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relatorio sobre a industria quimica de tintas e vernizes
Tipologia: Resumos
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Processos Industriais Orgânicos II
Alexia Cardoso de Oliveira 1701998 Gabriella Araujo Ferracioli 1700970 Guilherme Henrique Ferreira 1700449 Izabela Latorre 1404521 Paloma Carboneri 1701216 Wanderlei da Silva Freitas 1005951 Jundiaí, Maio de 2021
As primeiras pinturas foram criadas por pessoas em tempos pré-históricos. Eles usaram sangue, argila, solo, plantas, pedras e ossos do solo para pintar o corpo e as paredes da caverna. Logo, eles perceberam que precisavam de um elemento de "cola" para fixar a pintura no lugar e torná-la mais durável. Este problema é resolvido com gorduras animais e sucos vegetais. Desde os tempos antigos, os egípcios conhecem materiais que lhes conferem cores fortes e brilhantes, enquanto os chineses e japoneses usam a tinta - o primeiro tipo de tinta para escrever. Na Europa medieval, a pintura era algo importante e as pessoas ricas usavam apenas em igrejas, prédios públicos e nas casas das autoridades. Os grandes artistas do Renascimento, como Michelangelo e Leonardo da Vinci, criaram eles próprios as cores das pinturas e as mantiveram em segredo. Os revestimentos que utilizamos hoje, sejam para pulverização de residências, automóveis, móveis, eletrodomésticos e outros produtos, ou para revestir as mais diversas instalações e estruturas industriais, seguem todos a mesma fórmula básica criada em tempos pré-históricos e utilizam pigmentos e adesivos. Mas, com o apoio do laboratório, utilizam tecnologia avançada, matérias-primas de alta complexidade e equipamentos sofisticados, sendo fabricados de forma moderna na indústria química 2.1 Tintas no mundo A tinta tem sido usada para fins estéticos há muitos séculos. Posteriormente, quando as medidas de proteção foram introduzidas em países da América do Norte e da Europa com condições climáticas mais severas, o aspecto da proteção tornou-se mais importante. A sua utilização nas áreas da higiene e iluminação é fruto da ciência e da maquinaria moderna. 2.2 Arte pré-histórica Os arqueólogos descobriram pinturas em cavernas e gravuras rupestres que datam da era pré-glacial. Alguns desenhos são feitos com óxido de ferro natural ou uma única cor vermelha. Os materiais usados por outros artistas do período Paleolítico incluem cal, carvão, vermelho ou amarelo ou pedra e argila verde. A técnica utilizada é simples, pois a cor é preparada com os próprios dedos e às vezes é pressionada entre as pedras. Obviamente, esses designs não têm durabilidade, exceto em ambientes favoráveis (como designs de cavernas). Os melhores espécimes foram achados em Altamira, Espanha, onde um desmoronamento, provavelmente no final da última Era Glacial, havia selado uma caverna por milhares de anos.
Tinta é o nome concedido a uma composição química em estado líquido, que tem como principal objetivo colorir objetos ou superfícies. Existem muitas formas de utilização deste material em diversos setores industriais, como por exemplo a produção de automóveis, artes de todos os tipos, equipamentos e também na construção civil. Basicamente se consiste em uma mistura de pigmentos e cargas em uma resina que se transforma em uma película fixa, de textura fosca ou brilhante, que tem a finalidade de dar proteção, revestimento ou estética no local onde será sobreposta. A tinta que não contém pigmento é conhecida como verniz, que tem como objetivo manter a superfície que foi aplicado da mesma cor e mais protegido e com um grau maior de brilho, a substancia tem a característica de ser bastante oleosa em estado líquido, e quando entra em contato com oxigênio, seca ou volatiza. Embora sua origem e descoberta não seja clara, tinha como principal função a proteção das madeiras dos barcos do povo greco-romano. Ao longo do tempo, foi descoberto que era possível obter pigmentos da própria natureza e usá-los como formato de tinta, combinando os mesmos com outros elementos para fixar as cores. A tinta tem diversas formas de aplicação e é muito comum em nosso dia a dia, seja em automóveis, papeis impressos, obras de arte, etc. Porém uma de suas mais marcantes utilizações é no ramo da construção civil. A pintura é usada na construção civil com o intuito de promover proteção e acabamento a superfície, também oferece melhor higienização e controle das luzes dos ambientes. Por este motivo a aplicação da substância na superfície é de extrema importância, já que criam uma camada protetora ligada ao substrato. Tornando assim, o primeiro revestimento a sofrer com choques, reações de materiais químicos, umidade do ar, luminosidade ou mudanças climáticas. Quanto ao verniz, o material tem quase o mesmo nível de aplicação que a própria tinta, é muito utilizado em quase todo ramo industrial e tem como principal objetivo dar proteção a superfície aplicada e também embeleza-la, por este motivo é muito comum vermos sua utilização na indústria automotiva.
