U N I V E R S I D A D E D E S Ã O P A U L O

Escola de Engenhar ia de Lorena – EEL

RADAMES REZENDE BERTAN

IMPORTÂNCIA DE AGENTES COALESCENTES EM TINTAS

ACRÍLICAS DECORATIVAS BASE ÁGUA E SUA INFLUÊNCIA NA

RESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA

Lorena -SP 2014

U N I V E R S I D A D E D E S Ã O P A U L O

Escola de Engenhar ia de Lorena – EEL

RADAMES REZENDE BERTAN

IMPORTÂNCIA DE AGENTES COALESCENTES EM TINTAS

ACRÍLICAS DECORATIVAS BASE ÁGUA E SUA INFLUÊNCIA NA

RESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA

Projeto de Trabalho de Conclusão de curso apresentado à Escola de Engenharia de Lorena – Universidade de São Paulo, para atender parte dos requisitos para obtenção do diploma de Engenheiro Industrial Químico. Área de Concentração: Polímeros

Orientadora: Profª Drª. Jayne Carlos de Souza Barboza

Lorena -SP 2014

AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIOCONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA AFONTE

Ficha catalográfica elaborada pelo Sistema Automatizadoda Escola de Engenharia de Lorena,

com os dados fornecidos pelo(a) autor(a)

Bertan, Radames Rezende IMPORTÂNCIA DE AGENTES COALESCENTES EM TINTASACRÍLICAS DECORATIVAS BASE ÁGUA E SUA INFLUÊNCIA NARESISTÊNCIA À ABRASÃO ÚMIDA / Radames Rezende Bertan;orientadora Jayne Carlos de Souza Barboza. -Lorena, 2014. 38 p.

Monografia apresentada como requisito parcialpara a conclusão de Graduação do Curso de EngenhariaIndustrial Química - Escola de Engenharia de Lorenada Universidade de São Paulo. 2014Orientadora: Jayne Carlos de Souza Barboza

1. Agentes coalescentes. 2. Resistência à abrasãoúmida. 3. Tinta. 4. Formação de filme. 5. Temperaturamínima de formação de filme. I. Título. II. Barboza,Jayne Carlos de Souza , orient.

Dedico este trabalho

Aos meus pais, familiares e amigos por terem formado a

base que precisei para crescer ao longo de minha jornada.

Também dedico este trabalho a todos os profissionais que

me auxiliaram ao compartilhar seus conhecimentos e

experiências.

AGRADECIMENTOS

Aos meus familiares, por todo o esforço e dedicação, permitindo a conclusão do

curso de Engenharia.

Aos colegas de trabalho, que compartilharam conhecimentos, experiências e

disponibilizaram a estrutura para que fosse desenvolvido o projeto de monografia.

Aos educadores, pelos ensinamentos transmitidos, ajudando a construir as bases

teóricas de minha formação acadêmica.

Á orientadora Profª Drª. Jayne Carlos de Souza Barboza, pela compreensão e contribuição na realização deste trabalho.

EPÍGRAFE

"Todo mundo quer o fruto do crescimento, mas não se dispõe ao desconforto do plantio."

Flávio Augusto

RESUMO BERTAN, Radames Rezende. Importância de agentes coalescentes em tintas acríl icas decorativas base água e sua influência na resistência á abrasão úmida . Lorena 2014. 40 fls. Trabalho de conclusão de curso – Escola de Engenharia de Lorena, Universidade de São Paulo, Lorena – SP, 2014.

Tintas acrílicas decorativas base água tem como principal componente emulsões poliméricas, as quais possuem como característica a não formação de filme homogêneo em temperatura ambiente. Para contornar tal característica das emulsões, emprega-se agentes coalescentes, sendo estes responsáveis por promover a formação efetiva de filme homogêneo e coeso. Neste trabalho de conclusão de curso foi avaliado o comportamento de tintas acrílicas decorativas base água aditivadas com diferentes agentes coalescentes e, consequentemente, quais características da tinta foram afetadas. Após todas as análises, aprovou-se uma amostra para uso em escala industrial e concluiu-se que os agentes coalescentes podem influenciar positivamente na formação de filme das tintas, melhorando a qualidade e valor agregado deste produto antes e após aplicação.

Palavras-chave: Coalescente. Formação de filme. Resistência à abrasão

úmida. Temperatura Mínima de Formação de Filme. Tinta.

LISTA DE FIGURAS

Figura 4.1 – Formação de filme em emulsões poliméricas 15

Figura 4.2 – Pigmentos ativos 22

Figura 5.1 – Curva de TMFF e sua linha de tendência 26

Figura 5.2 – Agitador mecânico 26

Figura 5.3 – Aparelho para determinação de TMFF 28

Figura 5.4 – Aparelho para determinação de dureza Konig 29

Figura 5.5 – Aparelho para determinação de resistência à abrasão úmida 29

Figura 5.6 – Viscosímetro Krebs-Stormer 30

Figura 5.7 – Aparelho para determinação de tempo de secagem 30

Figura 6.1 – Curvas de TMFF após aditivação 31

Figura 6.2 – Curvas de dureza após aditivação 32

Figura 6.3 – Aumento da dureza com o tempo 33

Figura 6.4 – Resistência à abrasão úmida de tintas 34

Figura 6.5 – Tempo de secagem 35

Figura 6.6 – Estabilidade das tintas 36

LISTA DE TABELAS

Tabela 4.1 – PVC associado com níveis de brilho da tinta 20

Tabela 5.1 –

Tabela 5.2 –

Pontos de ebulição das amostras em teste

Formulação utilizada na preparação das tintas de alto PVC

25

27

Tabela 6.1 – Porcentagem de agente coalescente para formação de

filme á zero grau Celcius.

