Incorporação de Amido de Milho Modificado em Vernizes Como ... · pesquisa foram desenvolvidas no...

ABRAFATI 2013 | BRAZILIAN COATINGS MANUFACTURERS ASSOCIATION

13th

International Coatings Congress

13th International Exhibition of Coatings Industry Suppliers

Incorporação de Amido de Milho Modificado em Vernizes Como Agente Fosqueante

William Hiroyuki Naruto Osuka Fernando Codelo Nascimento

SENAI / Faculdade SENAI de Tecnologia Ambiental

1 INTRODUÇÃO

Um dos principais produtos da cadeia produtiva são as tintas, definidas como sistemas de

revestimento polimérico capazes de formar camadas e proteger a superfície sobre as quais

se encontra.

Esse tipo de produto é importante pelas funções que desempenha, tais como: proteção,

embelezamento, sinalização, higienização e iluminação de ambientes onde são aplicados.

Basicamente as tintas podem ser pigmentas ou não. As tintas não pigmentadas são

conhecidas como vernizes.

Para esse projeto de pesquisa utilizou-se como objeto de estudo um produto de amido de

milho, oriundo do processamento de produtos a base de milho, produzido por um grande

grupo industrial, instalado no estado de São Paulo.

A pesquisa em questão teve o seu inicio no segundo semestre de 2012 e tem previsão para

término no primeiro semestre de 2014.

Objetiva-se com essa pesquisa propor à utilização do amido de milho modificado, em

vernizes a base solvente, como carga, na função de agente de fosqueamento.

Dentre os principais motivos que justificam o desenvolvimento da pesquisa com o referido

objeto de estudo, podem ser citados: a produção de tintas ecológica do ponto de vista da

biodegradabilidade, o barateamento do custo do produto final devido a adição de um

produto orgânico de fácil acesso e custo, a obtenção de um verniz fosco, por meio da adição

de um produto natural, diferente do que ocorre com as tintas e vernizes, cuja maioria da

cargas utilizadas são minerais.

Para tanto se problematizou: quais as possíveis aplicações para os do amido de milho

modificado. Como hipótese e solução para o problema apresentado, fez-se a proposição da

aplicação do amido de milho em verniz a base solvente como carga fosqueante.

A metodologia utilizada foi o estudo de caso, baseando em pesquisa em referenciais e no

desenvolvimento de aplicações práticas em laboratório. As atividades práticas dessa

pesquisa foram desenvolvidas no Laboratório da Faculdade SENAI de Tecnologia Ambiental

/ Escola SENAI Mario Amato, em São Bernardo do Campo, SP.

Dentre os principais referencias que nortearam essa pesquisa citam-se: ABRAFATI (2013),

CESTA, et al., (2010), Donadio (2011), Fazenda (2009), Gentil (2011) ,NBR 10004:2004,

Nascimento (2013) e Verneret (1984), dentre outros.


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Artigos técnicos, teses, normas, ensaios de laboratório, fotografias e observações de campo

foram alguns dos instrumentos de pesquisas utilizados na elaboração desse estudo técnico.

O projeto encontra-se dividido em cinco partes. Na primeira parte é apresentado método de

analise. Na segunda encontra-se a os resultados obtidos. Porteiormente no último tópico

encontra-se a análise e discussão. No quarto tópico encontra-se a conclusão. Finalmente no

quinto e último tópico encontra-se as referencias.

2 MÉTODO

Para a realização do estudo de caso em questão adotou-se a seguinte metodologia:

Preparação das amostras de verniz com a adição do amido de milho modificado nas

quantidades: 1%, 3%, 5% e 10 %, em relação a massa de verniz, utilizada que foi de 150g.

Como essa pesquisa está em andamento e faz parte de um projeto maior o qual visará

encontrar outras aplicações do amido de milho modificado em tintas, partiu-se inicialmente

para testar o comportamento desse material como agente fosqueante em um verniz,

determinando-se nessa primeira fase o grau de dispersão, determinação da viscosidade

cinemática, opacidade, tempo de secagem ao toque e total, teor de sólidos e determinação

do brilho.

Outros ensaios estão programados para serem desenvolvidos tais como: brilho, poder de

cobertura, fineza, aderência, resistência física e química.

3 RESULTADOS

Neste presente tópico encontram-se os resultados dos ensaios realizados. Sendo

determinado em gráficos junto com a linha de tendência

3.1 Aspecto

As amostras apresentaram alteração em seu aspecto, tendo o clareamento do verniz,

conforme a figura 1

Figura 1 Comparativo entre corpos de prova e controle

Fonte: Hiroyuki (2013)

Legenda: (1) Amostra com 1% de amido; (2) Amostra com 3% de amido; (3) Amostra com

5% de amido; (4) Amostra com 10% de amido; (5) Controle.


