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Luiza Aparecida Souza Goulart
Estudos das novas tendências do
mercado de tinta de impressão para
embalagens flexíveis relacionadas à
emissão de solventes
Lorena
2013
1
Luiza Aparecida Souza Goulart
Estudos das novas tendências do mercado de tinta de impressão para
embalagens flexíveis relacionadas à emissão de solventes
Monografia apresentada à Escola de
Engenharia de Lorena da Universidade de
São Paulo para obtenção da Graduação em
Engenharia Química.
Área de concentração: Engenharia
Ambiental e Tecnologia Química
Orientadora: Profª. Drª. Jayne Carlos de
Souza Barboza
Lorena/2013
2
AGRADECIMENTOS
Aos meus pais, Maria e Lasaro, e irmãs Talita e Ana Beatriz por todo apoio, carinho e
compreensão que foram fundamentais para que eu concluísse a graduação.
Aos professores doutores Jayne Carlos de Souza Barboza e Aarão Serra, por todos os
ensinamentos acadêmicos e também de vida que muito me ajudaram durante esse período
de muito estudo e dedicação.
Aos meus amigos com os quais sempre pude contar nas dificuldades e festejar os bons
momentos.
Aos meus colegas de trabalho pelas oportunidades e ensinamentos.
À Deus por todas as conquistas alcançadas
“ Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota
de água o mar. Mas no mar seria menor se lhe faltasse um gota”
Madre Teresa de Calcuta
3
RESUMO
GOULART. A. S. L. Estudos das novas tendências do mercado de tinta de impressão
relacionadas à emissão de solventes. 2013. 43p. Monografia (Trabalho de Graduação em
Engenharia Química) – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo,
Lorena.
As questões ambientais tem ganhado cada vez mais importância nos diversos seguimentos
industriais. Para o seguimento de tintas de impressão um dos maiores resíduos poluentes
são as emissões de compostos orgânicos voláteis presentes nas tintas e também utilizados
na forma de solventes para limpeza. Legislações vêm sendo criadas para restringir o uso
dessas substâncias por este seguimento, nos Estados Unidos e na Europa leis restringem o
uso desses compostos que podem causar diversos danos às pessoas que tem contato, devido
à toxicidade, e também ao ambiente por influenciar no aumento do efeito estufa e na
destruição da camada de ozônio. Uma solução para este problema é a substituição desses
compostos por solventes verdes e a mudança de tecnologia de tintas base solvente para
tintas base água. Muitas empresas tem buscado adequar-se investindo em novas
tecnologias que permitam uma produção mais limpa, também as indústrias que fornecem
matéria prima para o seguimento tem apresentado inovações para suprir este mercado que
vem sofrendo diversas mudanças. Este trabalho propõe estudar as novas tendências do
mercado de tintas de impressão para embalagens flexíveis, as motivações que estão por trás
dessas mudanças e os benefícios que podem ser alcançados com o uso das novas
tecnologias.
Palavras-chave: tintas de impressão para embalagens flexíveis, emissão de compostos
orgânicos voláteis, solventes verdes e tintas base água.
4
ABSTRACT
GOULART. APª. S. L. Studies about new tendencies of printing ink market related to
solvent emissions. 2013. 43p. Monography (Essay of graduation in Chemical Engneering)
– Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena.
The environment issues have been gaining importance each time more in several industrial
segments. In the segment of printing inks one of the biggest pollutants residues is the
volatile organic compound emissions present in inks formulation and also used in cleaning
activities. In the world legislations have been created to restrict the use of this components
for this segment, in the US and Europe laws has been controlled the use of those
substances that can cause much damage to people that have contact with, due to the
toxicity and also to the environment by being influenced in the growth of green house
effect and ozone layer. A solution for this problem is the replacement of those substances
by green solvents and the change of this the ink solvent based technologies to water based.
Many companies today in the world have been searching to adequate themselves investing
in new technologies that will permit a better clean production, also the companies that
supply raw material to the segment have been presenting innovations to supply the market
that has been facing several changes. This work propose studying new tendencies of the
printing ink market for flexible packaging, the motivations that are behind those changing
and the benefits can be accomplished with the use of new technologies.
Key words: printing inks for flexible packaging, volatile organic solvents emission, green
solvents and water base inks
5
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Exemplo de embalagem flexível impressa em banda larga................................14
Figura 2 – Esquema simplificado de banda estreita.............................................................14
Figura 3 – Esquema simplificado da técnica de flexografia................................................15
Figura 4 – Cilindro de flexografia sendo recoberto pelo molde em material flexível.........16
Figura 5 – Esquema simplificado da técnica de rotogravura...............................................17
Figura 6 - Cilindros gravados utilizados pela Editora Abril na técnica de impressão por
rotogravura...........................................................................................................................17
Figura 7 – Esquema simplificado da técnica de serigrafia...................................................18
Figura 8 - Esquema simplificado da técnica de Offset.........................................................19
Figura 9 – Determinação da tensão superficial....................................................................20
Figura 10 – Princípio do tratamento corona ........................................................................20
Figura 11 – Impressão externa.............................................................................................21
Figura 12 – Impressão reversa..............................................................................................22
Figura 13 – Laminação.........................................................................................................22
Figura 14 – Formação do filme por evaporação...................................................................23
Figura 15 – Formação do filme por coalescência.................................................................24
Figura 16 - Aplicação dos solventes nos diversos mercados...............................................25
Figura 17 - HSPiP – software desenvolvido por Hansen e sua equipe................................26
6
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Tipos e características dos filmes plásticos mais comuns utilizados como
substratos para a indústria de tinta de impressão.................................................................13
Tabela 2 – Reatividade incremental máxima de alguns solventes.......................................31
Tabela 3 – Reatividade limite para seguimentos de mercado específicos...........................32
Tabela 4 – Valores médios de consumo de solventes e limites estipulados de acordo com as
atividades..............................................................................................................................33
Tabela 5 – Número de instalações e total de emissões relativas à atividade 3.....................34
Tabela 6 – Produção nacional de tintas de impressão..........................................................37
7
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Número de instalações referentes a atividade 3 em cada estado membro........33
Gráfico 2 – Projeção de crescimento no setor de embalagens.............................................36