32

LISTA DE ABREVIATURAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas

COV Composto Orgânico Volátil

ISO International Organization for Standardization

NBR Normas Brasileiras Regulamentares

PVC Pigment Volume Concentration

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 11 2. OBJETIVOS 12

2.1. OBJETIVO GERAL 12

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 12 3. JUSTIFICATIVA 13

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 14

4.1. EMULSÕES POLIMÉRICAS

4.1.1. Formação de filme

14

15 4.2. AGENTES COALESCENTES

4.2.1. Classificação

4.2.2. Meio ambiente e Toxicidade

16

16

17

4.3 TINTAS DECORATIVAS BASE ÁGUA 18 4.3.1. Componentes das tintas 18

4.3.1.1. Ligantes 19

4.3.1.2. Pigmentos 21

4.3.1.3. Líquidos 23 4.3.1.4. Aditivos 23

5. MATERIAIS E MÉTODOS 25

5.1. ADITIVAÇÃO DAS EMULSÕES POLIMÉRICAS

5.2. COMPOSIÇÃO E FORMULAÇÃO DAS TINTAS 5.3. COLETA DE DADOS

25

27 28

6. RESULTADO E DISCUSSÃO 6.1. AVALIAÇÃO DA EMULSÃO POLIMÉRICA 6.2. AVALIAÇÃO DA TINTA

7. CONCLUSÕES

31 31

34

37 BIBLIOGRAFIA 38

11

1. INTRODUÇÃO

Segundo levantamento da ABRAFATI – Associação Brasileira dos

Fabricantes de Tintas (2013), o Brasil é um dos cinco maiores mercados mundiais

para tintas, contando com centenas de fabricantes de grande, médio e pequeno

porte. Neste vasto setor, 64% do faturamento e 80% do volume são provenientes

da produção de tintas decorativas, totalizando 1,426 bilhão de litros em 2013.

O termo tintas decorativas é utilizado para definir tintas utilizadas em

pinturas imobiliárias, com a finalidade de embelezar ou disfarçar defeitos.

Formulações de tintas decorativas base água tem como principal componente a

emulsão polimérica (ou ligante), sendo responsável pela formação de filme coeso

e resistente após aplicação. As emulsões poliméricas utilizadas na indústria de

tintas decorativas apresentam em sua composição aproximadamente 50% em

massa de polímero disperso em água.

A taxa de evaporação da água é a principal propriedade a afetar o tempo

de secagem da emulsão e, consequentemente, da tinta. Entretanto, abaixo de

certas temperaturas, o tempo de secagem da água não é suficientemente rápido

para que haja boa interação entre as partículas poliméricas e, consequentemente,

ocorre formação de filme não homogêneo e quebradiço. A temperatura a partir da

qual ocorre formação de filme homogêneo e coeso é denominada Temperatura

Mínima de Formação de Filme (TMFF).

Visando garantir a qualidade e boa aplicação para tintas, é preciso garantir

que o polímero tenha formação efetiva de filme mesmo em baixas temperaturas, a

partir de 5 ºC. Sabe-se, entretanto, que a TMFF de produtos padrões no mercado

gira em torno de 20 ºC (SCHWARTZ, 2001). Para contornar essa característica

são utilizados agentes coalescentes (ou plastificantes temporários), que são co-

solventes responsáveis por reduzir a TMFF e permitir formação de filme coeso,

mesmo em baixas temperaturas de aplicação.

Nesse sentido, este trabalho consiste em avaliar uma emusão polimérica

aditivada com diferentes agentes coalescentes por meio de testes laboratoriais.

Esta avaliação permitirá o uso em grande escala do agente coalescente

aprovado.

12

2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

Este trabalho tem como objetivo avaliar a influência de diferentes agentes

coalescentes em formulações de tintas acrílicas decorativas base água de alto

PVC.

2.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS

a) Aditivar uma emulsão acrílica-estirenada com diferentes agentes

coalescentes.

b) Analisar TMFF e Dureza da emulsão após aditivação.

c) Formular tintas de alto PVC utilizando as emulsões aditivadas citadas no

item a.

d) Realizar o teste de resistência à abrasão úmida das tintas.

e) Verificar estabilidade das tintas.

f) Verificar tempo de secagem das tintas.

13

3. JUSTIFICATIVA

A alta competitividade do mercado de tintas submete as empresas à busca

incessante por melhorias em seus produtos. Os agentes coalescentes ajudam a

diminuir a Temperatura Mínima de Formação de Filme (TMFF) e,

consequentemente, garantem que a tinta apresente boa formação de filme

alcançando alto desempenho independentemente da temperatura de aplicação.

