14 o. CONGRESSO INTERNACIONAL DE TINTAS REGULADORES DE PH BASE SILICONE: ALTA EFICIÊNCIA, ZERO-ODOR E ZERO VOC Pedro Lazzarin Marani, Ana Kelly Vieira Wacker Química do Brasil Palavras-chave: Regulador de ph, Zero-Odor, Zero-VOC RESUMO Um dos maiores desafios que a indústria de tintas enfrenta atualmente é aliar um bom desempenho à sustentabilidade, sem que isso impacte o custo das formulações. Inúmeras matérias-primas encontram-se disponíveis no mercado, agregando esses dois fatores às tintas arquitetônicas, porém os diversos componentes interagem entre si afetando negativamente seus efeitos. Dentre esses muitos componentes pode-se destacar o regulador de ph, já que muitos dos produtos existentes no mercado possuem outras funcionalidades laterais que influenciam no desempenho da resina, do dispersante, do antiespumante e do biocida, entre outros. Neste contexto, o desenvolvimento de reguladores de ph base silicone trouxe diversas vantagens como consequência de sua alta capacidade alcalinizante, aliando desempenho melhorado, redução de custos de formulação e sustentabilidade. Sua principal característica é a de serem produtos Zero-Odor e Zero-VOC, garantindo a possibilidade de serem desenvolvidas tintas sem cheiro ou de baixo VOC, um dos grandes desafios dos produtores brasileiros. Ademais, devido ao seu alto ph, ao redor de 14, esses produtos possuem um maior poder alcalinizante, reduzindo em até 75% a de regulador de ph, dependendo da formulação avaliada. Além de poder ser utilizado em diversos sistemas (Estireno-Acrílico, 10 Acrílico, Vinil-Acrílico, VeoVA ou VA-E) e níveis de PVC, por serem silicones, esses produtos também auxiliam na formação do filme, atuando como agente reticulante, mesmo que em pequena escala, e acarretando em uma melhora nos resultados de resistência à água, lavabilidade e manutenção de cor (quando utilizados pigmentos inorgânicos). Adicionalmente, apresentam excelentes resultados de estabilidade de
armazenamento e de compatibilidade com as demais matérias-primas utilizadas, incluindo biocidas, antiespumantes e dispersantes, em níveis equivalentes aos encontrados para os demais reguladores de ph encontrados no mercado. INTRODUÇÃO As mudanças econômicas ocorridas no Brasil na última década acarretaram em significativas alterações no mercado de construção local: desenvolvimento de novos produtos com maior qualidade, mais eficientes ou de liberação mais rápida, além da necessidade do aperfeiçoamento da mão-de-obra para a aplicação destes produtos inovadores. Por conta desta especialização, teve-se como consequência também uma menor disponibilidade com aumento do custo desta mão-de-obra. Esse cenário foi observado principalmente no mercado de pinturas residenciais, acarretando em um aumento da modalidade faça você mesmo (DIY, do it yourself). Neste caso, a necessidade de produtos com característica de sem odor passa a ser muito maior. Paralelamente a isso, existe uma tendência local e mundial de produtos mais sustentáveis e menos agressivos ao meio ambiente. Uma das características que mede a sustentabilidade das tintas é a quantidade de compostos orgânicos voláteis, VOC (do inglês Volatile Organic Compounds), que são compostos que podem ser liberados ao meio ambiente e impactá-lo negativamente. Diversas matérias primas impactam tanto as características de odor quanto VOC; principalmente as resinas acrílicas, o coalescente, os dispersantes, os modificadores reológicos, os preservantes e os reguladores de ph. Vários destes materiais já são encontrados nas suas versões baixo odor ou baixo VOC, com maior ou menor variedade, dependendo da classe do produto. Dentre as diversas matériasprimas em uma formulação de tintas, pode-se destacar os reguladores de ph, pois nem todas as opções disponíveis no mercado agregam as características de Zero- Odor, Zero-VOC e bom desempenho tanto no ajuste do ph quanto em outras características das tintas; a tecnologia mais utilizada são os amino-álcoois, porém de alto custo para os produtores. Silicones são materiais desenvolvidos a partir de modificação química do silício metálico (Tomanek, 1990) e tem sua utilização em tintas de três maneiras distintas: (i) ação como antiespumante, (ii) agente redutor da absorção de água e (iii) agente