Gráfico 3 – Produção brasileira de tinta de impressão.........................................................37
Gráfico 4 – Volume de vendas da linha F no mundo...........................................................38
Gráfico 5 – Volume de vendas da linha F nos países europeus que mais possuem
instalações ligadas a produção de tintas de impressão, nos EUA e no Brasil......................39
8
LISTA DE SIGLAS
COV Compostos Orgânicos Voláteis
VOC Volatile Organic Compounds
CAA Clean Air Act
EPA Environmental Protection Agency
IPPC Integrated Pollution Prevention and Control
SED Solvent Emissions Directive
NEC National Emission Ceilings
NAAQS National Ambient Air Quality Standards
HAP Hazardous Air Pollutants
MACT Maximum Achievable Control Technology
MIR Maximum Incremental Reactivity
ABITIM Associação Brasileira das Indústrias de Tintas de Impressão
9
SUMÁRIO
1 – INTRODUÇÃO..............................................................................................................10
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................................................12
2.1 – Embalagens.................................................................................................................12
2.2 – Técnicas de Impressão.................................................................................................13
2.2.1 – Flexografia................................................................................................................15
2.2.2 – Rotogravura..............................................................................................................16
2.2.3 – Serigrafia..................................................................................................................18
2.2.4 – Offset........................................................................................................................18
2.3 – Tintas de Impressão.....................................................................................................19
2.3.1 – Tintas base solvente ebase água...............................................................................22
2.3.2 – Os solventes e o parâmetro de solubilidade ............................................................25
2.4 – A escolha dos solventes e as questões ambientais......................................................27
2.4.1 – Legislações regulamentadoras da emissão de COVs...............................................28
3 – METODOLOGIA..........................................................................................................29
3.1 – Legislações regulamentadoras de emissões atmosféricas...........................................29
3.2 – O comportamento do mercado em relação à tinta de impressão para embalagens
flexíveis base água................................................................................................................29
4 – RESULTADOS E DISCUSSÕES.................................................................................30
4.1 – Legislação Norte Americana.......................................................................................30
4.2 – Legislação Europeia ...................................................................................................32
4.3 – Legislação brasileira....................................................................................................35
4.4 – Dados do mercado de tintas de impressão...................................................................36
5 – CONCLUSÃO................................................................................................................40
6 - REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................41
10
1 – Introdução
A indústria de embalagens tem sofrido grandes mudanças ao longo dos últimos
anos, as novas matérias primas oferecidas, as legislações diversas, o apelo a questões
ambientais e as exigências dos consumidores tem moldado as novas tendências desse
mercado.
As embalagens não só protegem o conteúdo interior, mas também são um elemento
decisivo para o sucesso comercial dos produtos, o material do qual é composto, o design, e
a impressão são fatores que influenciam na decisão do consumidor na escolha entre um
produto e outro, uma embalagem de qualidade infere em um produto de qualidade1.
Dentre esses fatores citados a qualidade da impressão é um grande diferencial, e a
indústria que fornece as tintas tem grandes desafios, há muita tecnologia envolvida para a
fabricação de uma tinta que se enquadre nas legislações pertinentes, que possua
características que permitam alta produtividade e qualidade de impressão, e que apresente
resistência química e mecânica que garantam o bom aspecto da embalagem durante os
processos de estocagem, transporte e exposição nas prateleiras dos mercados.
Um dos grandes desafios enfrentados hoje, pela indústria de tintas de impressão,
refere-se a questões ambientais, a maioria dos produtos é base solvente, ou seja, boa parte
da tinta é composta por solventes orgânicos, esses compostos apresentam certa toxicidade
que atinge diretamente os trabalhadores das empresas produtoras de tintas e de embalagens
assim como o ambiente ao redor das dependências do complexo fabril.
No mundo, as questões ambientais têm ganhado cada vez mais importância e
legislações vem sendo criadas para forçar os diversos seguimentos industriais a buscarem
novas tecnologias com o objetivo de cada vez mais diminuir os impactos negativos no
meio ambiente.
Na Europa desde 1999 existe uma regulamentação que engloba os aspectos
ambientais, como as emissão de solventes pelas indústrias de tinta, a Diretiva de Emissão
de Solventes em vigor deste outubro de 2007 obriga as plantas produtores de tinta que
usam mais de 15 toneladas de solventes por ano a investir em equipamentos de incineração
ou substituição de aproximadamente 75% das tintas base solvente para tintas solvent-free
ou alternativas low-solven2.
Esta não é a única legislação que tem forçado os produtores de tintas europeus a
investirem em novas tecnologias, diretivas para proteção de funcionários e para a
11
prevenção de poluição estão em vigor e os custos para as empresas que continuam a usar
basicamente as antigas formulações com os solventes tradicionais deste ramo, estão cada
vez maiores.
No Brasil, embora não exista uma legislação regulamentadora da emissão de
compostos orgânicos voláteis, a tendência é que seja criado, pois cada vez mais a
importância da criação de leis ambientais se comprova.
A mudança de tecnologia de substituição dos solventes convencionais por soluções
mais ambientalmente corretas como a substituição para o uso de água como solvente ou
mesmo o uso de solventes menos tóxicos tem se tornado cada vez mais uma necessidade.
O objetivo deste trabalho é o estudo das mudanças no mercado de tintas de
impressão em relação à mudança de tecnologia para opções mais ambientalmente corretas
e as motivações que tem levado as empresas desse seguimento a buscar novas soluções.
12
2 – Revisão Bibliográfica
2.1 – Embalagens
Embalagem é um recipiente ou envoltura que armazena produtos temporariamente
tendo como principal função protegê-lo e estender seu prazo de validade viabilizando sua
distribuição, identificação e consumo1.
A qualidade da embalagem é fator decisivo na apresentação de um produto,
segundo a diretora executiva da Associação Brasileira de Embalagens (ABRE) “É a
embalagem que deve transmitir, em apenas 3 segundos, a qualidade do produto, os seus
diferenciais e cativar o consumidor para pegá-lo em sua mão e colocá-lo em seu carrinho
de compras”1.
Existe hoje uma grande gama de opções de embalagens, diferentes matérias primas
como plástico, vidro, alumínio e papel, utilizadas em combinação ou não, e também
diferentes técnicas e qualidades de impressão são tecnologias presentes nas embalagens.
