Tintas: Novas tendências mudam formulação dos solventes

QD publica artigo de colaborador da Eastman acerca das modificações necessárias para a formulação de tintas em acordo com novas normas ambientais

A indústria de revestimentos está desenvolvendo novas tecnologias que cumpram os requisitos necessários para concorrer no mercado global, onde é prioritário considerar, mais que as tradições, as regras de produção e de consumo locais. Por exemplo: companhias globais demandam que seus fornecedores regionais sigam as regras ambientais aplicáveis às suas regiões matrizes.

Para um fornecedor de tintas na América Latina, essa tendência está expressa na necessidade de formular produtos com altos teores de sólidos, usar componentes não tradicionais ou respeitar limites de compostos orgânicos voláteis (VOC), mesmo quando esses requisitos não se aplicam no país de produção ou de consumo.

O presente artigo apresenta um resumo das tendências na formulação de tintas com alto teor de sólidos, e revê as mudanças na disponibilidade de alguns produtos tradicionais na formulação de tintas em acordo com regras ambientais.

A fronteira entre altos e baixos teores de sólidos não foi definida exatamente. Aproximadamente 30% de peso molecular de sólidos nos sistemas tradicionais produz uma viscosidade que impede sua aplicação. Portanto, é necessário examinar os solventes para determinar se há produtos que possam reduzir a viscosidade do sistema.

Em tintas, existem dois tipos de considerações necessárias para formular sistemas de solventes: a atividade da substância e sua taxa de evaporação. A atividade é a capacidade de um solvente para dissolver uma resina específica. Existem três classificações de atividade solvente: os solventes ativos (ésteres, cetonas glicol éteres, e ésteres glicol éter), os solventes latentes (álcoois) e os solventes diluentes (hidrocarbonos). A taxa de evaporação também é um elemento indispensável para controlar as propriedades de aplicação da tinta.

São utilizadas três classificações de taxas de evaporação para facilitar o projeto de sistemas de solventes: os sistemas rápidos, com taxa de evaporação maior que 3,0 (acetato de n-butilo = 1,0); os medianos, entre 0,7 e 3,0; e os lentos, com índices menores que 0,7. Considerando as duas dimensões da função dos solventes, é possível projetar um sistema adequado para revestimentos diferentes.

O desafio de formular tintas de altos teores de sólidos consiste em conseguir a elevação da fração dos sólidos mantendo a viscosidade e as propriedades de aplicações constantes. Para atingir esse objetivo, é necessário mudar a composição do sistema, utilizando mais solventes ativos no lugar de diluentes e reduzindo os componentes de rápida evaporação.

A tabela I contém as propriedades de alguns dos solventes disponíveis com propriedades importantes para tintas com alto teor de sólidos.

Química e Derivados: Tintas: untitled-3. ©QDMAK e MIAK apresentam propriedades muito similares, como evaporação lenta e elevada atividade solvente para resinas acrílicas, de poliéster, de melamina, alquídicas, isocianato, epóxi, nitrocelulose e acetato butirato de celulose. A menor diferença entre os dois está no fato de que MAK não possui tanta atividade, enquanto MIAK não consta na lista de contaminantes perigosos dos EUA. O etil-3-etoxipropionato (EEP) é um éter-éster que também possui taxa de evaporação lenta, além de uma característica muito interessante: uma taxa de difusão relativamente alta.

A estrutura linear do EEP permite o movimento rápido das moléculas durante a secagem. Essa capacidade confere um desenvolvimento veloz de dureza, em comparação com outros solventes semelhantes. O propionato de n-butilo e o IBIB são ésteres úteis para substituir o xileno. Eles têm taxa de evaporação parecida à do xileno, porém são solventes mais ativos que os hidrocarbonetos. Ao substituir o xileno por estes ésteres, a viscosidade do sistema diminui e aumenta-se o nível de sólidos, mantendo-se a viscosidade desejada. O IBIB tem baixo custo em comparação com outros tipos de ésteres similares. O propionato de n-butilo é mais caro, porém é mais ativo e emite odor mais agradável.

Na tabela 2, é apresentada a comparação de uma tinta reformulada para aumentar o teor de sólidos. Constam mudanças importantes na composição das resinas e solventes. A reformulação usa CAB 551-0,01, em lugar de CAB 551-0,2, para a redução da viscosidade, e não incorpora acetato de isobutilo ou lactose 9300. Esses são os solventes mais rápidos; a lactose 9300, por sua vez, é um diluente. Esses elementos diminuem a taxa de evaporação e aumentam a concentração de solventes ativos. Finalmente, há mais MAK que MEK na reformulação, o que permite manipular a taxa de evaporação sem mudar a atividade dos solventes.

Química e Derivados: Tintas: untitled-2. ©QDAlternativas – Em 2002, a Dow Chemical Co., o maior fornecedor mundial, anunciou que descontinuaria a produção de etilenoglicol etil éter (etil celosolve ou EE) e de acetato de etilenogligol etil éter (acetato de etil celosolve ou EE acetato). A saída da Dow precipitou a procura por alternativas. A tabela 3 mostra uma comparação entre as propriedades de EE e EE acetato, e os solventes disponíveis com propriedades similares.

