A presente invenção consiste na utilização de zeólitas e materiais mesoporosos organizados na formulação de composto de borracha, borracha termoplástica, plástico e para o processo de obtenção de tintas, resinas, adesivos e vernizes como cargas inorgânicas, para sua aplicação na obtenção de artefatos usados em diversos segmentos da indústria, construção civil, design, doméstico, como, por exemplo, componentes de peças automotivas, peças mecânicas, peças de segurança, materiais esportivos, pneus, máquinas agrícolas, embalagens, máquinas alimentícias e máquinas de fabricação de fármacos, entre outros, beneficiando-se do aumento de resistência mecânica, química e da diminuição da permeabilidade a líquidos e vapores, beneficia as propriedades reométricas (viscosidade) dos materiais e peças com ele obtidos. A contribuição da zeólita e do material mesoporoso organizado como carga inorgânica é devida a suas altas áreas específicas decorrentes de suas estruturas cristalinas e organizadas na escala nanométrica.

Uso de zeólitas e de materiais mesoporosos organizados como carga nas borrachas Nitrílica (NBR), Nitrílica Hidrogenada (HNBR), Poliacrílica (ACM / AEM), Policloropreno (CR), Epicloridrina (ECO), Polietileno cloro-sulfonado (CSP), Silicone (MVQ), Elastômero de óxido de propeno, silicone fluorado (FMVQ), elastômero fluorado (FKM), elastômero perfluorado (FFKM), Poliuretano (PU), Natural (NR), Poliisopreno (IR), Polibutadieno (BR), Poli- butadieno-estireno (SBR), Poli-etileno-propileno-dieno (EPDM), Poli-etileno- propileno (EPR), Butílica (IIR), Butílica halogenada, Polietileno clorado (CPE), Fluorelastomero fosfonitrlico, Etileno vinil acetato (EVA), Termoplásticas (TPU/ TPV/ TPO/ TPE/ TR), resinas alquídicas, poliésteres saturados, resinas celulósicas, hidrocarbônicas e borracha clorada, resinas de silicones, resinas epoxidicas, resinas amínicas, resinas poliuretánicas, resinas fenólicas, resinas acrílicas e dispersões aquosas, usadas para a confecção de peças com formato de membranas, foles, tubos e mangueiras para combustível e mangueiras para aplicações hidráulicas e/ou pneumáticas ou, para transporte de hidrocarbonetos alifáticos, transporte de solventes, transporte de petróleo, transporte de alimentos, peças de borracha usadas na indústria do petróleo e da petroquímica, correias transportadoras, material de fricção, cobertura de rolos ou ainda para a confecção de peças de vedação, peças automotivas, peças mecânicas, peças de segurança, peças de funilaria, materiais esportivos, calçados, pneus, peças de construção civil, peças para a preparação de artigos de borrachas técnicas, máquinas agrícolas, embalagens, máquinas alimentícias e máquinas de fabricação de fármacos, confecção de produtos com formato de líquido, pó ou viscoso, filmes, tintas, coberturas, colas, adesivos, protetivos, entre outros.

ESTADO DA ARTE

A tecnologia atual de produção de artefatos de borracha empregados nas mais diversas aplicações da indústria utiliza cargas pretas e cargas brancas que auxiliam na melhoria de propriedades mecânicas, propriedades químicas e na diminuição da permeabilidade a gases e líquidos, mas que tem a desvantagem de prejudicar a processabilidade, proporcionalmente à quantidade de carga adicionada. Tais problemas constituem limitações significativas à aplicabilidade industrial de tais materiais.

Para aumentar a ação da carga para melhoria das propriedades da borracha procura-se aumentar a interação entre a borracha e a superfície da carga. Isso pode ser obtido empregando materiais inorgânicos com alta área específica, como carga, combinados a um agente de acoplamento, que é misturado fisicamente aos compostos da formulação da borracha. Esses agentes proporcionam um aumento de compatibilidade entre a carga e a borracha. Um exemplo típico é a melhoria das interações entre as hidroxilas da sílica e as duplas ligações carbono-carbono conjugadas da borracha. Por exemplo, a patente americana US Patent 6.279.633, de 20/04/2005, descreve a utilização de sílica precipitada, de área específica entre 110 e 130 m ² g ^"1 , e organosilanos sulfurados como agente de acoplamento em uma borracha EPDM (terpolímero etileno-propileno-dieno).