O investimento na confecção da embalagem esta diretamente ligado ao produto que
será envasado e ao publico alvo que é o consumidor final do produto. Por exemplo, caixas
que usualmente são utilizadas para armazenamento de produtos embalados são
normalmente de papelão e as informações são impressas com poucas cores e detalhes. Por
outro lado, uma embalagem de um alimento congelado normalmente é composta por mais
de um material e a imagem impressa é como se fosse uma fotografia do alimento pronto,
com muitos detalhes e cores com o objetivo de passar a ideia de que o produto é realmente
suculento.
Dentre os diversos tipos de embalagens, existentes hoje no mercado, as flexíveis
têm ganhado destaque. Uma pesquisa realizada pela Euromonitor International revela que
no ano passado as embalagens flexíveis passaram a representar 59% do total do mercado
de embalagens3.
Estas embalagens são compostas por diversos substratos flexíveis, entre eles os
mais comuns são plástico, papel, folha de alumínio e filmes metalizados. É comum o uso
de mais de um substrato o que é chamado de multicamadas.
Para a definição de uma estrutura de embalagem deve-se observar o produto a ser
embalado, o tempo de validade deste produto, as condições de envase (temperatura do
produto no momento do envase, velocidade de envase, tipo de selagem, tipo de máquina de
13
envase, etc.), a resistência química necessária pensando na migração que o substrato
permite e no ataque que pode ser sofrido pelo meio, o design, a forma e a aparência visual
que se deseja na embalagem, a cadeia de transporte e comercialização e também o custo
final da embalagem.
A tabela 1 resume os principais substratos plásticos e suas principais características:
Tabela 1: Tipos e características dos filmes plásticos4.
FILMES PLÁSTICOS CARACTERÍSTICAS
PET (Poliéster) Alto brilho, boa resistência mecânica e térmica, alta
barreira a oxigênio e a gases
BOPP (Polipropileno bi-orientado) Bom brilho, pode ser transparente ou opaco, alta barreira
a vapor de água, gordura e luz
PP (Polipropileno) Alta selabilidade e resistência química
PE (Polietileno) Boa selabilidade, boa utilização em laminação e boa
barreira a luz (leitoso)
BOPA (Poliamida bi-orientada) Alta resistência mecânica, ao impacto e térmica, boa
barreira a gases e aromas
Os substratos plásticos são a maioria no mercado atual, variações como a
metalização, deposição de uma fina camada de alumínio sobre o PET ou BOPP aumentam
a barreira do material e oferecem um aspecto metálico.
Para algumas aplicações específicas o papel é o substrato mais indicado. Além de
possuir uma excelente superfície de impressão, possibilidade de uso em formas diferentes,
boa resistência mecânica apresenta propriedades especificas como greaseproof, que é
definido como a impermeabilidade a óleos e gorduras4.
Os diferentes substratos demandam maquinário e tintas de impressão diferentes,
este conjunto de fatores pode ser compilado em técnicas de impressão.
2.2 – Técnicas de Impressão
Pode-se dividir as técnicas de impressão em dois grandes grupos: a banda larga e a
banda estreita de impressão.
14
A banda larga é o processo mais simples, caracterizado pela não interação de cores
durante a impressão, é a arte encontrada, por exemplo, na impressão de caixas de papelão.
Apresenta poucas cores e detalhes, ou em embalagens simples com poucos detalhes e
figuras (Figura 1).
Figura 1. Exemplo de embalagem flexível impressa em banda larga5
A banda estreita por sua vez trabalha com cromia que é a interação de cores, é
utilizada em artes mais trabalhosas que apresentam detalhes e diversas cores. Os vários
tons são obtidos da interação de cores especificas que quando sobrepostas no processo de
impressão tem como resultado as imagens que se assemelham a fotografias devido à
riqueza de detalhes (Figura 2).
Figura 2. Esquema simplificado de banda estreita6
15
A escolha entre banda larga e banda estreita depende do tipo de aplicação que se
deseja para o substrato impresso, mas além desta escolha é preciso determinar qual técnica
de impressão é mais adequada para o fim que se espera. Existem diversas técnicas
disponíveis hoje, dentre elas estão a flexografia, a rotogravura, a serigrafia e o offset.
2.2.1 – Flexografia
A flexografia é um método de impressão rotativo direto, que utiliza chapas de
borracha ou fotopolímeros resilientes com a imagem em alto relevo. Esta técnica começou
nos Estados Unidos na década de 20 e desde então vem passando por varias
transformações melhorando a qualidade da imagem impressa4.
Na flexografia a tinta presente no tinteiro é transferida a um cilindro de anilox que
possui uma lâmina dosadora para a remoção do excesso de tinta. Este cilindro transfere
então a tinta para o cilindro de transferência que possui pontos em alto relevo, e
semelhante a um carimbo transfere a tinta ao substrato desejado (Figura 3).
Figura 3. Esquema simplificado da técnica de flexografia7
A flexografia é uma técnica bastante versátil, a impressão pode ser feita em
diversos substratos dependendo de adaptações no maquinário, é também um sistema com
um custo interessante, pois o material de que é recoberto o cilindro de transferência pode
ser de borracha, e esta peça pode ser removida e trocada de acordo com a figura que se
deseja imprimir (Figura 4).
16
Figura 4. Cilindro de flexografia sendo recoberto pelo molde em material flexível8
O controle, porém da quantidade de tinta que é transferida fica por conta das
laminas raspadoras o que limita a qualidade da imagem comparada a outras técnicas, no
entanto o setor apresenta evoluções e cada vez mais alcança uma qualidade desejável a
partir dessa técnica.
A tinta utilizada, nesta técnica, é líquida e é preciso manter a viscosidade adequada,
com o tempo o solvente evapora aumentando a viscosidade da tinta e dificultando a
transferência entre os cilindros e para o substrato. É importante, portanto que a tinta
utilizada neste processo tenha uma boa resolubilidade, ou seja, permita a reposição de
solvente para que se possa controlar a viscosidade.
2.2.2 – Rotogravura
A rotogravura é um sistema de impressão rotativo e direto, o cilindro de impressão
é gravado apresentando assim sulcos de diferentes tamanhos e profundidades na superfície
do cilindro, uma lamina raspadora ajusta o excesso de tinta que é em seguida transferido
para o substrato (Figura 5).