No Brasil, o desempenho de tintas é avaliado principalmente por testes de

resistência à abrasão úmida segundo normas da ABNT. Deste modo, este

trabalho tem como objetivo constatar qual agente coalescente é mais efetivo na

melhoria da formação de filme de tintas, aumentando a qualidade e

competitividade do produto.

14

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1. EMULSÕES POLIMÉRICAS

Emulsões poliméricas também são conhecidas como dispersões

poliméricas, látex ou ligantes, sendo geralmente um sistema multi-fase no qual

uma das fases está distribuida microscópicamente pela fase contínua. Em

emulsões poliméricas, a fase dispersa consiste em partículas de polímeros com

diâmetro geralmente menor que 1 µm, enquanto a fase contínua é água.

Os sistemas de emulsões poliméricas não são termodinâmicamente

estáveis por si só, já que as partículas apolares dos polímeros tem tendência de

tentar minimizar sua grande superfície de contato com a água, que é polar, por

meio da aglomeração acarretando a coagulação da fase dispersa (SCHWARTZ,

2001). Sendo assim, para obter alta estabilidade, torna-se necessária a

incorporação de agentes surfactantes à superfície das partículas poliméricas,

favorecendo sua dispersão em água.

As emulsões poliméricas mais utilizadas na indústria de tintas contêm, em

média, 50% de polímero disperso em água. Cada mL de emulsão contém cerca

de 1015 partículas, com diâmetro entre 50 e 500 nm. Uma partícula contém de 1 a

10 000 macromoléculas, e cada macromolécula contêm em torno de 100 a 106

unidades de monômeros (URBAN, 2002).

15

4.1.1. Formação de filme

De acordo com SCHWARTZ (2001), a formação de filme em emulsões

poliméricas é bastante complexa, sendo dividida em quatro etapas:

1. Evaporação d’água;

2. Aproximação das partículas;

3. Deformação das partículas;

4. Coalescência das partículas.

Durante a etapa de secagem, ao final da evaporação d’água, as partículas

se aproximam e as forças de tensão superficial as pressionam umas as outras. As

partículas passam a se deformar, até o ponto onde adquirem forma hexagonal

(colméia) e, posteriormente, devido ao fenômeno de interdifusão das cadeias

poliméricas ocorre a coalescência e consequentemente a formação do filme. Na

figura 4.1 pode-se verificar cada etapa deste processo.

Figura 4.1 – Formação de filme em emulsões poliméricas

Fonte: < http://www.bauchemie-tum.de/>

16

4.2. AGENTES COALESCENTES

São aditivos utilizados em tintas base água que contenham emulsões

poliméricas como ligantes. Agentes coalescentes têm como função, reduzir a

TMFF da emulsão, facilitando a formação de filme da tinta em dadas condições

de aplicação.

Esses aditivos atuam como plastificantes, reduzindo a energia necessária

para que ocorra deformação das partículas de polímero durante a secagem da

tinta, mas ao mesmo tempo é desejável que sejam voláteis, portanto, o termo

“plastificante temporário” se encaixa muito bem neste caso (BIELEMAN, 2000).

4.2.1. Classificação

De acordo com FAZENDA (2009), os agentes coalescentes pertencem à

família dos solventes. No caso de tintas base água, a própria água cumpre o

papel de solvente principal, tornando o agente coalescente um co-solvente. A

seguir serão classificados os principais solventes de acordo com sua estrutura

química:

Hidrocarbonetos: São os mais simples compostos orgânicos, já que

apresentam somente carbono e hidrogênio em sua composição. Podem ser

classificados em três grandes grupos: Os hidrocarbonetos alifáticos,

aromáticos e terpênicos. Em geral, são utilizados para dissolver óleos

minerais, ceras e parafinas. Alguns exemplos são: aguarrás e ciclohexano.

Solventes oxigenados: São aqueles que contêm átomos de oxigênio em

suas moléculas, este fator os torna mais solúveis em água devido à

formação de ligações de hidrogênio. Este fato os torna ideais para

formulações de tintas a base água. Os grupos mais importantes são:

alcoóis, ésteres, cetonas, éteres glicólicos e glicóis. Alguns exemplos são:

etanol, acetona e butilglicol.

17

Solventes clorados: Contêm átomos de cloro em suas moléculas, fator

que garante alta solvência de resinas, polímeros, óleos, graxas entre

outros. Além disso, estes solventes são não inflamáveis, ajudando a reduzir

o risco em seu manuseio. Alguns exemplos são: cloreto de metileno,

tricloroetileno e percloroetileno.

Outros solventes: Alguns éteres são de grande importância no mercado,

um deles é o tetrahidrofurano (THF), que consegue solubilizar uma alta

gama de produtos. Outros solventes importantes são as nitroparafinas,

altamente utilizadas no mercado de sprays eletrostáticos para

revestimentos.

4.2.2. Meio ambiente e Toxicidade

Os agentes coalescentes, por serem voláteis, podem ser considerados

COVs (Compostos Orgânicos Voláteis) dependendo de suas características

físico-químicas. A emissão de COVs vem sendo regulamentada por agências de

proteção ambiental.