Melhorias são encontradas no uso de agentes de acoplamento de tipo organomercaptosilanos modificados com fórmula geral (X)n(R70)3-n Si R8-SH, sendo X um halogênio, R um radical alquil contendo de 1 a 18 carbonos como descrito na patente EP 1752488 (A2) (03/08/2006) que corresponde à obtenção de borracha destinada à fabricação de pneus.

A adição de cargas usuais como, por exemplo, negro de fumo, sílica e argila à borracha é acompanhada de melhoria relacionada às propriedades mecânicas, mas paralelamente o material apresenta um aumento nos valores de viscosidade Mooney. Esse comportamento da borracha contendo carga de reforço indica uma diminuição da fluidez do material e consequentemente corresponde a uma diminuição ou até a uma impossibilidade de processabilidade desse material conforme descrito para as borrachas nitrílicas em "Ohm, R. F., The Vanderbilt Rubber Handbook, 13 ^a . Ed., Norwalk, 1990, páginas 478 e 479". Esse efeito nefasto da adição de carga sobre a fluidez do material corresponde a uma limitação para alcançar melhorias das propriedades mecânicas das borrachas processadas industrialmente. Assim encontrar uma carga que melhor as propriedades mecânicas e de barreira sem prejudicar as propriedades de processabilidade, ou seja que permite a obtenção de uma borracha com índices de fluidez adequado para o processamento industrial é um objetivo a ser alcançado.

Em relação à tecnologia atual de produção nas indústrias de tintas, vernizes, adesivos e resinas, segue processos similares, onde se utilizam um grande número de matérias-primas e produz uma elevada gama de produtos em função da grande variedade de produtos/superfícies a serem aplicados, forma de aplicação, especificidade de desempenho. De modo geral, a tinta, o verniz, o adesivo e as resinas, podem ser considerados como uma mistura estável de uma parte sólida (que forma a película aderente à superfície a ser aplicada) em um componente volátil (água ou solventes orgânicos). Uma terceira parte, denominados aditivos, embora representando uma pequena percentagem da composição, é responsável pela obtenção de propriedades importantes tanto na tinta, no verniz, no adesivo e nas resinas, quanto no revestimento.

As tintas, os vernizes, os adesivos e as resinas são resultado de uma preparação, o que significa que há uma mistura de vários insumos s matérias- primas básicas para a produção de tintas, os vernizes, os adesivos e as resinas são constituídos pelas resinas, pigmentos, solventes e aditivos, a combinação dos elementos define as propriedades de resistência e de aspecto, bem como o tipo de aplicação e custo do produto final.

As resinas são responsáveis pela maioria das características físicas e químicas do produto final, pois determinam o brilho, a resistência química e física, a secagem, a aderência, e outras, pode ser de origem natural (principalmente vegetal), mas as resinas mais utilizadas pela indústria de tinta são sintéticas e constituem compostos de alto peso molecular, as resinas mais usuais são as alquídicas, epóxi, poliuretânicas, acrílicas, poliéster, vinílicas e nitrocelulose.

Os pigmentos são divididos em três classes: pigmentos inorgânicos (dióxido de titânio, amarelo óxido de ferro, vermelho óxido de ferro, cromatos e molibidatos de chumbo, negro de fumo, azul da Prússia, etc), pigmentos orgânicos (azul ftalocianinas azul e verde, quinacridona violeta e vermelha, perilenos vermelhos, toluidina vermelha, aril amídicos amarelos, etc) e pigmentos de efeito (alumínio metálico, mica, etc.) são substâncias insolúveis no meio em que são utilizados (orgânico ou aquoso) e têm como finalidades principais conferir cor ou cobertura às resinas, principalmente nas tintas.

Os corantes são substâncias geralmente solúveis em água e são utilizados para conferir cor a um determinado produto ou superfície. Os corantes se fixam na superfície que vão colorir através de mecanismos de adsorção, ou ligações iónicas e covalentes enquanto que os pigmentos são dispersos no meio (tinta) formando uma dispersão relativamente estável. Também são utilizados os negros de fumo, no caso de tingimento preto.

Os solventes orgânicos são geralmente divididos em dois grupos: os hidrocarbonetos (alifáticos e aromáticos) e os oxigenados (os álcoois, acetatos, cetonas, éteres, etc). São compostos (orgânicos ou água) responsáveis pelo aspecto líquido da tinta, resina, adesivo ou verniz, com uma determinada viscosidade. Após a aplicação da tinta, resina, adesivo ou verniz, o solvente evapora deixando uma camada de filme seco sobre o substrato. A escolha de um solvente é feita de acordo com a solubilidade das resinas respectivas da tinta, adesivo, resina ou verniza, da viscosidade e da forma de aplicação.