17
Figura 5. Esquema simplificado da técnica de rotogravura7
Para permitir a gravação os cilindros são revestidos de cobre e cromo, a gravação
pode ser química ou eletromecânica, a imagem desejada é formada por pontos em baixo
relevo e a tonalidade da imagem é determinada pela profundidade das células, as mais
profundas contém mais tinta e resultam em tons mais escuros, as rasas com menos tinta
resultam em tons mais claros4.
Este controle da quantidade de tinta e do formato tão preciso garante uma
impressão de qualidade elevada, no entanto o custo da rotogravura é maior do que o da
flexogravura. Para cada imagem impressa é necessário um cilindro, desta forma uso da
rotogravura justifica-se para grandes tiragens (Figura 6).
Figura 6. Cilindros gravados utilizados pela editora abril na técnica de impressão por rotogravura.9
Assim, como na flexografia, a tinta é líquida e a viscosidade precisa ser bem
controlada, a propriedade de resolubilidade da tinta é também muito importante, porque se
a tinta secar no cilindro obstruirá os sulcos responsáveis pela sua transferência ao substrato
o que não permitirá uma impressão de qualidade.
18
2.2.3 – Serigrafia
A serigrafia é um processo de impressão no qual a tinta é depositada no substrato
pela pressão de uma lâmina raspadora através de uma tela vazada, normalmente de seda ou
de náilon, esticada sobre o cilindro (Figura 7).
Figura 7. Esquema simplificado da técnica de serigrafia10
Diferente da flexografia e da rotogravura a tinta na serigrafia precisa ser pastosa, ter
uma viscosidade maior, isso não muda a necessidade de controlar a viscosidade da tinta.
2.2.4 – Offset
O processo de impressão offset, diferente dos demais apresentados, não é um
sistema de impressão direto. O cilindro que recebe a tinta é tratado quimicamente, de modo
que fica com partes hidrofílicas e hidrofóbicas (que formam a imagem). Este cilindro passa
sobre a água e em seguida um outro cilindro transfere a tinta a ele, a tinta fica apenas nos
pontos hidrofóbicos e é transferida a outro cilindro, e esse sim transfere a tinta para o
substrato.
Há também variações desse processo, o chamado processo offset a seco. Usa-se
somente tinta e o cilindro que transfere a tinta ao cilindro que de fato transferirá para o
substrato possui gravações em alto relevo (Figura 8)4.
19
Figura 8. Esquema simplificado da técnica de Offset4
Assim como na flexografia e na rotogravura a tinta é líquida e a mesma atenção
sobre o controle da viscosidade é requerida.
2.3 – Tintas de Impressão
As tintas de um modo geral são compostas por resina, solvente, pigmentos e
aditivos.
As resinas são responsáveis por aglomerar as partículas de pigmento e conferem à
tinta as propriedades de adesão e resistência11
. São polímeros que formam o filme quando
o solvente evapora, por reações químicas ou somente por rearranjo das moléculas.
A resina confere as principais características de resistência da tinta e estas são
nominadas de acordo com a resina que as compõe, por exemplo, tintas acrílicas,
poliuretanas, poliamidas e etc11
.
Os solventes são líquidos voláteis, geralmente de baixo ponto de ebulição,
utilizados basicamente para dissolver as resinas11
, mas também podem conferir algumas
características a tinta de acordo com a velocidade de evaporação, peso molecular e etc.
Os pigmentos são materiais sólidos finamente divididos, insolúveis no meio
utilizado para conferir cor, opacidade, algumas características de resistências e outros
efeitos11
. Hoje em dia existem diversos tipos de pigmentos, os chamados pigmentos de
efeito tem propriedades óticas e táteis que enriquecem muito a arte impressa.
Os aditivos são substâncias que em peso representam a menor porcentagem da
tinta, são adicionados para conferir propriedades especiais, que auxiliam tanto durante a
produção e aplicação da tinta, quanto nas propriedades finais11
. Existe uma variedade
20
enorme de aditivos usados nas indústrias de tintas e aditivos como: modificadores de
reologia, antiespumantes, nivelantes e etc.
Além da formulação da tinta outro aspecto importante no ramo de impressão em
embalagens flexíveis é o tratamento do substrato. Em geral plásticos possuem superfície
quimicamente inerte, não porosa e com baixa tensão superficial o que impossibilita a
ancoragem de tintas e adesivos bem como a umectação do substrato12
(Figura 9).
Figura 9: Determinação da tensão superficial14
Polietileno e polipropileno apresentam a menor tensão superficial dentre os
plásticos e necessitam ser submetidos a tratamento para aumentar a tensão superficial, no
entanto, os tratamentos de superfícies não se limitam apenas a esses materiais mais
críticos, todos os plásticos e também papel e alumínio podem ser submetidos a tratamento
para melhorar a ancoragem.12
O principal tratamento de superfície é o tratamento corona, que baseia-se em
descargas eletrostáticas na superfície do filme. Essa descarga ioniza o oxigênio do meio
que polariza a superfície do filme, aumentando sua tensão superficial13
(Figura 10).
Figura 10: Princípio do tratamento Corona14
O tratamento do filme é imprescindível para se conseguir uma boa impressão.
21
Outro ponto fundamental a ser observado para a obtenção de um bom resultado é o
alinhamento entre as características da tinta e o tipo de embalagem.
As embalagens flexíveis atendem diversos mercados, estão presentes na indústria
alimentícia, higiene e limpeza, ração animal, entre outras.
A estrutura da embalagem varia de acordo com a aplicação fornecendo a barreira de
proteção necessária e atendendo as exigências. As embalagens de ração para cães, por
exemplo, deve ser mecanicamente resistente, proteger o produto de contaminações
externas e de vapor d’água além de possuir baixo odor, pois o animal tem um faro muito
sensível e pode rejeitar o alimento.