De acordo com a Diretiva 2004/42/CE, da União Europeia, COVs são

quaisquer componentes orgânicos com ponto de ebulição abaixo ou igual a 250ºC

medido a 101,3kPa de pressão. Enquanto que, a Agência de Proteção Ambiental

dos Estados Unidos – Enviromental Protection Agency (US EPA) classificam os

COVs como qualquer composto de carbono que participa de reações

fotoquímicas na atmosfera, exceto monóxido de carbono, dióxido de carbono,

ácido carbônico, carbonatos e carbonato de amônia. O Green Seal, organização

sem fins lucrativos que possui auto-regulamentações voltadas à sustentabilidade,

acrescenta à definição da EPA a questão da temperatura de ebulição menor ou

igual a 280ºC medidos em condições normais de temperatura e pressão.

18

4.3 TINTAS DECORATIVAS BASE ÁGUA

Tinta é uma composição líquida, de alta viscosidade, na qual se encontra

um ou mais pigmentos dispersos em um aglomerante líquido que, quando

estendida em película fina, sofre um processo de cura formando um filme opaco e

aderente ao substrato. Esse filme tem a finalidade de proteger, decorar e dar

acabamento às superfícies (FAZENDA, 2009). Neste ponto, cabe mencionar que

os fornercedores de tintas indicam que o produto seja aplicado em temperaturas

acima de 5ºC, pois abaixo dessa temperatura podem ocorrer alterações nas

interações interatômicas entre a água e o polímero, afetando negativamente a

aplicação.

4.3.1. Componentes das tintas

Segundo o PAINT QUALITY INSTITUTE (2008), os principais componentes

das tintas são divididos em quatro categorias principais, sendo elas:

Ligantes: Dão “liga” aos pigmentos e são responsáveis pela adesão e

resistência do filme. Estes denominam o tipo da tinta (acrílica, vinílica,

alquídica).

Pigmentos: Conferem cor e poder de cobertura, alguns pigmentos de

baixo custo são utilizados para dar volume à formulação.

Líquidos: São líquidos voláteis responsáveis pela consistência da tinta.

Permitem que a mistura de ligantes e pigmentos seja transportada para o

substrato. Também são conhecidos como “veículo” ou “solventes”. Neste

caso, o líquido utilizado é a água.

Aditivos: São compostos que aperfeiçoam e conferem características

especiais às tintas.

19

4.3.1.1. Ligantes

O ligante é um ingrediente muito importante, que afeta praticamente todas

as características da tinta, entre elas: a resistência à formação de bolhas, às

rachaduras, ao descascamento, ao amarelamento, à calcinação, a resistência à

abrasão úmida (lavabilidade) e ao desbotamento. Além disso, o nivelamento, a

formação de filme, a adesão e o desenvolvimento do brilho são características

importantes definidas pelo ligante.

Sem a presença de pigmentos, os ligantes criariam um filme transparente e

brilhante; alguns ligantes são usados sem pigmentos para resultar num

acabamento transparente ou verniz.

Ao empregar pigmentos em formulações de tintas, o brilho e os reflexos

serão reduzidos. Variando-se a quantidade de pigmento, obtém-se os seguintes

níveis de brilho:

1. Brilhante (menor quantidade de pigmento);

2. Semibrilho;

3. Acetinado;

4. Fosco (maior quantidade de pigmento).

Os fabricantes de tintas usam um índice chamado “concentração do

volume de pigmento” (PVC) para indicar o volume de pigmento em relação ao

volume da parte não volátil (pigmento e ligante), na formulação de uma tinta:

Fonte: http://www.pqi.com.br

O PVC permite relacionar o teor de ligante de uma aplicação, depois da

cura, em um determinado substrato. Em outras palavras, uma tinta de baixo PVC

possui maior concentração de ligante, em relação à quantidade de pigmentos e,

consequentemente, melhor brilho, lavabilidade, adesão, formação de filme, etc.

20

Ainda que variem muito de acordo com o tipo e tamanho do pigmento

utilizado, os valores mais comuns de PVC associados com diferentes níveis de

brilho de tinta são os verificados na Tabela 4.1:

Tabela 4.1 - PVC associado com níveis de brilho da tinta

Fonte: http://www.pqi.com.br

As tintas imobiliárias também são classificadas como alquídicas, vinílicas e

acrílicas. Isto se deve ao tipo de ligante utilizado (PAINT QUALITY INSTITUTE,

2008):

Tintas alquídicas: também chamadas de tinta a óleo, constituem

aproximadamente 90% das tintas base solvente, apresentam alta

impermeabilidade e são caraterizadas pelo alto “tempo aberto” (o tempo

em que a tinta pode ser aplicada e trabalhada, antes que comece a secar),

alto teor de COVs e odor forte.

Tintas vinílicas: compostas de poli (acetato de vinila), são chamadas de

tintas PVA. Proporciona bom rendimento, boa cobertura e durabilidade,

porém baixa resistência à abrasão, ao amarelamento e à adesão. São mais

baratas, e geralmente utilizadas em pinturas interiores.

Tintas acrílicas: são consideras tintas de alto desempenho. Quando

constituídas por polímeros acrílicos puros, têm o melhor desempenho em

pinturas exteriores, no qual se destacam a resistência à abrasão, à

formação de bolhas, ao envelhecimento e às manchas, alto brilho e

adesão. São as tintas mais caras do setor imobiliário.