Aditivos são empregados em baixas concentrações (geralmente <5%), que têm funções específicas como conferir importantes propriedades às tintas, vernizes, resinas e adesivos, e aos seus produtos, tais como: aumento da proteção anticorrosiva, bloqueadores dos raios UV, catalisadores de reações, dispersantes e umectantes de pigmentos e cargas, melhoria de nivelamento, agentes reológicos, secantes e antiespumantes.

As cargas geralmente são minerais industriais com características adequadas de brancura e granulometria sendo as propriedades físicas e químicas também importantes, são importantes na produção de tintas do tipo látex e seus complementos, esmaltes sintéticos foscos e acetinados, tintas a óleo, tintas de fundo, também em resinas, adesivos e vernizes, as mais utilizadas são: carbonato de cálcio, agalmatolito, caulim, barita, também as cargas sintéticas como carbonato de cálcio precipitado, sulfato de bário, sílica, silico-aluminato de sódio, etc.

As cargas são largamente utilizadas, pois reduzem os custos das tintas, resinas, vernizes e adesivos, e também colaboram para a melhoria de certas propriedades como cobertura, resistência às intempéries, resistência mecânica, resistência química, melhora na interação com o substrato.

É amplamente conhecido na academia e na indústria química de tintas, resinas, adesivos e vernizes a necessidade de melhora no processo entre a interação da resina com os demais componentes da formulação como os pigmentos e as cargas.

A patente BR PI 0621911 -A2 depositada em 28 de julho de 2006 reivindica a realização do revestimento de pigmentos inorgânicos com resinas de aldeído ou cetona ou pelo menos um dispersante o qual resultará em um produto aplicado à tintas que irá promover a interação entre o pigmento e a resina, esta técnica satisfaz e melhoria de dispersão porém acrescenta etapas no processo de fabricação do pigmento o que encarece o custo do mesmo.

O efeito indesejado da adição de pigmentos ou carga sobre a fluidez do material corresponde a uma limitação para alcançar melhorias das propriedades das tintas, resinas, vernizes e adesivos processados industrialmente. Assim encontrar uma carga que melhore as propriedades mecânicas e de barreira sem prejudicar as propriedades de processabilidade, ou seja, que permite a obtenção de uma melhoria nos índices de fluidez, coesão de filme e adesão sendo adequado para o processamento industrial é um objetivo a ser alcançado.

OBJETIVO DA INVENÇÃO

A presente invenção corresponde à utilização de compostos silico- aluminatos cristalinos que possuem poros na escala nanométrica, chamados zeólitas e materiais mesoporosos organizados, como carga inorgânica, fazendo parte da formulação de borracha, borracha termoplástica ou plástico, utilizada para a manufatura de peças usadas em diversos segmentos da indústria que utilizam artefatos de borracha, borracha termoplástica ou plástico que necessitem possuir resistência mecânica, resistência química e resistência à permeação de líquidos e vapores e que apresentam elasticidade. A presente invenção também se aplica na formulação de tintas, vernizes, adesivos e resinas, utilizadas para a manufatura de produtos usados em diversos segmentos como a indústria, uso doméstico, construção civil, design, também, componentes de peças automotivas, peças mecânicas, peças 5 de segurança, materiais esportivos, máquinas agrícolas, embalagens, entre outros que necessitem possuir resistência mecânica, resistência química e resistência à permeação de líquidos e vapores, poder de recobrimento, de adesão.

O uso de zeólitas e materiais mesoporosos organizados permite a í o obtenção de matérias que apresentam melhorias relativas às propriedades de resistência mecânicas e resistência ao ataque por produtos químicos sendo que esses materiais continuem possuindo uma fluidez compatível com a processabilidade industrial. Também beneficia as propriedades reométricas (viscosidade) dos materiais e permite obter melhoria na coesão dos filmes, 15 materiais e peças com ele obtidos.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

A adição de compostos silico-aluminatos cristalinos que possuem poros na escala nanométrica, chamados zeólitas ou materiais mesoporosos 0 organizados, como componentes da carga para a borracha, borracha termoplástica ou plástico, componentes de tintas, vernizes, adesivos e resinas, que confere ao material o aumento de sua resistência em relação ao ataque por produtos químicos líquidos ou gasosos como, por exemplo, solventes e gasolina, bem como resistência à corrosão, melhoria na processabilidade e5 poder de coesão do filme.