As tintas também são diferentes para cada estrutura de embalagem, tem-se as tintas
externas que ficam expostas ao meio e precisam resistir à abrasão e às substâncias com a
qual terá contato (Figura 11), em alguns casos pode ser feita a impressão reversa, ou seja,
no inverso do filme assim a tinta não fica exposta ao ambiente, no entanto poderá ter
contato com o produto envasado (Figura 12). Outra técnica é a laminação, onde a tinta é
impressa na superfície do substrato, depois um adesivo é aplicado e uma nova camada de
substrato é colada sobre o primeiro, nesse caso a tinta não fica exposta e a embalagem
possui mais de uma camada de substrato apresentando maior resistência (Figura 13).
No caso da laminação, além de aderir ao substrato a tinta também deve ser
compatível com o adesivo.
Figura 11: Impressão externa4
22
Figura 12: Impressão reversa4
Figura 13: Laminação4
As tintas de impressão de embalagens flexíveis, mais utilizadas atualmente, são
nitrocelulose-poliuretânica, nitrocelulose-poliamida e nitrocelulose-fumárica4.
No entanto opções base água estão começando a ganhar notoriedade nesse
mercado, inovações como emulsões acrílicas é a nova tendência segundo empresas do
ramo.
2.3.1 – Tintas base solvente e base água
As resinas que formam o filme da tinta são sólidas a temperatura ambiente, portanto
no processo de preparação de uma tinta é preciso solubilizar, dispersar o polímero ou fazer
uma polimerização em emulsão para obter uma mistura líquida.
23
As tintas base solvente são aquelas em que a resina foi solubilizada (preparação do
verniz) ou a polimerização foi feita em solução. Os solventes mais frequentes nesse caso
são álcoois e acetatos.
O filme, nesses casos, se forma por evaporação do solvente (Figura 14).
Após a evaporação o que resta são os demais componentes que aderidos ao filme da
resina dão à tinta as características desejadas, como cor, brilho, slip e etc.
No caso das tintas base água a resina é sintetizada no meio aquoso, esse processo de
polimerização em emulsão pode ser feito utilizando-se emulsificantes ou também reagindo
polímeros com ramificações ácidas com bases, para formar sais de polímeros que atuarão
de forma similar aos emulsificantes, com a diferença de que também participarão da
reação. Esse último tipo de polimerização em emulsão é a tecnologia principal das opções
base água para tintas de impressão em embalagens flexíveis.
As emulsões formam o filme por um processo chamado coalescência, com a
evaporação da água as micro cápsulas de polímero vão se aproximando até que se rompem
e as cadeias poliméricas se rearranjam formando um filme. (Figura 15).
Figure 14: Formação do filme por evaporação4
24
Figure15: Formação do filme por coalescência15
A principal diferença em questão de desempenho de sistema base água e base
solvente esta na velocidade de evaporação e, portanto de formação do filme, e na
possibilidade de resolubilidade do sistema.
Sistema base solvente tem uma secagem mais rápida devido à volatilidade das
substâncias, também é possível ajustar a viscosidade acrescentando mais solvente. Em
contra partida, em sistemas base água a secagem é mais lenta e a resolubilidade é
dependente do pH, portanto esse controle deve ser rigoroso.
Devido a essas diferenças, para que a tecnologia base água substitua a base solvente
também é necessário que os equipamentos sejam adaptados, e que invista em capacitação
profissional uma vez que os sistemas em questão têm características substancialmente
diferentes.
No entanto, esses são investimentos que valem a pena, não somente em termos de
saúde e preservação ambiental, mas também para atender exigências legais uma vez que
são realidade em alguns países e que podem a vir a se tornar realidade também no Brasil.
Uma solução paliativa pode ser adotada para tornar os sistemas base solvente
menos tóxicos e o ambiente fabril das indústrias de tinta de impressão menos insalubre,
que é a escolha de solventes mais adequados, levando em consideração a toxicidade da
substância e buscando substituir os componentes mais agressivos.
25
2.3.2 – Os solventes e o parâmetro de solubilidade
Os solventes são compostos químicos, normalmente no estado líquido a
temperatura ambiente e tem a propriedade de dissolver, suspender ou extrair outras
substâncias sem alterá-las quimicamente4.
Estas substâncias são utilizadas em diversos ramos da indústria (Figura 16).
Figura 16. Aplicação dos solventes nos diversos mercados4
Como mencionado, o solvente é o principal componente, em quantidade, das tintas
de impressão. O poder de solvência e a volatilidade são importantes propriedades que
influenciam na viscosidade e na velocidade de secagem4, o que é determinante para o
sucesso da impressão em flexografia, rotogravura, serigrafia e offset.
Os solventes são escolhidos basicamente pelo poder de solvência que a mistura tem
para dissolver a resina. O que determina se uma resina será solúvel em uma mistura de
solventes é uma propriedade chamada parâmetro de solubilidade.
O termo parâmetro de solubilidade foi primeiramente utilizado por Hildebrand e
Scott, desde então outros pesquisadores se empenharam em conhecer melhor os fenômenos
relacionados ao poder de solvência das substâncias16
. O pesquisador Charles M. Hansen da
universidade técnica de Copenhague possui grande conhecimento nesse assunto, Hansen
26
mostrou que os líquidos e as substâncias macromoleculares, portanto os polímeros, podem-
se caracterizar por três parâmetros17
:
δD, que corresponde às forças de dispersão de London
δP, que correspondem à força de atração devido a polaridade das moléculas
δH, que corresponde às forças de ligação de hidrogênio
Baseado em diversos estudos anteriores e nas próprias pesquisas Hansen
desenvolveu um software que cruza os parâmetros físico–químicos envolvidos no processo
de solubilidade e o resultado obtido é uma boa aproximação sobre quais solventes são
capazes de solubilizar determinados polímeros (Figura 17).
Figura 17. HSPiP – software desenvolvido por Hansen e sua equipe18
27
No gráfico tridimensional formado pelas coordenadas δH, δP e δD a esfera
representa o polímero em questão, os pontos compreendidos dentro do volume da esfera
são os solventes capazes de solubilizar este polímero, quanto mais próximo o valor de
parâmetro de solubilidade se aproximar do centro da esfera mais verdadeiro é considerado
o solvente.
Este conhecimento sobre parâmetro de solubilidade é fundamental para a indústria
de tintas de impressão, como discutido anteriormente. Os processos de impressão como a
resolubilidade da tinta e a velocidade de secagem são fundamentais.
A escolha de solventes adequados é de fundamental importância para a formulação
de uma tinta de qualidade.