Tipo da Tinta PVC Típico

Brilhante <20%

Semibrilho 30-35%

Acetinada 35-45%

Fosca 45-80%

21

Existem também, os ligantes estireno-acrílicos, muito utilizados,

atualmente, devido a sua excelente resistência à água e baixo custo, em relação

aos acrílicos puros. No entanto, o teor de monômeros estireno no copolímero

deve ser controlado, pois quantidades elevadas diminuem a resistência ao

envelhecimento e aumenta a dureza do filme, podendo formar rachaduras.

4.3.1.2. Pigmentos São partículas sólidas e insolúveis, apresentadas na forma de pó. Podem

ser divididos em duas grandes categorias: ativos e inertes.

Pigmentos ativos são aqueles que conferem cor e poder de cobertura á

formulação de tinta, enquanto os inertes (ou cargas), que são mais baratos, se

encarregam de proporcionar resistência, dureza, consistência e dar mais volume

á formulação (PROGRAMA SETORIAL DE QUALIDADE – TINTAS

IMOBILIÁRIAS, 2012).

1. Pigmentos ativos

Os pigmentos ativos (Figura 4.2) são subdivididos em dois grupos, os

pigmentos brancos e os pigmentos coloridos. O principal pigmento branco é o

dióxido de titânio (Ti02), que apresenta brancura excepcional ao dispersar a luz e

alto poder de cobertura, tanto em tintas úmidas quanto secas. Este pigmento é

relativamente caro.

Os pigmentos coloridos proporcionam cor devido à absorção seletiva da

luz, sendo eles subdivididos em duas categorias principais, os pigmentos

orgânicos e os pigmentos inorgânicos:

Pigmentos Orgânicos: São, geralmente, os pigmentos mais brilhantes, alguns

deles apresentarem ótima resistência à intempéries, fato que os torna ótimos

para o uso em tintas exteriores. Exemplos de pigmentos orgânicos são o azul

ftalo e o amarelo.

Pigmentos inorgânicos: São os pigmentos de cores terrosas, geralmente com

brilho inferior, voltados para uso externo. Exemplos de pigmentos inorgânicos

são os óxidos de ferro amarelo, marrom e vermelho (PAINT QUALITY

INSTITUTE, 2008).

22

Figura 4.2 – Pigmentos ativos

Fonte: < http://www.triplicecor.com.br/>

2. Pigmentos inertes

Os pigmentos inertes são uma alternativa mais barata para aumentar o

volume da tinta. Entretanto, a redução de custo acarreta em redução do poder de

cobertura e interferência em outras propriedades, tais como brilho, resistência à

abrasão, retenção de cor, entre outras. Algumas das cargas utilizadas com mais

frequência são:

Argila: também chamada de Caulim ou argila da china, é um silicato de

alumínio altamente utilizado em revestimentos para interiores, mas também é

utilizado em exteriores. A argila proporciona mais cobertura que outras cargas

em tintas porosas.

Silica e silicatos: auxiliam a ancoragem da tinta no substrato, proporcionando

excelente resistência à abrasão. Muitos deles tem grande resistência em

pinturas exteriores.

Carbonato de cálcio: também chamado de giz, é um pigmento de baixo custo

e cobertura, utilizado em todos os tipos de tinta imobiliária.

Talco: silicato de magnésio, é uma carga macia, utilizada em tintas para

exterior e interior.

Óxido de zinco: é um pigmento altamente utilizado devido a sua resistência a

perturbações externas, tais como mofo (bolor), corrosão e manchas (PAINT

QUALITY INSTITUTE, 2008).

23

4.3.1.3. Líquidos

Os líquidos (ou veículo) são responsáveis por umedecer, homogeneizar e

transportar a mistura de sólidos para o substrato. Após aplicação da tinta no

substrato, deseja-se que o líquido evapore, deixando restar somente a parcela

sólida da tinta no filme que é constituida pelos ligantes e pigmentos.

Em tintas de emulsão (ou base água), o líquido utilizado é a água

propriamente dita (PAINT QUALITY INSTITUTE, 2008).

4.3.1.4. Aditivos

São compostos responsáveis por proporcionar características especiais à

tinta. Os principais aditivos, e suas respectivas características estão listados

abaixo:

Espessantes e Modificadores de Reologia: são aditivos utilizados para

ajustar a viscosidade , de modo a permitir que a tinta seja aplicada

adequadamente, evitando escorrimento e respingos.

Surfatantes: também chamados de sabões especiais, são utilizados de

modo a estabilizar a tinta, mantendo seus componentes dispersos de forma

homogênea garantindo poder de cor e cobertura máximos. Os surfatantes

também ajudam a umedecer a superfície do substrato, de modo a auxiliar

na aderência, evitando escorrimento.

Biocidas: conhecidos como conservantes, são subdivididos em dois

grupos: Os bactericidas e fungicidas (ou algicidas). O bactericida visa

impedir o crescimento de bactérias sobre a tinta úmida, de forma a

contaminá-la. Já o fungicida, é utilizado de modo a impedir o crescimento

24

de fungos e algas sobre a tinta depois de aplicada. O fungicida é

amplamente utilizado em tintas destinadas a áreas de alta umidade.

