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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALFENAS
JOSIEL MARTINS COSTA
FORMULAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE TINTA A BASE
DE ÁGUA PARA APLICAÇÃO EM VIDROS
Poços de Caldas/MG
2015
JOSIEL MARTINS COSTA
FORMULAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE TINTA A BASE
DE ÁGUA PARA APLICAÇÃO EM VIDROS
Poços de Caldas/MG
2015
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado
à unidade curricular de Trabalho de
Conclusão de Curso II do Instituto de Ciência
e Tecnologia, da Universidade Federal de
Alfenas, campus Poços de Caldas sob
orientação da profa. Dra. Tania Regina
Giraldi.
C837f Costa, Josiel Martins .
Formulação e caracterização de tinta a base de água para aplicação em vidros. / Josiel Martins Costa.
Orientação de Tania Regina Giraldi.. Poços de Caldas: 2015. 33 fls.: il.; 30 cm. Inclui bibliografias: fls. 32-33 Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Quimica) –
Universidade Federal de Alfenas– Campus de Poços de Caldas, MG.
1. Resina acrílica. 2. Tinta. 3. Tintas em vidros . I. Giraldi, Tania Regina. (orient.). II. Universidade Federal de Alfenas – Unifal. III. Título.
CDD 543.1
AGRADECIMENTOS
A Deus, que nos deu o dom da sabedoria, para que pudesse realizar com êxito a
conclusão deste projeto.
À orientadora, profa. Dra. Tania, por todo apoio desde o início do trabalho, pelas
trocas de e-mail e compreensão.
À Renner Itália S.p.A por ter me proporcionado o desenvolvimento de todo o projeto,
necessitando da utilização do laboratório, dos equipamentos e maquinários.
À Marco e Franca pelos auxílios no laboratório, pelas dúvidas sempre esclarecidas, e
atenção durante as atividades.
Aos meus pais e minha irmã, que mesmo distantes durante este tempo, sempre me
apoiaram.
Enfim, a todos que de uma maneira direta ou indireta, contribuíram para a realização
deste trabalho.
RESUMO
Há algum tempo vernizes e tintas deixaram de ter caráter somente estético para inserir o
conceito de proteção e revestimento devido às condições climáticas ou situações do cotidiano
que os materiais estão sujeitos. A tinta tradicional é composta por resina, ligante, solvente,
aditivo, carga, pigmento e espessante. Todavia esta composição pode variar, dependendo do
interesse e da aplicação do produto. Na composição vítrea o grupo de componentes é similar
ao da tinta tradicional. No entanto, deve-se atentar à adesão da tinta ao vidro, pois tanto físico
quanto quimicamente apresenta diferenças em comparação à adesão na madeira. Isto porque a
superfície vítrea é lisa e à base de sílica, já a madeira possui superfície áspera de fácil
aderência. A utilização de tintas em vidros ainda é algo recente que necessita de estudos
aprofundados a cerca do assunto e, desta forma, este trabalho visou à formulação e a
caracterização utilizando os testes de adesão, viscosidade, dureza, tensão superficial, químico
e análise gráfica de diferentes composições de tinta vitral produzida em laboratório, no qual
variaram-se a resina, a carga e temperaturas de secagem. Ao final de todas as análises foi
possível concluir que a amostra 23, composta por resina acrílica (RES030), cera polietilênica
(WAX235) e sílica revestida tratada (CAR121) apresentou resultados que satisfazem os
padrões de qualidade da indústria, sendo este produto fabricado em escala industrial na
coloração branca. Para chegar à composição adequada foram formuladas aproximadamente
mil amostras variando resina, carga, pigmento, espessante e solvente. No entanto, este
trabalho analisou somente a influência da carga e da resina.
Palavras-chave: tinta. vidro. carga.
ABSTRACT
Some time ago varnishes and inks had only aesthetic character and nowadays they have the
goal of protection and coating due to weather conditions or everyday situations that materials
are subject. Traditional ink is composed of resin, binder, solvent, additive, charge, pigment
and thickener. However, this composition may vary depending on the interest and application
of the product. The glass composition is similar to traditional ink. However care should be
taken in the adhesion of the ink to the glass as it differs both physically and chemically in
comparison to the ahesion to the timber. This is because the glass surface is smooth and
silica-based, since the timber has a rough surface of easy grip. The use of inks on glass is still
a recent phenomenon that requires in-depth studies about the subject and thus this work aimed
to the formulation and characterization using the adhesion tests, viscosity, hardness, surface,
chemical stress and graphical analysis of different compositions glass ink produced in the
laboratory, which varied the resin, the load and the drying temperatures. At the end of every
analysis it was concluded that the sample 23 composed of acrylic resin (RES030),
polyethylene wax (WAX235) and treated coated silica (CAR121) presented results that meet
industry quality standards, and this product made in industrial scale in white color. To get the
right composition were formulated nearly a thousand samples ranging resin, charge, pigment,
thickener and solvent. However, this study only examined the influence of load and resin.
