PI9500522 POLIFAL PROCESSO DE OBTENÇÃO DE PARTÍCULAS OCAS DE UM METAFOSFATO DUPLO DE ALUMÍNIO E CÁLCIO EM LATEX POLIMÉRICOS
Depósito: 30/01/1995
Destaque: Prêmio Almirante Álvaro Alberto de Ciência e Tecnologia 2006
Inventor: Fernando Galembeck / Elizabeth Fátima de Souza
Titular: Universidade Estadual de Campinas - Unicamp (BR/SP)
A presente patente, depositada pela UNICAMP em 1995, descreve um processo inovador para a obtenção de partículas ocas de um metafosfato duplo de alumínio e cálcio diretamente em meio de látex polimérico. O objetivo principal é criar um pigmento branco opaco e eficiente, capaz de substituir total ou parcialmente o dióxido de titânio (TiO2) em tintas, aproveitando um mecanismo de espalhamento de luz baseado em vazios de ar no interior das partículas. O processo consiste em etapas sequenciais que começam com a pesagem precisa de pós de metafosfato de alumínio amorfo e carbonato de cálcio, ambos com granulometria inferior a 400 mesh. As concentrações desses sólidos podem variar entre 20% e 80% em peso de cada componente. Em seguida, realiza-se a umectação prévia dessa mistura de pós com água, formando uma dispersão homogênea dos sólidos. O próximo passo é a adição do látex polimérico a esta dispersão. A mistura resultante passa por uma homogeneização mecânica rigorosa, utilizando um homogeneizador cilíndrico com pistão coaxial, assegurando uma distribuição uniforme dos componentes. Por fim, o filme da mistura resina/pigmento é aplicado na superfície desejada. A reação química crucial que forma o metafosfato duplo ocorre "in situ" durante a secagem do filme. Nesta fase, o cálcio substitui parcialmente o alumínio na estrutura do polifosfato. O processo de secagem heterogênea é fundamental: a superfície externa da partícula seca primeiro, formando uma crosta rígida, enquanto o interior permanece úmido. À medida que o interior seca, ele se contrai, criando vazios e uma morfologia de placas ocas no interior da partícula, que é mantida pela crosta externa. Essas partículas ocas são excelentes para espalhar a luz visível, conferindo alta opacidade e brancura progressiva ao filme durante a secagem. A invenção oferece uma alternativa economicamente vantajosa e ambientalmente mais amigável ao TiO2, um pigmento importado e de alto custo, permitindo sua substituição completa em filmes de tinta à base de látex.
No início de 1989, a equipe comandada pelo professor Fernando Galembeck, do Instituto de Química da Unicamp, pesquisava novas possibilidades para materiais obtidos a partir de fosfatos. Nos testes em laboratório, os cientistas perceberam que os polifosfatos de alumínio continham partículas que espalhavam a luz por um processo diferente. O polifosfato de alumínio é um pigmento branco que pode ser utilizado nas formulações de tintas à base de látex. Dependendo da formulação a ser preparada, ele pode substituir até 80% do dióxido de titânio (TiO2), produto importado e mais caro. Entre 1990 e 1994 a equipe aprofundou a pesquisa e elaborou procedimento de laboratório em escala piloto. Em 1995 a Serrana Mineração, que mantém uma mina de rocha fosfática e uma fábrica de ácido fosfórico em Cajati (SP) interessou-se pelo assunto e começou a participar do projeto. A empresa queria saber se era possível produzir o pigmento, denominado Polifal, a partir de ácido fosfórico. A intenção era agregar valor à sua produção.
