxido
de carbono, dióxido de carbono, ácidos carbônicos, carbonetos, carbonatos metálicos
e carbonatos de amônia) que participam de reações fotoquímicas da atmosfera. Estes
compostos químicos orgânicos reagem fotoquimicamente com oxigênio e óxidos de
nitrogênio presentes na atmosfera, em presença de calor e radiação ultravioleta (UV)
da luz solar, produzindo assim ozônio. O ozônio em grandes altitudes traz benefícios,
pois filtra a radiação UV da luz solar, mas ao nível do solo consiste em grande
poluente por ser um oxidante de alta energia. Já o Green Seal GS-11 classificou como
COV todos os compostos orgânicos com ponto de ebulição menor ou igual a 280 °C.
O teor de orgânicos voláteis dentro de uma formulação de tinta é normalmente
expresso no sistema métrico em gramas de solvente por litro de tinta. De acordo
também com Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (US EPA), uma tinta
para ser considerada como “zero COV” deve conter no máximo 5 gramas por litro de
compostos orgânicos voláteis.
Esta preocupação ambiental e aspecto sustentável foram traduzidas no
desenvolvimento de um novo produto, o Mowilith® LDM 2400, que atende os 7 pilares
de ecología e inovação do conceito “LOW-EMISSIONS” da Archroma, oferecendo
desta forma uma contribuição para a nova geração de ligantes mais sustentáveis na
indústria de tintas. Os 7 pilares do conceito Low-Emissions estão listados na Tabela 1.
Tabela 1. Os 7 pilares do conceito Low Emissions
1 Livre de alquilfenóis etoxilados (APEO free)
2 Baixo odor
3 Baixo formaldeído (< 20 ppm)
4 Livre de solventes
5 Baixa emissão de compostos orgânicos voláteis (COV)
6 Livre de amônia
7 Ausência de compostos quimicos tóxicos relacionados na norma GS-11, tais
como metais pesados entre outros.
Além de cumprir com todo o conceito, o Mowilith® LDM 2400 apresenta
excelentes propriedades na aplicação, tais como: excelente resistencia à abrasão em
tintas decorativas, boa resistência ao intemperismo, baixa sujidade, resistência aos
raios UV, excelente brilho, resistência ao blistering (formação de bolhas por contato
com água ou umidade) e boa aderência.
2 - PARTE EXPERIMENTAL
Em geral, a capacidade de polímeros de emulsão para formarem filme ou
coalescer é regulada pela temperatura mínima de formação de filme (TMFF) do
polímero, que normalmente se aproxima da temperatura de transição vítrea (Tg).
Deste modo, dispersões poliméricas de baixa TMFF são necessárias a fim de exibir
propriedades de coalescência e de fluidez. No entanto, se o polímero permanece
macio, os revestimentos não exibem as propriedades requeridas de desempenho.
Portanto, é necessário o desenvolvimento de uma tecnologia na qual formulações de
revestimento contenham componentes adequados, de modo a termos uma baixa
TMFF inicial, porém tendo uma Tg significativamente acima da sua TMFF. A utilização
de monômero de acetato de vinila em conjunto com outros monômeros funcionais
introduz uma natureza hidrofílica na superfície do polímero e desta forma, através da
hidro-plastificação, se obtém este efeito desejado. Combinando estas propriedades de
hidro-plastificação com monômeros acrílicos se obtém caraterísticas ideais para atingir
um excelente desempenho.
A dispersão polimérica Mowilith® LDM 2400 utilizada foi preparada através da
técnica de polimerização em emulsão, obtendo-se um produto com as seguintes
características conforme apresentadas na Tabela 2.
Tabela 2. Características da dispersão
Propriedade Unidade Valor
Teor de sólidos % 49 -51
Viscosidade Brookfield RVT (fuso 1/ 20 rpm/ 25°C) mPa.s 50 – 500
pH - 5,0
Temperatura mínima de formação de filme (TMFF) °C 4,0
Temperatura de transição vítrea (Tg) °C 14,0
Em seguida, foram preparadas duas formulações de tintas utilizando a
dispersão polimérica Mowilith® LDM 2400: a fosca com 23% e a semibrilho com 32%
de ligante na formulação. Para alguns ensaios foram efetuadas comparações com
uma dispersão de base estireno-acrílica convencional. Os resultados e a metodologia
utilizada para as demais avaliações estão descritos a seguir.