Keywords: ink. glass. charge.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Efeito do anti-espumante ......................................................................................... 16
Figura 2 - a) Arranjo simétrico e periódico de um cristal; b) Rede desordenada de um vidro
sem periodicidade e simetria .................................................................................................... 17
Figura 3 - Molécula de epóxi silano ......................................................................................... 18
Figura 4 - Definição da temperatura de transição vítrea (L: líquido, LS: líquido super-
resfriado .................................................................................................................................... 18
Figura 5 - Fluxograma geral dos procedimentos ...................................................................... 19
Figura 6 - a) Verificação do lado estanhado do vidro com a luz ultravioleta; b) Formulação da
tinta sob elevada agitação; c) Preparação das amostras variando a carga ................................ 20
Figura 7 - a) Preparação das amostras variando a carga; d) Amostras preparadas; b) Teste de
viscosidade; c) Teste no reômetro ............................................................................................ 21
Figura 8 - Equipamento de aplicação em forma de cortina ...................................................... 23
Figura 9 - Comportamento reológico das amostras 6, 7, 8, 9 e 10 ........................................... 29
Figura 10 - Comportamento reológico das amostras 11, 12, 13, 14 e 15 ................................. 30
LISTA DE SIGLAS
21162 - Resina acrílica hidroxilada
21164 - Resina acrílica monocomponente
21165 - Resina acrílica monocomponente
322 - Resina epóxiuretânica
AC3630 - Resina acrílica
ACQ888 - Água deionizada
ADE180 - Espessante poliuretânico pseudoplástico
ADT130 - Aditivo siloxano
AKTISIL WW - Carga a base de sílica
CAR003 - Carga a base de esfera de vidro
CAR121 - Carga de sílica tratada revestida
CAR139 - Carga de sílica tratada
DEF125 - Antiespumante
DEF185 - Antiespumante polissiloxano
F8120 - Resina fenólica
JETFINE 1 - Carga a base de talco
M419 - Reticulante epoxi silano
PLASTORIT SUPER - Carga Carga esférica de polimetilmetacrilato
RES030 - Resina acrílica
SA018 - Carga a base de cera de poliolefinas
SA030 - Dispersão de titânio
SILRES 52 - Resina a base de silicone
SOV039 - Solvente butildiglicol
SOV040 - Solvente butilglicol
TRANSLINK 445 - Carga a base de silicato
WAX235 - cera polietilênica
WAX409 - cera poliuretânica
LISTA DE TABELAS
Tabela I - Composição das principais famílias de vidros a base de sílica ................................ 17
Tabela II - Composição da tinta formulada .............................................................................. 20
Tabela III - Composição das amostras variando a carga .......................................................... 21
Tabela IV - Composição das amostras variando a carga .......................................................... 22
Tabela V - Composição das amostras variando resina ............................................................. 23
Tabela VI - Composição das amostras variando resina no escoamento em forma de cortina...
.................................................................................................................................................. 24
Tabela VII- Resultados dos tempos de escoamento e adesão variando a carga ....................... 25
Tabela VIII- Testes de dureza e tensão superficial variando a carga ....................................... 26
Tabela IX - Resultado dos tempos de escoamento e adesão variando as resinas ..................... 27
Tabela X - Resultado dos testes de dureza e tensão superficial variando as resinas ................ 28
Tabela XI - Amostras que se mantiveram intactas após aplicação de solventes ...................... 28
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................... 12
2. OBJETIVO ...................................................................................................................... 13
3. DESENVOLVIMENTO ................................................................................................. 13
3.1. Tinta: Origem, composição e produção...................................................................... 13
3.1.1. Resina .................................................................................................................. 14
3.1.2. Solvente e pigmento ............................................................................................ 14
3.1.3. Carga ................................................................................................................... 15
3.1.4. Aditivo................................................................................................................. 15
3.2. Vidros ......................................................................................................................... 16
4. METODOLOGIA ........................................................................................................... 19
4.1. Formulação de tinta para aplicação em vidros ........................................................... 19
4.2. Estudo das diferentes cargas....................................................................................... 21
4.3. Análises de viscosidade .............................................................................................. 21
4.4. Caracterização das amostras ....................................................................................... 22
4.5. Estudo dos diferentes tipos de resina.......................................................................... 22
4.6. Formulação de tinta para o aplicador em cortina ....................................................... 23
4.7. Teste químico ............................................................................................................. 24
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO .................................................................................... 24
5.1. Análise das variações de carga ................................................................................... 24
5.2. Análise das variações de resina .................................................................................. 27
5.3. Teste químico ............................................................................................................. 28
5.4. Análises gráficas......................................................................................................... 29
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ......................................................................................... 31
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 32
12
1. INTRODUÇÃO
O mercado atual de tintas e vernizes que engloba linhas imobiliárias, industriais e
automotivas vivencia um grande potencial de crescimento. Embora muitas vezes passe
despercebido, o revestimento e a proteção responsável pela cor de um material estão presentes
em todo lugar, sejam em objetos, equipamentos, móveis, e atinge a marca de um bilhão de
litros de tintas produzidos anualmente (SICOLIN et al., 2006).
A diferença entre tinta e verniz consiste basicamente na ausência de pigmento, no
entanto há vernizes pigmentados. De uma maneira geral, a tinta é composta por: (1) resina,
que é a base da composição; (2) solvente, que é responsável pela solubilização do sistema; (3)
aditivos, que possuem funções diversas, como o antiespumante que impede a formação de
espuma depois da aplicação e o espessante que aumenta a viscosidade; (4) carga, que confere
forma as tintas, dentre outros (CIARDELLI et al., 2007).
As tintas podem ser empregadas em madeira para promover a proteção devido às
condições climáticas no caso do uso em ambientes externos e para proteção contra substâncias
às quais possam estar sujeitas (café, álcool, removedor de solvente, água, etc). Também
podem ser empregadas por aspecto estético quando o objetivo é o uso em ambiente interno.
Com o desenvolvimento tecnológico e a vasta gama de resinas e aditivos existentes pode-se
chegar a variadas composições. A fabricação de tintas a base de água já é uma realidade e
pesquisas a cerca do assunto estão sendo realizadas, por ser um solvente que não danifica o
meio-ambiente ao evaporar e apresentar baixo custo.
A utilização de tintas em vidros ainda é algo recente e há poucos produtos no mercado.
Vidro é um material formado pelo resfriamento do estado líquido normal (ou fundido). A
partir disso, pode-se defini- lo como um produto inorgânico fundido, que através do
resfriamento torna-se rígido, no entanto com ausência de cristalização (GIMENEZ et al.,
2001). Uma das finalidades do uso da tinta no vidro é, por exemplo, a função estética em
ambientes externos. Outra função seria a de proteção contra os raios ultravioletas, um
exemplo específico para colorações escuras de vidro.
