Processo de Fabricação de Tintas

Processo de Fabricação de Tintas

ASPECTOS GERAIS SOBRE A FABRICAÇÃO DE TINTAS E REVESTIMENTOS

1 Julmar Conceição Santos, 1 Tiago Marvila Gomes, 1 Victor Gomes Sampaio

1 Discente do Curso de Engenharia Química do CCA/UFES

1 Centro de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Espírito Santo – CCA/UFES. Alto Universitário, s/no - Caixa Postal 16, Guararema, Alegre, ES.

e-mail: victorgomesampaio@hotmail.com

RESUMO – Nenhum material está isento da ação do intemperismo. A degradação (corrosão) pode ser minimizada com os revestimentos superficiais proporcionados pelas tintas e correlatos. Além do efeito protetor, as tintas ainda apresentam um valor estético, melhorando a aparência dos produtos manufaturados. A obtenção das tintas começa com a reunião de algumas matérias-primas selecionadas: pigmentos, veículo fixo (óleos e/ou resinas), solventes e aditivos. Operações unitárias – como mistura, dispersão, moagem, diluição, filtração e envase – são responsáveis pelo produto final. Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico nesse setor tem sido intenso. Estimulados pelo exigente mercado e pelas restrições ambientais, os fabricantes têm se empenhado a melhorar o processo, tornando-o mais limpo, sustentável e com menores custos. Será abordado neste artigo, desde a mistura dos constituintes até o envasamento e aplicação das tintas.

Palavras-Chave: tintas, proteção superficial, estética.

INTRODUÇÃO

A ação do intemperismo sobre os materiais causa danos indesejáveis à economia e até à segurança em toda parte. Materiais como o metal, sem o recobrimento apropriado, são mais suscetíveis à deterioração (corrosão). Material deteriorado reporta problemas. Desta maneira, as tintas, os vernizes e as lacas são usados como recobrimento superficial para proteger o material, evitar prejuízos e danos pessoais que podem ser irreparáveis.

A proteção não é a única utilidade das tintas. Também são empregadas de maneira artística, pois deixam mais atraente os artigos manufaturados e ambientes.

A indústria de recobrimento é antiga. Segundo a Bíblia, Noé revestiu a arca com betume por dentro e por fora. Na antiguidade, o homem usava argila e vegetais que tinham pigmentos desejados. O ocre e o vermelho procediam das argilas. Para o preto, utiliza-se o carvão ou o óxido de manganês raspado das paredes das covas. Como aglutinante, utilizavam-se gorduras ou sangue de animais (LOPERA, et al., 1995).

A mola propulsora para o avanço tecnológico deste mercado foi o desenvolvimento de novos polímeros (resinas) no século XX. Ao longo do tempo, os recobrimentos superficiais foram divididos em: tintas, vernizes, esmaltes, lacas, tintas de impressão, polímeros. (GENTIL, 2007).

As matérias primas necessárias para a produção de quase todos os tipos de tintas são constituídas pelos pigmentos, solventes, aditivos e veículo fixo (resinas e óleos). Em uma produção em massa, o processo consiste em pesagem e mistura das matérias primas em um tanque de alimentação. Posteriormente, operações unitárias físicas (mistura, dispersão, completagem, filtração e envase) dão origem ao produto final. A formulação apropriada das tintas é especificada para um emprego particular que podem ser a cobertura, coloração, resistência ao tempo, lavabilidade, lustre, propriedades anticorrosivas de metais e consistência, conforme o tipo de aplicação (SHREVE; BRINK JR., 2008; GENTIL, 2007).

Produzir toda essa variedade de produtos, gera impactos ambientais. Como exemplo, as matérias primas e produtos auxiliares utilizados no processo possuem propriedades tóxicas e corrosivas. Sendo assim, é necessário um manuseio precavido. Em uma relação de causa e efeito, leis ambientais têm levado os fabricantes a produzirem tintas com baixos teores de compostos orgânicos voláteis, otimizando o processo de fabricação de tintas, com o esforço para melhorar a produtividade e, principalmente, a qualidade das tintas (SHREVE; BRINK JR., 2008; YAMANAKA, et al., 2006).

Serão abordados neste artigo, alguns aspectos sobre a fabricação de tintas e correlatos. Desde a mistura das matérias primas até o envase com uma abordagem ambiental.

