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Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n 3 (2016) pp. 2-9 http://www.fsma.edu.br/si/sistemas.html 2 Avaliação do Processo de Produção de Tintas à Base de Argila Lívia Vieira Leite*, Rafael da Costa Pacheco*, Warlley Ligorio Antunes** Resumo - A aplicação das tintas é muito importante para proteger materiais do intemperismo. O consumo de tintas tem crescido e o desenvolvimento tecnológico nesse setor tem sido intenso, com isso o mercado tem exigido dos fabricantes produtos mais sustentáveis e com menores custos. Dentro deste contexto, este trabalho foi desenvolvido buscando um projeto para a produção de tintas à base de argila, um produto com baixo custo e com um menor impacto ambiental quando comparado com as tintas comumente encontradas atualmente no mercado. Para tanto foi elaborada uma metodologia para processo de produção com a definição das etapas. Em seguida, a metodologia foi testada em escala laboratorial com o intuito de verificar a coerência da metodologia proposta. Foi também realizado o balanço de massa para o processo e, em seguida, uma avaliação econômica. Desta avaliação foi possível obter um forte indicativo da viabilidade do processo de produção de tinta proposto neste trabalho. Já a avaliação ambiental foi positiva em todos os aspectos na comparação dos componentes (pigmento, solvente, adesivo) da tinta à base de argila com os respectivos componentes utilizados em tintas comerciais. Desta forma, a tinta desenvolvida possui uma ótima relação custo/benefício. Palavras chaves: tinta, argila, grude, processo de preparação de tinta. Production Process Evaluation of Ink using clay as a pigment. Abstract - The applicability of the paint is very important to protect materials from environmental actions. The ink consumption has grown and technological development in this sector has been intense, with that the market has been demanding more sustainable products at lower costs. This work was developed looking for a project for the production of paints using clay as a pigment. The clay is cheap and has lower environmental impact than the inks commonly found on the market. Then, a method for the production process was developed by selecting each of the steps. Next, the methodology was tested in the laboratory to check the consistency of the proposed methodology. The mass balance for the process was calculated and then an economic evaluation. From this evaluation it was possible to obtain a strong indication of the viability of the ink production process. The environmental evaluation was positive in all aspects when comparing the components (pigment, solvent, adhesive) ink developed with the components of commercial inks. Thus, the ink developed has an excellent ratio cost / benefit. Keywords: ink, clay, adhesive, Method ink preparation. I. INTRODUÇÃO ENHUM material está isento da ação do intemperismo, mas a degradação pode ser minimizada com os revestimentos superficiais proporcionados pelas tintas, aumentando o valor estético e melhorando a aparência. Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico nesse setor tem sido intenso e o mercado tem exigido dos fabricantes produtos mais sustentáveis e com menores custos (SANTOS, 2010). O Brasil é um dos cinco maiores mercados mundiais para tintas, fabricando-se tintas destinadas às mais variadas aplicações, com tecnologia de ponta e grau de competência técnica comparável à dos mais avançados centros mundiais de produção (ABRAFATI, 2013). Produzir toda essa variedade de produtos pode gerar impactos ambientais, pelo fato das matérias primas terem propriedades tóxicas e corrosivas. A tinta é uma mistura de pigmentos, solventes, aditivos e adesivos ou colas. Os pigmentos são as substâncias que conferem cor, enquanto os líquidos e adesivos servem para dar a fluidez, ou seja, a viscosidade necessária para transportar