Estudo comparativo de tintas e vernizes na flexografia: curável por raios ultravioletas e à base de solventes Ana Paula Alves da Silva 1, a, Aline Resmini Melo 1,b, Carolina Resmini Melo 1,c. 1 Engenharia Química, Faculdade Satc - Rua Pascoal Meller, 73. CEP: 88805-380, Criciúma, SC, Brasil. a alves.anapaula@hotmail.com, b aline.melo@satc.edu.br, c carolina.melo@satc.edu.br Resumo: Com o desenvolvimento de uma nova tecnologia para a flexografia, a indústria de impressão revoluciona seu conceito com o meio ambiente. Isso se deve as tintas e vernizes curáveis por UV. Estas são compostas de monômeros, oligômeros, aditivos e os fotoiniciadores, sendo os últimos os principais responsáveis pela reação de polimerização e consequente cura do produto. A cura acontece através de radicais livres dos fotoiniciadores, formados com a exposição à luz ultravioleta, que possibilitam a reação de polimerização com os monômeros e oligômeros. A principal característica desta cura é não haver a necessidade de eliminação de solventes no ar, o que favorece ao meio ambiente. Porém, foram encontradas também outras vantagens que se sobrepuseram às comumente utilizadas, à base de solventes. Palavras-Chave: Flexografia; Curáveis por UV; VOC. 1. Introdução Com a intenção de cessar a emissão de gases de compostos orgânicos voláteis (VOC) na atmosfera, a indústria flexográfica desenvolveu uma tecnologia que atende a este requisito e que surpreendeu com a gama de outros benefícios que pode oferecer. Esta promete garantir as características necessárias para a qualidade de impressão, bem como equiparar os custos com o que atualmente é usado. Com este contexto foi feito um estudo comparativo com as tintas flexográficas a base de solvente que são utilizadas pela maioria das indústrias no setor de embalagens. 2. Revisão Bibliográfica Com a eminente preocupação de alguns países em diminuir a emissão de compostos orgânicos voláteis (VOC), os fabricantes de tintas para impressão buscaram soluções em uma nova tecnologia. A mesma vem ganhando mercado por substituir as convencionais tintas à
base de solventes por um sistema considerado ambientalmente correto. A tecnologia mencionada é a de cura por radiação ultravioleta (UV) [1]. 2.1. Flexografia Segundo Ávila [2], a flexografia consiste na impressão direta no substrato e para que essa impressão seja possível são necessários clichês adequados, cilindro porta clichê, cilindro de anilox, um raspador e um suporte de tinta. A tinta depositada no suporte é transferida para o anilox que, juntamente com o raspador, possibilita a passagem necessária de tinta para o cilindro com o clichê. Este, por sua vez, imprime no substrato o que foi confeccionado no clichê. O esquema explicado é ilustrado na Fig. 1 [2]. Figura 1 Esquema de impressão flexográfica. Fonte: LOYOLA, (2013). Disponível em: <http://repositorio.roca.utfpr.edu.br>. Acesso em: 29 jul. 2015. [3] Conforme Loyola [3], clichê é uma matriz que permite imprimir sempre a mesma imagem. Este é colocado sobre o porta clichê. O anilox é o responsável por transportar a tinta na quantidade certa para os clichês, portanto possui grande importância no processo e no seu resultado final [3].
Para desenvolver a formulação dessas tintas são estudadas as principais áreas de atuação da mesma, bem como a sua gama de aplicações, tudo levando em consideração a relação custo-benefício. Segundo Bardi [4] e Medeiros [5], para que o produto final seja curável por UV, a formulação do mesmo deve conter os componentes citados a seguir. O fotoiniciador é o responsável pelo início da cura, para a escolha devem ser considerados fatores como altura da camada, teor de pigmentação, lâmpada utilizada, etc. A compatibilidade da lâmpada com o fotoiniciador tem um papel fundamental nesse momento, pois somente com o comprimento de onda compatível é que o produto irá curar totalmente, também é relevante que a intensidade de luz seja suficiente para a cisão e consequente formação de radicais livres. O oligômero é o responsável por características fundamentais e específicas de tintas e vernizes UV, são essas: resistência física e química, flexibilidade, dureza, além de ser o determinante da velocidade de cura necessária. Os monômeros têm como principal função o ajuste de viscosidade, porém também possui propriedades parecidas com o oligômero, ajudando na aderência, flexibilidade, velocidade de cura e resistência. Os aditivos promovem ao produto características específicas, determinadas conforme a necessidade a que será destinada. 2.2. Cura Entende-se por cura UV a reação de fotoiniciadores que fazem um verniz/tinta líquido, instantaneamente, se tornar um filme sólido através da exposição em luz ultravioleta [4]. Esta reação acontece devido à insaturações presentes nos fotoiniciadores. A exposição a esta luz faz com que as ligações duplas se quebrem formando, assim, radicais livres, que por sua vez iniciam as reações de polimerização juntamente com os monômeros e oligômeros, tornando-se sólido em segundos [4]. Figura 2 Reação de cura provocada por fotoiniciador.
