Campo da Invenção

[0001] A presente invenção refere-se a emulsões aquosas de resinas contendo pelo menos um tensoativo não-iônico de fórmula geral Ri-(AiO) _n - (A ₂ 0) _x -(A ₃ 0) _y -R ₂ , obtidas através de processo de emulsificação por inversão de fases. Em particular, a invenção refere-se a emulsões aquosas de resinas comumente utilizadas em tintas à base de solvente, como, por exemplo, resinas alquídicas. Tais emulsões são estabilizadas por composições de tensoativos não-iônicos e aniônicos que promovem a inversão de fases água- óleo para óleo-água na presença de baixo teor de água, possibilitando a obtenção de emulsões do tipo água-óleo com elevada produtividade e alto teor de sólidos, mesmo em condições de baixo cisalhamento.

Estado da Técnica

[0002] O desenvolvimento de tecnologias de recobrimentos à base de água tem sido foco das áreas de pesquisa por longo tempo. Os primeiros recobrimentos que excluíam o uso de solventes orgânicos da composição surgiram na metade do século XX. Hoje em dia grande parte dos recobrimentos arquitetônicos utiliza tecnologia base-água baseada em resinas acrílicas/ vinílicas obtidas através de polimerização em emulsão.

[0003] Entretanto, para aplicações específicas, como em esmalte alto brilho, a utilização de tecnologia de emulsões acrílicas não é suficiente para atingir o desempenho obtido por tecnologias consagradas à base de solvente, que ainda dominam o mercado.

[0004] O emulsionamento de polímeros insolúveis em água tem sido a solução encontrada para alcançar o desempenho necessário para este tipo de recobrimento, como descrito nas referências US2003144397, US2003021999, US2002211575, US2007299228, US2013244173, WO2011051612, WO2006109432, WO2013056162 e EP0593487. [0005] O processo de emulsificação comumente utilizado envolve a utilização da técnica de inversão de fase, que consiste na adição gradual de água ao polímero a ser emulsionado. No início, quando a concentração de água está abaixo de um valor crítico, a emulsão é do tipo água-em-óleo. A produtividade do processo depende desta etapa, pois neste momento a adição de água deve ser lenta. Quando um valor crítico de concentração de água é alcançado ocorre a inversão de fase (ponto de inversão), onde a emulsão passa a ser do tipo óleo-em-água. Após este ponto a emulsão é compatível com água e as características finais como tamanho de partícula já são alcançadas. A partir desse ponto a adição de água pode então ser rápida.

Problemas Relacionados ao Estado da Técnica

[0006] Os processos de emulsionamento descritos no estado da técnica até hoje não citam a obtenção de emulsões de polímeros com altos teores de sólidos no ponto de inversão. Por emulsões com alto teor de sólidos entendem-se emulsões em que a fração mássica de polímero emulsionado em água é maior que 60 % em relação ao total da emulsão.

[0007] Além disso, a fabricação de emulsões com a maior eficiência possível, isto é, processos e formulações para se obter o menor tamanho de partícula com a mínima quantidade de tensoativo e com o menor gasto possível de tempo e energia, foi pouco explorada.

[0008] Todos os processos de emulsificação descritos nas referências mencionadas anteriormente utilizam equipamentos específicos (ex.: Intermig, misturadores estáticos), não convencionais, para gerar emulsões alquídicas com tamanhos de partículas inferiores a 500 nm em condições de baixo cisalhamento.

[0009] Dessa forma, há uma carência de composições de tensoativos efetivas para reduzir tamanho, estabilizar partículas e promover a inversão de fases de resinas na presença de baixos teores de tensoativos e água em condições brandas de cisalhamento utilizando equipamentos convencionais. Descrição Detalhada da Invenção

[00010] A presente invenção refere-se a emulsões aquosas de resinas contendo composições de tensoativos não-iônicos e aniônicos otimizadas para gerar emulsões estáveis com tamanhos de gotículas ou partículas reduzidos, alto sólidos e alta produtividade de processo, mesmo utilizando condições brandas de cisalhamento, equipamentos de agitação convencionais e baixa concentração global de tensoativos através de método de emulsificação por inversão de fases.