Entre os pigmentos inorgânicos estão os cromatos de zinco que são pigmentos de grande importância devido às suas propriedades anticorrosivas. Eles podem ser obtidos de duas formas, resultando em diferentes produtos. Uma delas é por meio da adição de uma solução de dicromato de sódio (ou potássio) a uma suspensão de óxido de zinco em meio ácido, gerando o amarelo de zinco. A outra forma se dá pela adição de ácido crômico à suspensão de óxido de zinco, na qual obtém-se o cromato básico de zinco. As duas reações estão apresentadas a seguir, nas Equações 4 e 5. 4 𝑍𝑛𝑂 + 2𝐾 2 𝐶𝑟 2 𝑂7 + 2 𝐻𝐶𝑙 + 2𝐻 2 𝑂 → 4𝑍𝑛𝑂. 𝐾 2 𝑂. 4𝐶𝑟𝑂3. 3𝐻 2 𝑂 + 2 𝐾𝐶𝑙 (Eq.4) Amarelo de Zinco 5 𝑍𝑛𝑂 + 𝐶𝑟𝑂3 + 4𝐻 2 𝑂 → 4𝑍𝑛(𝑂𝐻)2. 𝑍𝑛𝐶𝑟𝑂4 (Eq.5) Cromato básico de zinco 4.1.2 Solventes Os solventes são compostos inflamáveis e voláteis, fundamentais na composição das tintas para garantir a viscosidade. Como o próprio nome diz, são capazes de dissolver com grande facilidade. Geralmente, as tintas são classificadas de acordo com a natureza dos solventes. São divididas em solúveis e insolúveis. As tintas insolúveis em água, por exemplo, requerem solventes de natureza orgânica, como subprodutos do petróleo. Essas tintas são denominadas tintas à base de solvente. São exemplos: nafta, compostos alifáticos, etc. 4.1.3 Resinas Resinas são formadoras de películas que podem ser classificadas em sintéticas ou naturais. A resina é o veículo responsável pelo fornecimento de brilho e pelas propriedades físicas, entre elas a impermeabilidade da tinta após a secagem. As resinas sintéticas são aquelas produzidas artificialmente, como por exemplo, as resinas alquídicas, acrílicas, poliéster, celulósicas, epóxi, entre outras, muito utilizadas no Brasil. As resinas encontradas na natureza são denominadas resinas naturais que geralmente podemos encontrar em árvores coníferas. Temos como exemplo, o pinho de onde é extraída a resina de
pinho, e a goma-laca extraída de ramos e galhos de algumas árvores, geralmente encontradas na Índia.