Antiespumantes: rompem as bolhas formadas durante a fabricação da

tinta, durante sua movimentação e quando é aplicada à superfície.

Agentes coalescentes: são outros líquidos adicionados a formulação além

da água. Tem como função auxiliar a formação de filme da tinta aplicada,

aumentar o tempo de secagem e melhorar o alastramento da tinta,

especialmente quando é aplicada com pincel.

Em geral, coalescentes são COVs, portanto são considerados danosos ao

meio ambiente (PAINT QUALITY INSTITUTE, 2008).

Atualmente, as principais pesquisas relacionadas aos agentes

coalescentes giram em torno de reduzir a quantidade dos COVs emitidos e

também em obter agentes coalescentes a partir de fontes renováveis. As

principais fontes são gorduras vegetais tais como óleo de palma, de soja e de

cana, essa substituição é visada pois os principais agentes coalescentes são

de fonte petroquímica. (REVISTA PESQUISA FAPESP, 2012).

25

5. MATERIAIS E MÉTODOS

Os dados experimentais coletados neste trabalho são baseados em

testes normatizados de acordo com as Normas Brasileiras Regulamentares

(NBR) ou International Organization of Standardization (ISO).

Todas as atividades foram desenvolvidas nas instalações da empresa

BASF S.A., nos sites de Guaratinguetá - SP e Jacareí – SP.

Neste trabalho, aditivou-se uma mesma emulsão polimérica acrílico-

estirenada com três diferentes agentes coalescentes (denominados A, B e C)

que diferem entre si principalmente por seu ponto de ebulição e composição

química. As amostras e seus respectivos pontos de ebulição estão

demonstrados na Tabela 5.1.

Tabela 5.1 – Pontos de ebulição das amostras em teste.

Fonte: Concedido pela BASF S.A.

5.1. ADITIVAÇÃO DAS EMULSÕES POLIMÉRICAS

A emulsão acrílica estirenada, foi aditivada com cada agente

coalescente em três diferentes concentrações (1, 3 e 5% em massa), de modo

a possibilitar a verificação da capacidade de redução de TMFF de cada agente

coalescente. Sabendo-se a TMFF da emulsão aditivada com 1, 3 e 5% de um

mesmo coalescente, foi possível determinar sua curva de TMFF,

exemplificada na Figura 5.1. Posteriormente, com auxílio da linha de

tendência (linearização da curva), estimou-se a quantidade nescessária de

aditivo para atingir a TMFF de zero graus celsius. A quantidade estimada de

coalescente foi aplicada na formulação da tinta (tópico 5.2).

Agentes coalescentes

P. E. (ºC)

A 171B 245C 290

26

Figura 5.1 – Curva de TMFF e sua linha de tendência

Fonte: Concedido pela BASF S.A.

A aditivação foi feita pelo gotejamento dos agentes coalescentes sobre

a emulsão, com auxílio de agitador mecânico (Figura 5.2), sob cerca de 600

rotações por minuto (rpm).

Figura 5.2 – Agitador mecânico

Fonte:< http://www.biovera.com.br/>

y = -377,97x + 22,254

R² = 0,946

0

5

10

15

20

25

0,00% 1,00% 2,00% 3,00% 4,00% 5,00% 6,00%

Te

mp

era

tura

(ºC

)

Concentração de coalescente (% em massa)

TMFF P240 Linear (TMFF P240)

27

5.2. COMPOSIÇÃO E FORMULAÇÃO DAS TINTAS

As tintas foram feitas seguindo uma das formulações cedidas pela

BASF S.A., as matérias-primas e equipamentos utilizados também foram

concedidos pela empresa.

Abaixo, segue a tabela com os componentes e suas respectivas

quantidades. A quantidade de coalescente varia de acordo com a curva de

TMFF de cada amostra, portanto está definida como “X” na tabela 5.2.

Tabela 5.2 – Formulação utilizada na preparação das tintas de alto PVC.

Componentes (%)

Água 53,00

Anticorrosivo 0,10

Dispersante 0,45

Antiespumante 0,15

Biocida 0,20

Dióxido de titânio 3,00

Cargas minerais 33,50

Solução Alcalina 0,10

Emulsão 8,00

Espessante 1,50

Coalescente X

Fonte: Concedido pela BASF S.A.

28

5.3. COLETA DE DADOS

Temperatura Mínima de Formação de Filme (TMFF)

A TMFF foi avaliada de acordo com a norma 2115 (ISO, 1996). Essa norma

faz uso de um aparelho (figura 5.3) no qual se aplica filmes da emulsão polimérica

com auxilio de um extensor. O filme fica sob uma superfície com gradiente de

temperatura, podendo variar de 0 a 60 ºC. Após algum tempo, é possível detectar

o ponto a partir do qual ocorre formação de filme homogêneo e, com auxílio de

uma régua graduada, determina-se a temperatura a partir da qual ocorre a

formação do filme.