Fonte: http://www.atbcr.com.br/uv-eb.html. 3. Procedimentos Experimentais Neste artigo foi feito um estudo comparativo entre as já utilizadas tintas à base de solvente, consumida pela maioria da indústria de impressão flexográfica, com uma nova tecnologia livre desses compostos. Alguns aspectos principais foram analisados a partir de coletas de informações e comparações entre as mesmas. 3.1. Quanto a emissão de gases Conforme relatório apresentado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia [6] foi realizada uma estimativa de emissões médias por ano no Brasil através de um valor já conhecido. Este valor é de 0,7 kg/capita/ano e representa a média dessas emissões dos gases nos principais países, principalmente da Europa, podendo ser aplicado no Brasil como base de estimativa, aponta. Segundo o censo de 2010 a população era composta por 190.732.694 habitantes, portanto, estimou-se a partir de cálculos a emissão no Brasil, em 2010, em torno de 133.512.885, 8 kg [6]. Este estudo foi feito com tintas que possuem solventes em sua formulação e, consequentemente emitem VOCs no ar. Portanto, uma solução cabível, para a eliminação deste problema na área de impressão, seria a substituição por um sistema livre de solventes. A tecnologia UV, portanto, atende a estas expectativas não necessitando ter quaisquer solventes voláteis entre seus componentes pois sua cura acontece através da polimerização com raios ultravioleta e não com a evaporação dos compostos orgânicos voláteis.
3.2. Quanto ao brilho As tintas estudadas foram comparadas quanto ao brilho que apresentam, estas são características importantes para caracterizar a variabilidade de utilidade das mesmas. Conforme análises feitas em laboratório com uma amostra de verniz UV e uma tinta à base de solvente, sendo estas aplicadas sobre o substrato, a comparação de brilho é feita com análise visual e observou-se que o verniz UV apresentou maior brilho que a tinta a base de solvente. 3.3. Quanto à cura em temperatura ambiente Segundo Fazenda [7] a cura em temperatura ambiente apresenta vantagens singulares. Afirma que, além de economizar energia calorífica, a gama de aplicabilidade nos substratos aumenta, isso porque abrange não só os substratos comuns, mas também os termossensíveis. Como não é necessária a evaporação do solvente para a cura, não há necessidade de elevação da temperatura, esta que chegaria na faixa de 50ºC a 250ºC, salienta. 4. Resultados e Discussões As tintas e vernizes UV obtiveram resultados mais satisfatórios em comparação com as a base de solventes. Isso se deve por essa tecnologia garantir uma série de vantagens em relação ao meio ambiente, à economia de produto, à produtividade, além de possibilitar melhores resultados na qualidade de impressão. Como resultado em relação as emissões de VOCs foi observado que os produtos a base de solvente apresentaram, segundo estimativa, 133.512 toneladas em 2010. Quantidade que poderia ser evitada se essas tintas não emitissem tais componentes no ar. Portanto, a importância que esta tecnologia UV possui para o meio ambiente já é comprovada através desses valores. Para qualidade de impressão a tinta curável por radiação ganha mais resultados positivos. Como descrito no artigo, os experimentos de comparação com as compostas por solventes orgânicos voláteis, ilustraram, através de análise visual, maior brilho para as UV. Comprovando, com isso, que a qualidade não foi igualada, mas elevada. Essas tintas apresentaram não só as especificações que já eram atendidas pelas já usadas a base de solventes, mas qualificaram ainda mais o mercado de impressão.