Essa maior resistência química permite a obtenção de compostos mais eficientes para a produção de peças de vedação usadas em sistemas em contato com solventes voláteis líquidos ou vapores de solventes e também para a obtenção de produtos para a produção de tintas, vernizes, adesivos e0 resinas usadas em sistemas que ficam em contato com ambiente externo e meios corrosivos. A presença de compostos do tipo zeólitas e/ou materiais mesoporosos organizados, incorporados aos compostos de borracha e nas formulações de tintas, vernizes, adesivos e resinas, representa uma melhoria em termos de propriedade de barreira física e química do composto sem que suas propriedades de processabilidade sejam modificadas.

A formulação do composto objeto comporta os seguintes elementos: a matriz polimérica, o sistema de carga, constituído por negro de fumo, sílica, zeólita e/ou material mesoporoso organizado, o agente de vulcanização, os aceleradores químicos, como por exemplo óxido de zinco; o agente plastificante; o auxiliar de processo; o antiozonante, o antioxidante e o agente de acoplamento. Esses elementos são misturados fisicamente em um misturador fechado ou aberto. Após o processo de mistura obtém-se o composto e com ele é realizada a vulcanização durante a qual ocorre a formação de ligações cruzadas através de reações químicas obtendo-se assim o artefato.

As propriedades reométricas do composto foram avaliadas, medindo o parâmetro de torque mínimo (ML), torque máximo (MH), tempo de Scorch (ts2) e tempo ótimo de vulcanização (t90).

Comparando-se compostos obtidos com adição de zeólita com materiais obtidos sem tal adição observa-se: i) o valor de ML não é alterado, o que indica que o material é adequado para ser processado; ii) o valor de MH apresenta um aumento proporcional à quantidade de zeólita adicionada, o que corresponde a um aumento na resistência mecânica ao alongamento; iii) os valores de ts2 e t90 diminuem o que significa que o composto inicia a sua vulcanização num tempo menor, o que corresponde a um efeito das interações da carga com a borracha.

Comparando-se compostos obtidos com adição de zeólita com materiais obtidos sem tal adição, a dureza, medida conforme a norma ASTM D 2240, dos compostos contendo zeólita apresentam um aumento da dureza proporcional à quantidade de zeólita adicionada. Comparando-se compostos obtidos com adição de zeólita com materiais obtidos sem tal adição, a tensão de ruptura, medida conforme a norma ASTM D 412, dos compostos contendo zeólita apresentam um aumento da tensão de ruptura proporcional à quantidade de zeólita adicionada. Esse resultado traduz o efeito da resistência mecânica associada à adição da zeólita para a borracha. A avaliação da propriedade do alongamento na ruptura, medida conforme a norma ASTM D 412, indica que a elasticidade do produto é conservada após a adição da zeólita.

As propriedades acima avaliadas, ou seja, propriedades mecânicas, tensão de ruptura e o alongamento na ruptura, sendo que essa última caracteriza a elasticidade do material, podem ser modificas através da variação da quantidade de agente de acoplamento empregada.

A avaliação da resistência química foi feita através da imersão do produto utilizando a norma ASTM 471 em uma mistura de solventes composta de (expressa em % volumétrica): 42,2 % tolueno, 25,4 % isoctano, 12,7 % isobutileno, 4,2 % etanol, 15,0 % metanol, 0,5 % água deionizada, à qual são adicionados 20 ppm de ácido fórmico. Foi registrada a variação do volume do produto após uma imersão de 48 horas a 23° C. Em comparação com um composto sem zeólita ou sem materiais mesoporosos organizados, o valor de inchamento é reduzido comprovando que a adição de zeólita permite obter materiais com maior resistência química.

A viscosidade Mooney do composto prevê o comportamento do composto para os processos que dependem do fluxo de material (no interior do molde ou durante o processo de injeção). Avalia-se através da viscosidade Mooney, conforme a norma ASTM 1646, que o material contendo zeólita ou materiais mesoporosos organizados como carga de reforço possui propriedade de processabilidade. Observa-se que o aumento da quantidade de zeólita não altera a processabilidade.

Comparando o invento com as formulações atuais que utilizam sistemas de cargas tradicionais (sílica, negro de fumo, carbonato de cálcio ou caulim) evidencia-se que quando incorporada à borracha, tinta, verniz, adesivos e resinas, a zeólita ou os materiais mesoporosos organizados atuam como carga de reforço e agentes de resistência química (resistência ao inchamento quando em contado com solvente), mecânica e viscosidade dos materiais, e assim consegue obter um composto de boa processabilidade levando a produtos cuja elasticidade é conservada.