Figura 5.3 – Aparelho para determinação de TMFF

Fonte:<http://www.rhopointinstruments.com/>

Dureza Konig

O ensaio de dureza segue a norma NBR 14946 (ABNT, 2003). Para a

realização deste teste, as amostras foram aplicadas em placas de vidro com

auxilio de um extensor de barra. Posteriormente, secaram em estufa com

circulação de ar a 60 ± 2°C por um período de quinze minutos. Após retirar as

aplicações da estufa, elas resfriaram em ambiente com temperatura

controlada a 23 ± 2°C por trinta minutos. Então, assim que a amostra resfriou,

foi submetida ao teste, no qual um pêndulo, suspenso por duas esferas, é

colocado sob a aplicação e é submetido à oscilação. A cada vez que o

pendulo retorna ao ponto inicial, conta-se um ciclo. O resultado desse teste é

demonstrado em ciclos, onde o filme mais duro apresenta a maior quantidade

de ciclos. O aparelho pode ser observado na Figura 5.4.

29

Figura 5.4 – Aparelho para determinação de Dureza Konig

Fonte:< http://www.worldoftest.com/>

Resistência à abrasão úmida

A resistência à abrasão úmida das tintas foi determinada de acordo com

a norma NBR 15078 (ABNT, 2004). Para a realização deste ensaio, as tintas

foram aplicadas em placas pretas de PVC, chamadas “lenetas”, com auxílio de

um extensor de barra. As amostras foram mantidas em ambiente com

temperatura e umidade controladas durante sete dias para o processo de

secagem. Após a cura, foram avaliadas as amostras no aparelho de

lavabilidade, no qual uma escova de náilon colocada sob a aplicação simula a

lavagem da tinta, sob gotejamento de uma solução de sabão. A escova

percorre a extensão do filme da tinta e cada vez que retorna ao ponto inicial

conta-se um ciclo. O teste é finalizado quando a tinta é desgastada até que se

observe uma linha contínua da lâmina de PVC.

Figura 5.5 – Aparelho para determinação da resistência à abrasão úmida

Fonte:<http://www.ccsi-inc.com/>

30

Estabilidade das Tintas

Para verificar a estabilidade das tintas, fez-se o acompanhamento da

viscosidade das amostras com o auxílio de um viscosímetro Krebs-Stormer

(Figura 5.6), em temperatura controlada a 23 ± 2°C e em estufa com

circulação de ar a 60 ± 2°C por um período de sete dias.

Figura 5.6 – Viscosímetro Krebs-Stormer

Fonte:<http://www.alemmar.com.br/>

Tempo de secagem das tintas

A análise de tempo de secagem das tintas foi verificada de acordo com a

norma NBR 15311 (ABNT, 2010) e com auxílio do aparelho demonstrado na

Figura 5.7. Para a realização deste ensaio, as tintas foram aplicadas em placas

de vidro, com auxilio de extensores. Imediatamente após a aplicação, as placas

foram colocadas em um suporte no qual agulhas são posicionadas sob as

aplicações e as riscam. O teste termina quando as agulhas não conseguem

deixar um “rastro” nos filmes, sinalizando que a película está seca. Com auxílio de

uma régua graduada, determinou-se o tempo de secagem do filme em minutos.

Figura 5.7 – Aparelho para determinação de tempo de secagem

Fonte:Concedido pela BASF S.A.

31

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1. AVALIAÇÃO DA EMULSÃO POLIMÉRICA

Determinação da TMFF

Após aditivação da emulsão polimérica com 1%, 3% e 5% em massa dos

agentes coalescentes denominados A, B e C foi possível determinar a TMFF de

cada mistura conforme demonstrado na Figura 6.1:

Figura 6.1 – Curvas de TMFF após aditivação.

Fonte: O próprio autor.

Observa-se na Figura 6.1 o comportamento geral das emulsões

poliméricas aditivadas, no qual o incremento de agente coalescente promove a

redução da TMFF. Neste caso, a Amostra B apresentou maior poder de redução

de TMFF.

Linearizando cada uma das curvas obtidas, obteve-se a equação da reta

equivalente a cada amostra. Com estes dados, foi possível estipular a

quantidade em massa necessária de cada agente coalescente, para que a

mistura pudesse vitualmente formar filme a zero grau Celcius. Diz-se

0

5

10

15

20

25

0% 2% 4% 6%

TM

FF

(ªC

)

Porcentagem em massa

Amostra A

Amostra B

Amostra C

32

virtualmente pois não ocorre formação de filme nesta temperatura, devido ao

ponto de congelamento da água.

Os valores obtidos (Tabela 6.1) foram utilizados na formulação de tinta,

que será discutida posteriormente no tópico 6.2.

Tabela 6.1 – Porcentagem de agente coalescente para formação de filme a zero grau Celcius.

Fonte: O próprio autor.

Determinação da Dureza Konig

A análise de dureza (Figura 6.2) permitiu verificar que o incremento na

quantidade de agentes coalescentes amolece a emulsão polimérica. Isso se deve

ao fato de que estamos adicionando substâncias que atuam como co-solventes.

Figura 6.2 – Curvas de dureza após aditivação.

Fonte: O próprio autor.

Com o passar do tempo, detectou-se que a evaporação destes co-

solventes devolveu parcialmente a dureza as aplicações fazendo com que elas

Agente coalescente

% em massa

R²

A 7,30% 0,9825B 5,80% 0,9460C 8,80% 0,9342

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6%

Du

reza

(C

iclo

s)

Porcentagem em massa

Amostra A

Amostra B

Amostra C

33

adquirissem características semelhantes à de uma emulsão não aditivada. Para

ilustrar este fato, a figura 6.3 demonstra a avaliação de dureza das amostras

aditivadas com 5% de coalescente no início e após intervalos de tempo.