2.4 – A escolha dos solventes e as questões ambientais
Os solventes podem ser divididos em três grandes partes de acordo com a
constituição química, aquosos, não aquosos e orgânicos4.
Os solventes orgânicos são aqueles que contem carbono em sua composição e são
classificados de acordo com o grupo funcional, por exemplo, álcoois, cetonas, ésteres, etc.
Os principais resíduos atmosféricos das indústrias gráficas são os compostos
orgânicos voláteis. No Brasil ainda não existe padrões de controle ambiental para este tipo
de composto, porém os compostos orgânicos voláteis (conhecidos pela sigla em português
COVs ou em inglês VOCs) provocam odores irritantes, possuem certo nível de toxicidade,
além de causar problemas relacionados ao efeito estufa e degradação da camada de
ozônio19
.
Esses compostos nocivos podem ser recuperados com o emprego de equipamentos
específicos na própria planta, no entanto demanda alto custo de investimento nas
instalações19.
Uma solução para esta questão é o uso de solventes verdes, misturas de diferentes
solventes podem possuir o mesmo parâmetro de solubilidade, desta forma ambas
combinações solubilizarão a resina, partindo deste principio é possível buscar solventes
com menor grau de toxidez.
28
Os critérios globais para que um solvente seja considerado verde incluem quatro
pilares: bom desempenho de aplicação, minimização da toxidade a saúde humana, ao meio
ambiente e dos impactos ambientais4.
Assim, como muitas das questões ambientais, a emissão de COVs é um assunto
relativamente recente. Entretanto, em alguns países existem legislações reguladoras, o que
tem obrigado as indústrias a buscarem novas alternativas.
2.4.1 – Legislações reguladoras da emissão de COVs
No Brasil ainda não existe uma legislação regulamentadora das emissões de
compostos orgânicos voláteis, mas nos Estados Unidos e na Europa algumas legislações
estão em vigor.
Nos Estados Unidos, em 1970, o congresso decretou o Clean Air Act (CAA), que
resultou na criação da Agência de Proteção Ambiental (EPA), para trabalhar nos estados
dentro de padrões de qualidade requeridos para o ar atmosférico4.
Em 1977 uma revisão no CAA restringiu a emissão de COVs e, na sequência, uma
série de outras revisões tornou cada vez mais rígida a legislação de emissão desses
compostos. Em 1990, solventes comuns como benzeno, etileno glicol, metanol, tolueno e
misturas de xilenos tiveram seu uso restringido4.
Na Europa, a maioria dos países começou a regular a questão da emissão de
solventes entre as décadas de 1980 e 1990. Como resultado dessas medidas, entre 1990 e
2000 as emissões de COVs nos estados membros da União Européia foram reduzidas em
torno de 30%4.
As legislações européias também foram aprimoradas e diretivas como IPPC
(Diretiva Integrada de Prevenção e Controle) e a (Diretiva de Emissão de Solventes)
foram criadas tornando cada vez mais rígido o controle sobre a emissão de substâncias
poluidoras do ar4.
A tendência mundial mostra que a preocupação pelas questões ambientais está cada
vez mais presente e abrange de alguma forma todos os seguimentos industriais. Para a
indústria de tintas de impressão uns dos maiores desafios atuais é conciliar avanço
tecnológico e qualidade de produção com segurança ambiental.
29
3 – Metodologia
3.1 - Legislações regulamentadoras de emissões atmosféricas
As legislações Americanas e Européias, disponíveis na internet, foram analisadas,
para conhecer as exigências e motivações que levaram esses países a restringir o uso de
solventes e determinar condições para o funcionamento das indústrias de tinta de
impressão.
Os dados sobre a legislação americana foram obtidos do site oficial da EPA
Environmental Protection Angency, a agencia de proteção ambiental Norte Americana.
As informações obtidas sobre a legislação europeia estão disponíveis no site oficial
da União Europeia.
3.2 – O comportamento do mercado em relação à tinta de impressão para embalagens
flexíveis base água
Foram avaliados dados sobre a indústria de tinta de impressão brasileira obtidos de
do site da Associação Brasileira de Tinta de Impressão ABITIM.
Também foram avaliados dados de vendas de uma indústria química multinacional,
uma das líderes no seguimento de matérias-primas para tintas de impressão. Essa empresa
possui uma linha de produtos que oferece uma solução base água para substituir a
tecnologia base solvente. Esses dados mostram a aceitação dessa nova solução, pelo
mercado.
30
4 – Resultados e Discussões
4.1 – Legislação Norte Americana
Fundada em 2 de dezembro de 1970 a EPA (Environmental Protection Agency)
consolidou em uma instituição pesquisa, monitoramento e fiscalização de questões
ambientais. A missão da EPA é proteger a saúde humana, preservando o ar que
respiramos, a água que bebemos e o solo onde vivemos20
.
Em 31 de dezembro do mesmo ano o congresso autoriza a EPA a criar a legislação
que regulamenta as emissões atmosféricas o Clean Air Act e determinou a NAAQS
(National Ambient Air Quality Standards),que monitore a qualidade do ar com base em
seis poluentes21
:
Ozônio
Monóxido de Carbono
Material particulado
Dióxido de nitrogênio
Dióxido de enxofre
Chumbo
Em março de 1994 foi publicada a EPA 744B-94-001 FEDERAL
ENVIRONMENTAL REGULATIONS POTENTIALLY AFFECTING THE COMMERCIAL
PRINTING INDUSTRY. Esse foi o primeiro documento específico para a indústria de tinta
de impressão.
Em 1977 algumas revisões na CAA incluíram no escopo o controle de emissão de
compostos orgânicos voláteis, o que atingiu diretamente o setor.4
A EPA definiu uma lista que continha inicialmente 189 substâncias classificadas
como HAP (Hazardous Air Pollutants), ao longo dos anos algumas dessas substâncias
foram reclassificadas e saíram da lista, as demais são substâncias controladas pela agência
que implementa regulamentações específicas as MACT, que quer dizer Controle
Tecnológico Máximo Alcançável22
.
As regras MACT não proíbem o uso de nenhuma sustância, mas limitam a
quantidade que pode ser emitida, por isso para atender a legislação as indústrias devem
possuir controle do uso dessas substâncias e sempre que possível substituí-las por outras
tecnologias.