[00011] As emulsões aquosas de resina compreendidas na presente invenção contêm pelo menos uma resina, água e pelo menos um tensoativo não-iônico de formula I:

Ri-(A ₁ 0) _n -(A ₂ 0) _x -(A ₃ 0) _y- R ₂ (I)

Onde

Ri é uma cadeia carbónica saturada ou insaturada contendo 1 - 22 carbonos

AiO é um homopolímero, copolímero em bloco ou randômico de óxido de alquileno

A ₂ 0 é um copolímero em bloco ou randômico de óxido de alquileno de composição diferente de Ai e A ₃

A ₃ 0 é um homopolímero, copolímero em bloco ou randômico de óxido de alquileno

x varia de 1 a 30

n varia de 1 a 100

y varia de 0 a 100

R ₂ é hidrogénio ou uma cadeia carbónica saturada ou insaturada contendo 1 - 22 carbonos

[00012] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, as emulsões obtidas apresentam teor de fase orgânica de 30 a 90 %, preferencialmente entre 60-80 %. [00013] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, as resinas adequadas para emulsificação incluem todos os tipos de polímeros adequados e comumente utilizados em recobrimentos, por exemplo, tintas e adesivos, sendo obtidos por métodos de polimerização conhecidos na arte. Tais polímeros incluem, mas não se limitam a resinas acrílicas, vinílicas, epóxi, celulósicos, poliésteres e seus derivados. Especialmente a presente invenção é adequada para emulsionamento de resinas alquídicas e seus derivados, tanto para secagem ao ar ou forçada, com comprimentos em óleo na faixa de 10 a 100%, de preferência de 30 a 80% e especialmente de 45 a 55%.

[00014] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, as resinas ou polímeros usados podem ser constituídos por uma única resina ou mistura de duas ou mais resinas.

[00015] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, podem ser utilizadas resinas isentas de solventes, resinas contendo baixo teor de solvente residual ou resinas em solução através da utilização de um solvente adequado. Tais solventes incluem, mas não se limitam a, compostos aromáticos e alifáticos, ésteres, álcoois, glicóis e seus derivados. Preferencialmente, os solventes utilizados compreendem a família das naftas de petróleo, especialmente aguarrás.

[00016] Numa realização preferencial, a composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo fato dos tensoativos não-iônicos compreenderem apenas o tensoativo não-iônico de formula I.

[00017] Numa realização preferencial, a composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo fato dos tensoativos não-iônicos serem misturas de tensoativo de formula I e tensoativos alcoxilados convencionais contendo no mínimo 10 % do tensoativo de formula I.

[00018] Foi verificado que é desejável utilizar-se combinações de tensoativos não iónicos da fórmula (I) com tensoativos aniônicos, tais como alquil éter carboxilatos, alquil aril sulfonatos, ésteres de fosfato, alquil éter sulfatos, semi ou diéster de sulfosuccinatos, óleos sulfatados ou sulfonados, tais como o óleo de rícino, ou sebo sulfonado, alquil ou alquileno sulfatos, ou uma mistura de pelo menos dois de tais tensoativos aniônicos. Estas classes bem conhecidas de tensoativos aniônicos são fornecidas como aciduladas, ou incluem contra-íons para torná-las mais proximamente neutras. Nesta invenção, podem ser utilizados tensoativos aniônicos neutralizados ou podem ser incluídos agentes neutralizantes nas composições. Os contra-íons adequados incluem aqueles derivados de metais alcalinos, especialmente de sódio e potássio (adequadamente fornecidos como hidróxido ou carbonato) e, especialmente para sódio e potássio (adequadamente fornecidos como hidróxido ou carbonato) e, especialmente para éter carboxilatos, aminas, especialmente aminas terciárias, incluindo hidroxialquil aminas, especialmente alcanolaminas. A neutralização no ponto de uso ou in situ durante a emulsificação pode ser executada utilizando-se uma base adequada como um hidróxido ou carbonato alcalino metálico ou aminas, especialmente alcanolaminas. A quantidade de agente neutralizante utilizada é suficiente para se atingir um nível desejado de pH na emulsão de produto. De preferência, o pH da emulsão final está na faixa de 3 a 10, mais de preferência, 5 a 9. Desta forma, outra realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, compreende o uso de pelo menos um tensoativo aniônico.

[00019] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, os tensoativos empregados na emulsificação das resinas pelo método de inversão de fases são misturas de tensoativos não-iônicos e aniônicos. [00020] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, os tensoativos aniônicos podem ser derivados de alquil éter carboxilatos, alquil aril sulfonatos, alquil sulfonatos, alquil éter sulfatos, ésteres de fosfato, semi ou diéster de sulfosuccinatos, óleos sulfatados ou sulfonados, tais como o óleo de rícino, ou sebo sulfonado, alquil ou alquileno sulfatos, neutralizados com bases de metais alcalinos, especialmente de sódio e potássio, e aminas, especialmente aminas terciárias, incluindo hidroxialquil aminas, especialmente alcanolaminas.

