COALESCENTES DE BAIXO ODOR E BAIXO VOC

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1 COALESCENTES DE BAIXO ODOR E BAIXO VOC Autores: Juliane Pereira Santos, Fábio Rosa, Silmar Balsamo Barrios, Lais Helena Vieira, Luiz Henrique de Freitas, Flavio Fumio Nakashima, Everton Vieira Dantas, Gilberto Alberto da Silva, Robson André Pagani, Paulo de Jesus Cunha Filho, Carlos Roberto Tomassini, Nádia Andrade Armelin, André Luís Conde Empresa: Oxiteno S/A Indústria e Comércio INTRODUÇÃO Atualmente, em virtude das legislações ambientais que controlam a emissão de compostos orgânicos voláteis (VOCs: Volatile Organic Compounds) para atmosfera, existe uma demanda crescente por coalescentes que permitam formular tintas de baixo VOC. Coalescentes são aditivos, normalmente, usados em formulações de tintas, vernizes e adesivos à base de água. Os coalescentes 1,2 são solventes que plastificam a fase polimérica presente nas formulações de tintas, vernizes e adesivos, diminuindo a sua Tg e favorecendo a formação de filmes contínuos e homogêneos em diversas condições de temperatura e umidade. Os coalescentes precisam ter parâmetros de solubilidade compatíveis com os parâmetros de solubilidade da fase polimérica a ser plastificada e não podem desestabilizar as partículas de polímero, pigmentos e cargas presentes nas formulações de tintas. Outro quesito importante é a eliminação do coalescente do filme. Os coalescentes precisam ser suficientemente voláteis para serem eliminados, pelo menos parcialmente, durante a secagem dos filmes, preferencialmente após a evaporação da água. De acordo com a Diretiva Européia 2004/42/CE 3, os coalescentes com ponto de ebulição maior que 250 C, isentos de contaminantes com ponto de ebulição menor que 250 C, são considerados isentos de VOC. A Diretiva Europeia não proíbe o uso de coalescentes classificados como VOC, ela apenas define os teores máximos de VOC que podem estar presentes em tintas e vernizes. Os teores máximos de VOC estabelecidos pela Diretiva Européia para algumas tintas arquitetônicas à base de água são apresentados na Tabela 1.

2 Tabela 1- Teores máximos de VOC em tintas e vernizes definidos pela Diretiva Européia 2004/42/CE. Produtos Teor máximo (g/l) de VOC na Fase 1 ( a partir de 01/01/2007) Teor máximo (g/l) de VOC na Fase 2 Tintas foscas para paredes e tetos internos (brilho < 60 ) Tintas brilhantes para paredes e tetos internos (brilho > 60 ) Tintas para substrato mineral externas Tintas para arremates e painéis internos/externos de madeira ou metal Vernizes para madeira (interno/externo) A Diretiva Européia 2004/42/CE define que o teor de VOC presente nos produtos da Tabela 1 seja determinado através de método cromatográfico descrito na ISO Além da Diretiva Européia 2004/42/CE, a Norma do Green Seal (Selo Verde) 4 também tem motivado o desenvolvimento de coalescentes com baixo VOC. A Norma do Green Seal define o teor máximo de VOC em produtos para construção civil que possuem o Selo Verde de qualidade. Os produtos com Selo Verde de qualidade são destinados às construções verdes (Green Buildings). De acordo com a Norma do Green Seal, os coalescentes que possuem ponto de ebulição maior que 280 C, isentos de compostos voláteis com ponto de ebulição < 280 C, são considerados isentos de VOC. Os teores máximos de VOC em tintas recomendados pela Norma do Green Seal são mostrados na Tabela 2. Tabela 2- Teores máximos de VOC em tintas estabelecidos pelo Green Seal.

3 Produtos Tintas foscas (brilho < 60 ) Tintas não-foscas (brilho > 60 ) Teor máximo (g/l) de VOC Tintas para piso 40 Outra característica importante das tintas, além de seu teor de VOC, é o odor. Tintas de baixo odor para pintar ambientes internos de hospitais, restaurantes, escolas, hotéis e casas são muito valorizadas pelo consumidor final. Para atender às necessidades do mercado de tintas a Oxiteno desenvolveu coalescentes de baixo odor e ponto de ebulição maior 280 C que permitem formular tintas contendo baixo odor e mínimo teor de VOC. Os coalescentes desenvolvidos são de origem petroquímica, linha ULTRASOLVE, e renovável, linha ULTRAFILM ECO.