A proposta deste trabalho foi a formulação de tinta vitral de coloração branca, partindo
de uma composição que já possui determinada adesão ao vidro, e a partir dela variar a carga e
a resina utilizada, quantificando através de vários testes quais são as melhores composições
que tinha potencial de se tornar um produto lançado no mercado de tintas e vernizes. Foram
variados também as temperaturas de secagem e o modo de pintura nas amostras, para observar
se há mudanças no aspecto físico da tinta.
13
2. OBJETIVO
Este trabalho teve como objetivo formular tinta para aplicação em vidros em diferentes
composições variando-se a carga e resina em temperaturas ambiente e alta. As amostras foram
caracterizadas através de teste de viscosidade, adesão, tensão superficial e resistência química
com o intuito de obter uma formulação adequada e satisfatória, conforme os padrões de
qualidade.
3. DESENVOLVIMENTO
3.1. Tinta: origem, composição e produção
Por muitos séculos tintas e vernizes tinham somente a função estética, porém quando
incorporados aos países europeus e do norte da América onde as condições climáticas se
apresentavam de forma mais severa, notou-se também a importância no aspecto de proteção.
Os egípcios já utilizavam as tintas nas pinturas decorativas em sarcófagos, paredes e em
papirus manuscritos. No entanto, em 1773 durante a Revolução Americana, descreveu-se
tecnicamente a indústria de tintas e vernizes que foi ter grande impacto científico e
tecnológico somente no século XX, com a obtenção de novos pigmentos, resinas celulósicas e
sintéticas, com a criação de laboratórios especializados e linhas de produção eficiente (DINIZ
e FAZENDA, 2009).
A tinta é composta por resina, ligante, solvente, aditivo, carga, pigmento e espessante.
A resina é a parte não-volátil da tinta e a base da formulação, que serve para aglomerar as
partículas de pigmentos. É responsável pela formação da película protetora na qual se
converte o verniz depois de seco. Proporciona brilho, aderência, elasticidade e resistência, e é
obtida industrialmente por meio de reações complexas. O ligante é responsável pela adesão
entre o verniz e a superfície a ser utilizada. O solvente serve para dissolver a resina e é
responsável pela viscosidade do verniz, já o aditivo por sua vez proporciona melhoria em
alguma propriedade do produto, por exemplo, antiespumante. A carga consiste em minerais
industriais com características de brancuras. O pigmento confere cor ou cobertura, e por fim,
o espessante é utilizado para aumentar a viscosidade do verniz obtido (DONADIO, 2011).
Botelho et al. (2001) ressaltam a importância das propriedades reológicas das tintas e
vernizes, uma vez que em virtude da variedade de materiais utilizados na composição, o
estudo reológico se torna uma ferramenta para a determinação das propriedades viscoelásticas
e dos componentes envolvidos, permitindo a obtenção de formulações otimizadas.
14
A seguir será feita uma breve descrição sobre resina, solvente, pigmento, cargas e
aditivos.
3.1.1. Resina
A resina é a base polimérica, sendo um componente essencial e indispensável do
sistema de revestimento. Tem como finalidade dar origem à formação de uma película
contínua e aderente ao substrato para incorporar e ligar entre si todos os componentes do
sistema. As resinas são geralmente polímeros solúveis em solventes orgânicos comuns ou em
água (alquídicas, acrílica, epoxi, poliuretano, poliéster, vinil, etc.). O tipo de resina influencia
fortemente nas características e desempenho da tinta. Por exemplo, resinas acrílicas ou de
poliéster conservam o brilho e a cor, assim como resinas epóxi exibem elevada resistência a
produtos químicos. Dentre os tipos de resinas, pode ser destacar: as resinas alquídicas, que
são derivados da policondensação de anidridos, ácidos graxos e de polióis; as resinas acrílicas
que derivam de reações de polimerização de vários monômeros acrílicos e têm características
diferentes dependendo dos monômeros iniciais; as resinas epóxi, que são derivadas de
policondensação entre bi- fenóis e apresentam um poder de proteção elevado; as resinas de
poliéster, que são quimicamente semelhante as alquídicas, mas apresentam desempenho
superior quando relacionado a proteção; e por fim as resinas de poliuretano (CIARDELLI et
al., 2007). Em geral o tipo de resina utilizado varia com a finalidade do produto.
3.1.2. Solvente e pigmento
Solvente ou dispersante são substâncias que diluem o sistema, de modo a torná- lo
possível a aplicação sobre o substrato. São compostos orgânicos ou água, responsáveis pelo
aspecto líquido e viscoso das tintas e vernizes. Dentre os compostos orgânicos, podem ser: os
hidrocarbonetos, os álcoois, os ésteres ou as cetonas (CUNHA, 2012). O desenvolvimento de
uma boa mistura de solvente para uma determinada tinta é um trabalho importante e
fundamental, uma vez que o solvente deve: manter a resina em solução, buscando o equilíbrio
de ótima estabilidade da solução, a concentração e a sua viscosidade; Após a aplicação, deve
evaporar gradualmente, a partir do corpo do filme, de modo a evitar a condensação ou a
formação de crateras (CIARDELLI et al., 2007).
Mobili (2009) cita a utilização de água como solvente por não possuir substâncias
orgânicas voláteis tóxicas (VOC), e assim diminuir o risco de incêndio na indústria, como
uma alternativa para permitir maior segurança aos trabalhadores. Coutinho et al. (2000)
15
exemplificaram a utilização de dispersões aquosas de poliuretano em revestimentos. Nesta se
observou um aumento na resistência mecânica e na adesão do revestimento na madeira.
Os pigmentos orgânicos apresentam em sua estrutura química grupamentos
cromóforos (nitroso, nitro, entre outros) e auxocromos (hidroxila, aminas, etc.), tendo
exemplo entre os mais utilizados as ftalocianinas, os monoazóicos, os diazóicos e a dioxazina.