Os vernizes são frequentemente soluções compostas por resinas sintéticas ou naturais. Existem duas subcategorias, verniz alcoólico e charão (laca japonesa). O verniz de óleo é uma solução de uma ou mais resinas naturais ou sintéticas em óleo seco e solventes voláteis. O óleo reduzirá a fragilidade natural dos filmes de resina pura. O verniz de óleo é uma solução de resina, mas o solvente é completamente volátil e não forma um filme. No passado, eram de fundamental importância, mas devido à maior durabilidade, menor amarelecimento e facilidade de uso e estética dos novos produtos, foram amplamente substituídos por vernizes alquídicos ou de poliuretano. O verniz alcoólico é uma solução de resina em solventes voláteis (metanol, etanol e hidrocarbonetos). O verniz alcoólico é uma solução de resina em solventes voláteis (metanol, etanol e hidrocarbonetos). Os vernizes de álcool devido à sua volatilidade secam mais rápido, mas tornam-se quebradiços e, com o tempo, a menos que seja adicionado um plastificante, eles cairão. A preparação desses produtos envolve agitação vigorosa e, em alguns casos, aquecimento para atingir a solubilização desejada. Um exemplo importante de verniz alcoólico é a goma-laca, uma solução de goma-laca em metanol ou etanol. 4.2.1 Resinas utilizadas nos vernizes As resinas à base de fenol são resistentes à água e a diversas substâncias químicas. Para que estes materiais sejam solúveis em óleos e nos solventes comumente utilizados na indústria dos vernizes, faz-se necessária a modificação, o que pode ser feito, por exemplo, com a adição de materiais mais moles, como o éster de colofonia, ou controlando a reação pela escolha de um fenol parassubstituído, com o que a reação é suspensa antes de se formar no produto final infusível e insolúvel. A condensação de ácidos dicarboxílicos com álcoois poliídricos e modificadas com ácidos graxos, geram as resinas alquídicas, que trazem uma melhora significativa na solubilidade. Como componentes de vernizes, apresentam brilho e maleabilidade. As propriedades das formulações alquídicas podem ser modificadas pelo uso de ácidos graxos ou de óleos secativos e não secativos, ou pelo uso do pentaeritritol com a glicerina, pelo uso de
5.1 Produtos da indústria de tintas e vernizes Por obter inúmeros tipos diferentes de produtos, a indústria de tintas e vernizes tem uma ampla aplicação de seus produtos em diversas áreas industrias, são elas: indústria automotiva, cosméticos, implementos agrícolas, eletroeletrônicos, indústria moveleira, indústria de borracha, indústria calçadista, indústria de brinquedos e etc. Uma pintura de qualidade depende de diversos fatores que são desde os produtos usados até a aplicação. Em função disso, existe uma enorme variedade de tintas para todos os tipos de segmentos. Para cada tipo de textura e superfície, existe uma tinta que se adeque, não existindo uma tinta universal para todos os usos. (SEBRAE,2019) As principais características das tintas vêm dos seus componentes base. São normalmente eles que dão o nome as tintas. Ao se escolher alguma tinta se tem em mente o parâmetro da base dela. Após isso, a opção normalmente recai sobre a cor(pigmento) e após, os outros fatores. (ANGHINETTI, 2012) Abaixo pode-se observar alguns poucos exemplos dos produtos formados na indústria de tinta, suas propriedades, aplicações e formação. 5.1.1 Tinta Verniz Produto líquido usado para acabamento e proteção. É chamado de acabamento de poro fechado, pois cria uma película protetora. O verniz existe em três tipos: o fosco que não da nenhum brilho a peça; o acetinado que confere um brilho discreto; brilhante que deixa maior destaque na peça (SEBRAE,2019) 6.1.2 Esmalte Tipo de tinta desenvolvidos para aplicação em superfícies de ferro e madeira. Ela forma após aplicada, uma película brilhante sobre a superfície. Originalmente fabricado a base de solvente, hoje esses tipos de tinta são feitos a base de água que possui uma secagem mais rápida. (PINHEIRO TINTAS, 2017)