31
No caso específico da indústria de tinta de impressão as principais emissões
atmosféricas são de COVs, esses compostos são controlados devido à sua toxicidade e ao
fato de serem precursores de ozônio. Uma forma de classificar os COVs é a partir de sua
reatividade, para isso são considerados os seguintes aspectos4:
Velocidade e reação para formação de ozônio;
Quantidade de moléculas de NO que são oxidadas por moléculas de COV;
Quantidade de radicais formados por moléculas de COV, que poderiam participar
da rota de formação de ozônio de outros COV;
Efeito na taxa de remoção de NOx da atmosfera, pois a formação de ozônio
diminui quando a concentração de NOx diminui;
Reatividade dos principais produtos de oxidação do COV;
Alguns estados se baseiam na MIR, sigla em inglês para Reatividade Incremental
Máxima, de cada COV, que é calculada considerando-se a concentração NOx ideal para
um rendimento máximo de formação de ozônio para determinar os níveis aceitáveis de
emissões de COV (Tabela 2).
Tabela 2 - Reatividade incremental máxima de alguns solventes4
Solvente
MIR
(grama de ozônio
formado/grama
de COV)
m-Xileno 10,61
o-Xileno 7,49
Xilenos 7,37
p-Xileno 4,25
Metil isobutil cetona 4,31
Tolueno 3,97
Etil Benzeno 2,79
Metil isoamil cetona 2,10
Acetato propileno glicol metil éter 1,71
Etanol 1,69
Metil etil cetona 1,49
Acetato de n-butila 0,89
Acetato de propila 0,87
Diacetona álcool 0,68
Acetato de isobutila 0,67
Acetato de etila 0,64
Acetona 0,40
Acetato de t-butila 0,20
32
A reatividade total de uma formulação é dada pela somatória do MIR de cada
componente multiplicado pela sua fração mássica. Baseado nesses valores existe uma
regulamentação que limita a reatividade média limite de acordo com o seguimento
industrial (Tabela 3).
Tabela 3 - Reatividade limite para seguimentos de mercado específicos4:
Segmentos
Reatividade
Média Limite
(g O3/g produto)
Vernizes 1,54
Tintas 1,40
Primers 1,11
Como pode-se notar a legislação Norte Americana exerce um forte fiscalização
sobre as indústrias e o uso de determinadas substâncias deve ser evitado ao máximo para
atender a normalização. Essa legislação tem impulsionado novas pesquisas e
desenvolvimentos com o intuito de encontrar alternativas eficientes capazes de substituir o
uso de substâncias que poluem o ambiente e agridem a saúde dos seres vivos que ficam
expostos a elas.
4.2 – Legislação Européia
Em 1996 a diretiva IPPC, Integrated Pollution Prevention And Control determinou
regras para permissão de operação de 50000 instalações europeias, e dentre os resíduos
controlados estão os gases causadores do efeito estufa.
Em 1999 foi criada a VOC Solvents Emissions Directive (SED), a Diretiva de
Emissão de Solventes COV, essa diretiva regulamenta a emissão de COV na União
Européia cobrindo um grande range de atividades que utilizam solventes23
.
A COUNCIL DIRECTIVE 1999/13/EC determina limites de emissões de solventes
orgânicos de acordo com as atividades realizadas pelas empresas. Essa diretiva classifica
as empresas por atividades, no todo são vinte tópicos, a indústria de tintas de impressão
para embalagens flexíveis esta inclusa na atividade três.
33
A tabela 4 mostra os valores médios de consumo de solventes em toneladas por
ano, e o limite de emissões mg C(carbono)/Nm3:
Tabela 4 - Valores médios de consumo de solventes e limites estipulados de acordo com
as atividades24
.
Número da
Atividade
Atividade
( consumo de solventes em
toneladas por ano)
Consumo de
solvente
toneladas/ano
Limite de emissões
atmosféricas (mg
C/Nm3)
1 Impressão por Heatset web e
offset (>15)
15 - 25 100
>25 20
2 Rotogravura para publicações
(>25) >25
75
3
Rotogravura, Flexografia ,
serigrafia , laminação,
produção de vernizes (>15)
serigrafia em tecido/papel
cartão (>30)
15 -25 100
>25 100
>30 100
O último relatório emitido em março de 2010 aponta que os países que mais
possuem instalações que praticam a atividade 3 são Espanha, Portugal, França, Alemanha e
Reino Unido (Gráfico 1):
Gráfico 1:Número de instalações referentes a atividade 3 em cada Estado Membro25
34
O relatório final de emissões de COVs pelos estados membros, de março de 2010,
apresenta um levantamento dos dados do número de instalações que se enquadram
naquelas fiscalizadas pela VOC SED e de quais estão seguindo o plano de redução de
emissões de COVs no período de 2005 a 2007 (Tabela 5):
Tabela 5 - Percentagem de instalações praticantes da política de redução de emissões
atmosféricas por Estado Membro25
.
Estado Membro
Porcentagem de instalações praticantes da
politica de redução de emissões entre os anos
2005 - 2007
Austria 6,00%
Belgica 60,00%
Bulgária 100,00%
Chipre 0,00%
República Tcheca 2,00%
Dinamarca 28,00%
Estônia 2,00%
Finlândia 34,00%
França 4,00%
Alemanha 52,00%
Grécia 0,00%
Hungria 0,00%
Irlanda 1,00%
Itália 0,50%
Letônia 12,00%
Lituania 7,00%
Luxemburgo 4,00%
Malta 6,00%
Holanda 13,00%
Polônia 2,00%
Portugal 1,00%
Romênia 21,00%
Eslováquia 2,00%
Eslovênia 19,00%
Espanha 1,00%
Suécia 11,00%
Reino Unido 40,00%
TOTAL 27 países 18,00%
35
Esses dados comprovam que a União Europeia possui uma regulamentação vigente,
há 14 anos, para a emissão de compostos orgânicos voláteis e que a indústria de tinta de
impressão de embalagens flexíveis, que se enquadra dentro da atividade 3 compõe um
grupo de atividades que emite uma grande quantidade de COVs. Por isso, a importância do
tema dentro deste seguimento de mercado que tem a projeção de crescer ainda mais nos
próximos anos.
