Desenvolvimento de Tintas - Base água

Desenvolvimento de Tintas - Base água

(Parte 2 de 3)

China:

As primeiras tintas de escrever foram provavelmente inventadas pelos antigos egípcios e chineses. As datas exatas dessa invenção são desconhecidas. Manuscritos de cerca de 2.000 a. C. comprovam que os chineses já conheciam e utilizavam nanquim. No oriente, os persas utilizavam goma arábica como ligante e os chineses uma cola fraca com o mesmo propósito. Os japoneses também usavam uma serie de pigmentos que consistia desde pó de ouro a plantas da região, elaborando cores que seriam usadas em pinturas sobre porcelanas. Roma:

Os romanos aprenderam a técnica de fabricar tinta com os egípcios. Exemplares de tintas e pinturas romanas podem ser vistos nas ruínas de Pompéia. Por volta do século V a.C. os romanos utilizaram pela primeira vez na história o alvaiade como pigmento. Após a queda do Império Romano, a arte de fabricar tintas perdeu-se, sendo retomada pelos ingleses somente no final da Idade Média.

Idade Média:

Na Idade Média, o aspecto "proteção" começa a ganhar importância. Os ingleses usavam as tintas, principalmente, em igrejas e, depois, em prédios públicos e residências de pessoas importantes. Durante os século XV e XVI, artistas italianos fabricavam pigmentos e veículos para tintas. Nessa época, a produção de tinta era particularizada e altamente sigilosa. Cada artista ou artesão desenvolvia seu próprio processo de fabricação de tinta. Tratadas como se fossem um "segredo de Estado", as fórmulas de tintas eram enterradas com seu inventor.

Revolução Industrial: expansão e produção em larga escala

No ápice da Revolução Industrial, final do século XVIII e início do XIX, os fabricantes de tintas começaram a usar equipamentos mecânicos. Os primeiros fabricantes, entretanto, apenas preparavam os materiais para tinta, fornecendo-os para os pintores, que compunham suas próprias misturas. Em 1867, os fabricantes introduziram as primeiras tintas preparadas no mercado. O desenvolvimento de novos equipamentos de moer e misturas tintas no final do século XIX também facilitou a produção em larga escala.

Século XX: a tecnologia a serviço das tintas

Durante Primeira e Segunda Guerras Mundiais, período considerado pelos historiadores bastante fértil para ciência, químicos desenvolveram novos pigmentos e resinas sintéticas. Esses pigmentos e veículos substituíram ingredientes das tintas, como óleo de linhaça, necessário para fins militares. Pesquisas desenvolvidas por químicos e engenheiros tornaram-se atividade importante na fabricação de tinta. No final da década de 50, químicos criaram tintas especiais para pintura de exteriores, novos tipos de esmaltes para acabamento de automóveis e tintas à prova de gotejamento para superfícies externas e internas. Nos anos 60, a pesquisa continuada com resinas sintéticas conferiu às tintas maior resistência contra substâncias químicas e gases. Foi nessa época, que as tintas fluorescentes se popularizaram. Devido à descoberta de envenenamento, por chumbo, de muitas crianças após terem comido lascas de tinta seca, na década de 1970 os governos de alguns países impuseram restrições ao conteúdo de chumbo nas tintas de uso doméstico, limitando-o a cerca de 0,5%. Durante o século XX a evolução do conhecimento acerca dos pigmentos, tintas e vernizes foram ininterruptos, chegando aos dias atuais a utilização de tintas a base de água.

3 – METODOLOGIA

No processo de fabricação de tintas a base água, foram utilizados os seguintes componentes nas seguintes quantidades:

COMPONENTES

 

 

 

PRODUTOS

 

Função

 

 

 

Água limpa

0,500g

 

Nitrito de sódio

0,001g

Inibidor de corrosão

Espessante

0,004g

Viscosidade da tinta

Hidróxido de amônia

0,004g

Alcalinizante (regula pH)

Dispersante

0,007g

 

Umectante

0,002g

Umectação da tinta

Umectante

0,003g

 

Anti-espumante

0,003g

Quebrar as bolhas

 

 

 

Bentonita

0,008g

 

Carbonato de Cálcio Ppt

0,160g

Cobertura seca

Dióxido de titânio

0,260g

Pigmento branco

Agalmatolito # 625

0,340g

Carga mineral

 

 

 

Água limpa

0,272g

 

Aguarras

0,02g

Secagem

Texanol

0,024g

Formação do filme

Hidróxido de amônia

0,003g

 

Bactericida

0,004g

Conservância da tinta na embalagem

Fungicida

0,004g

Age na tinta seca (aplicada)

Umectante

0,003g

 

Resina acrílica

0,360g

Ligante

Anti-espumante

0,004g

 

Espessante

0,014g

 

4– COMPOSIÇÃO BÁSICA DAS TINTAS

As tintas são constituídas basicamente de resina, pigmento e carga, solventes e aditivos. As características do acabamento (pintura) desejado irão depender intimamente das propriedades físico-químicos de cada um destes componentes.