A equipe do Instituto de Química produziu então pequenos lotes de tinta e os entregou para testes aos principais fabricantes de tintas do país. Os resultados da experiência permitiram concluir que o produto era tecnicamente viável, mas que os fabricantes estavam acostumados ao manuseio de formulações com pigmentos tradicionais, como o TiO2. Então o desafio era adequar o Polifal às necessidades dos fabricantes. Um grande salto ocorreu quando entrou no projeto uma terceira empresa, a Albri Tintas, com o objetivo de adequar o pó do Polifal, às necessidades do mercado. Nos testes, com 300 litros de tinta, ela apresentou características de dispersão, cobertura seca e úmida, estabilidade e viscosidade apropriadas, além de custos mais vantajosos. O uso do Polifal por um grande fabricante de tintas pode representar uma economia em matérias-primas superior a 7%. para um pequeno fabricante, essa economia pode chegar a 15%. Outra vantagem é o ganho ambiental, já que o processo produtivo dos fosfatos de alumínio é realizado em condições bem mais brandas que o do TiO2. Suas matérias primas não são tóxicas e os resíduos podem se facilmente reciclados ou reaproveitados.
Outra vantagem está na qualidade: a alvura da tinta é mais elevada e sua resistência à água é significativamente maior que as da elaboradas com dióxido de titânio. Os ensaios do primeiro lote de tinta formulada com Polifal foram um sucesso, não tendo havido problemas na transposição da escala de formulação de laboratório para a planta piloto. Também ficou comprovada a adequação do Polifal ao uso como pigmento branco em substituição ao TiO2. Em alguns itens da avaliação de desempenho, a tinta testada tem resultado superior ao das tintas comerciais. Alguns problemas detectados como a secagem rápida e a craqueamento em algumas áreas e a adequação da formulação às características do pigmento, foram resolvidos com um novo balanceamento de alguns componentes da fórmula "O polifal presta-se à fabricação de tintas látex branca de primeira linha, com importantes reduções de custos. Portanto ele deve também prestar-se à fabricação de tintas de segunda linha e de tintas coloridas", explica o professor Galembeck.
O Polifal permite novas aplicações como em tintas para proteção térmica e climatização e de sistemas de impermebialização mais baratos que os usados hoje em construção civil "A Serrana está programando para 1999 a divulgação dos resultados obtidos e do produto para as grandes indústrias de tintas do país", diz João Brito, engenheiro da Serrana. Também estão sendo programados para 199 a construção de uma unidade semi-industrial e o desenvolvimento do projeto básico para a construção de uma planta para a fabricação de fosfato de alumínio. A empresa já aplicou cerca de 200 mil dólares em trabalhos de pesquisa, montagem de plantas e testes de fabricação. para a construção de uma unidade industrial, planejada para meados de 2000, a Serrana estima a necessidade de um investimento de 5 milhões de dólares.
Fernando Galembeck nasceu em São Paulo, na Bela Vista, em 1943. Menino urbano, criado dentro das limitações e vantagens da cidade grande mas com direito à liberdade do mato e da praia nas férias, estudou (muito) no Colégio Santo Alberto e no Liceu Pasteur. Teve excelentes professores de Ciências. Este fato e o trabalho desde os onze anos no laboratório farmacêutico do pai determinaram o seu interesse pela Química. Ingressou na Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras da USP, em 1960. Formado em 1964, obteve o doutorado em 1970. Teve o privilégio de estudar e trabalhar em um ambiente de grande seriedade, que refletia o que a Química brasileira foi, até o início dos anos 80: muito pequena, mas muito boa.