Já os pigmentos inorgânicos são geralmente constituídos por óxidos, cromatos e sulfatos de
metais, conferindo diferentes tonalidades às tintas. Pigmentos inorgânicos geralmente são
mais econômicos do que os orgânicos, no entanto alguns deles apresentam substâncias
tóxicas, como Pb, Cr, Co, Sb e Cd (STEFANO, 2011). No caso de vernizes nem sempre se
utilizam pigmentos, uma vez que geralmente o produto de interesse apresenta coloração
branca que após a secagem se torna transparente (POZEBON et al., 2009).
3.1.3. Carga
A carga tem como função aprimorar as características estéticas e as propriedades
reológicas do sistema e/ou reduzir a quantidade necessária de pigmento devido ao volume que
ela ocupa ao ser introduzida no sistema. É composta por sais inorgânicos insolúveis (silicatos,
sulfatos, carbonatos, etc.). Na fase de acabamento, desempenha uma função importante de
"enchimento", pois facilita o nivelamento e lixamento (CIARDELLI et al., 2007). A
utilização de cargas diminui o custo das matérias-primas, por dar corpo à tinta, conferir
aspecto fosco, além de melhorar a aderência (BECCARIA, 2011).
3.1.4. Aditivo
Os aditivos podem ser antiespumantes, niveladores, dispersantes, compatibilizantes,
reológicos (espessante) ou absorvedores de luz ultravioleta. No entanto, estes aditivos
apresentam alguns efeitos indesejados, como: anti-espuma que pode formar crateras; o
nivelador que pode levar à formação de cratera ou espuma; o dispersante que modifica a
viscosidade e a formação da película de forma incorreta; o fotoiniciador que aumenta a
fragilidade do produto (CIFALI, 2011).
Na interface líquido / gás, as forças de coesão são dirigidas para o interior e para um
lado, o que resulta em uma força de contração na interface, que induz a forma esférica da
gotícula. A espuma formada no produto, que é indesejada, é originada do bombeamento, da
dispersão e da circulação durante a produção. Desta forma, como requisito para ser um efetivo
antiespumante, o aditivo deve ser de fácil incorporação e ter suficiente compatibilidade com
os constituintes da tinta. Os antiespumantes ainda podem agir de três modos: prevendo a
16
formação de espuma, eliminando a espuma já presente na superfície ou ajudando a bolha de ar
a alcançar a superfície (HANS, 2013). A Figura 1 ilustra que o antiespumante deve adentrar
rapidamente a superfície para perturbar a ação do surfactante.
Figura 1: Efeito do antiespumante. Fonte: CIFALI (2010, p. 15).
O nivelador tem por função eliminar o efeito “casca de laranja” e as crateras, remover
marcas de pincel e melhorar a adesão. O dispersante promove um controle da viscosidade,
uma maior compatibilidade e estabilidade, além de elevar o brilho do produto. O
compatibilizante é usado em pigmentos orgânicos e inorgânicos. O aditivo reológico
(espessante) altera o brilho e a cobertura para o modo desejado. Para haver a escolha de um
aditivo reológico é necessário antes prever o comportamento reológico do fluído a ser
utilizado, que pode ser: (1) newtoniano, quando a tensão é diretamente proporcional à taxa de
deformação; (2) pseudoplástico, quando a viscosidade aparente diminui conforme o aumento
da tensão; (3) dilatante, quando a viscosidade aparente aumenta conforme o aumento da
tensão; (4) tixotrópico, quando viscosidade aparente diminui conforme a duração da tensão. O
absorvedor ultravioleta protege o substrato, o brilho, adere o filme e aumenta a retenção da
cor, sendo de grande valia quando se tem situações em que a tinta é exposta a condições
climáticas variadas (sol, chuva, neve e poeira) (CIFALI, 2011).
O polietileno tereftalato (PET) também pode ser um aditivo na composição de tintas e
vernizes, contribuindo também nas questões do acúmulo deste material reciclável no planeta
(DIAS et al. 2007).
3.2. Vidros
Uma das definições para os vidros sugere o conceito de um material formado pelo
resfriamento do estado líquido normal (ou fundido). A partir disso, pode-se defini- lo como
um produto inorgânico fundido, que através do resfriamento torna-se rígido, no entanto com
ausência de cristalização (GIMENEZ et al., 2001). No modelo do arranjo atômico de vidros,
17
há ausência de simetria e periodicidade em sua estrutura, sendo esta a diferença entre um
cristal e um vidro, conforme a Figura 2.
Figura 2: a) Arranjo simétrico e periódico de um cristal; b) Rede desordenada de um vidro
sem periodicidade e simetria. Fonte: SIDEL (2006, p. 12).
A composição de um vidro pode ser bem variada, dependendo do objetivo final e das
aplicações que se desejam (GIMENEZ et al., 2001). Em geral vidros são à base de sílica, no
entanto há várias famílias de vidros, conforme a Tabela I.
Tabela I: Composição das principais famílias de vidros à base de sílica.
Fonte: GIMENEZ et al. (2001, p. 18).
O desenvolvimento de tintas para aplicação em vidros necessita de uma determinada
compatibilidade com os vidros, ou seja, de modo geral, com a sílica. Neste caso, adiciona-se
sílica em algumas composições de tinta para promover uma maior adesão na superfície, uma
vez que vidro, ao contrário da madeira, possui superfície lisa. Outra substância muito utilizada
é o epóxi silano, que possui parte da molécula que tem afinidade com o vidro (região A da
figura 3) e a outra com a tinta (região B da figura 3).
18
Figura 3: Molécula de epóxi silano.
Fonte: http://www.powerchemical.net/images/silane_structure/3100.gif.
A faixa de temperatura de transição vítrea ocorre quando a movimentação em nível
atômico diminui fazendo com que os átomos se fixem espacialmente. Na Figura 4 é possível
observar os fenômenos que podem ocorrer quando um líquido é resfriado. Utilizando o
resfriamento o líquido pode apresentar dois estados, sendo o vítreo e o cristalino.