e fixar os pigmentos na superfície. Os pigmentos e adesivos podem ser de origem mineral, animal, vegetal ou sintética, enquanto os líquidos podem ser água, óleos ou solventes (CARVALHO, 2009). Os pigmentos são constituídos de pequenas partículas sólidas de granulometria fina, os quais após o tempo de secagem proporcionam a formação da camada uniforme que N LEITE, L. V.;, PACHECO, R. C.; ANTUNES, W. L. / Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n. 3 (2016) pp 2-9 3 reveste o substrato. Este material além de conferir cor, pode aumentar o brilho, opacidade, durabilidade e resistência à corrosão. Por isso, os pigmentos são utilizados pelo homem com finalidades decorativas e artísticas desde muito tempo, podendo ser retirados de vegetais ou minerais (FAZENDA, 1995 apud FÜCHTER, 2007). O solo pode ser considerado como um pigmento barato, de fácil acesso e obtenção para as tintas, diminuindo. o custo da tinta e contribuindo para sustentabilidade do produto. O seu uso é amplamente disseminado, como por exemplo na prática do barreamento que é comum no meio rural mineiro e consiste no revestimento ou pintura de fogões de lenha, fornalhas e paredes com solo diluído em água aplicada com pano úmido ou brocha (CARVALHO, 2009). Os solventes são compostos (orgânicos ou água) responsáveis pelo aspecto líquido da tinta com uma determinada viscosidade. Após a aplicação da tinta, resta uma camada de filme seco sobre o substrato, formada por alguns processos, tais como a evaporação do filme. O principal objetivo do solvente é ajustar as propriedades de cura e a viscosidade da tinta. Também controla a reologia e as propriedades da aplicação, e afeta a estabilidade da tinta enquanto esta se encontra no estado líquido. A sua função principal é funcionar como transportador dos componentes não voláteis, podendo ser um componente opcional numa tinta. A água é o principal solvente das tintas de base aquosa. As tintas de base solvente podem ter várias combinações de solventes como diluente, que podem incluir hidrocarbonetos, álcoois, cetonas e éter de petróleo (SOARES, 2012). Os adesivos são substâncias que fazem com que as partículas dos pigmentos fiquem aderidas às paredes, ou seja, é uma substância aglutinante e adesiva que vai colar cada partícula uma na outra e estas nas superfícies a serem pintadas (CARVALHO, 2009). É considerado responsável pela aglomeração das partículas sólidas dos pigmentos, convertendo-o em película e fornecendo propriedades físico- químicas específicas ao produto, determinando inclusive o uso do produto e a sua secagem. Ainda, é importante para dar aderência, brilho e flexibilidade a tinta, diferenciando de um tipo de tinta para outro e revestimento a ser empregado (FAZENDA, 1995 apud FÜCHTER, 2007). Existem substâncias de mais fácil obtenção que podem ser utilizadas como adesivos na produção de tinta, como o grude feito com o amido (CARVALHO, 2009). O grude é uma cola tradicional à base de amido que pode ser utilizado como uma mistura adesiva nas tintas de solos. O amido é formado por duas substâncias chamadas amilose e amilopectina. Estas substâncias encontram-se unidas por interações muito fortes e por isso, água na temperatura ambiente não consegue romper essa união, pois, o amido é pouco solúvel em água. No entanto, o calor ou a soda cáustica conseguem enfraquecer as interações entre a amilose e a amilopectina, permitindo que a água não somente dissolva o grânulo de amido, mas também se ligue a ele formando uma pasta que conhecemos como grude ou cola de amido (CARVALHO, 2009). A proposta desta pesquisa baseia-se no aperfeiçoamento da técnica de barreamento, melhorando a qualidade da tinta, fazendo-a mais aderente, resistente e durável. Em outras palavras, este trabalho terá como ponto de partida, uma técnica artesanal (barreamento) que será direcionada para uma produção em maior escala sem que, com isso, perca