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3.2 Ensaio de Viscosidade

Os ensaios de viscosidade foram realizados segundo a norma NBR 5849: 1986, e os

resultados obtidos encontram-se no quadro 1. Para a determinação dos respectivos

resultados, foi-se utilizado a equação 1, no qual utiliza o tempo obtido de escoamento e o

diâmetro do orifício do copo Ford.

Equação 1 Viscosidade cinemática pelo Copo Ford n°3

Sendo que representa a viscosidade cinemática sendo a unidade representada por mm²/s

ou CST (Centistokes), t representa tempo de escoamento em segundos.

Quadro 1 Viscosidade das amostras

Para visualização em gráfico, a figura 2 ilustra graficamente os resultados da viscosidade

obtida dos corpos de prova e a linha de tendência.

Figura 2 Gráfico de comparação da viscosidade dos corpos de prova

Controle 1% 3% 5% 10%

Média 79,639 87,414 88,741 92,39 106,66

y = 5,9018x + 73,263

R² = 0,8836

70

75

80

85

90

95

100

105

110

(mm

²/s o

u c

St)

Viscosidade cinemática


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3.3 Ensaio de brilho

Os resultados encontrados no ensaio de determinação de brilho estão presentes no quadro

6, sendo os resultados representados em unidade de brilho (UB), em triplicata para cada

amostra em ângulos de 20°, 60° e 85°, sendo mostrado as médias e desvio padrão dos

respectivos itens.

O quadro 2 ilustra os resultados das médias de cada ângulo para obter uma média final e

desvio padrão. Serão apresentados gráficos comparativos dos resultados obtidos de cada

amostra na figura 3

Quadro 2 Resultados do ensaio de determinação do brilho

Figura 3 Gráfico de UB

A figura 4 ilustra o aspecto da película de verniz após secagem nas placas do tipo carrara.

0 20

40 60 80

100 120

20°

60°

85°

20°

60°

85°

20°

60°

85°

20°

60°

85°

20°

60°

85°

Controle 1% 3% 5% 10%

UB

Gráfico de UB do ensaio de determinação do brilho

Média

Especificação


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Figura 4 Aspecto da película em placa de vidro do tipo carrara


Legenda: (1) Amostra com 1% de amido; (2) Amostra com 3% de amido; (3) Amostra com

5% de amido; (4) Amostra com 10% de amido; (5) Controle.

3.4 Ensaio de opacidade

A expressão dos resultados do ensaio de poder de cobertura em película seca por extensão

esta presente no quadro 3 e a ilustração gráfica da razão de contraste na figura 5.

Quadro 3 Razão de contraste do ensaio de opacidade


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Figura 5 gráfico de contraste das amostras

3.5 Determinação de tempo de secagem

O tempo de secagem determinado pelo ensaio realizado em laboratório esta especificado no

quadro 4, sendo apresentado o tempo de secagem ao toque (T1) e tempo de secagem final

(T2). Todos determinados em horas.

Quadro 4 Tempo de secagem das amostras

3.6 Determinação de teor de sólidos

A execução do cálculo do teor de sólidos é feita conforme a equação 2

Equação 2 Cálculo do teor de sólidos

A partir dos resultados obtidos da equação 2, foi possível estabelecer uma base de dados

em percentagem do teor de sólidos, no qual esta presente no quadro 5 e graficamente na

figura 6

7,4

7,45

7,5

7,55

7,6

7,65

7,7

7,75

7,8

7,85

Controle 1% 3% 5% 10%

Razão de contraste das amostras (%)

RC (%)


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Quadro 5 Percentagem do teor de sólidos

Figura 6 Gráfico do teor de sólidos das amostras

3.7 Ensaio de Intemperismo

Foram preparados os corpos de prova em triplicata para cada material, sendo que cada

corpo de prova foi aplicado camadas de verniz em intervalos de 1,9 cm, sendo que a

primeira camada contém o verniz padrão, a segunda camada com 1% de amido modificado,

e assim sucessivamente para as outras camadas e amostras. Cada camada teve a passada

de três demãos de verniz, sendo utilizado rolo de tinta para a execução. Vide figura 7. O

ensaio utilizou madeira como material de estudo sendo de dois tipos: cedrinho e

compensado sarrafiado com miolo de pinos. Os materiais são sobras fornecidas de uma

madeireira.