Figura 4: Definição da temperatura de transição vítrea (L: líquido, LS: líquido super-
resfriado). Fonte: IDALGO (2009, p. 22)
Observando o material no estado líquido (L) e a temperatura decresce até atingir a Tf
(temperatura de fusão ou de solidificação), dois fenômenos podem ocorrer: a cristalização do
material, em que se nota uma descontinuidade no volume específico ∆Vf, que se associa à
contração volumétrica do material; ou a ausência de cristalização, em que o líquido passa para
o estado de líquido super-resfriado (LS) sem ocorrer descontinuidade no volume específico do
material, ao passar pela região de temperatura Tf. Nesse caso, a taxa de contração no volume
do líquido super-resfriado é igual à taxa de contração inicial. Com o decrescimento da
temperatura ocorre um aumento contínuo da viscosidade e para uma determinada temperatura
Tg (viscosidade de ≈ 1013 dPa.s) ocorre uma mudança de fase de segunda ordem, no qual o
líquido super-resfriado passa ao estado vítreo. Diante disso, a Tg é definida como sendo a
temperatura de transição vítrea (IDALGO, 2009).
19
4. METODOLOGIA
A pesquisa e o desenvolvimento de um novo produto requerem diversas etapas, sendo
necessários vários procedimentos e testes que têm por finalidade principalmente propiciar a
satisfação do cliente. Os testes geralmente são realizados com o máximo de variáveis
possíveis em diversas condições, com o intuito de simular a situação real da exposição do
produto. Os experimentos foram realizados no laboratório de pesquisa e desenvolvimento
produtos na Renner Itália S.p.A, com sede em Minérbio – IT sob orientação dos químicos
Marco Mobili e Franca Rapposelli. As amostras não foram preparadas em replicatas por
questões de agilidade e necessidade do lançamento do produto. Foram formuladas ao menos
mil amostras variando diversos parâmetros como resina, carga, pigmento, solvente e
espessante. No entanto, este trabalho analisa somente a variação de carga e resina. As técnicas
utilizadas para a produção da tinta foram as tradicionais, conforme a descrição dos métodos a
seguir.
Figura 5: Fluxograma geral dos procedimentos. Fonte: Próprio autor.
4.1. Formulação de tinta para aplicação em vidros
Esta primeira etapa consiste na preparação da composição básica de uma tinta sem
adição de carga e resina. A partir dessa formulação foram realizados estudos variando-se a
20
carga e a resina que serão apresentados posteriormente. A composição da tinta preparada é
descrita na Tabela II.
Tabela II: Composição base da tinta formulada.
Código Veículo Quantidade (g)
ACQ888 água deionizada 1048
RES030 resina acrílica 3600
SA030 dispersão de titânio 2000
ADE180 espessante poliuretânico 16
DEF185 anti-espumante 40
SOV039 butildiglicol 40
SOV040 butilglicol 120
DEF125 anti-espumante 80
ACQ888 água deionizada 24
ADT130 nivelador para aplicação em cortina 24
Fonte: Próprio autor.
A formulação consiste na adição dos reagentes sob elevada agitação em agitador
industrial Kortimix de modo a promover uma maior mistura dos componentes, com o objetivo
de obter aproximadamente sete litros de tinta de coloração branca. Os vidros foram
preparados para receber a aplicação do verniz. Para isso, foi necessário verificar o lado
estanhado do vidro, que consiste no lado que durante a produção do vidro está em contato
com o molde de estanho e apresenta impurezas que dificultam a adesão da tinta à superfície.
Tal verificação foi realizada com a luz ultravioleta Man Wood 25-N Helios italquartz. Uma
vez que quando se nota uma opacidade ao aplicar a luz, este lado é o que possui estanho, que,
no entanto é o lado de interesse, já que se trabalha com o pior caso que possa vir a ser
utilizado o produto. A Figura 6 - (a) ilustra este procedimento.
Figura 6: a) Verificação do lado estanhado do vidro com a luz ultravioleta; b) Formulação do
verniz sob elevada agitação; c) Preparação das amostras variando a carga. Fonte: Próprio
autor.
21
4.2. Estudo das diferentes cargas
Esta etapa teve por finalidade variar a carga ad icionada na composição da tinta a fim
de verificar possíveis alterações na textura, no aspecto, na adesão e na resistência química.
Foram preparadas 10 amostras sob agitação contendo 242,5 gramas da tinta formulada
anteriormente com 7,5 gramas de carga. O tipo de carga utilizado nessas amostras é descrito
na tabela III.
Tabela III: Composição das amostras variando a carga.
Fonte: Próprio autor.
4.3. Análises de viscosidade
Após preparadas e rotuladas as amostras, foram realizados testes de viscosidade,
utilizando o diâmetro do viscosímetro “din 6”, com o auxílio de um cronômetro, conforme
Figura 7 - (b). Realizou-se também o teste de viscosidade no reômetro Physica US 200/32
v2.50 conforme Figura 7 - (c). Com utilização do software Woorkbook ORX foram obtidos os
gráficos característicos. Após 24 horas, foram realizadas novamente medidas de viscosidade
para observar se a carga alterava a composição da tinta.
Figura 7: a) Amostras preparadas; b) Teste de viscosidade no viscosímetro de orifício; c)
Teste no reômetro. Fonte: Próprio autor.
Amostra Carga
1 CAR139
2 CAR121
3 SA018
4 WAX235
5 WAX409
6 CAR003
7 TRANSLINK 445
8 JETFINE 1
9 PLASTORIT SUPER
10 AKTISIL WW
22
4.4. Caracterização das amostras
Nesta etapa foram aplicados nos vidros as amostras, sendo secos à temperatura
ambiente e sob alta temperatura no túnel com lâmpada. Foram realizados também os testes de
adesão, dureza e tensão superficial, conforme descrição da tabela IV.
Tabela IV: Descrição da caracterização das amostras.