3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 - ASPECTO ÚMIDO E SECO DA DISPERSÃO
Este teste tem como objetivo analisar o filme da dispersão. Utilizou-se uma
placa de vidro transparente pequena (dimensão não aplicável) e um extensor em barra
de 150μm. O ensaio é feito em sala climatizada com controle de temperatura (25 ± 2)
°C e umidade relativa do ar (60 ± 5) %. O procedimento consiste em aplicar a
dispersão aquosa com o auxílio de um extensor em barra de 150μm sobre a placa de
vidro transparente (dimensão não aplicável). O filme úmido da dispersão é avaliado
logo após aplicação, quanto a: formação de crateras (olho de peixe); coloração
(azulado ou esbranquiçado); presença de resíduos e enrugamento (formação de riscos
no filme aplicado). Após 1 hora de cura, o filme seco é avaliado quanto a: formação de
craquelamento do filme, opacidade ou brilho; presença de blocking (pegajosidade na
superfície do filme).
Figura 1. Aspecto úmido (a) e seco (b) da dispersão
Observa-se uma boa formação de filme da dispersão sem a presença de
pontos ou áreas de descontinuidade.
3.2 – DETERMINAÇÃO DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS
Este método consiste em determinar o teor de orgânicos voláteis através da
técnica de cromatografia em fase gasosa acoplada a espectrometria de massas. Para
este teste foi utilizado o padrão premium semibrilho. O resultado da determinação do
teor total de compostos orgânicos voláteis com ponto de ebulição ≤ 280°C consta na
Tabela 3.
(a) (b)
Tabela 3. Resultado da determinação do teor total de compostos orgânicos voláteis
com ponto de ebulição ≤ 280°C.
Tinta Semibrilho COV (g/L)
Mowilith® LDM 2400 1,4 ± 0,3
Com base nestes resultados podemos classificar a tinta premium semibrilho
preparada com o Mowilith® LDM 2400 como sendo “zero-COV” (≤ 5,0 g/L), conforme
as normais internacionais.
3.3 - DETERMINAÇÃO DA POROSIDADE EM PELÍCULA DE TINTA
Este ensaio é uma medida indireta da retenção de sujeira e foi realizado
conforme norma ABNT NBR 14944. Está relacionado a porosidade, característica de
cada material em relação a passagem de fluidos em sua superfície. No caso de uma
película seca de tinta, a quantidade e o tamanho dos poros determinará a facilidade
com que diversas substâncias atravessam a película. O resultado deste teste é
expresso através da razão de contraste (RC), que é a razão entre a região impregnada
da tinta e a não impregnada. Quanto menor a razão de contraste maior impregnação
e, portanto, maior porosidade. Os resultados obtidos estão relacionados na Tabela 4.
Tabela 4. Resultados de razão de contraste para a tinta fosca e semibrilho.
Amostra Razão de Contraste (%)
Tinta Fosca Tinta Semibrilho
Mowilith® LDM 2400 94,0 95,6
Pelos resultados acima de razão de contraste, podemos observar a formação
de uma película sem a presença de descontinuidades e com ótima impermeabilidade.
Quanto menos porosa, mais protetora é a película.
3.4 - RESISTÊNCIA À RADIAÇÃO UV/CONDENSAÇÃO DE ÁGUA
Este método simula de modo acelerado em laboratório, a deterioração causada
por chuva, orvalho e pela radiação ultravioleta que compõe a luz solar, em películas de
tinta. Foi realizado em conformidade com a norma ABNT NBR 1580 (Resistência à
radiação UV / condensação de água), utilizando-se para o teste o equipamento QUV
spray / Q-Lab.
A luz UV é responsável praticamente por quase toda a fotodegradação
afetando diretamente a durabilidade dos materiais expostos ao ar livre. As lâmpadas
fluorescentes da QUV simulam as críticas ondas curtas de UV e reproduzem de forma
realística os danos causados pelo sol às propriedades físicas do material. Para o teste
foi utilizada a lâmpada UVB-313 que maximiza a aceleração das ondas curtas de UV.