4 METODOLOGIAS A seguir serão apresentados os métodos empregados para caracterizar os coalescentes, látices e tintas contendo os coalescentes estudados no presente trabalho. PONTO DE EBULIÇÃO As análises de ponto de ebulição foram realizadas segundo NBR 9292/91. TEOR DE CARBONO VERDE Definiu-se o teor de carbono verde com base em cálculo teórico definido pela quantidade de carbono verde em relação à quantidade de carbono total presente na fórmula molecular do produto. DENSIDADE As análises de densidade foram realizadas no equipamento de marca Metler modelo DE-40. SOLUBILIDADE EM ÁGUA interna. As análises de solubilidade em água foram determinadas seguindo metodologia TMFF As análises de TMFF foram executadas de acordo com a Norma ASTM D Utilizando um extensor modelo E de quatro faces da marca TKB e equipamento de marca Rhopoint modelo Bar 60. LAVABILIDADE As análises de lavabilidade foram realizadas em um equipamento de modelo Abrasion Tester AG-8100 da marca BYK Gardner, de acordo com a Norma ABNT NBR

5 BRILHO As análises de brilho foram executadas em equipamento de modelo Micro-Tri Gloss da marca BYK Gardner, de acordo com a Norma ABNT NBR RESULTADOS E DISCUSSÃO As propriedades dos coalescentes de baixo odor e baixo VOC das linhas ULTRASOLVE e ULTRAFILM ECO são apresentadas na Tabela 3. Tabela 3 Propriedades dos coalescentes da Linha ULTRAFILM ECO. Coalescentes Teor de Ponto de Carbono Densidade Ebulição Renovável (g/ml) ( C) (%) ULTRASOLVE > 280 1,10 ULTRAFILM 1000 ECO ,00 ULTRAFILM 3000 ECO ,85 Os resultados de TMFF de látex estireno-acrílico padrão, TMFF em torno de 20 C, contendo 1 % de diferentes coalescentes, são mostrados na Figura 1. Os resultados de TMFF indicam que os coalescentes de baixo VOC das linhas ULTRASOLVE e ULTRAFILM ECO possuem elevado poder de plastificação em comparação ao coalescente petroquímico convencional. O poder de plastificação de um coalescente está relacionado com sua capacidade de interagir com as cadeias poliméricas e aumentar o volume livre entre as cadeias poliméricas 1,2. Esse aumento do volume livre entre as cadeias resulta em um aumento da mobilidade das cadeias poliméricas que favorece a coalescência 1,2, interdifusão das cadeias poliméricas de uma partícula para outra, e a formação de um filme contínuo e homogêneo. Dessa forma, a afinidade do coalescente pelo polímero tem um impacto muito forte no seu poder de plastificação. De acordo com os resultados apresentados na Figura 1, todos os coalescentes de baixo VOC apresentam afinidade pela fase polimérica, entretanto, o coalescente ULTRAFILM 3000 ECO

6 apresenta o maior poder de plastificar o polímero estireno-acrílico investigado no presente trabalho. Figura 1- TMFF de látex estireno-acrílico contendo 1 % de coalescente petroquímico e coalescentes de baixo odor e baixo VOC das linhas ULTRASOLVE e ULTRAFILM ECO. Conforme mencionado anteriormente, o coalescente ULTRASOLVE P280 é de origem petroquímica enquanto que os coalescentes ULTRAFILM 1000 ECO e ULTRAFILM 3000 ECO são de origem renovável. Em relação ao VOC, os coalescentes ULTRASOLVE P280 e ULTRAFILM 1000 ECO possuem baixo VOC em relação à Diretiva Européia e Norma do Green Seal enquanto que o ULTRAFILM 3000 ECO é considerado baixo VOC segundo a Diretiva Européia. A seguir serão apresentados alguns resultados de avaliação de desempenho dos coalescentes ULTRASOLVE P280 e ULTRAFILM 1000 ECO em tintas Premium fosca e semi-brilho. Os resultados de lavabilidade de tintas foscas Premium contendo látex estirenoacrilico e ULTRASOLVE P280 como coalescente são mostrados na Figura 2. Os resultados de lavabilidade obtidos indicam que o ULTRASOLVE P280 gera tintas foscas com resistência à abrasão úmida maior que tintas foscas condo coalescente petroquímico convencional.