3.1 – Resina

As tintas são usualmente conhecidas pelo tipo de resina usada. Alguns exemplos são: tinta a óleo, laca nitrocelulose, poliéster, esmalte acrílico e outras. As resinas também são conhecidas como ligantes, agregantes ou formadores de película, pois as partículas de resina não evaporam durante a secagem, elas se juntam as partículas de pigmentos e cargas para formar o filme de tinta.

As resinas conferem características como dureza, flexibilidade, resistência a abrasão, resistência a álcalis e adesão.

As resinas são oligômeros ou polímeros. Os Polímeros são macromoléculas formadas a partir de unidades estruturais menores (monômeros) e possuem alta massa molecular. Polímeros com massa molecular muito elevado são designados altos polímeros, enquanto os de baixa massa molecular são chamados de oligômeros (do grego: poucas partes).

As resinas podem ser de origem vegetal, como o látex e o breu e de origem mineral como a rafaelita e a resina de carvão ou sintéticas como a alquídica, a acrílica, o poliéster, o poliuretano, a epóxi, a melamina, a uréia, a fenólica, a vinílica e outras.

Quanto ao seu estado físico, as resinas podem ser sólidas ou líquidas. Em geral, quanto maior a massa molecular media do polímero, menor será sua reatividade, dureza e melhor será sua resistência ao escorrimento.

As Resinas, dependendo de sua reatividade, do tipo de reações e da sua composição, podem ser classificadas em termoplásticas (quando o filme de tinta pode ser revertido novamente em resinas), ou em termofixas (quando não há mais possibilidade de reversão). As resinas usadas na indústria de tintas, normalmente são oligômeros e polímeros de baixa massa molecular media, usados isoladamente ou em combinação com outras resinas.

Durante o processo de secagem ocorrem reações entre as resinas, formando polímeros tridimensionais através de ligações cruzadas que influenciam diretamente em algumas propriedades, tais como resistência química, dureza, flexibilidade e resistência ao impacto, este é o processo de reticulação.

4.1.1 – Resina acrílica

Polímeros formados pela polimerização de monômeros acrílicos e metacrílicos; por vezes o estireno é copolimerizado com estes monômeros. A polimerização destes monômeros em emulsão (base de água) resulta nas denominadas emulsões acrílicas usadas nas tintas látex. A polimerização em solvente conduz a resina indicada para esmaltes termoconvertíveis (cura com resinas melamínicas) ou em resinas hidroxiladas para cura com poliisocianatos formando os chamado poliuretânicos acrílicos.

4.2 – Pigmentos, cargas e corantes

O efeito estético visual das tintas esta diretamente ligado a cor e ao brilho apresentados apos a cura ou secagem. Para obter e controlar estas propriedades são usados três tipos de compostos na formulação: corantes (corantes solúveis), pigmentos (corantes insolúveis) e cargas (incolores).

4.2.1 – Corantes

Os Corantes ou anilinas são produtos de natureza orgânica com origem sintética, solúveis em solventes polares e apolares, que conferem cor, mas não conferem opacidade (poder de cobertura) a tinta, ou seja, propiciam a formação de um filme colorido e transparente.

Os corantes se fixam na superfície que vão colorir através de mecanismos de adsorção, ou ligações iônicas e covalentes enquanto que 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 revestimento.

4.2.2 – Pigmentos

Os Pigmentos são produtos constituídos de partículas sólidas, insolúveis nas resinas, que, quando dispersos, conferem cor e opacidade (poder de cobertura) a tinta. Podem ser Orgânicos, Inorgânicos e pigmentos de efeito.

Ex: Ftalocianinas (Azuis e Verdes), Quinacridonas (Vermelhos), Negro Fumo, etc.

Função: Proteger a película pela reflexão da radiação ultravioleta destrutiva, para fortalecer a película e atribuir-lhe um aspecto estético. Os pigmentos devem possuir as seguintes propriedades: opacidade e bom poder de cobertura, molhabilidade pelo óleo, inércia química, atoxidez ou toxidez baixa, e custo razoável.

Pigmentos inorgânicos: Em geral, são espécies químicas mais estáveis que estruturas orgânicas, o que lhes confere maior resistência a raios ultravioletas, energia solar. Ex: O dióxido de titânio, amarelo óxido de ferro, vermelho óxido de ferro, cromatos e molibidatos de chumbo, negro de fumo, azul da Prússia, etc.