De forma a reproduzir os efeitos do intemperismo ao ar livre, o teste em QUV
expõe os corpos de provas a ciclos alternados de luz UV, umidade controlada e
temperaturas elevadas.
As amostras foram preparadas aplicando-se a tinta com um extensor de 150
µm deixando-se curar por 7 dias em sala climatizada com controle de temperatura (25
± 2) °C e umidade relativa do ar (60 ± 5) %. O tempo de exposição foi de 300 horas.
Os resultados comparativos com um padrão de mercado estão apresentados
na Figura 2.
Figura 2. Resistência à radiação UV / condensação de água em linha premium fosca e
semibrilho, sendo (a) padrão de mercado e (b) formulação com Mowilith® LDM 2400.
Observa-se uma ótima resistência ao intemperismo principalmente em
formulação de tinta fosca.
3.5 - AVALIAÇÃO DE BRANCURA – MÉTODO DE BERGER
Este método tem como objetivo avaliar a variação de brancura de uma tinta
branca em função do tempo por ensaio acelerado em estufa. Para o ensaio foi
utilizada uma cartela Leneta Form 3B quadricular com a superfície previamente limpa
com papel absorvente embebido em álcool.
Com o auxílio de um extensor quadricular com abertura de 150μm foi estendido
o filme da tinta para avaliação e mantido o corpo de prova em sala climatizada com
controle de temperatura (25 ± 2) °C e umidade relativa do ar (60 ± 5) % por 24 horas.
Tinta Fosca Tinta Semibrilho
(b) (b) (a) (a)
Ao final desta etapa, guardou-se o corpo de prova sob abrigo da luz e a
amostra de tinta é lavada à estufa com circulação de ar a 60°C e feitas a avaliações no
início e após 7, 14 e 28 dias. Após cada período, a amostra é retirada da estufa e
mantida em sala climatizada até atingir o equilíbrio térmico com o ambiente.
Em seguida, é realizada a leitura de brancura dos corpos de prova (inicial e
após envelhecimento acelerado em estufa) de acordo com a equação de Berger (BE).
Para cada corpo de prova, foram realizadas medidas de brancura em três pontos
diferentes. Em cada ponto, o espectrofotômetro foi programado para realizar três
leituras e fornecer a média aritmética correspondente ao ponto.
Os valores de brancura inicial a após os períodos de envelhecimento acelerado
em estufa estão apresentados na Figura 3.
Mowilith® LDM 2400
Estireno-acrílica convencional
Figura 3. Avaliação de brancura – Método de Berger
Os resultados demonstram reduzida variação de brancura em função do tempo
de uma tinta branca formulada com Mowilith® LDM 2400, mesmo após 28 dias de
ensaio acelerado em estufa.
3.6 - DETERMINAÇÃO DA RESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA
Este ensaio mede o número de ciclos necessário para obtenção de um
desgaste na forma de uma linha contínua sobre um ressalto na película de tinta, com
cura do filme de tinta por 7 dias a (25 ± 2) °C e umidade relativa do ar de (60 ± 5) %.
Foi realizado em conformidade com o método ABNT NBR 14940 (Determinação da
Tinta Fosca Tinta Semibrilho
Tempo em estufa a 60°C
Bra
ncu
ra
resistência à abrasão úmida com pasta abrasiva) e utilizado o equipamento BYK
Gardner PAG8100. Os resultados para as tintas fosca e semibrilho estão relacionados
na Tabela 5.
Tabela 5. Determinação de resitência à abrasão úmida
Mowilith LDM 2400
(Número de ciclos)
Tinta Fosca 452
Tinta Semibrilho 562
Os resultados demonstram que o Mowilith® LDM 2400 excede o padrão de um
mínimo de 100 ciclos estabelecido pelas normas para tintas decorativas.
3.7 - DETERMINAÇÃO DE BRILHO
Brilho é a reflexão da luz incidente, em vários ângulos, sobre uma superfície.