Iniciou o seu doutorado sob a orientação de Simão Mathias, mas a sua tese foi orientada por Pawel Krumholz. O tema era a dissociação de ligação metal-metal, estudada através dos equilíbrios de compostos de coordenação do pentacarbonífero, em meio aquoso. Após o doutorado, resolveu trabalhar em Físico-Química de sistemas biológicos, fazendo pós-doutorado nas Universidades do Colorado e da Califórnia, em Davis. Trabalhou então em interações protease-inibidor e em proteólise de proteínas quimicamente modificadas. O tema o interessou muito e ao voltar ao Brasil pode continuar nele, trabalhando junto ao grupo de Química de Proteínas da Escola Paulista de Medicina, em 1975. Teve então uma grande oportunidade, que moldou a sua carreira: o Instituto de Química da USP, com apoio da Academia Brasileira de Ciências, da Royal Society e da Unilever decidiu instalar um grupo de química coloidal e de superfícies e ele foi convidado a organizar esse grupo. Depois de três meses na Inglaterra e Holanda iniciou projetos nessa área. Inicialmente, trabalhou na modificação de superfícies de polímeros, introduzindo métodos de sorção e reação in situ e utilizando o pentacarbonilferro, o que teve uma certa repercussão. No período de 1977 a 1979 descobriu a osmosedimentação, que talvez tenha sido o seu trabalho mais original e deu origem a uma linha de pesquisa sobre membranas, que se estendeu até os anos 90, com vários resultados interessantes. Destaca aí a descoberta da ultrafiltração centrífuga, da pervaporação pressurizada e da despolarização eletroforética tangencial. Hoje, estão à venda ultrafiltros centrífugos para laboratório, no mercado internacional.
Nos anos 80 e 90 manteve o trabalho em membranas e em superfícies de polímeros, iniciando projetos sobre partículas e sistemas sol-gel. Neste último caso, evitou o caminho usual, dos sistemas de alcóxidos, concentrando-se em acetatos e fosfatos. Este caminho mostrou-se compensador, porque apesar de ser muito original permitiu-lhe obter resultados que não tinham sido conseguidos pelas rotas mais exploradas. Os resultados mais promissores, neste momento, parecem ser os pigmentos brancos à base de fosfatos, que são atualmente o tema de um projeto de pesquisa e desenvolvimento de que participa uma empresa de porte, e que poderá levar a uma atividade industrial significativa. Olhando para trás, vê que foi muito afortunado, em vários aspectos: primeiro, porque optou por uma carreira de pesquisa quando poucos jovens brasileiros se interessavam por este tipo de atividade, e viu a importância da pesquisa crescer muito durante o seu tempo de vida. Em segundo lugar, teve um bom começo e uma boa formação, em uma área cuja importância cresceu continuamente.
Galembeck viu a Química crescer e diversificar-se, no Brasil e no mundo, tornando-se uma ciência central. Pode contribuir para um grande surto de crescimento da Química brasileira trabalhando na elaboração e implementação do PADCT. Finalmente, percebe que uma parte significativa dos cientistas brasileiros, na qual se inclui, cultivou no seu dia-a-dia práticas que hoje são essenciais à sobrevivência das pessoas, organizações e nações: o exercício da identificação de oportunidades, a resolução de complexidades, e a polivalência, tudo isto em um contexto globalizado. Do lado das frustrações, a maior é a de ter pouco contribuído para uma mudança no ensino elementar deste país. Entretanto, há hoje para isto um novo clima, e iniciou trabalho nesta direção, em 1996.
Resumo: PI9500522 A presente invenção se refere a um processo de obtenção de um metafosfato duplo de alumínio e cálcio obtido diretamente, por reação quimica entre partículas de metafosfato de alumínio e carbonatos de cálcio, em meios aquosos, do tipo emulsões de látex poliméricos. Mais especificamente, o processo, objeto da presente invenção, consiste das seguintes etapas: a) pesagem de pós de metafosfato de alumínio amorfo e de carbonato de cálcio, com granulometria abaixo de 400 mesh, em concentrações bem determinadas, compreendidas na faixa entre 20% em peso de metafosfato de aluminio e 80% em peso de metafosfato de aluminio e 20% em peso de carbonato de cálcio; b) umectação prévia da mistura de pós com água, para formação de uma dispersão dos sólidos. c) adição do látex polimérico a dispersão de sólidos. d) homogeneização mecânica da mistura em homogeneizador cilíndrico com pistão coaxial. e) aplicação do filme da mistura resina/pigmento na superficie desejada.
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