hidrorrepelente, aumentando o ângulo de contato da água sobre o filme da tinta (Pachaly, Achenbach, Herzig, & Mautner, 2005). Uma das classes de silicone mais utilizada em aplicações industriais no mundo são os Siliconatos, sais oriundos de silanos, que são utilizados majoritariamente em tratamento hidrofóbico de materiais cerâmicos e em extração de petróleo (Pachaly, Achenbach, Herzig, & Mautner, 2005). Devido ao seu alto ph, ao redor de 14, recentemente, avaliou-se o uso de Siliconatos, mais especificamente o Metil-Siliconato de Potássio, cuja estrutura química está descrita na Figura 1, como reguladores de ph. Em sua forma de solução em água, com teor de sólidos de 54%, tem-se um produto com características de Zero-Odor e Zero-VOC. Figura 1 Estrutura química do Metil-Siliconato de Potássio MATERIAIS E MÉTODOS Foram realizados em laboratório uma avaliação comparativa do Metil-Siliconato de Potássio e de um amino-álcool de mercado, também de característica Zero-Odor e Zero-VOC, considerando 4 diferentes sistemas: - Estireno-Acrílico (S-A), PVC 75%; - Estireno-Acrílico (S-A), PVC 6; - Acetato de Vinila-Etileno (VA-E), PVC 75%; - Acetato de Vinila-Etileno (VA-E), PVC 5. Os diferentes sistemas foram avaliados com relação à seguintes características e propriedades: - Dosagem utilizada do regulador de ph; - Resistência à lavabilidade; - Estabilidade do ph após 3 meses; - Viscosidade após 28 dias;
O Metil-Siliconato de Potássio também foi enviado como amostra a diversos clientes na região do sudeste asiático para comparação da de utilização frente a amino-álcoois também de característica Zero-Odor e Zero-VOC em diversos tipos de formulação, com variados sistemas (Estireno-Acrílico, S-A, 10 Acrílico, A- A, Vinil-Acrílico, V-A, e VeoVA) e PVCs. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados obtidos em laboratório comparando o Metil-Siliconato de Potássio e o amino-álcool de mercado estão descritos na Tabela 1. O valor de referência foi considerado como o amino-álcool de mercado e a variação foi referente ao Metil-Siliconato de Potássio; para os testes de estabilidade de ph e de manutenção de viscosidade foram considerados somente os resultados do Metil-Siliconato de Potássio. Tabela 1 Resultados comparativos obtidos em laboratório entre o Metil-Siliconato de Potássio e amino-álcool de mercado. Sistema/PVC S-A, 75% S-A, 6 VA-E, 75% VA-E, 5 Dosagem utilizada Resistencia à lavabilidade Estabilidade do ph Manutenção de viscosidade - 22% - 31% - 13% - 27% + 47% + 23% + 4 + 19% - 5% - 4% - 6% - 5% + 15% + 13% + 18% + 14% Dos resultados apresentados na Tabela 1, três características do Metil- Siliconato de Potássio podem ser destacadas: (i) O produto, devido ao seu alto ph, ao redor de 14, apresentou uma menor de utilização frente ao amino-álcool de mercado. É importante salientar que essa redução é mais significativa em sistemas de mais baixos PVCs, devido a uma maior quantidade de resina nesses sistemas. (ii) O produto apresentou uma melhora significativa nos resultados de lavabilidade frente ao amino-álcool de mercado. Isso é oriundo da interação entre o Metil-Siliconato de Potássio com a parte mineral da tinta, atuando de modo similar a uma resina de silicone, porém em menor escala; desta maneira, as partículas minerais
sofreram um processo de reticulação em muito pequena escala, porém suficiente para auxiliar a incrementar a resistência do filme da tinta. Por contar com uma menor parcela de material mineral, esse resultado foi observado em menor magnitude nos casos de menores PVCs. (iii) A estabilidade do ph e a manutenção da viscosidade observadas estão dentro dos níveis esperados e equivalentes aos observados para o amino-álcool de mercado. Paralelamente a esse estudo, o produto foi enviado como amostra para diversos clientes na região do sudeste asiático para comparação da de utilização frente a amino-álcoois também de característica Zero-Odor e Zero-VOC. OS resultados estão descritos nas Tabelas 2 a 5. O valor de referência foi considerado como o amino-álcool de mercado e a variação foi referente ao Metil-Siliconato de Potássio Tabela 2 Resultados encontrados para sistemas Estireno-Acrílico Alto PVC (>6) - 4 Média Outros comentários - 13% - Médio PVC (40-6) - 2-2 - Baixo PVC (>4) - 5-4 - Alto PVC (>6) Médio PVC (40-6) Baixo PVC (>4) Tabela 3 Resultados encontrados para sistemas 10 Acrílico Média Outros comentários Cliente reportou melhor desenvolvimento de cor - 15% Cliente reportou melhor brilho Cliente reportou menor brilho - 2-22% Cliente não observou atividade como codispersante - 5 Cliente não observou - 4-48% atividade como codispersante - 75%