4.3 – Legislação Brasileira
No Brasil a legislação que regulamenta as emissões atmosféricas é a
RESOLUÇÃO/conama/N.º 003 de 28 de junho de 1990.
O artigo 1 dessa resolução define como poluente atmosférico qualquer forma de
matéria ou energia com intensidade e em quantidade, concentração, tempo ou
características em desacordo com os níveis estabelecidos, e que tornem ou possam tornar o
ar:
I - impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde;
II - inconveniente ao bem-estar público;
III - danoso aos materiais, à fauna e flora.
IV - prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da
comunidade.
No entanto, embora os compostos orgânicos voláteis se enquadrem dentro destes
quatro pontos, a resolução cita limites apenas para: partículas totais em suspensão, fumaça,
partículas inaláveis, dióxido de enxofre, monóxido de carbono, ozônio e dióxido de
nitrogênio.
A legislação brasileira ainda não contempla o controle de emissões de compostos
orgânicos voláteis e mesmo informações e dados estatísticos sobre emissões atmosféricas
não são facilmente encontrados em consultas pela internet como se encontra dados Norte
Americanos e Europeus.
As exigências legais são grandes motivadores que impulsionam mudanças nas
indústrias de modo geral, pois obrigam as instituições a buscarem novas tecnologias para
se adequarem a lei. Por essa razão a tendência de buscar novas soluções menos nocivas,
como mudanças de solventes ou mesmo novas tecnologias, não apresentam no Brasil a
mesma intensidade como nos países que possuem legislações específicas e fiscalizadas.
36
4.4 – Dados do mercado de tintas de impressão
De forma geral, o mercado de embalagens vem crescendo substancialmente, a
análise do crescimento desse setor acompanha o índice de urbanização. Produtos viajam o
mundo e são comercializados em toda parte protegidos por suas embalagens, as
embalagens flexíveis, foco desta monografia, representam uma importante percentagem
desse setor, a praticidade de manuseio e o pouco volume favorecem a escolha desse tipo de
embalagem em comparação às outras.
O gráfico 2, apresentado no workshop de embalagem e sustentabilidade, realizado
pelo Instituto de Embalagens, no dia 10 de outubro deste ano, mostra a projeção de
crescimento do setor de embalagens para 2016.
Gráfico 2: Projeção de crescimento no setor de embalagens
No Brasil, segundo dados da ABITIM, Associação Brasileira das Indústrias de
Tintas de Impressão, a produção nacional de tintas de impressão se desenvolveu
consideravelmente entre os anos de 1997 e 2007 (Tabela 7 e Gráfico 3).
37
Tabela 6 – Produção Nacional de tintas de impressão.
Gráfico 3: Produção brasileira de tintas de impressão
Os dados referem-se às tintas de impressão para todos os tipos de substrato, para
impressões em papel a tecnologia de emulsões em água esta difundida e utilizada, mas para
a impressão em substratos flexíveis essa ainda não é uma realidade.
38
O desenvolvimento de produtos utilizando emulsões poliméricas em água tem
ganhado força nos últimos 10 anos, influenciado pelas legislações das quais se destacam as
Norte Americanas e as Europeias.
Uma das maiores indústrias químicas do mundo e que representa uma percentagem
importante do mercado de fornecedores de matérias primas para a indústria de tintas de
impressão, possui uma linha de produtos destinada a produção de tintas de impressão base
água para impressão em embalagens flexíveis.
Esta linha de produtos é uma inovação apresentada ao mercado há pouco tempo,
mas os dados de venda mostram a aceitação do produto. Como discutido anteriormente a
nova tecnologia demanda uma adaptação do maquinário, no entanto esse é um
investimento que tem recebido retorno pela qualidade da impressão e por atender as
legislações.
Os gráficos 4 e 5 mostram o volume de vendas desse produto no mundo nos anos
de 2011, 2012 e 2013 até o mês de setembro:
Gráfico 4: Volume de vendas da linha F no mundo
39
Gráfico 5; Volume de vendas da linha F nos países europeus que mais possuem instalações
ligadas a produção de tintas de impressão, nos EUA e no Brasil
*Valores até o mês de setembro de 2013
A análise dos gráficos mostra uma grande aceitação do produto, o volume de
vendas no mundo mostra um aumento ano a ano.
Os dados apresentados no gráfico 5 revelam que nos países europeus que mais
possuem instalações relacionadas a produção de tintas de impressão as vendas tem
aumentado significantemente nos últimos anos, salvo em Portugal que apresentou um
decréscimo. Nos EUA as vendas também aumentaram nesse ano, o volume de vendas até o
mês de setembro superou o ano de 2012. No Brasil as vendas ainda não são significantes
no ano de 2012 foram vendidos 2407kg, no entanto até o mês de setembro de 2013 foram
vendidos 3581kg houve ,portanto, um aumento nas vendas de 48,77% . Esses volumes de
venda revelam algumas empresas no país estão testando a nova tecnologia.
40
5 - Conclusão
O estudo sobre as tendências do mercado de tintas de impressão para
embalagens flexíveis revelou que existe uma forte pressão dos governos americanos e
Europa para que os COVs sejam substituídos.
Os dados de venda dos produtos da linha F nos países europeus, que possuem
os maiores números de instalações relacionadas à atividade de produção de tintas e
impressão de tintas para embalagens flexíveis, comprova que muitas empresas estão
adotando essa tecnologia.
As vendas nos EUA também cresceram nos últimos anos e mesmo no Brasil,
apesar do volume de vendas ser ainda muito pequeno, o que revela que não há produção
local de tintas de impressão base água para embalagens flexíveis, a quantidade vendida
indica que testes industriais estão sendo realizados.
Portanto pode-se concluir que o uso de tecnologias base água para impressão
em embalagens flexíveis é uma forte tendência, pois atende as legislações ambientais, sem
interferir na produtividade e na qualidade do produto final.
41
6 - Referências Bibliográficas
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42
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43
24 – THE COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION. Council Directive 1999/13/EC,
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25 – Association ASPEN . Final report on Task 5: Solvents Emissions Directive –
analysis of Member State reports – Annexes A and B: Report to the European
Commission, DG ENV. 2010