COMPOSIÇÃO DAS TINTAS

  1. Para produzir tintas, alguns ingredientes são fundamentais. São eles: Veículo fixo, pigmentos, solventes e aditivos. Com o objetivo de atender aos requisitos técnicos, esses ingredientes são rigorosamente selecionados de maneira qualitativa e quantitativa (GENTIL, 2007).

Pigmentos

Os pigmentos são partículas sólidas insolúveis usadas nos recobrimentos superficiais para proteção anticorrosiva, definição da coloração, impermeabilidade e melhoria das características físicas da película (GENTIL, 2007).

Sua função não é apenas deixar a superfície colorida. As partículas sólidas na tinta refletem muitos dos raios de luz destrutivos, ajudando a duração da tinta. O dióxido de titânio (TiO2) é o pigmento branco mais utilizado na fabricação de tintas de cor branca e tons claros. Antes dele, para a mesma finalidade, já foram usados o alvaiade, o óxido de zinco e o litopônio. Por outro lado, o azul da Prússia, os cromatos de chumbo e óxidos de ferro eram empregados para aquisição de pigmentos coloridos (SHREVE; BRINK JR., 2008; GENTIL, 2007). A tabela 1 apresenta alguns dados sobre a produção de pigmentos.

Os pigmentos frequentemente são confundidos com os corantes. Entretanto, os corantes são substancias geralmente solúveis em água, e são utilizados para conferir cor a um determinado produto ou superfície. Fixam-se na superfície que vão colorir através de mecanismos de adsorção, ou ligações iônicas e covalentes, enquanto os pigmentos são dispersos no meio, (tinta) formando uma dispersão relativamente estável. Os corantes são muito utilizados na indústria têxtil e os pigmentos são fundamentais em tintas para revestimentos (YAMANAKA, et al., 2006).

Tabela 1 – Comparação entre pigmentos brancos

Pigmento Branco

Índice de Refração

Poder de coloração*

Poder de cobertura**

Óxido de Zinco

2,08

210

20

Dióxido de titânio(anatásio)

2,55

1.250

115

Dióxido de titânio (rutilo)

2,76

1.600

147

*Em pés quadrados por libra do pigmento; porém, os valores relativos, pois essa propriedade é efetuada pela CVP.

**Com base no método de Reynold de volume constante; apenas valores relativos.

Fonte: Baseado em Shreve, 2008, 4. ed. Indústria de processos químicos, página 345, quadro 24.4.

Veículo Fixo

Este é o componente responsável pela aglomeração (ligação) das partículas de pigmentos e também pela formação da película de tinta. De maneira direta, influencia nas propriedades físico-químicas das tintas, isto é, a resistência da tinta depende do tipo de aglomerante (resina) usado na fabricação (GENTIL, 2007).

O tipo de resina empregado na composição da tinta é tão relevante que o nome da mesma é em função de tal. Assim, tinta alquídica é composta pela resina alquídica, a tinta acrílica pela resina acrílica, etc. Alguns exemplos de veículos fixos são: óleos vegetais, resinas alquídicas, resinas acrílicas (SHREVE; BRINK JR., 2008).

Solventes

Usados na solubilização da resina, no controle de viscosidade e auxilia na fabricação das tintas e na aplicação delas. Os solventes são classificados em verdadeiros – aqueles que são miscíveis, em qualquer proporção, com uma determinada resina; em solventes auxiliares – aqueles que não solubilizam a resina, mas auxiliam o solvente verdadeiro na solubilização do veiculo; e em falsos solventes – possuem baixo poder de solvência (GENTIL, 2007).

Uma forma importante de solventes são os diluentes. Esses são compostos elaborados com diferentes tipos de solventes. Um tipo de diluente é especifico para cada tipo de tinta, portanto deve ser fornecido pelos mesmos fabricantes da tinta. A finalidade deles é contribuir para a formação de uma melhor película da tinta, aumentando a resistência ao intemperismo e fornecendo uma base para o pigmento verdadeiro. Eles não adulteram a composição inicial, pelo contrário, contribuem para um aumento da qualidade do produto final e garantem uma melhor uniformização (SHREVE; BRINK JR., 2008; GENTIL, 2007).