suas características de sustentabilidade. E, devido a essas duas características, preço e sustentabilidade, a linha de produção proposta pode atender um consumo “verde” voltado para construções “verdes” com engajamento na preservação ambiental. Note-se que mesmo a exploração de argila sendo uma atividade extrativista não renovável, pode-se considerar este processo como ambientalmente correto pois diminui a dependência de compostos possivelmente nocivos e cuja produção pode ser considerada como extremamente poluente. II. METODOLOGIA A metodologia foi inspirada na técnica de barreamento, mas direcionada para um projeto de produção com uma maior escala e tendo sua qualidade melhorada, fazendo-a mais LEITE, L. V.;, PACHECO, R. C.; ANTUNES, W. L. / Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n. 3 (2016) pp 2-9 4 aderente, resistente, durável e com características de sustentabilidade. A. Definição Quantitativa da Produção Para definir a quantidade de tinta produzida, criou-se a hipótese que a fabricação de tintas à base de argila tem em vista atender a construção de um conjunto habitacional “verde”. Para tanto, tomou-se como base o Projeto de Controle de Inundações e Recuperação Ambiental das Bacias dos Rios Iguaçu, Botas e Sarapuí executado pelo Instituto do Meio Ambiente do Estado do Rio de Janeiro (INEA), conhecido também como Projeto Iguaçu (PROJETO IGUAÇU – INEA, 2013). Baseado na proporção sugerida por Carvalho (2009) são necessários aproximadamente 31.000 litros de tinta, demanda que deverá ser atendida pelo projeto da fábrica de pequeno porte proposta neste trabalho. B. Definição do Tipo de Processamento: Batelada1 x Contínuo No caso do presente trabalho, por se tratar do projeto de uma indústria de pequeno porte, a quantidade de tinta a ser produzida é relativamente pequena. Desta forma, o processamento em batelada seria o mais indicado. Outro aspecto que deve ser considerado é a possibilidade de formação de incrustações. No caso da fabricação de tintas à base de argilas, o pigmento é misturado no solvente, mas na prática, existe a possibilidade de partes da argila não estar totalmente solubilizado, o que ocasionaria incrustações. Em operações que existem significantes incrustações, os processos em batelada são favorecidos, pois a limpeza dos equipamentos sempre é realizada e pode ser facilmente programada. C. Estruturação do processo de produção e definição das etapas. Para obtenção da tinta à base de argila, as matérias primas devem passar pelo processamento até a obtenção do produto 1 Processos em batelada são aqueles que processam uma carga considerável de cada vez e ao fim da mesma tornam-se prontos para uma nova carga (denominada batelada). final. Seguindo a linha de raciocínio para a obtenção de um produto sustentável, as operações unitárias foram definidas a fim de que não provoquem danos à saúde do homem e nem ao meio ambiente. É necessário salientar que, neste trabalho, aprimorando a técnica de barreamento sugerida por Carvalho (2009), foi sugerida a inserção se uma etapa de peneiramento cujo objetivo é obter um pigmento uniforme majoritariamente composto por argila, utilizando peneiras com abertura de 0,002 mm. Esta é uma etapa de grande importância, pois a seleção do material utilizado como pigmento resulta em uma tinta de boa qualidade, pois partículas de menor granulometria (argila) possuem maior aderência, resultando em uma tinta mais resistente e duradoura. No diagrama da Figura 1, pode-se verificar as três principais etapas da produção que são a separação dos grãos, obtendo argila pura; a produção do grude, misturando uma solução de soda cáustica (25 g/L) como uma mistura de amido e água (100 g/L) numa proporção de 1 L da solução de soda cáustica para 1,5 L da mistura de amido e, por fim; a mistura da argila com o grude na proporção 8kg de argila para 10 litros de grude. Figura 1: Diagrama de Blocos para