[00021] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, a razão de tensoativos não- iônicos/aniônicos varia entre 5 a 95 %, preferencialmente a razão de tensoativos não-iônicos/aniônicos varia entre 25 a 75 % em peso.

[00022] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, a concentração global de tensoativos sobre a fase orgânica varia de 0,1 a 20%, preferencialmente de 4 a 15%, e especialmente de 6 a 12% em peso.

[00023] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, as resinas empregadas que contêm sítios aniônicos ativos podem ser neutralizadas com agentes neutralizantes para ajuste do pH da emulsão durante ou após a formação até um nível adequado, usualmente não fortemente acidulados ou alcalinos, de preferência presentes na faixa de 0 a 150%, mais de preferência, 40 a 110%, expressa como uma percentagem do valor ácido da resina.

[00024] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, outros materiais, por exemplo, aditivos de processo, podem ser adicionados na fase aquosa ou na fase orgânica, antes da emulsificação, para facilitar o processo de emulsificação. Os aditivos de processo incluem agentes antiespumantes ou eliminadores de espuma, os quais quando utilizados de preferência estarão presentes na faixa de 0,01 a 2% em massa da emulsão; modificadores de reologia, que quando utilizados, de preferência estarão presentes na faixa de 0,5% a 20%, mais de preferência, 0,5 a 10%, e especialmente, 0,5 a 3% em peso da emulsão; eletrólitos que quando utilizados para controlar um mecanismo de inversão, de preferência estarão presentes na faixa de 1 mmol.r ¹ a 100 mmol.r ¹ de emulsão.

[00025] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, as emulsões de resinas obtidas contêm gotículas estáveis com tamanhos médios menores que 500 nm.

[00026] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, o processo de obtenção das emulsões aquosas de resinas utiliza velocidades de agitação inferiores a 1500 rpm, sistemas de agitação convencionais e método de emulsificação por inversão de fases.

[00027] Numa realização preferencial da composição de emulsão de resina de acordo com a presente invenção, as emulsões de resinas obtidas são empregadas em formulações de revestimento aplicadas em construção civil, tintas arquitetônicas, tintas industriais, tintas e vernizes para embalagens gerais.

A invenção é ilustrada pelos exemplos não limitantes.

Exemplo 1

[00028] 200 g de resina alquídica (longa em óleo, baseada em óleo de soja com um comprimento de 60%) foi adicionada em um balão de fundo redondo parcialmente imerso em um banho termostatizado a uma temperatura de 70°C. Após estabilização da temperatura, 4,0 g de KOH (solução a 45%) foi adicionada. Após completa dissolução, composição de surfactantes (22,0g) de acordo com a invenção foi adicionada. Após completa dissolução água a temperatura de 70°C foi lentamente adicionada, a uma velocidade de agitação de 230 rpm, até o ponto de inversão, determinado como ponto em que é possível dispersar uma amostra da emulsão em água. O teor de sólidos da emulsão foi determinado neste momento sendo obtido o valor de 75%. Após esta etapa o restante de água para atingimento de teor de sólidos de 65% foi adicionado de forma rápida. Após isso a emulsão foi resfriada à temperatura ambiente.

Exemplo 2

[00029] 200 g de resina alquídica (longa em óleo, baseada em óleo de soja com um comprimento de 60%) diluída com solvente aguarrás a 80% de sólidos foi adicionada em um balão de fundo redondo à temperatura ambiente. Após isso, 4,0 g de KOH (solução a 45%) foi adicionada. Após completa dissolução, composição de surfactantes (13,0g) de acordo com a invenção foi adicionada. Após completa dissolução, água foi lentamente adicionada, a uma velocidade de agitação de 230 rpm, até o ponto de inversão, determinado como ponto em que é possível dispersar uma amostra da emulsão em água. A concentração da fase orgânica neste momento foi 67% (em massa). Após esta etapa, o restante de água para atingimento da concentração de fase orgânica de 65% em massa foi adicionado de forma rápida.

Resultados

Os resultados estão descritos na seguinte tabela;

Exemplo 1 Exemplo 2

Concentração de fase orgânica 65% 65%

Viscosidade (cPs) 200 514

Tamanho de partícula (nm; D50) 220 207