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Figura 7 Corpos de prova para ensaio de intemperismo

Entre o período de 21/04/2013 a 05/05/2013 as películas de verniz nos corpos de prova

apresentaram leve escurecimento, a superfície dos mesmos sem a camada de verniz

apresentou notável escurecimento em seu substrato. Não houve danos no substrato ou na

película. Verificar figura 8.

Figura 8 Corpos de prova de ensaio de intemperismo

21/04/2013 05/05/2013


Segundos dados coletados na CPTEC/INPE, a umidade relativa manteve-se entre 90% –

65%; UV de 6 a 3; velocidade do vento (km/h) de 10 – 5; pressão (hpa) de 90 – 71;

temperatura entre 26°C a 16°C

Não houve alterações significativas no aspecto da película de verniz nas amostras, houve

somente o escurecimento singelo da superfície e da película.


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19/05/2013 02/06/2013





Percebe-se que a superfície sem película protetora de verniz apresentou escurecimento e

aparecimento de bolor, as camadas de verniz não apresentaram quase nenhuma alteração

em seu aspecto e não houve a proliferação de fungos.


16/06/2013




Não houve mudança significativa tanto na película como na superfície sem proteção


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4 ANALISE E DISCUSSÃO

Este tópico abordara a avaliação dos resultados obtidos nos ensaios realizados em

laboratório químico. A análise será coerente ao objetivo proposto.

Primeiramente será abordada a incorporação da carga ao verniz. Conforme especificado no

tópico 3.1 “Aspecto” a dispersão e homogeneização do amido de milho modificado no verniz

com o uso de uma bagueta por cinco minutos fora de baixa dificuldade, sendo que com a

mais leve agitação fez com que o amido agrega-se ao verniz.

O aspecto também foi alterado, sendo que conforme figura 1, a adição de cargas alterou a

colocação do verniz, sendo que com o aumento da concentração de amido tornou o verniz

mais claro. De acordo com a legenda apresentada na figura 8, observasse nitidamente essa

variação de cor no corpo do verniz, principalmente se for comparada a amostra controle

indicada na figura pela amostra 5.

Em relação a viscosidade, presente no tópico 3.2 “Determinação Da Viscosidade Das

Amostras” a realização do ensaio teve como objetivo determinar o quanto o amido altera a

viscosidade do verniz, uma vez que é conhecido que o mesmo atua como espessante.

Percebe-se que o tempo de escoamento aumenta gradativamente com o aumento da

percentagem de amido de milho em pó. A variação entre a amostra controle e amostra 1

chegou a 8,19%, sendo um aumento de aproximadament4 segundos de escoamento. Não

houve muita variação entre as amostras 1 e 2. A variação entre as amostras 2 e 3 chegou

mais do que o dobro e a variação entre as amostras 3 e 4 foi significativa, chegando a mais

de 12%.

Compreende-se desta forma que o amido de milho altera a viscosidade cinemática do

verniz, sendo que ocorre um aumento de aproximadamente 8 cSt quando aplicado 1% de

amido de milho em pó. Aumentar a concentração para 3% infringiu aumento aproximado de

1 cSt e aumento de 5% elevou a viscosidade em aproximadamente 4 cSt.

Utilizar valores de 10% de amido causou aumento 14 cSt comparado a amostra de 5% de

amido, mostrando que concentrações de um décimo da massa do verniz eleva

consideravelmente a viscosidade quando comparado as demais amostras. Para melhor

comparação, o quadro 6 ilustra o aumento da viscosidade em percentagem das amostras.

Quadro 6 Relação do aumento da viscosidade cinemática

Amostra Média (mm²/s ou CST) Aumento da viscosidade

em relação ao controle (%)

Controle 79,639 -

Amostra 1 (1%) 87,414 9,76

Amostra 2 (3%) 88,741 11,42

Amostra 3 (5%) 92,39 16,01

Amostra 4 (10%) 106,66 33,94

Percebe-se a alteração significativa da viscosidade quando incorporado 1% de amido de

milho modificado. Variação quase mínima da viscosidade na aplicação de 3%. A viscosidade

do verniz aumentou significativamente quando adicionado 10%.


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Na sequencia, o tópico 3.3 “Determinação do Brilho” mostra na figura 23 que à medida que

as quantidades de amido de milho modificado foram introduzidas nas amostras de verniz, a

mesma, contribuiu para aumentar o grau de fosqueamento do verniz. Este ensaio é crucial

para este projeto, sendo que o mesmo foi feito para determinar se o amido de milho

modificado atua como carga fosqueante.