O dióxido de titânio (TiO2): introduzido na indústria de tintas em 1920 é, até hoje, o principal pigmento branco usado na fabricação de tintas. É campeão de vendas em virtude de seu baixo custo por unidade de poder de cobertura. É comercializado nas formas cristalinas de rutilo e anastásio e amplamente empregado em tintas de exteriores e também em esmaltes e lacas. Uma tinta branca típica de exterior contém cerca de 40% de pigmento, dos quais 60% de TiO2, 5% de ZnO e 25% de fíleres, como mica, sílica, silicatos ou CaCO3. Esta formulação tem uma vida dilatada graças a um esfarelamento controlado (autolimpeza) e apresenta uma boa superfície para uma demão posterior. Cerca de 50% do TiO2 consumidos são usados em tintas, vernizes e lacas.

Pigmentos orgânicos: Os pigmentos orgânicos apresentam estruturas mais complexas que os inorgânicos, são obtidos através de sínteses orgânicas complexas e apresentam tamanho de partículas muito pequenas. Contem grupos cromóforos, ou seja, que tem a capacidade de absorver radiação em um determinado comprimento de onda determinando sua cor. Ex: Azul ftalocianinas azul e verde, quinacridona violeta e vermelha, perilenos vermelhos, toluidina vermelha, aril amídicos amarelos, etc.

Pigmentos de efeito: alumínio metálico, mica, etc.

4.2.3 Cargas

As cargas são produtos inorgânicos constituídos de partículas sólidas, insolúveis no veiculo (resinas), que quando dispersos, não conferem cor e nem opacidade a tinta, pois são translúcidas. Tem baixíssimo poder de cobertura. Podem ser usadas para ajustar brilho, aumentar o teor de sólidos e modificar a as características de escoamento (reologia). Exemplos: Carbonatos (CaCO3) usados como inibidores de acidez do veiculo da tinta, sulfatos (BaSO4), de baixa absorção de óleo e boa inércia química, silicatos (MgO.SiO2.nH2O) como o talco e o caulim, que são os mais usados pela excelente inércia química.

4.3 – Solventes

São substâncias voláteis, quimicamente estáveis, neutros e normalmente incolores, que possuem a capacidade de dissolver outros materiais, sem alterar suas propriedades químicas. Como são voláteis, não fazem parte do filme seco de uma tinta. Suas principais funções em uma tinta são: solubilização das resinas, aplicabilidade da tinta, ajuste da viscosidade e auxiliar na formação do filme e controlar a secagem. Normalmente os solventes de lavagem, por razões comerciais e ecológicas, são recuperados através de decantação ou de destilação.

O Poder de Solvência e a capacidade que o solvente possui de dissolver um determinado produto (resina ou sistema de resinas). Obviamente que depende da afinidade química entre o solvente e o produto a ser dissolvido. Ex: Uma resina alquídica longa em óleo é dissolvida por hidrocarbonetos alifáticos enquanto uma resina alquídica curta em óleo não. Sempre relativamente a um determinado tipo de resina ou de um sistema de resinas, podemos classificar os solventes quanto ao seu poder de solvência em:

 Fortes ou Verdadeiros: São aqueles que dissolvem ou são miscíveis em quaisquer proporções com uma determinada resina. Ex: solventes oxigenados como cetonas, ésteres, éter e solventes de função mista.

 Médios ou Latentes: São aqueles que só de dissolvem ou se misturam com uma resina em conjunto com outro(s) solvente(s) latente(s), em determinadas proporções. Ex: álcoois.

 Fracos ou Diluentes: São aqueles que não dissolvem e nem se misturam com uma resina, isoladamente ou em conjunto com outros diluentes ou solventes latentes. Ex: Xileno, Tolueno, Solvesso 100 (mistura de hidrocarbonetos).

A Taxa de Evaporação reflete a velocidade que um determinado solvente consegue evaporar em determinadas condições como massa, área, temperatura, pressão e outras, ou seja, serve para indicar o tempo em que o solvente permanece no filme de tinta.

 Leves (ou aceleradores): aqueles que apresentam taxa de evaporação alta, ou seja, evaporam muito rapidamente. Por isso, não podem ser usados como único solvente de uma tinta, pois ao evaporar causa intenso resfriamento na superfície do filme facilitando a condensação de água;

Médios: aqueles que apresentam taxa de evaporação em torno dos principais solventes de esmaltes e vernizes automotivos;

 Pesados (ou Retardadores): aqueles que apresentam taxa de evaporação baixa, ou seja, demoram para evaporar. Por isso são usados em pequenas quantidades para auxiliar no nivelamento do filme.

O Parâmetro de Solubilidade da uma idéia da energia das ligações intermoleculares pode ser decomposto em três forcas:

 Forcas de London – esquematizadas pela força de dipolo induzido em moléculas apolares.

 Forcas de atração – devido à polaridade das moléculas (Moléculas Polares).