Este ensaio determina o brilho de uma película de tinta ou verniz, com base na medida
fotoelétrica da reflexão da luz incidente no ângulo de 60º diretamente nas superfícies
das películas. Foi realizado para a tinta semibrilho em conformidade com a norma
ABNT NBR 15299 (Determinação de brilho).
Uma película de tinta é estendida com extensor de barra de 150 µm sobre um
vidro transparente. A cura é feita à temperatura de (25 ± 2) ºC e umidade relativa do ar
de (60 ± 5)% por 24h, na posição horizontal. Coloca-se uma cartela de Leneta P121-
10N preta debaixo do vidro com a película e então é medido o brilho a 60°. Foi
realizada também uma avaliação a 85°, sendo os resultados comparativos com uma
acrílica convencional expressos na forma de unidades de brilho, conforme
apresentados na Tabela 6.
Tabela 6. Determinação de brilho em tinta semibrilho
Amostra Unidades de Brilho
ϴ = 60° ϴ = 85°
Acrílica Estirenada Convencional 29,6 68,8
Mowilith® LDM 2400 38,2 74,0
Observa-se pelos resultados acima uma significativa melhora nos valores de
brilho em comparativo com uma acrílica convencional.
3.8 - AVALIAÇÃO DE FORMAÇÃO DE BOLHAS EM PELÍCULA DE TINTA –
RESISTÊNCIA AO BLISTER
Este método tem como objetivo avaliar a sensibilidade de uma película de tinta
à água. Avalia a formação de bolhas resultantes da perda de aderência à base
aplicada e tem como referência a norma ISO 4628/2. Quando vapores do interior de
um ambiente migram para a parte externa, podem eventualmente encontrar lugares
onde a temperatura é baixa o suficiente para haver condensação destes vapores. Se a
permeabilidade da tinta exterior é baixa, esta fase condensada pode ficar presa na
interface entre a tinta e o substrato e formar bolhas (blister) no revestimento[7].
O método consiste em aplicar a tinta sobre uma Leneta Form 3B, previamente
limpa com papel absorvente embebido em álcool. Em seguida, com o auxílio de um
extensor com abertura de 250 µm, aplicou-se a tinta a ser analisada. Aguarda-se
então o tempo de cura em sala climatizada com controle de temperatura (25 ± 2) °C e
umidade relativa do ar (60 ± 5) %. Após esta etapa, pesa-se a Leneta com a tinta
aplicada e curada com o uso de uma balança analítica. Posiciona-se então um
chumaço de algodão sobre a superfície do filme da tinta, de preferência na região
central. A massa do chumaço de algodão deve ser de 1,0 ± 0,1 g. Com o auxílio de
uma pipeta, goteja-se sobre o chumaço de algodão (6,0±0,5) g de água. Remove-se o
conjunto da balança e mantêm-se em sala climatizada por 24 horas. Após este
período, remove-se o chumaço de algodão da superfície da película de tinta e é
observado se houve formação de bolhas e destacamento da película (perda de
adesão ao substrato).
Os testes foram feitos com as tintas fosca e semibrilho. Os resultados estão
apresentados na Figura 4.
Figura 4. Formação de bolhas em película de tinta – resistência ao blister
Observa-se uma excelente resistência ao blister após a secagem do filme.
3.9 - DETERMINAÇÃO DE ADERÊNCIA
O teste tem como objetivo avaliar a aderência da tinta sobre substrato e tem
como referência a norma ABNT NBR 11003. O teste é originalmente realizado para
tintas aplicadas sobre substratos metálicos e foi adaptado para avaliação de aderência
de tinta arquitetônica sobre substrato não poroso.
Uma película de tinta é estendida com extensor de barra de 150 µm sobre um
vidro transparente. A cura é feita à temperatura de (25 ± 2) °C e umidade relativa do ar
de (60 ± 5) % por 24h, na posição horizontal.
Com o auxílio de um estilete, são feitos dois cortes de 40mm de comprimento
cada um, interceptados ao meio, formando o menor ângulo entre 35° e 45°, devendo
os cortes alcançar o substrato em apenas um movimento uniforme e contínuo.
Aplica-se, no centro da interseção, 10 cm de fila filamentosa 3M Scotch 8809.