EXEMPLOS

Exemplo 1 :

Obtenção de uma borracha NBR contendo 20 phr (phr do inglês parts per hundred of rubber) de uma zeólita sintética do tipo Faujasita na forma sódica com uma área específica de 400 m ² g ^"1 como carga de reforço. A formulação da borracha contem além da zeólita agentes de vulcanização, plastificante, auxiliar de processo, antiozonante e antioxidante.

As propriedades reométricas do composto são: ML = 1 ,14 Ib/in; MH = 33,2 Ib/in; ts2 = 43 s e t90 = 146 s. A dureza (Shore A), medida conforme a norma ASTM D 2240 é igual a 73. A tensão de ruptura, medida conforme a norma ASTM D 412, é igual a 8,1 MPa. O alongamento do corpo de prova na ruptura, medido conforme a norma ASTM D 412, é de 223 %. A avaliação da resistência química é feita através da imersão do produto utilizando a norma ASTM 471 em uma mistura de solventes composta de (expressa em % volumétrica): 42,2 % tolueno, 25,4 % isoctano, 12,7 % isobutileno, 4,2 % etanol, 15,0 % metanol, 0,5 % água deionizada, à qual são adicionados 20 ppm de ácido fórmico. É registrada uma variação do volume do corpo de prova após uma imersão de 48 horas a 23° C de 30,1 %. É registrada uma variação do volume do produto após uma imersão de 48 horas a 23° C de 32,0 %. A viscosidade Mooney do composto medida conforme a norma ASTM 1646, é de 29.

Exemplo 2: Obtenção de uma borracha NBR com a formulação do exemplo 1 , mas com 30 phr de uma zeólita sintética do tipo Faujasita Y na forma sódica com uma área específica de 400 m ² g ^"1 como carga de reforço.

As propriedades reométricas do composto são: ML = 1 ,17 I b/in; MH = 5 34,1 Ib/in; ts2 = 42 s e t90 = 141 s. A dureza (Shore A), medida conforme a norma ASTM D 2240 é igual a 75. A tensão de ruptura, medida conforme a norma ASTM D 412, é igual a 8,1 MPa. O alongamento do corpo de prova na ruptura, medido conforme a norma ASTM D 412, é de 219 %. A avaliação da resistência química é feita através da imersão do produto utilizando a norma í o ASTM 471 em uma mistura de solventes composta de (expressa em % volumétrica): 42,2 % tolueno, 25,4 % isoctano, 12,7 % isobutileno, 4,2 % etanol, 15,0 % metanol, 0,5 % água deionizada, à qual são adicionados 20 ppm de ácido fórmico. É registrada uma variação do volume do corpo de prova após uma imersão de 48 horas a 23° C de 28,0 %. É registrada uma variação do 15 volume do produto após uma imersão de 48 horas a 23° C de 30,1 %. A viscosidade Mooney do composto medida conforme a norma ASTM 1646, é de 28.

Exemplo 3:

Obtenção de um composto de borracha fluorada (68,5 % em massa de 0 flúor) cuja formulação é expressa em cem partes de borracha ou phr, contendo 7 phr de uma zeólita sintética do tipo A, na forma sódica com área específica 400 m ² g ^~1 , como carga de reforço. A formulação da borracha contém além da zeólita, ativador, pigmento, auxiliar de processo.

As propriedades reométricas do composto são: ML = 1 ,96 Ib/in; MH = 5 31 ,55 Ib/in; ts2 = 1 15 s e t90 = 147 s. A dureza (Shore A), medida conforme a norma ASTM D 2240 é igual a 67. A tensão de ruptura, medida conforme a norma ASTM D 412, é igual a 6,4 MPa. O alongamento do corpo de prova na ruptura, medido conforme a norma ASTM D 412, é de 220 %. A avaliação da resistência química é feita através da imersão do produto utilizando a norma 0 ASTM 471 em uma mistura de solventes composta de (expressa em % volumétrica): 42,2 % tolueno, 25,4 % isoctano, 12,7 % isobutileno, 4,2 % etanol, 15,0 % metanol, 0,5 % água deionizada, à qual são adicionados 20 ppm de ácido fórmico. É registrada uma variação do volume do corpo de prova após uma imersão de 48 horas a 23° C de 23,0 %.

Deve ficar evidente aos conhecedores da técnica que a presente invenção pode ser configurada de muitas outras formas específicas sem apartar-se do espírito ou do escopo da invenção. Particularmente, deve-se compreender que a invenção pode ser configurada nas formas descritas.

Portanto, os exemplos e configurações presentes devem ser considerados como ilustrativos e não restritivos, e a invenção não deve ser limitada aos detalhes fornecidos neste documento, mas podem ser modificados dentro do escopo e equivalência das reivindicações anexas.