7 Figura 2 Lavabilidade de tinta Premium fosca, PVC ~ 55 %, contendo coalescente petroquímico, monoéster do ácido isobutírico e 2,2,4-trimetilpentano-1,3-diol, e ULTRASOLVE P280. Avaliação comparativa da lavabilidade de tintas semi-brilho contendo ULTRAFILM 1000 ECO e coalescente petroquímico convencional é mostrada na Figura 3. Os resultados de lavabilidade apresentados na Figura 3 indicam que tintas semi-brilho contendo ULTRAFILM 1000 ECO apresentam resistência à abrasão 40 % maior que tintas contendo coalescente petroquímico convencional. A resistência à abrasão úmida, determinada através do ensaio de lavabilidade, depende da resistência mecânica do filme 5, influenciada pela coalescência das partículas 1,2 e distribuição de pigmentos e cargas ao longo do filme, e da sua resistência à água, influenciada pela distribuição das espécies hidrofílicas ao longo do filme 6. Os resultados obtidos sugerem que o ULTRAFILM 1000 ECO está favorecendo a interdifusão das cadeias poliméricas, coalescência, e não está influenciando negativamente a distribuição dos pigmentos, cargas e espécies hidrofílicas 7 ao longo do filme.

8 Figura 3 Lavabilidade de tintas semi-brilho, PVC ~ 30 %, contendo coalescente petroquímico, monoéster do ácido isobutírico e 2,2,4-trimetilpentano-1,3-diol, e ULTRAFILM 1000 ECO. Avaliação comparativa de brilho de tintas semi-brilho contendo ULTRAFILM 1000 ECO e coalescente petroquímico convencional é apresentada na Figura 4. Figura 4 60 de tintas semi-brilho, PVC ~ 30 %, contendo coalescente petroquímico, monoéster do ácido isobutírico e 2,2,4-trimetilpentano-1,3-diol, e ULTRASOLVE 1000 ECO. Os resultados de brilho das tintas semi-brilho também sugerem que o ULTRAFILM 1000 ECO está favorecendo a interdifusão das cadeias poliméricas e consequentemente

9 gerando filmes com menor rugosidade em comparação aos filmes provenientes de tintas semi-brilho contendo coalescente petroquímico convencional. Em função disso, os filmes de tinta semi-brilho contendo ULTRAFILM 1000 ECO promovem uma maior reflexão da luz 8 em comparação às tintas semi-brilho contendo coalescente convencional resultando em aumento de brilho em torno de 40 % para o ângulo de reflexão de 60. CONCLUSÕES 1. Formulações de tintas contendo coalescentes de baixo odor e baixo VOC das linhas ULTRASOLVE e ULTRAFILM ECO permitem: a. Formular tintas de baixo odor que atendam os limites de VOC definidos pela Diretiva Européia e Norma do Green Seal; b. Obter tintas Premium foscas com maior resistência à abrasão úmida que tintas contendo coalescentes petroquímicos convencionais; c. Obter tintas semi-brilho com lavabilidade e brilho muito superior às tintas contendo coalescentes convencionais. 2. Formulações de tintas contendo os coalescentes da linha ULTRAFILM ECO possuem maior teor de carbono renovável em comparação às formulações contendo coalescentes petroquímicos convencionais. REFERÊNCIAS 1. Keddie, J.L.; Film Formation of Latex, Materials Science and Engineering R: Reports 1997, R21, Steward, P.A; Hearna, J.; Wilkinson, M.C.; An overview of polymer latex film formation and properties; Advances in Colloid and Interface Science 2000, 86, Directiva /42/CE DO PARLAMENTO EUROPEU E DO CONSELHO de 21 de Abril de GS-11-Green Seal Environmental Standard for Paints and Coatings, Second Edition, May 12, Richard, J; Maquet, J.; Dynamic micromechanical investigations into particle/particle interfaces in latex films. Polymer 1992, 33(19),

10 6. Zhao, Y.; Urban, M. W.; Phase Separation and Surfactant Stratification in Styrene/n-Butyl Acrylate Copolymer and Latex Blend Films. 17. A Spectroscopic Study, Macromolecules 2000, 33, Juhué, D.; Wang, Y. C.; Lang, J.; Leung, O.M.; Goh, M.C.; Winnik, M.A.; Surfactant exudation in the presence of a coalescing aid in latex film studied by atomic-force microscopy, J. Polym. Sci. Part B 1995, 33(7), Poth, U.; Schwalm, R.; Schwart, M.; Acrylic Resins, Vicentz Network: Hanover (2011).