O etilenoglicol propil éter (EP) é uma excelente alternativa para o EE, pois tem parâmetros de solubilidade e uma taxa de evaporação muito parecidos. Por outro lado, o EP não apresenta os problemas de toxicidade do EE. Contudo, ambos os solventes são éteres de etilenoglicol e aparecem na lista de contaminantes perigosos de algumas regiões. Para evitar essas restrições, é possível usar propilenoglicol metil éter (PM), porém as propriedades do PM não se aproximam tanto às do EE como no EP.

É mais difícil encontrar uma alternativa ao acetato de EE. Os parâmetros de solubilidade do acetato PM são muito similares aos do acetato EE. Contudo, a taxa de evaporação do acetato PM é o dobro do acetato EE. O EEP tem uma taxa de evaporação mais baixa que o acetato EE, e há diferenças entre os parâmetros dos acetatos EEP e EE, porém, em estudos realizados o EEP demonstrou ser a melhor alternativa.

É certo que o acetato PM tem uma taxa de evaporação maior que a do EEP, no entanto, sua estrutura linear provoca liberação da película da tinta mais rápida, em comparação ao acetato PM. Além do mais, o EEP produz, em geral, um acabamento com mais brilho, se comparado com o acetato EE ou com o acetato PM. Além disso, a tensão superficial do EEP é menor, o que aumenta o espalhamento e a nivelação.

É difícil substituir um solvente, devido à quantidade de propriedades que são afetadas. No caso do EE e o acetato EE, as melhores alternativas provavelmente são EP, em lugar de EE, e EEP, em lugar do acetato EE.

Regras ambientais – Até agora, a legislação ambiental na América Latina tem sido escassa e, infelizmente, não são vislumbradas mudanças importantes para o futuro. Fatores externos como a globalização, os requisitos de clientes multinacionais e a implementação do padrão internacional ISO 14000 tornam impossível ignorar as regras ambientais de outras regiões. Neste espaço não é possível tratar definitivamente todas as regras existentes, porém há algumas tendências e desenvolvimentos importantes que devem ser considerados.

O conceito básico em todas as regras ambientais é a definição de volatilidade. É importante notar que não existe qualquer acordo entre as diversas regiões. Nos EUA, por exemplo, a definição de um VOC é a quantidade de material que se evapora em uma hora, a 100ºC, enquanto que na Europa representa qualquer material que tem um ponto de ebulição menor que 250ºC. Nessa situação, há produtos como o texanol éster-álcool, classificado como 100% volátil nos EUA e como não volátil na Europa.

Outro ponto a ser considerado são as pressões políticas, que tornam ainda mais variável a definição de volatilidade. Recentemente houve na Europa proposta para mudar o limite de volatilidade para 280ºC, sem sucesso. Desconsiderando os detalhes, qualquer definição de volatilidade regional torna necessário considerar quase todos os solventes no cálculo de VOC. Com as definições mais amplas, não é possível alcançar as reduções em VOC que as regras exigem, porém há uma maneira de excluir alguns solventes do cálculo de VOC.

Um dos princípios básicos na implementação de regras ambientais é a redução de nível de formação de ozônio na atmosfera. Atualmente, é tendência em controle ambiental considerar todos os solventes diferentes entre si, e portanto, com fotorreatividades variáveis. Nos EUA, são excluídos do cálculo de VOC os materiais cuja fotorreatividade seja menor que a do etano. Por esse parâmetro, a acetona, o acetato de metila, o cloreto de metileno, o l,l,l-ticloroetileno e o p-clorobenzotrifluoreto não são computados no cálculo feito naquele país, e, por isso, são utilizados em tintas.

Com o uso de solventes isentos é possível formular produtos adequados aos níveis permitidos de VOC. Esses solventes produzem menos que 0,22 gramas de ozônio no ar por grama de material, em condições ideais para a formação de ozônio. Esta propriedade é conhecida como reatividade incremental máxima (RIM) de um composto orgânico.

As últimas tendências em regulamentação ambiental apontam para a implementação de limites à RIM em determinados produtos. Com tal regulamentação, um formulador poderá utilizar qualquer mistura de solventes desejada em qualquer nível de sólidos, sempre e quando a RIM não ultrapassar esse limite. Nos EUA, somente o estado da Califórnia adotou a medida, contudo o governo americano já estuda a possibilidade de que a RIM seja a próxima evolução em regulamentação ambiental.

Química e Derivados: Tintas: untitled-1. ©QDEm suma, o uso dos solventes é tão antigo como o das tintas. Há uma forte tendência a limitar ou eliminar o seu uso, com o intuito de maior eficiência de aplicação, controle de custos, considerações de higiene industrial e redução do impacto ambiental. Apesar das pressões para a redução do uso de solventes industriais, ele continua, e continuará no futuro. Portanto, os fornecedores de tintas que desejam participar do mercado mundial, com clientes multinacionais, terão que informar-se sobre as regulamentações mais recentes no uso de solventes se quiserem ser competitivos.

Química e Derivados: Tintas: . ©QD Foto - Cuca JorgeO AUTOR

Marcos Basso, bacharel em química com MBA em Tecnologia do Conhecimento e Inovação pela faculdade de economia e da administração da Universidade de São Paulo,é gerente de vendas para a região Mercosul da Eastman do Brasil.

Para mais informações,visite o site www.performancesolventes.com

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