Com o dedo, a fita é alisada na área das incisões e em seguida, esfregada firmemente
com uma borracha no sentido longitudinal, afim de se obter uma uniformidade na
transparência da fita aplicada.
Tinta Fosca Tinta Semibrilho
An
tes d
a s
ecag
em
A
pós s
ecag
em
Após 1 minuto da aplicação, a fita é removida, puxando-a firme e
continuamente a uma velocidade de 20cm/s e um ângulo o mais próximo possível de
180°. A área ensaiada é então avaliada visualmente quanto ao destacamento. Os
resultados estão apresentados na Figura 5.
Figura 5. Resultados do teste de aderência em tinta fosca e semibrilho.
Podemos classificar os resultados de acordo com a tabela A.3 da norma ABNT
NBR 11003. Deste modo, tanto para a linha ecológica fosca como para a semibrilho,
obtemos valores de Y0 e X0, ou seja, nenhum destacamento, tanto na interseção como
ao longo das incisões.
4 - CONCLUSÃO
O conceito de ecologia e inovação Low-Emissions está baseado em 7 pilares
os quais são : livre do alquilfenóis etoxilados (APEO free), baixo odor, baixo teor de
formaldeído (< 20 ppm ), livre de solventes, baixo ou zero em compostos orgânicos
voláteis, livre de amônia e por último ausência de compostos químicos tóxicos
relacionados na norma GS-11, tais como metais pesados entre outros. Para atingir os
7 pilares deste conceito foi desenvolvido o produto Mowilith® LDM 2400.
Por suas propriedades técnicas não necessita da utilização de coalescentes e
permite a formulação de tintas com baixa emissão de compostos orgânicos voláteis
(COV), podendo ser classificado como um padrão “zero-COV”, já que a sua utilização,
permite a formulação de tintas com um conteúdo máximo de 5 gramas por litro de
compostos orgânicos voláteis.
Tinta fosca à base de Mowilith® LDM 2400
Tinta semibrilho à base de Mowilith® LDM 2400
Tinta com baixa aderência
Além da concentração de orgânicos voláteis, possui excelente resistência ao
intemperismo, principalmente em formulação de tinta fosca e como os resultados
demonstram, o Mowilith® LDM 2400 excede com larga vantagem o padrão mínimo de
100 ciclos estabelecido pelas normas para tintas decorativas, tanto em tinta fosca
como em semibrilho. Demonstra melhor brilho quando comparado a dispersões
convencionais estireno-acrílicas e reduzida variação de brancura em ensaios de até 28
dias em estufa.
Outro ponto de destaque para as tintas formuladas com Mowilith® LDM 2400 é
sua excelente resistência à formação de bolhas (blister) após a secagem do filme, bem
como os resultados de aderência obtidos em testes sobre vidro, que evidenciam uma
possibilidade de aplicações de repintura, tanto para a tinta fosca como para semibrilho.
Por fim, por suas propriedades, sua aplicação seria recomendável para tintas
de baixo e médio PVC, para exteriores ou interiores, como em hospitais, escolas e
quartos para crianças.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 Green Seal - GS-11: Green Seal standard for paints and coatings, p.1-19 (2013).
2 http://www.abrafati.com.br/indicadores-do-mercado/numeros-do-setor/
3 http://www.hercenter.org/facilitiesandgrounds/paints.cfm
4 HESTER, R. E. ;HARRISON, R. M. – Volatile Organic Compounds in the
Atmosphere, The Royal Society of Chemistry, p. 2 (1995).
5http://greenguard.org/en/indoorAirQuality/iaq_healthImpacts.aspx
6 Directive 2004/42/EC of the European Parliament and of the Council on the limitation
of emissions of volatile organic compounds due to the use of organic solvents in
decorative paints and varnishes and vehicle refinishing products and amending
Directive 1999/13/EC - Guideline for VOC (Volatile Organic Compound) determination
for the Decorative paint industry.
7 GARDNER , SWARD, Paint Testing Manual – Physical and Chemical Examination of
Paints, Varnishes, Lacquers and Colors, 13° Edição, American Society for Testing and
Materials, p. 341, 1972.