Todavia, para a comparação feita com o tempo de cura, as UV se sobressaíram prometendo cura em baixa temperatura. Pois, enquanto os produtos dependem da volatização do solvente para a cura completa, o que pode levar a temperatura de até 250ºC, a tecnologia UV promove uma cura completa em temperatura ambiente. Essa vantagem possibilita uma economia de energia calorífica, diminuindo assim os custos em processo, e também permite a utilização de mais tipos de substratos, não deixando a tecnologia tão limitada. 5. Conclusões Com base nos resultados obtidos as tintas UV possuem vantagens que, este estudo mostrou serem maiores que as tintas já convencionalmente usadas, a base de solventes. As emissões seriam reduzidas em mais de 133 mil toneladas, quantidade que era eliminada na atmosfera com o sistema a base de solvente e que seria diminuído ou até mesmo nulo com a utilização desta nova tecnologia. Outro fator a ser considerado é o brilho elevado por parte das curáveis por UV, um fator que veio para contribuir com os benefícios que esta já trazia. E como consequência da cura por radiação é não haver mais necessidade de se elevar a temperatura para que esta possa acontecer. Com as reações de polimerização que acontecem pela exposição da luz, todo o processo pode acontecer à temperatura ambiente, garantindo menor consumo de energia elétrica e variada possibilidade no uso dos substratos. Portanto, analisou-se, por comparação, que as tintas e vernizes UV apresentaram mais vantagens que as a base de solventes em todos os aspectos analisados. Entretanto, existem outros fatores que poderiam ser considerados para trabalhos futuros como a análise geral do custo desse processo e até as desvantagens que podem ser encontradas em processos como este. Referências Bibliográficas [1] MUNHOZ, M. M. L. BARDI, M. A. G. MACHADO, L. D. B. CONGRESSO BRASILEIRO DE POLÍMEROS, 11., 2011, Campos do Jordão. Avaliação De Formulações De Revestimentos Poliméricos Curáveis Por Radiação Ultravioleta/Feixe De Elétrons e Seus Componentes Por Análise Térmica. Campos do Jordão, Sp, 2011. 6 p. Disponível em: <https://www.ipen.br/biblioteca/2011/eventos/18010.pdf>. Acesso em: 14-jul-2015.
[2] ÁVILA, A. S. Desenvolvimento técnico do processo flexográfico. 2006. Disponível em: <http://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/68815?show=full>. Acesso em: 29 jul. 2015. [3] LOYOLA, R. O. Processo de impressão flexografica aplicada ao papel ondulado. 2013. 64 f. Monografia (Especialização) - Curso de Curso de Especialização em Embalagem, Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2013. Disponível em: <http://repositorio.roca.utfpr.edu.br/jspui/bitstream/1/3623/1/ct_ceemb_2012_1_11.pdf>. Acesso em: 29 jul. 2015. [4] BARDI, M. A. G. Avaliação do ambiental gerado por tintas gráficas curadas por radiação ultravioleta ou feixe de elétrons em materiais para embalagens plásticas convencionais ou biodegradáveis pós-consumo. 338 f. Tese (Doutorado) - Curso de Tecnologia Nuclear, Universidade de São Paulo, São Paulo, 2014. Disponível em: <http://www.researchgate.net/profile/marcelo_bardi/publication/275715511_assessment _OF_ENVIRONMENTAL_IMPACT_OF_ULTRAVIOLET_RADIATION_OR_ELECTRO N_BEAM_CURED_PRINT_INKS_ON_PLASTIC_PACKAGING_MATERIALS/links/554 514850cf23ff716869913.pdf>. Acesso em: 14-jul-2015. [5] MEDEIROS, S. Tintas e vernizes uv: conceitos e controle de processo. Disponível em: <http://www.graunagroup.com/q_apostila_curauv_conceitos_controle_processo.pdf>. Acesso em: 20 jul. 2015. [6] BRASIL. MINISTÉRIO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA. Emissões de gases de efeito estufa nos processos industriais e por uso de solventes. Brasília, 2006. [7] FAZENDA, J. M. R. (Org.). Tintas e vernizes: Ciência e Tecnologia. 3. ed. São Paulo: Edgard Blücher, 2005.