a produção de tinta à base de argila. D. Aplicação da metodologia desenvolvida em escala laboratorial Nesta etapa do trabalho, a tinta foi testada produzindo-a em escala laboratorial nas dependências do laboratório de LEITE, L. V.;, PACHECO, R. C.; ANTUNES, W. L. / Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n. 3 (2016) pp 2-9 5 Química da Faculdade Salesiana Maria Auxiliadora e para obtenção de dados experimentais essenciais para avaliações. O primeiro passo para realização do teste foi a obtenção das matérias primas: argila, hidróxido de sódio, polvilho azedo e água. A argila usada no teste foi obtida comercialmente e trata- se de argila medicinal usada no tratamento de pele produzida pelo Laboratório P.C. Campos Produtos Naturais. O hidróxido de sódio utilizado foi da marca Vetec (P.A2.). O polvilho azedo utilizado foi produzido pelas Indústrias Granfino S.A. A água utilizada trata-se de água destilada. Após preparado 100 ml de grude seguindo as proporções já descritas, sua massa específica foi determinada usando a técnica da picnometria. Em seguida, usando os 100 ml do grude preparado, adicionou-se 80 g de argila sob contínua agitação para obter uma tinta homogênea e de coloração verde escura, como mostra a Figura 2. Figura 2: Preparo da tinta à base do solo. Nesta fase não foram efetuados testes de verificação de pH, pois a verificação de compatibilidade da tinta com a natureza básica da argamassa foi feita de forma empírica, aplicando-se a tinta produzida aqui em superfícies reais. Os resultados obtidos por picnometria para o grude e para a tinta estão apresentados na Tabela 1. Tabela 1: Valores de massa específica obtidos por picnometria. Massa específica (g/mL) Grude 1,025 Tinta 1,380 2 P.A. Reagente com grau de pureza para ser utilizado em análises químicas III. RESULTADOS A. Teste de Aplicação da Tinta Este teste consistiu em aplicar 3 demãos da tinta produzida em uma pequena superfície de parede de alvenaria como mostra a Figura 3. Este teste foi realizado com intuito de avaliar o aspecto visual da tinta produzida e sua secagem. Figura 3: Aplicação da tinta em uma pequena superfície. Foi observado que a tinta tem um tempo de secagem bem curto e, devido às matérias primas utilizadas, não foi percebido nenhum tipo de cheiro como na maioria das tintas imobiliárias comerciais. Já em relação ao aspecto estético, obteve-se um resultado satisfatório com grande poder de cobertura e aderência como mostra também a Figura 3. B. Balanço de Massa do Processo Como estratégia do cálculo de balanço de massa, definiu-se 3 envoltórias, como enumeradas abaixo na Figura 4. Figura 4: Diagrama de Blocos com as 3 envoltórias usadas para o balanço de massa LEITE, L. V.;, PACHECO, R. C.; ANTUNES, W. L. / Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n. 3 (2016) pp 2-9 6 Considerando os valores de massa específica obtidos experimentalmente e também as proporções de matérias primas usadas para produção da tinta, as equações 1, 2 e 3 foram aplicadas, respectivamente, nas envoltórias 1, 2 e 3 (Figura 4) e como resultado final destes balanços de massa temos os valores requeridos para todas as matérias primas envolvidas no processo de produção de tinta apresentados na Tabela 2. Outra consideração adotada é de que o solo usado como matéria prima possui um teor de 50% de argila. margila + mgrude = mtinta (Equação 1) margila + mgrãos de maior granulometria = msolo (Equação 2) mgrude = mágua (mistura de polvilho) + mágua (solução NaOH) + mNaOH + mpolvilho (Equação 3) Tabela 2: Valores requeridos das matérias primas para produção de 31000 L de tinta à base de argila. So lo A rg ila Ág u a N aO H Po lv ilh o Ti n ta Re jei to da s Fr aç õe s gr o ss as M as sa (kg ) 37 50 5, 76 18 75 2, 88 22 45 5, 25 22 4, 55 13 47 , 32 42 78 0 18 75 2, 88 Finalmente, o balanço de massa global para este processo pode ser representado pela Equação 4: (Equação 