Procedimento Descrição
Pintura
Antes de aplicar as amostras nos vidros, foi realizada a limpeza com
álcool para a remoção de impurezas. As amostras foram aplicadas em 20
amostras vítreas, sendo necessários quatro gramas (160 gramas/ m²) de
tinta para cada vidro no lado estanhado.
Secagem
As amostras foram secas à temperatura ambiente e a alta temperatura no
túnel com lâmpada. Para uma maior adesão da tinta ao vidro foram
adicionados 2% de epóxi silano na composição durante a aplicação.
Adesão
Realizou-se com a unha, com espátula e com o cross-cutter Elcometer de
2 mm, fazendo ranhuras e passando fita adesiva com rápida remoção, de
modo a observar se havia um aspecto gomoso e macio que não é
desejável.
Dureza
Realizou-se teste de dureza com o hammer Erichsen, que consiste em
uma espécie de caneta, que deve ser pressionada sobre a amostra.
Utilizou-se como ponto de partida uma força de 4,5 N (mola vermelha)
que é o mínimo de dureza desejável em uma tinta para aplicação em
vidros.
Tensão
superficial
Utilizaram-se soluções standard Arcotest em diferentes medidas (de 27 a
38 mN/m), com foco em uma tensão superficial ideal de 38 mN/m para a
tinta. O teste consistiu em pincelar no vidro as soluções e observar qual
possuía menor retração do fluído na amostra.
Fonte: Próprio autor.
4.5. Estudo dos diferentes tipos de resina
Formularam-se dez tipos de tinta (amostras 11 a 20), variando a resina e inicialmente
não se utilizou nenhuma carga na composição. Posteriormente adicionaram-se as cargas
CAR121 (sílica tratada revestida) e WAX235 (cera polietilênica) que foram as que
23
apresentaram melhor desempenho durante os testes de caracterização. Pintaram-se as
amostras vítreas e realizaram-se todos os testes já citados no item 4.4.
Tabela V: Composição das amostras variando resina.
Amostra Resina Carga
11 21162 -
12 21164 -
13 21165 -
14 21162 CAR121 / WAX235
15 21164 CAR121 / WAX235
16 21165 CAR121 / WAX235
17 SILRES 52 -
18 AC3630 / RES030 -
19 F8120 / RES030 -
20 322 / RES030 -
(-) não existência de carga
Fonte: Próprio autor.
4.6. Formulação de tinta para o aplicador em cortina
A formulação de tinta para o aplicador em cortina é necessária para a indústria, uma
vez que a aplicação da tinta, depois de produzida, é através de pistola ou pelo aplicador em
cortinas, por ser prático, rápido e apresentar uma distribuição homogênea tinta, conforme
ilustrado na figura 8.
Figura 8: Equipamento de aplicação em forma de cortina. Fonte: Próprio autor.
A composição da tinta formulada para aplicação em forma de cortina segue a
proporção da tabela VI.
24
Tabela VI: Composição das amostras variando resina no escoamento em forma de cortina.
Amostra Carga Temperatura de secagem
21 SA018 Ambiente
22 SA018 Alta
23 WAX235/CAR121 Ambiente
24 WAX235/CAR121 Alta
Fonte: Próprio autor.
Após a aplicação da tinta nestas amostras vítreas, realizaram-se todos os demais testes
anteriores, conforme descrito no item 4.4.
4.7. Teste químico
Baseou-se na aplicação de solventes que a tinta possa ter contato depois de produzida. O
solvente que necessariamente deve ser aplicado em todas as amostras é o Nikutex, porque é
considerado o mais forte, capaz de danificar a tinta dependendo da composição formulada. No
entanto, utilizaram-se para o teste: água deionizada, amônia, ácido acético, álcool etílico 48% e
Nikutex (Hydro purgue concentrate).
Os testes foram realizados nas amostras que foram secas a temperatura ambiente e
alta. Algumas amostras foram eliminadas por não apresentarem perfil satisfatório de
qualidade. Desta forma, as amostras selecionadas para os testes foram: 1, 5, 6, 13, 18 e as
amostras de número 21 ao 24.
Após a aplicação dos solventes, 1 hora depois se removeu o Nikutex e com o auxílio
do hammer com força de 2 N realizaram-se ranhuras em todas as amostras. Após mais duas
horas removeram-se todos os solventes restantes e fez-se o teste com o hammer aplicando a
mesma força anteriormente.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados foram divididos em quatro partes: variação das cargas, variação das
resinas, testes químicos e análises gráficas, conforme a seguir.
5.1. Análise das variações de carga
Após realizados os testes já descritos, os dados foram tabelados para uma melhor
interpretação. Os testes de adesão são realizados para verificar se a tinta apresenta uma adesão
satisfatória ao vidro. A unha e a espátula são utilizadas para observar se depois de uma
ruptura da camada a tinta é removida facilmente, ou se ela possui um aspecto gomoso e
25
macio, que é indesejável nesse caso. Um teste concreto de adesão é o cross-cutter que é um
aparato experimental que faz ranhuras em uma altura determinada, que foi de 2 mm para estes
testes. A escala para a classificação deste teste é de 0 a 5, sendo zero a amostra que
permaneceu intacta e cinco para a pior amostra, que possui pouca adesão da tinta.
A tabela VII ilustra os resultados dos tempos de escoamento e adesão variando a
carga na tinta.
Tabela VII: Resultados dos tempos de escoamento e adesão variando a carga.
Amostra Carga Tempo de escoamento (s) Adesão ao cross-cutter
Tempo 0 24 horas depois T alta T amb.
1 CAR139 29 32 1 1
2 CAR121 9 16 0 0
3 SA018 14 15 0 0
4 WAX235 17 17 1 0
5 WAX409 17 17 0 1
6 CAR003 19 20 0 1
7 TRANSLINK 445 26 24 0 0
8 JETFINE 1 31 24 0 1
9 PLASTORIT SUPER 25 21 0 0
10 AKTISIL WW 24 24 0 0
Fonte: Próprio autor.