Em valores quantitativos, o quadro 7 apresenta em percentagem a alteração do brilho,

sendo representada a alteração com a média anterior

Quadro 7 Relação da diminuição do UB

Conforme quadro 14, os resultados revelam que com o aumento gradativo de concentração

de amido de milho diminui o UB do verniz de forma significativa, sendo que em ângulo de

20° a alteração do brilho foi elevada, chegando a diminuir aproximadamente um terço e até

quase todo UB do controle. Ângulos de 60 ° e 85° também tiveram valores significativos,

embora não tão elevados comparados ao ângulo de 20°. Compreende-se então que com a

adição de amido de milho modificado diminui o brilho, tornando o verniz fosco.

Em seguida, o tópico 3.4 “Determinação da Opacidade” cuja finalidade foi analisar se o

amido, por ser de coloração branca e opaca altera a opacidade do verniz, revelou alteração

da opacidade ou razão de contraste (RC) da película sobre cartela, sendo que com o

aumento da quantidade de cargas adicionadas no verniz mudou minimamente o RC, sendo

menor que 1% de alteração.

Desta forma, o amido de milho altera a opacidade de forma muito singela verniz.

O tópico 3.5 “Determinação do Tempo de Secagem” apresentou o tempo em que a demão

de verniz levou para formar a película. O tempo especificado como T1 (secagem ao toque)

não mostrou diferença entre as amostras, sendo que todas tiveram tempo de secagem igual

à uma hora. Este ensaio têm a função de verificar se a carga altera no tempo de formação

da película.

Tempo de secagem final ou T2 houve variação, sendo que o verniz puro levou três horas

para ter a sua secagem total, a amostra de 1 % demorou duas horas a mais para secar. As

outras demais amostras tiveram tempo de secagem aproximado, sendo de nove horas. Os

valores do tempo obtido dos corpos de prova das amostras de 3%, e 10% tiveram variações

no tempo de secagem final. Devido a granulométria da carga agregada, pode ter causado

falha no deslizamento da agulha e assim um resultado não muito preciso.

Por fim o tópico 3.6 “Determinação de Teor de Sólidos” ilustrou a quantidade de partículas

sólidas presentes nas amostras no qual se percebe um aumento mínimo inicialmente entre


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as amostras controle e 1% e posteriormente um aumento mais significativo do teor de

sólidos nas demais amostras. O quadro 8 ilustra a percentagem do aumento do teor de

sólidos. O ensaio mencionado objetivou-se em analisar quanto de material sólido foi

incorporado no vernoz.

Quadro 8 Relação do aumento do teor de sólidos

Assim, é possível identificar que a partir da adição de 3% de amido altera de forma

significativa a quantidade de sólidos, sendo que essa quantidade é dobrada com as

amostras posteriores.

Em relação ao ensaio de intemperismo, por ainda estar em fase inicial, não é possível

realizar uma analise concreta dos resultados. Com base nos dados obtidos, a película de

verniz com a carga de amido de milho modificado mostrou mesmo desempenho comparado

à camada de verniz padrão (sem amido).

CONCLUSÃO

Tintas e vernizes por serem produtos do cotidiano e de grande valor para a proteção,

sinalização e estética devem ser economicamente viáveis e ambientalmente benéficas ao

meio ambiente.

A utilização de amido de milho como cargas para agente de fosqueamento mostrou eficácia,

já que conforme os resultados obtidos em ensaios laboratoriais revelaram que com o

aumento gradativo de amido de milho em verniz diminui o seu brilho, sendo que

concentrações de 10% diminuiu drasticamente o brilho do verniz.

Outras propriedades abordadas, tais como viscosidade, tempo de secagem e teor de sólidos

também apresentaram alterações quando aplicado o material de interesse no verniz. Os

resultados indicam que com o aumento gradativo de amido de milho modificado resulta no

aumento da viscosidade de forma significativa. Em relação ao tempo de secagem, a

aplicação da carga prolongou a secagem da demão, sendo que em adição de 3%, 5% e

10% de amido não houve variação no tempo final entre os mesmos. A quantidade de

partículas sólidas também mostrou alteração, sendo que a partir de 3% mostrou alteração

significativa.

Em relação à opacidade, não houve alterações significativas nos resultados, sendo somente

um aumento mínimo do RC no verniz.

Finalmente entende-se assim que a aplicação de amido de milho modificado em verniz

como agente de fosqueamento mostra ser uma opção sustentável, já que o mesmo é

economicamente e ambientalmente viável para obter um verniz fosco, ou que também

poderia ser chamado de um verniz com semi brilho.


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