Aditivos

Os aditivos são um grupo de componentes empregados em baixas concentrações (<5%). Sem a presença de aditivos, algumas características nas tintas e nas películas não existiriam. Alguns aditivos mais comuns são:

  • Secantes – Reduzem o tempo de secagem das tintas;

  • Anti-sedimentares – Impedem a formação de sedimentos no fundo do recipiente que contem a tinta;

  • Antinata – Quando a película da tinta é formada por oxidação, forma-se, geralmente, uma pele (observada quando se abre a lata de tinta). Assim, esses aditivos são utilizados como antioxidantes;

  • Plastificantes – Atribuem flexibilidade às películas;

  • Nivelantes – Nivelam as tintas nas suas aplicações;

  • Antiespumantes – Evitam a formação de espuma;

  • Antifungos – Inibem a ação deteriorante de bactérias e/ou fungos na tinta dentro da embalagem ou na película aplicada (GENTIL, 2007; YAMANAKA, et al., 2006).

PROCESSO DE FABRICAÇÃO

No processo de fabricação das tintas, são feitas apenas operações unitárias, como pesagem, misturação, moagem, dispersão e diluição. As conversões químicas ocorrem na fabricação dos constituintes e na secagem da película (SHREVE; BRINK JR., 2008).

O processo inicia-se pesando, reunindo e misturando os pigmentos e veículos fixos. Após a mistura, em uma amassadeira com laminas em sigma, o material é transportado para outra sessão da fábrica, onde ocorre a moagem e posterior mistura (SHREVE; BRINK JR., 2008).

Raramente, os materiais são encontrados em tamanho exigido, e isso geralmente é necessário tanto para aumentar quanto para diminuir o tamanho da partícula. Para conseguir esse tamanho ideal nos processos industriais, utiliza-se a cominuição (redução) (RICHARDSON, et al.,2002).

Na indústria de revestimentos é usada a moagem: operação que combina impacto, compressão, abrasão e atrito, para reduzir o tamanho da partícula sólida (LUZ, et al., 2004). É importante que as partículas (pigmentos, resinas, etc.) que compõem as tintas tenham um tamanho aceitável, pois pode comprometer a qualidade da tinta. Nesse contexto, as partículas em tamanho menor darão um nivelamento mais uniforme às tintas quando forem aplicadas (SHREVE; BRINK JR., 2008).

É importante ressaltar que a cominuição diminui o tamanho da partícula, aumentando a área superficial. Ao aumentar essa área, aumenta-se a superfície de contato da substância, fazendo com que qualquer reação envolvendo a tinta se processe em um menor período. Consequentemente, essa tinta terá uma secagem mais rápida (SHREVE; BRINK JR., 2008; RICHARDSON, et al., 2002).

Dentre os moinhos usados na fabricação de tintas, estão:

  • Moinhos de bolas – Utilizam bolas como meio moedor;

  • Moinhos de rolos – Utilizam rolos compressores (únicos ou duplos) como meios moedores;

  • Moinhos à areia (os mais utilizados) – Esse tipo de moinho consegue uma moagem fina por agitação contínua no fundo de um agitador médio com remos, utilizando grãos de areia de Ottawa. Esses grãos moem e dispersam os pigmentos na câmara intermediaria de moagem, no fim, sendo retidos numa peneira (SHREVE; BRINK JR., 2008; RICHARDSON, et al.,2002).

Nenhuma máquina é aplicável de uma maneira geral. A escolha dela depende do tipo de pigmento a ser adicionado, dos veículos, etc. Após estar cominuída e misturada, a tinta é transferida para outro tanque (tanques agitadores), onde será diluída e colorida. Em sequência, a tinta líquida é coada para um tanque de transferência ou diretamente para a moega da máquina de enchimento. Para remover os pigmentos não dispersados, usam-se centrífugas, peneiras ou filtros a pressão. Em seguida, uma amostra é enviada ao laboratório para realizar testes de controle de qualidade – como: cor, viscosidade, tempo de secagem, dureza, flexibilidade, espessura por demão, identificação da resina na tinta, opacidade ou poder de cobertura e brilho –, obedecendo às regras do INMETRO (Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial). Aprovada a tinta no laboratório, essa é filtrada, visando a remoção de partículas sólidas (poeira ou sujeira). Dessa maneira, agrega maior qualidade e pureza ao produto final. Finalmente, a tinta é vazada em latas ou tambores, que são rotulados, embalados e transportados para o depósito (SHREVE; BRINK JR., 2008; GENTIL, 2007).