Tabela 4 Resultados encontrados para sistemas Vinil-Acrílico Média Outros comentários Alto PVC (>6) - Médio PVC (40-6) - Médio PVC (40-6) Tabela 5 Resultados encontrados para sistemas VeoVA - 1 Média - 1 Outros comentários Cliente reportou menor brilho Ao se comparar os resultados em sistemas S-A obtidos em laboratório com os obtidos em avaliação dos clientes, observaram-se casos tanto onde a redução na utilizada foi maior (em clientes 4 frente a 22% em laboratório em alto PVC), menor (em clientes 2 frente a 31% em laboratório em médio PVC) e até não se observou redução na de utilização ( de redução em dois casos de alto PVC). Esses fatos nos mostram que o desempenho do Metil-Siliconato de Potássio é dependente de diversos outros componentes na formulação, onde podem ser destacados os tipos e as quantidades de dispersante, preservante, antiespumante e modificador reológico utilizados, além do ph natural dos componentes inorgânicos presentes na formulação. Por outro lado, a tendência de maior redução na de utilização em menores PVCs também foi observada nos testes em clientes, considerando-se o valor médio dentro de uma mesma classificação de PVC. Ao se comparar os resultados para os diferentes sistemas (S-A, A-A, V-A, VA-E e VeoVA), pode-se dizer que o Metil-Siliconato de Potássio tem resultado eficiente na redução de do regulador de ph em todos os casos analisados. É possível identificar tendências de variação de consumo baseado na química de cada um dos polímeros e a quantidade de grupos ácido presentes em cada um deles, porém conforme mencionado acima, existem outros componentes nas formulações de uma tinta que alteram essa de utilização. Em todos os casos analisados não foram observados efeitos colaterais significantes que impossibilitaram seu uso; as duas principais características não observadas no Metil-Siliconato de Potássio frente a amino-álcoois de mercado pelos clientes foram um menor desenvolvimento de brilho e a não atividade como co-dispersante. Por outro lado, um cliente com sistema 10
acrílico e alto PVC reportou um melhor desenvolvimento de cor para o Metil-Siliconato de Potássio, característica essa que pode ser melhor explorada no futuro. É importante frisar que em nenhum dos casos analisados foi observado um aumento na de utilização do regulador de ph, garantindo uma maior eficiência do Metil-Siliconato de Potássio frente a amino-álcoois de mercado. Desta forma, pode-se então considerar o Metil-Siliconato de Potássio como um regulador de ph de alta eficiência, aliando também as características de Zero-Odor e Zero-VOC. CONCLUSÕES O Metil-Siliconato de Potássio pode ser utilizado como regulador de ph Zero- Odor e Zero-VOC. Seu alto ph em solução aquosa, próximo a 14, faz com que possa ser utilizado como um componente de alta eficiência, permitindo redução de de utilização em diversos sistemas (S-A, A-A, VA-E, V-A e VeoVA) e PVCs. É possível afirmar que, conforme menor o PVC, maior sua eficácia de alcalinização e menor a utilizada. É importante salientar que essa redução na de utilização é variável e dependente do tipo de resina utilizada e também de diversos outros componentes de uma formulação, como dispersantes, preservantes, antiespumantes e modificadores reológicos, além do ph natural dos componentes inorgânicos utilizados. Além de sua alta eficiência de alcalinização o produto traz consigo a capacidade de prover uma melhora nos resultados de lavabilidade do filme seco, causada por sua atividade similar a uma resina de silicone, atuando como agente reticulante em pequena escala junto às partículas minerais presentes na tinta, porém suficientemente para incrementar a resistência do filme. O produto também apresentou estabilidade de ph e manutenção de viscosidade de acordo com os valores esperados e em nível similar a amino-álcool de mercado. BIBLIOGRAFIA Pachaly, B., Achenbach, F., Herzig, C., & Mautner, K. (2005). Silicones. Weinhein: Wiley-VCH. Tomanek, A. (1990). Silicones & Industry: A compendium for practical use, instruction and reference. Munich: Hanser.