4) Os dados expostos neste balanço global, podem ter sua consistência verificada aplicando aos valores apresentados na Tabela 2. C. Avaliação Econômica Para fazer comparações com foco econômico, estimou-se o preço da tinta à base de argila aqui proposta considerando apenas o custo das matérias primas empregadas conforme a Tabela 3. Tabela 3: Estimativa dos gastos com matéria prima para produção de 31000 litros tinta à base de argila. M a té ri a Pr im a Preço Fonte Quant. Custo (R$) So lo R$ 15,00/ton Departame nto Nacional de Produção Mineral 37,505 ton 562,58 Ág u a 0-20m3: 12,83 R$/m3 CEDAE 22,46 m3 289,79 21-31 m3: 13,47 R$/m3 N a O H R$ 32,00/kg Sigma Aldrich 224,55 kg 7185,6 Po lv ilh o R$ 9,46/kg Pesquisa de Mercado (Macaé) 1347,32 kg 12745,64 A partir da Tabela 3, estimou-se o valor de RS 12,07 para o gasto com matérias prima para fabricar 18 litros de tinta. Comparando este valor com os preços de três marcas de tintas imobiliárias vendidas no mercado (Tabela 4), pode-se constatar a viabilidade econômica da tinta à base de argila. Tabela 4: Estimativa dos gastos com matéria prima para produção de 18 litros (uma lata) de tinta à base de argila. Preço Tinta à base de argila Marca X Marca Y Marca Z R$ 12,07 109,90 119,90 149,90 D. Avaliação Ambiental A avaliação ambiental aqui realizada baseou-se principalmente na comparação entre os componentes aplicados na fabricação da tinta à base de solo e das tintas imobiliárias encontradas no mercado. Partindo da definição de que a produção de tinta requer três matérias primas (pigmento, adesivo e solvente) o Quadro 1 foi construído com intuito estabelecer as comparações propostas. LEITE, L. V.;, PACHECO, R. C.; ANTUNES, W. L. / Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n. 3 (2016) pp 2-9 7 Quadro 1: Comparação dos componentes aplicados para fabricação da tinta à base de solo e tintas imobiliárias encontradas no mercado. Componente Tinta à base de solo Tinta imobiliária comercial Pigmento Argila Pigmentos naturais ou sintéticos Adesivo Grude Resina Solvente Água Solventes Orgânicos ou, no caso de tintas PVA e acrílicas, solvente a base de água Começando pelos pigmentos, para a tinta à base de solo, temos a argila como pigmento, já para as tintas imobiliárias normalmente encontradas no mercado são utilizados os mais variados tipos de pigmentos que podem ser naturais ou sintéticos. Segundo Silva (2010), vários destes pigmentos podem ser muito prejudiciais ao meio ambiente por possuírem em sua composição metais pesados. O principal problema ambiental relacionado aos corantes é que, quando descartados inadequadamente em ambientes aquáticos, ocorre diminuição da transparência da água, o que dificulta a penetração da radiação solar. Assim sendo, esses rejeitos coloridos diminuem a atividade fotossintética e provocam distúrbios na solubilidade dos gases, causando danos nas guelras e brânquias dos organismos aquáticos, além de perturbar seus locais de desova e refúgio (BARCELOS, 2009). Para avaliação do solvente, comparou-se o solvente empregado na tinta à base de solo, a água, com os solventes normalmente utilizados nas tintas imobiliárias comerciais, os solventes orgânicos. Esta comparação pode ser realizada de forma bem simples, pois tendo a água como solvente universal, ela não causa qualquer prejuízo ao homem nem ao meio ambiente. Por outro lado, os solventes orgânicos empregados em tintas comerciais, tais como hidrocarbonetos, álcoois, acetatos, cetonas e ésteres podem trazer inúmeros prejuízos ao meio ambiente tanto na sua obtenção quanto no tratamento inadequado dos seus rejeitos. Na comparação dos adesivos, o grude usado para produção de tinta à base de solo foi confrontado com a resina que é o principal adesivo utilizado nas tintas comerciais. O grude, como já dito, trata-se de um adesivo simples à base de polvilho azedo. Já as resinas possuem uma composição muito variada