Verifica-se pela tabela que o tempo de escoamento foi entre 15 a 30 segundos. Notou-
se que a maioria das amostras apresentou um perfil satisfatório, já que o tempo de escoamento
esperado utilizando o diâmetro din 6 do viscosímetro é de 20 a 30 segundos (Saybolt
Universal Seconds). Caso o tempo seja inferior a 20 segundos, pode-se adicionar espessante
poliuretânico, como por exemplo, ADE180 para promover um aumento da viscosidade do
fluído aumentando o tempo de escoamento. Já no caso do tempo ser superior a 30 segundos,
pode-se adicionar água deionizada, diminuindo este tempo. A medida do tempo de
escoamento foi realizada no dia da formulação da tinta e no dia seguinte para verificação de
variações, como por exemplo, uma interação entre o espessante e a resina ou demais solventes
que proporcionassem um aumento ou diminuição da viscosidade.
De acordo com a Tabela VII, observou-se que praticamente todas as amostras
possuem uma boa adesão ao vidro, principalmente os vidros que foram secos no túnel em alta
temperatura. As fitas adesivas utilizadas para a realização do teste que permaneceram limpas,
indicaram que a amostra era nota 0. No caso as que deixaram pequenos resíduos de tinta na
fita, receberam pontuação 1. A simulação de todos os testes em alta temperatura se faz
26
necessário, uma vez que é comum utilizar esta forma de secagem, devido a sua praticidade e
ganho de tempo. Vale ressaltar que esta tinta formulada é para aplicação em áreas internas, ou
seja, locais que não são expostos à chuva, sol, neblina e neve.
A tabela VIII apresenta os resultados dos testes de dureza e tensão superficial.
Tabela VIII: Testes de dureza e tensão superficial variando a carga.
Amostra Dureza (N) Tensão superficial (mN/m)
T alta T amb. T alta T amb.
1 5,5 6,5 34 35
2 5,5 5 34 35
3 6,5 6,5 34 35
4 6,5 5,5 33 35
5 4,5 4 35 35
6 5 4,5 34 35
7 4,5 4 35 35
8 5 4,5 34 34
9 5,5 5 35 35
10 4,5 4,5 35 35
Fonte: Do autor.
O teste de dureza é necessário, já que para uma tinta de qualidade, deve satisfazer ao
menos uma dureza de 4,5 N, quando incidido o hammer sobre a amostra. Nota-se que a
maioria das amostras apresentou o mínimo de dureza requisitado, no entanto as amostras 5 e
7, que possuem uma cera poliuretânica e uma carga a base de silicato respectivamente,
apresentaram baixa dureza nas suas respectivas temperaturas de secagem conforme a Tabela
VIII.
A tensão superficial foi observada utilizando soluções standard de 27 a 38 mN/m nas
amostras. O ideal para uma tinta seria um valor próximo de 38 mN/m, no entanto, devido a
uma composição complexa, é difícil obter este valor. Como não se tinha os valores de
soluções 36 e 37 mN/m disponíveis, acredita-se que algumas tintas possam ter estes valores
para tensão superficial, já que várias amostras apresentaram valor de 35 mN/m.
A partir dos resultados das 20 amostras, algumas se destacaram: 1 (T. ambiente), 2, 3,
4, 5 e 6 ambas na temperatura ambiente e alta. Características como aspecto da tinta,
opacidade e superfície lisa do vidro são também critérios de seleção de melhores amostras
após a aplicação da tinta. As amostras 2 (CAR121), 3 (WAX235), e 4 (SA018) que
apresentam composição de sílica tratada revestida, cera poliolefina e cera polietilênica
respectivamente, foram as cargas que se destacaram ao ponto de serem selecionadas para
27
utilização durante a variação das resinas. Estas amostras apresentaram interações suficientes
com o composto de epóxi-silano e com a superfície vítrea, o que permitiu uma boa adesão e
dureza.
5.2. Análise das variações de resina
A tabela IX apresenta os resultados do tempo de escoamento e adesão.
Tabela IX: Resultado dos tempos de escoamento e adesão variando a resina e a forma de
escoamento.
Amostra Resina Tempo de escoamento (s) Adesão ao cross cutter
Tempo 0 24 horas depois T alta T amb.
11 21162 44 45 3 2
12 21164 28 29 0 0
13 21165 13 13 0 1
14 21162 CAR121 / WAX 235 42 42 2 3
15 21164 CAR 121 / WAX 235 26 27 1 2
16 21165 CAR 121 / WAX 235 12 13 0 1
17 SILRES 52 9 14 - -
18 AC3630 / RES030 5 6 0 0
19 F8120 / RES030 8 10 - -
20 322 / RES030 51 51 0 0
21 SA018 21 21 - 0
22 SA018 21 21 1 -
23 WAX235 / CAR121 23 23 - 1
24 WAX235 / CAR121 23 23 1 -
(-) não existência de amostra
Fonte: Do autor.
Verificando os resultados do teste de adesão, percebeu-se que a amostra 11 possuía
uma adesão insatisfatória da tinta, que mesmo com a adição de carga (amostra 14) não alterou
este resultado. As amostras 17 e 19 foram descartadas dos testes, por formar aglomerados de
tinta e não possuir aderência ao vidro. As demais amostras apresentaram ótimos resultados
nos tempos de escoamento e adesão, incluindo as amostras que foram pintadas no aplicador
com escoamento em forma de cortina (amostras 21 a 24).
A tabela X apresenta o resultado dos testes de dureza e tensão superficial variando a
resina e a forma de escoamento.
28
Tabela X: Resultado dos testes de dureza e tensão superficial variando a resina e a forma de
escoamento.
Amostra Dureza (N) Tensão superficial (mN/m)
T alta T amb. T alta T amb.