 Forcas de ligação de Hidrogênio (Moléculas Polares: H com O, F, Cl, Br, N, etc.) – Estas forcas são fracas em relação às ligações entre os átomos de uma molécula, mas garantem a coesão do meio e, sem elas, os líquidos e mesmo muitos sólidos existiriam somente no estado gasoso.

4.4 – Aditivos

São substancias de características diversas, sólidos ou líquidos, que são adicionados em pequenas quantidades para conferir a tinta propriedades específicas, que não são conseguidas com seus componentes principais (pigmentos, resinas e solventes). Somente devem ser usados quando necessários e em quantidades cuidadosamente determinada e na ordem correta de adição. Um antisedimentante deve ser sempre adicionado na fase de pré-mistura, antes da dispersão dos pigmentos, já um antipele deve ser adicionado imediatamente antes do envasamento. Esses componentes podem ser divididos em quatro grupos:

 Agentes de Cinética: secantes, catalizadores e antipeles: Secantes aceleram a cura da tinta. Os catalisadores proporcionam um diferente mecanismo de reação, em geralsão usados para reduzir a energia de ativação aumentando a velocidade de reação. Os catalisadores não são consumidos durante a reação, ou seja, permanecem inalterados no final do processo.OBS: Deve ficar bem claro que, na indústria de tintas, normalmente o 2º componente de tintas Poliuretano é conhecido como Catalisador. Este nome, embora consagrado pelo uso, não está correto, pois o 2º componente (Isocianato) participa da reação, fazendo parte do polímero formado (poliuretano).

 Agentes de Reologia: espessantes, niveladores e antiescorrimento: São produtos que tem a propriedade de regular a fluidez das tintas. Caracterizam-se pela grande capacidade de formação de ligações de hidrogênio, que conferem a tinta uma viscosidade aparente (maior),

evitando a sedimentação e prevenindo o escorrimento no processo de aplicação. Ex: para tintas látex: Carboximetilcelulose e Hidroxietilcelulose, para tintas base solventes: Bentonitas, Sílicas coloidais, Caulins tratados com aminas, produtos derivados de mamona hidrogenada.

 Agentes de Processo: surfactantes, dispersantes: Favorece a dispersão homogenia dos pigmentos através de repulsão eletrostática mantendo os pigmentos com a mesma carga. Este mecanismo é empregado em dispersões ou emulsões à base de água. Outra forma de favorecer a dispersão é através do processo de impedimento estérico, ou seja, os aditivos possuem elementos estruturais específicos em sua cadeia que são afinicos de pigmentos polares e compatíveis com resinas apolares, formam micelas. Também funcionam como humectantes.

 Agentes de Preservação: biocidas, anti-raios Ultra Violeta, Antioxideantes: Entre eles existem os aditivos antipeles que são produtos voláteis usados para evitar a formação de película superficial em tintas de secagem ao ar, retardando o processo de oxidação. Por serem voláteis, evaporam durante a aplicação permitindo que o filme aplicado seque normalmente. Ex: Metiletilcetoxima, Ortometoxifenol. Os antigelificantes evitam a formação de gel: borracha clorada. Ex: Epicloridrina.

Os bactericidas e fungicidas: Utilizados em tintas látex para evitar a degradação da tinta na lata e após ter sido aplicada. São muito usados os compostos de mercúrio, mas a tendência e substituí-los por outros menos tóxicos.

Os antioxidantes: São produtos que inibem a oxidação e previnem o amarelamento em tintas de cores claras (brancas), bloqueando os radicais formados devido à exposição da tinta (polímero) a altas temperaturas. Os aditivos anti-raios ultra violeta são produtos que tem a propriedade de inibir a degradação do filme devido a ação dos raios U.V. Os raios U.V. tem energia suficiente para “quebrar” ligações químicas, formando radicais (que são muito reativos), dando início a reações em cadeia que pode degradar todo o filme de tinta.

5 – PRODUÇÃO DE TINTAS – Base água

Nos sistemas base de água a parte líquida é preponderantemente a água.

As tintas aquosas e os seus complementos, utilizados na construção civil, são exemplos marcantes, pois representam 80% de todas as tintas consumidas por esse segmento de mercado.

Estes produtos denominados genéricamente de produtos látex são baseados em dispersões aquosas poliméricas (emulsões) tais como: vínílicas, vinil acrílicas, acrílicas, estireno-acrílicas, etc.

A parte volátil das tintas látex é constituída por 98% de água e 2% de compostos orgânicos (valores médios).

As cargas minerais são particularmente importantes na produção de tintas látex para a construção civil; sob o ponto de vista quantitativo representam uma parte importante da composição dessas tintas.

Em tintas industriais, os sistemas aquosos estão adquirindo uma importância crescente; o primer eletroforético utilizado na pintura original automotiva é um dos exemplos mais importantes. Algumas tintas de acabamento automotivo também são aquosas.

(Parte 2 de 3)

Comentários