que, segundo Fonseca (2010), as matérias-primas mais comuns em resinas são os óleos vegetais, alguns polióis como etileno glicol, glicerina, pentaeritritol e alguns poliácidos como, anidrido ftálico, anidrido trimetílico, anidrido maleico. Dessa forma, devido à complexidade da resina, envolvendo em sua composição várias matérias primas que podem causar danos ao meio ambiente, tem-se que a aplicação do grude como adesivo é uma escolha coerente com a proposta ecológica da fabricação de tinta à base de solo. Portanto, de uma forma geral, a escolha dos três componentes (pigmento, solvente e adesivo) da tinta à base de solo resultou em uma tinta ecológica que é menos agressiva ao meio ambiente quando comparada com as tintas encontradas no mercado. IV. CONCLUSÕES No presente trabalho desenvolveu-se o processo de produção de tinta à base de solo a partir do aprimoramento da técnica de barreamento. Para a melhoria do processo e produção de uma tinta de qualidade, pode-se perceber a fundamental importância da seleção de partículas pequenas (argila) para aplicação como pigmento, o que justifica o peneiramento. Sem tal etapa, as partículas maiores sedimentariam e a tinta não teria aderência mesmo com a adição de uma substância adesiva. Ressalta-se também a importância do teste em escala laboratorial. Com esta etapa foi possível verificar a coerência do processo proposto bem como as proporções das matérias primas sugeridas para a produção da tinta de solo. A tinta obtida neste teste atendeu a todas as expectativas, sendo uma tinta homogênea com grande poder de cobertura, aderência e bom aspecto estético. Em relação à avaliação econômica da tinta, foi calculado os gastos com as matérias primas utilizadas na obtenção na tinta. Este estudo não representa o exato valor de venda caso esta tinta fosse comercializada, mas, devido ao fato de seu custo estar bem abaixo do preço das tintas comerciais, é um forte LEITE, L. V.;, PACHECO, R. C.; ANTUNES, W. L. / Revista de Engenharias da Faculdade Salesiana n. 3 (2016) pp 2-9 8 indicativo da viabilidade econômica do processo de produção de tinta proposto neste trabalho. Já a avaliação com foco ambiental foi positiva em todos os aspectos comparando cada um dos componentes (pigmento, solvente, adesivo) da tinta à base de solo com os respectivos componentes utilizados em tintas comerciais. Além disto, para a tinta à base de solo aqui proposta não há geração de resíduos no processo de produção, exceto pelo excedente de solo de maior granulometria. Assim sendo, através deste projeto e de toda a pesquisa feita para possibilitar sua conclusão, pode-se perceber que a tinta aqui desenvolvida possui uma ótima relação custo/benefício empregando materiais menos agressivos a natureza e à saúde humana. O valor do trabalho está na iniciativa de desenvolvimento e avanço tecnológico em material de construção, ainda que em fase inicial. Por ainda figurar como estudo inicial, ainda não fizemos os estudos dos parâmetros de desempenho definidos pela norma NBR/ABNT 15 575, o que pode ser considerado como um trabalho futuro neste momento. O caráter inicial desta pesquisa fica evidente quando se compreende que as conclusões colocadas aqui ainda não não podem ser aplicadas diretamente em edificações, pois necessitam de aprofundamento e mais ensaios laboratoriais, como por exemplo, ensaios de envelhecimento acelerado, permeabilidade e estanqueidade. Da mesma forma, precisamos estudar de forma mais profunda a questão das técnicas de aplicação e manutenção. Assim, como trabalhos futuros consideramos a possibilidade de um estudo de durabilidade da tinta produzida frente as condições de intemperismo e verificação da aplicabilidade das tintas às edificações reais. Ademais, achamos interessante a prossibilidade de verificação da produção de cores variadas e análises de solidez de cor. 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