6.1.3 Tintas Acrílicas São obtidas entre a polimerização de monômeros acrílicos e podem ser dissolvidas em solventes orgânicos ou água Essas tintas apresentam grande durabilidade, resistência a produtos químicos, ao descascamento e à formação de bolhas. Elas contêm também maios adesão ao substrato em condições úmidas. (ANGHINETTI, 2012) 6.1.4 Tintas Epóxi Constituída por um átomo de oxigênio ligado a dois átomos de carbono. É uma reação do bisfenol A com a epicloridina. Essas tintas possuem excelente resistência a ácidos, á abrasão, álcalis, solventes de alta temperatura. Com alta dureza e flexibilidade é bastante usada em locais com alta resistência mecânica como pisos industriais, por exemplo. 6.1.5 Tintas de Poliuretano Obtidas basicamente pela condensação de poliálcoois com isocianatos. Apresentam em sua propriedade excelente resistência a ácidos, a álcalis, á abrasão, á água, solvente e ao impacto. As mesmas também possuem alta dureza. Podem ser as tintas Laca usadas em automóveis para pinturas gerais ou parciais. 6.1.6 Tintas à base de silicone Constituídas por produtos organossilícicos como siliconatos, silicones ou siloxanos. São tintas mono ou bicomponentes à base de resina de silicone, aditivos e solventes. Essas tintas resistem a temperaturas de até 600°C a uma exposição de tempo. Tem pouca resistência química e alta permeabilidade, não vedam os poros mas repelem a água. (ANGHINETTI, 2012) 6 MERCADO O Brasil é um dos maiores mercados mundiais para tintas. Fabricam-se tintas a serem destinadas a variados setores do mercado/ de aplicação, como na arte, na indústria, na
Figura 2: Volume de tintas produzidas no Brasil entre 2019 e 2020 (em milhões de litros) Fonte: ABRAFATI, 2020 Este setor representa um importante papel para muitas economias, incluindo a do Brasil, quinto maior produtor global, atrás de EUA, China, Índia e Alemanha. (SOUZA et al.,
Fonte: ABRAFATI, 2020 Os investimentos feitos pelas indústrias brasileiras no setor de tintas surtiram grandes resultados em se tratando de suprir as necessidades nacionais e mundiais no setor, isso se deve ao vasto investimento em tecnologia de ponta, pesquisa e desenvolvimento, produção com máquinas de alta tecnologia, mão-de-obra mais qualificada e sustentabilidade. Ou seja, Brasil possui um padrão elevado quando se trata de excelência em fornecimento e produção de tintas. (LINHARES, 2020) 6.1 Matérias-primas As tintas apresentam em sua constituição basicamente: pigmento, veículo ou aglutinador, solvente ou redutor e aditivo. O aglutinador que é uma suspensão homogênea de resina e um veículo não volátil, o solvente é o veículo volátil e o pigmento é o pó colorido. Além desses componentes essenciais, certas tintas levam outras substâncias em sua composição, os chamados de aditivos, que fornecem ao produto final características específicas de acordo com a necessidade do mercado, as principais são: anti-mofo, antiespumante, plastificantes, secantes, dentre outras. Segue abaixo um detalhamento geral sobre os itens de composição das tintas. (FREITAS) Veículos: São responsáveis pela conversão do estado líquido da tinta ao estado sólido, formando o filme ou película de tinta. São elas: resinas, emulsões e óleo secativos; Pigmentos: São partículas sólidas e insolúveis no veículo no qual permanecem em suspensão. Tipos de pigmentos: os ativos ou opacos e os inertes ou cargas; Solventes – São as substâncias que facilitam a formulação para conferir viscosidade adequada a aplicação da tinta e contribuir para o seu nivelamento e secagem; Aditivos – os aditivos melhoram ou adicionam propriedades gerais e/ou especiais a tinta. Para uma tinta ser bem aceita no mercado e atingir uma alta demanda, a mesma deve possuir características além de apenas fornecer cor ao objeto ao qual será aplicado. Por isso, existem fatores fundamentais que atestam a qualidade de uma tinta, tais como: a intensidade da sua cobertura, capacidade por espessura (rendimento), estabilidade durante o armazenamento, secagem, aderência, viscosidade e etc. (LINHARES, 2020) As matérias primas devem passar por um extenso processo de controle de qualidade e pesagem de acordo com a formulação, para que haja a produção em escala industrial do