PROPRIEDADES DAS TINTAS

O constituinte da tinta responsável pela formação da película é a resina. Logo, propriedades físico-químicas da tinta dependem do tipo de resina empregada na composição da tinta. Existem várias maneiras de se formar a película de uma tinta. Estes mecanismos de secagem são processos pelo qual um filme de tinta, após a sua aplicação, é convertido numa película sólida (GENTIL, 2007).

A formação da película pode se dar pela evaporação de solventes. Entretanto, películas que se formam por esse mecanismo apresentam fraca resistência a solventes, pois a película pode ser redissolvida mesmo após a secagem completa das resinas. Resinas como as vinílicas, acrílicas, borracha clorada e betume se valem desse mecanismo para formar a película (GENTIL, 2007).

A oxidação também é um mecanismo para a formação da película. A evaporação de solventes ocorre nesse caso também. Porém, é a reação da resina com o oxigênio (O2) do ar que forma a película com as propriedades físico-químicas desejáveis. De maneira simples, ocorre uma atuação química do oxigênio nas duplas ligações dos ácidos graxos insaturados presentes nos óleos vegetais. Assim, o veículo fixo dessa tinta contém esses óleos. Óleos vegetais são exemplos de resinas que formam película por oxidação (GENTIL, 2007).

Outra maneira de formar-se a película é através da reação química de polimerização por condensação à temperatura ambiente. Nesse caso, as resinas são fornecidas pelo fabricante em dois componentes. Esses, só devem ser misturados quando a tinta for aplicada, pois quando juntos inicia-se uma reação química, formando uma solução pronta para ser aplicada. Resinas epóxi formam película dessa maneira (GENTIL, 2007).

Quando a película forma-se por meio de calor, isso ocorre por polimerização térmica. São exemplos, os silicones e tintas em pó (GENTIL, 2007).

OUTRAS TINTAS E REVESTIMENTOS

Vernizes

Um verniz é um tipo de solução coloidal, apigmentada, feita de resinas sintéticas e/ou naturais em um meio dispersor. É usado como revestimento protetor e/ou para fins decorativos de diversas superfícies formando uma película transparente, que acentua a textura da superfície revestida. Sua secagem é por evaporação, oxidação e polimerização de partes de seus constituintes. Por serem apigmentados, os vernizes são menos resistentes à luz que as tintas, os esmaltes e as lacas pigmentadas (SHREVE; BRINK JR., 2008).

Lacas

As lacas são uma composição de recobrimento baseada num material sintético, termoplástico, formador de película, dissolvido em solventes orgânicos, que seca primordialmente pela evaporação desses solventes. São confundidas com esmaltes (tintas que formam uma película lisa). O revestimento de móveis explora intensamente as lacas (SHREVE; BRINK JR., 2008).

Polímeros

Materiais polímeros frequentemente são usados como revestimentos. Esses compostos orgânicos, quimicamente baseados no carbono, no hidrogênio e em outros elementos não metálicos (como o O, N, e Si), apresentam algumas vantagens sobre outros materiais. Eles têm peso reduzido, fácil transporte e instalação, resistência a agentes corrosivos, flexibilidade e são atóxicos. Como desvantagem, possuem pouca resistência aos solventes e à temperatura (CALLISTER JR., 2008).

Além da aplicação direta, muitos dos componentes presentes nos materiais (no caso das tintas, as resinas) são polímeros. Revestimentos muito comuns são látex, os quais são suspensões estáveis de pequenas partículas insolúveis de polímeros dispersos em água (CALLISTER JR., 2008).

Uma grande vantagem dos polímeros é que eles não contêm grandes quantidades de solventes orgânicos (CALLISTER JR., 2008).

IMPACTOS AMBIENTAIS

O processo produtivo das tintas gera impactos ambientais, assim como à geração de efluentes e o próprio uso dos produtos (YAMANAKA, et al., 2006).

As operações de lavagem de recipientes de cores diferentes necessitam da adição de certas substâncias, como água e solventes em solução de NaOH. Com isso, são gerados efluentes que contêm altas concentrações de solventes e sólidos suspensos, geralmente coloridos, que requerem tratamento. Essas substâncias contidas nos efluentes podem acarretar sérias catástrofes quando presentes em mananciais, tais como problemas no tratamento de água, desequilíbrios de pH, além de impedir a transferência de oxigênio da atmosfera para o meio hídrico (YAMANAKA, et al., 2006).