11 4,5 4 35 35
12 5 4,5 34 34
13 4,5 4,5 34 34
14 5,5 4,5 35 35
15 5 4,5 35 35
16 5,5 4,5 35 35
17 - - - -
18 4 4,5 35 35
19 - - - -
20 1,5 0 28 28
21 - 5,5 - 35
22 4,5 - 35 -
23 - 5 - 35
24 5 - 35 -
(-) não existência de amostra
Fonte: Do autor.
As medidas de dureza e tensão superficial foram satisfatórias na maioria das amostras,
com exceção das amostras 18 e 20 em ambas a temperatura de secagem, cuja composição era
resina acrílica e resina epóxi uretânica respectivamente.
5.3. Teste químico
A tabela XI apresenta as amostras que se mantiveram intactas após a aplicação dos
solventes.
Tabela XI: Amostras que se mantiverem intactas após aplicação de solventes.
Amostras Alta temperatura Temperatura Ambiente
1 - x
5 x x
6 x -
21 - x
22 x -
23 - x
(-) não existência de amostra (x) amostra intacta
Fonte: Próprio autor.
29
O teste químico foi realizado com duração de 1 hora para o Nikutex e 3 horas para os
demais solventes. Após este tempo, foi inserido o hammer (tempo 0) e depois de 5 minutos o
aparato foi inserido novamente para verificar se havia ranhuras nas amostras.
Deste modo, observa-se que essas amostras que se mantiveram inalteradas
apresentaram um bom potencial para serem produzidas em escala industrial. No entanto,
como foi necessária a escolha de somente uma amostra, a amostra 23 se destacou por
apresentar dureza, adesão, tensão superficial e resistência química satisfatória, além de
aspectos visuais.
5.4. Análises gráficas
As análises gráficas correspondem à observação do comportamento reológico do
fluído no reômetro, ou seja, verifica o perfil da viscosidade durante um aumento da tensão de
cisalhamento, conforme as figuras 9 e 10.
Figura 9: Comportamento reológico das amostras 6, 7, 8, 9 e 10. Fonte: Próprio autor.
30
Figura 10: Comportamento reológico das amostras 11, 12, 13, 14 e 15. Fonte: Próprio autor.
Nas amostras de variação de carga, notou-se que praticamente todos os gráficos são
similares. Isto ocorre devido à tinta formulada ser um líquido com viscosidade média e desta
forma não se presencia verticalidade total das curvas nos gráficos, que é característica de
fluidos viscosos. Vale ressaltar que as cargas adicionadas nas amostras não reticularam com a
resina e os solventes, uma vez que se ocorre reticulação há um aumento da viscosidade que é
observado graficamente.
A observação gráfica é importante na fabricação da tinta, pois determina a interação da
resina com o espessante. Através do gráfico pode-se determinar de que forma a tinta pode ser
melhor aplicada, por exemplo em pincel, na pistola ou no aplicador em forma de cortina.
31
Fluidos mais viscosos, newtoniano ou pseudoplásticos que apresentam um decaimento
durante a tensão de cisalhamento melhor aplicação adequada na pistola (por exemplo, todos
os gráficos da figura 9 e as amostras 11, 13, 14 e 15 (figura 10). Já fluidos menos viscosos e
não-newtoniano são mais adequados para utilização com o pincel ou no aplicador em forma
de cortina, como por exemplo, a amostra 12.
A partir de toda a discussão a cerca deste trabalho variando carga e resina e
realizados todos os testes (dureza, adesão, tensão superficial e resistência quimica) obteve-se
formulações satisfatórias. No teste de dureza, a maioria das amostras apresentou o minimo de
dureza requisitada, que é o valor de 4,5 N. Já na adesão, a nota 0 que é a melhor nota em uma
escala de 0 a 5 foi atribuida também à maioria das amostras. No teste de tensão superficial,
apesar das amostras não apresentarem a tensão de 38 mN/m, em grande parte verificou-se o
valor de 35 mN/m. Deve-se destacar que não havia os valores de soluções 36 e 37 mN/m, que
algumas amostras poderiam apresentar. No teste químico, todas as amostras selecionadas
apresentaram boa resistência a água e amônia. Algumas amostras foram danificadas pelo
ácido acético, o álcool etílico 48% e sobretudo pelo Nikutex, que é um forte removedor de
tintas e vernizes.
A amostra 23 (WAX235 e CAR121) que apresentou dureza de 5 N, tensão superficial
de 35 mN/m e adesão de valor 1 foi escolhida para a produção em escala industrial de
coloração branca, já que a dispersão de titânio caracteriza esta coloração. Contudo ainda
foram realizados diversos testes a cerca do produto com o foco em um aumento de adesão.
Tal amostra é composta de WAX235 e CAR121 utilizando como resina de base a RES030
que já era a resina que aparentava ser adequada para a utilização em vidros. A carga CAR121
é uma carga a base de silica que facilita a adesão do verniz ao vidro por apresentar afinidade
molecular, assim como o reticulante utilizado M419 - epoxi silano.
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com o intuito de obter novas composições de tinta para vidros, foram formuladas
amostras variando a carga, a resina e a temperatura de secagem. As amostras foram
caracterizadas com testes de viscosidade, adesão, dureza, tensão superficial e resistência à
substâncias químicas. As formas de aplicação das amostras ocorreram utilizando a pistola e o
equipamento com escoamento em forma de cortina. Ao final de todos os testes, estima-se que
foram aplicadas aproximadamente mil amostras de formulações diferentes, afim de concluir
qual era a que apresentava potencial de lançamento no mercado de revestimentos. Concluiu-se
que a amostra 23, composta por cera polietilênica e silica revestida tratada satisfazia todos os
32
requisitos e padrões de qualidade, sendo esta amostra produzida em escala industrial. Ao
passo que a amostra 23 estava sendo produzida também variaram-se o tipo de solvente, os
pigmentos em diferentes colorações e o tipo de espessante com o objetivo de obter um
produto que satisfaria suficientemente todos os parâmetros de qualidade.
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