Posteriormente, ocorre a pesagem e medição volumétrica com acuracidade adequada para tintas com as propriedades desejadas, reunião e misturação dos pigmentos e veículos (resinas e óleos) que ocorre num andar superior da fábrica, seguindo os procedimentos e recomendações da ‘fórmula’, documento básico para a produção de uma tinta. (OKANO et al,
Figura 5: Fluxograma da misturação de uma tinta Fonte: NORRIS & JOSEPH, 1997 7.2 Produção de vernizes O verniz é uma solução de resinas sintéticas e/ ou naturais em óleos dissolvidos em solventes, também denominada uma dispersão coloidal não pigmentada. Para sua produção, os componentes precisam passar por quatro etapas (há mais etapas caso haja necessidade de fornecer certos benefícios e funcionalidades extra ao verniz): mistura, dispersão, filtração e envase. (OKANO et al, 2006) Mistura – A produção de verniz é relativamente simples, pois se compara a de tintas, não exige as etapas de dispersão e moagem. Aqui, os componentes, as resinas, solventes e aditivos, são homogeneizados em tanques ou tachos. Dispersão – Apesar de nem todos os vernizes passarem por essa etapa, ela é de extrema importância para as que a necessitam. Há o processo de dispersão quando algumas das matérias-primas são difíceis de serem incorporadas, é necessário aplicar maior força de cisalhamento a fim de evitar grumos. Filtração – Após a mistura, o produto é então filtrado para que haja a remoção de quaisquer partículas com tamanho acima do máximo permitido. Envase - Depois de passar por testes físico-químicos e de funcionalidade, o verniz é envasado em latas, tambores ou containeres, rotulado, embalado e encaminhado para o estoque. 7.3 Produção de Tintas Látex As etapas de fabricação são basicamente as mesmas da base solvente. As diferenças resumem-se a ordem de adição dos componentes da tinta. Para a produção dessa categoria de tintas, há primeiramente a pré-mistura, para a misturação com agitação dos componentes base: água, aditivos, cargas e pigmento (dióxido de titânio). Em seguida, a dispersão e a completagem, onde o restante dos ingredientes são adicionados (mais água, emulsão, aditivos, coalescentes e o produto da dispersão). Nesta etapa são feitos o acerto da cor e as correções necessárias para que se obtenham as características especificadas da tinta. Por fim há a filtração e envase simultaneamente. (OKANO et al, 2006)
Conceito de Verniz. 2019.Disponível em: https://conceito.de/verniz. Acesso em: 07 mai. 2021. Conceito e definições da tinta. Disponível em: <https://siteantigo.portaleducacao.com.br/conteudo/artigos/medicina/conceito-e-definicoes- da-tinta/60494#>. Acesso em: 07 mai. 2021. CASOTTI, Leonardo de Amorim. “O uso de tintas na Construção Civil”. 20, abr.
LINHARES H., O que é tinta e qual sua composição? Só Hélices, jan. 2020. Disponível em: http://sohelices.com.br/o-que-e-tinta-e-qual-sua-composicao/#7g. Acesso em: 10 mai. 2021. ABRAFATI, História das tintas. Disponível em :< https://abrafati.com.br/historia-das- tintas/>. Acesso em 15 mai 2021 NORRIS, S. R.; JOSEPH, A. B., Indústrias de Tintas e Correlatos. Ed. 4ª, 1997. Acesso em: 22 mai. 2021. SILVA, N. C., Indústria de Tintas e Vernizes, Brasil Escola. Disponível em https://meuartigo.brasilescola.uol.com.br/quimica/industria-tintas-vernizes.htm. Acesso em: 22 mai. 2021. OKANO, O.; FERREIRA, A. L.; FUZARO, J. A.; BASSOI, L. J., Guia Técnico Ambiental Tintas e Vernizes - Série P+L, CETESB - Companhia De Tecnologia De Saneamento Ambiental, pg. 34-41, 2006. Acesso em: 22 mai. 2021.