Nesse contexto, os fabricantes têm tomado ações visando produzir tintas mais sustentáveis, mesmo que ainda não tenha regras aqui no Brasil. Isso é o reflexo do mercado por produtos menos poluentes e menos agressivos para a saúde (PLANETA SUSTENTÁVEL).

CONCLUSÃO

As tintas são preparações, geralmente lí­quidas, usadas para conferir beleza, valor de mercado a produtos manufaturados e proteção aos materiais. O que começou na antiguidade, no período paleolítico, quando o homem represen­tava nas paredes das cavernas o seu cotidiano, tornou-se uma importante indústria. A finalidade estética continua; todavia, a necessidade de pre­servação dos materiais sofisticou as tintas ao longo dos anos. A fabricação dessas depende da finalidade a que se destinam. Mas, basicamente, as tintas são formadas por pigmentos, veículo fixo, solventes e aditivos. Operações unitárias físicas – como mistura, diluição, moagem, filtra­gem e envase – dão origem ao produto final. Junto com o desenvolvimento tecnológico e cres­cimento do setor, a necessidade de fabricação de produtos cada vez mais sustentáveis foram tor­nando-se imprescindíveis. Isso, porque a fabrica­ção de tintas gera alguns resíduos, emitem parti­culados para a atmosfera e, sobretudo, a lavagem das latas com NaOH gera efluentes líquidos que necessitam de tratamento.

Apesar de ser, em grande parte, um pro­cesso empírico, a produção de tintas e correlatos tem grandes perspectivas. Visto que o Brasil é um dos cinco maiores mercados mundiais (ABRAFATI, 2010), o crescimento da demanda por tintas é o mais propício.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABRAFATI. O setor de tintas no Brasil.Associação Brasileira dos fabricantes de tintas. Disponível em: http://www.abrafati.com.br/bn_conteudo_secao.asp?opr=94. Acesso em: 06 de novembro de 2010.

.BÍBLIA. Português. Gênesis capítulo 6. Bíblia sagrada. Tradução de João Ferreira de Almeida. São Paulo, 1969.

CALLISTER Jr., W. D. Características, aplicações e processamento de polímeros. Ciência e engenharia de materiais – uma introdução. 7. ed. Rio de Janeiro, 2008. p. 380-421.

GENTIL, V. Revestimentos não-metálicos orgânicos – Tintas e polímeros. Corrosão. 5. ed. Rio de Janeiro, 2007, p.253-280.

LOPERA, J. A.; ANDRADE, J.M.P. ANTÓN, P. A pré-história. In: HISTÓRIA GERAL DA ARTE. Pintura I. São Paulo, 1995, p.21-26.

LUZ, A. B.; SAMPAIO, J. A.; ALMEIDA, S. L. M. Cominuição. Tratamento de minérios. Rio de Janeiro, 2004. p. 113-128.

PLANETA SUSTENTÁVEL. Tintas Saudáveis. Desenvolvimento Sustentável. Disponível em: http://planetasustentavel.abril.com.br/noticia/desenvolvimento/conteudo_486696.shtml. Acesso em: 06 de novembro de 2010.

RICHARDSON, J. F.; HARKER, J. H.; BACKHURST. J. R. Particle Size Reduction and Enlargement. Chemical Engineering - Particle technology and separation processes. 5. ed. Amsterdam, 2002. p. 95-107.

SHREVE, R. N.; BRINK Jr., J. A. Indústrias de tintas e correlatos. Indústrias de processos químicos. 4. ed. Rio de Janeiro, 2008. p. 339-356.

YAMANAKA, H. T.; BARBOSA, F. S.; BETTOL, N. L. A.; TAMDJIAN, R. M. M.; FAZENDA, J.; BONFIM, G.; FURLAMETI, F.; SILVA, L. E. O.; MARTINS, J.; SICOLIN, C.; BEGER, R. Tintas e Vernizes. São Paulo, 2006. 70p.

Disciplinas:

Introdução à Engenharia Química

Metodologia Científica para Engenharia Química

Comentários