Figura 6.3 – Aumento da dureza com o tempo

Fonte: O próprio autor.

A amostra não aditivada apresentou o mesmo valor de dureza em todas as

medições. Outro fator evidenciado pela figura 6.3 é que misturas contendo

agentes coalescentes com menor ponto de ebulição apresentaram maior

aumento de dureza. Já as amostras aditivadas com coalescentes de maiores

pontos de ebulição retiveram estes co-solventes por mais tempo na aplicação,

mantendo a dureza em poucos ciclos.

- 10 20 30 40 50 60

Amostra A

Amostra B

Amostra C

Amostra não aditivada

Dureza (Ciclos)

Inicial 10 dias 21 dias 30 dias

34

6.2. AVALIAÇÃO DA TINTA

Determinação da Resistência à abrasão úmida

Os testes de resistência à abrasão úmida (Figura 6.4) evidenciaram o fato

de que os agentes coalescentes que permanecem mais tempo na formulação

melhoram a formação de filme da tinta aplicada. Consequentemente, verificou-se

aumento na quantidade de ciclos necessários para desgastar a aplicação.

A Amostra não aditivada e a Amostra A não apresentaram formação de

filme eficiente, fator que justifica a baixa quantidade de ciclos necessários para

desgastar suas aplicações.

Figura 6.4 – Resistência à abrasão úmida de tintas

Fonte: O próprio autor.

Determinação do tempo de secagem

Este aspecto foi diretamente influenciado pelas aditivações e suas

características com relação ao ponto de ebulição. Detectou-se que conforme foi

aumentado o ponto de ebulição do agente coalescente, maior foi o tempo de

secagem da tinta.

Os resultados (Figura 6.5) apresentam aspectos positivos e negativos,

positivos pelo fato de que aumentando o tempo aberto (ou tempo de secagem)

ocorrerá melhor formação de filme. Entretanto, se a tinta demorar muito para

22 25

169 188

Amostra não

aditivada

Amostra A Amostra B Amostra C

Resistência à abrasão úmida (Ciclos)

35

secar, poderão ocorrer imprevistos tais como lavagem pela chuva, e este é um

fator crítico para sua qualidade.

Figura 6.5 – Tempo de secagem

Fonte: O próprio autor.

Estabilidade

A avaliação de estabilidade se mostrou dentro dos padrões aceitáveis para

todas as tintas testadas, exceto para a amostra C que apresentou queda

acentuada de viscosidade após sete dias em estufa. Esta queda de viscosidade

ocorreu provavelmente devido a interações químicas não abordadas neste

trabalho.

11 12

15

21

Amostra não

aditivada

Amostra A Amostra B Amostra C

Tempo de secagem (minutos)

36

Figura 6.6 – Estabilidade das tintas

Fonte: O próprio autor.

87 84 80

89 89 86 82

90 89 86 84 92

97 92

97

78

0

25

50

75

100

125

Amostra não

aditivada

Amostra A Amostra B Amostra C

Est

ab

ilid

ad

e (

KU

)

Inicial 24 horas 7 dias -Ambiente 7 dias - Estufa

37

7. CONCLUSÕES

Com base nos resultados obtidos, conclui-se que os agentes

coalescentes são aditivos muito versáteis, podendo ser aplicados em

formulações de tintas visando melhoria da formação de filme e

consequentemente de sua resistência á abrasão.

Entretanto, detectou-se a necessidade de controlar a quantidade destes

aditivos nas formulações de tinta. Este fato é necessário pois agentes

coalescentes também afetam outras características da tinta, tais como tempo

de secagem, onde sua presença em excesso pode acarretar em um tempo de

secagem muito longo, permitindo que a tinta seja lixiviada por chuva e até

mesmo que algum tipo de sujeira fique retida na aplicação.

Entre as amostras testadas, foram reprovadas as amostras A e C.

Reprovou-se a amostra A devido a seu baixo desempenho com relação a

resistência á abrasão úmida, além do fato deste agente coalescente ser um

produto de alto COV (devido ao seu ponto de ebulição abaixo de 250ºC). Já a

amostra C foi reprovada no teste de estabilidade em estufa após sete dias,

isso foi levado em conta pois o teste simula o tempo e temperatura a qual uma

tinta pode ser submetida em depósitos antes de chegar ao seu consumidor.

Em contrapartida, aprovou-se a amostra B já que esta apresentou

resultados satisfatórios com relação a resistência á abrasão úmida, tempo de

secagem e estabilidade.

De modo geral, este trabalho permitiu a avaliação do comportamento de

agentes coalescentes em formulações de tintas decorativas base água e,

como resultado adicional, possibilitou a aprovação de uma amostra que

poderá ser utilizada em escala industrial posteriormente.

38

BIBLIOGRAFIA

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Tintas para construção civil - Método para avaliação de desempenho de

tintas para edificações não industriais – Determinação da resistência à

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1999/13/CE”, 2004 Jornal official da União européia, 2004. Disponível em:

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