Portfolio sustentável aliado à tecnologia de solubilização: motores de
soluções para a cadeia produtiva de tintas e vernizes
Presented by: Sérgio Martins
Author Sérgio Martins/Suelbi Silva/Diana Firbida
Company RHODIA – SOLVAY GROUP – COATIS (SOLVENTES OXIGENADOS) Rua Maria Coelho Aguiar , 215 - Bloco B – 1º andar
1. INTRODUÇÃO
A RHODIA, uma empresa do grupo SOLVAY, é uma companhia internacional do setor
químico, líder na maior parte dos segmentos em que atua e fortemente comprometida
com o desenvolvimento sustentável. Todos os projetos de desenvolvimento precisam
estar alinhados com os diversos compromissos descritos no relatório de sustentabilidade
do grupo.
Uma das unidades de negócio da SOLVAY é a COATIS, que produz e comercializa
solventes oxigenados, e que se destacam no mercado por apresentar baixa toxicidade e
alto desempenho nas aplicações em que eles são utilizados. Como produtora de solvente,
a tecnologia de solubilização foi aprimorada e desenvolvida ao longo dos anos, levando o
reconhecimento da RHODIA no mercado não somente como fornecedora de produtos de
alta qualidade, mas também de tecnologia de solubilização e de soluções customizadas
para os diversos segmentos.
Uma prova do investimento em tecnologia de solubilização foi o desenvolvimento do
simulador SOLSYS, que permite o desenvolvimento e avaliação de desempenho de
sistemas solvente complexos para diversas formulações, sem a necessidade de testes
práticos, mas apenas baseados em cálculos termodinâmicos.
Recentemente foi desenvolvida uma melhoria na metodologia de determinação de
volumes de solubilidade, através da introdução dos conceitos mais recentes existentes na
literatura científica, que levou a um aumento ainda maior da precisão na determinação de
sistemas solvente para todo o segmento de tintas.
O objetivo do presente trabalho é apresentar os recentes avanços realizados no simulador
SOLSYS, que sofreu otimização de sua capacidade preditiva para prover soluções
específicas sustentáveis para diversas condições de aplicação, permitindo o
desenvolvimento de sistemas solvente diferenciados e com funcionalidades específicas
para diversos segmentos.
2. SOLVAY WAY – PROGRAMA DE SUSTENTABILIDADE DA SOLVAY
Um desafio que as organizações estão enfrentando é responder às demandas da
sociedade em como atender a necessidade de mais de um bilhão de novos
consumidores, garantindo suas aspirações em termos de bem-estar e saúde, mantendo a
preservação do meio ambiente e reduzindo o aquecimento global, frente a uma realidade
de escassez de recursos.
Para o grupo Solvay, uma química responsável baseada na sustentabilidade é parte da
resposta, através de soluções inovadoras que atendam a essas demandas. O
reconhecimento dessa realidade mundial e a utilização dos princípios do desenvolvimento
sustentável como motor remetem a um conjunto de ações para transformação destes
princípios em oportunidades de mercado.
Todos estes princípios estão reunidos no programa Solvay Way, que é a política de
desenvolvimento sustentável do grupo, baseada na melhoria contínua. Ela envolve todos
os empregados, de modo a criar uma dinâmica comum para construção de uma cultura
baseada nos pilares da responsabilidade social e do desenvolvimento sustentável, e é
constituída por um conjunto de compromissos traduzidos em práticas específicas que são
auto avaliadas anualmente.
Esses compromissos são estruturados por stakeholders, listados abaixo:
•
Clientes
•
Empregados
•
Fornecedores
•
Planeta
•
Investidores
•
Comunidade
Essa é a mesma abordagem da ISO 26000, que é o padrão global que orienta as
organizações operarem de maneira socialmente responsável, publicado em 2010.
No relatório de Desenvolvimento Sustentável emitido pelo grupo Solvay em 2012 foram
divulgados uma série de compromissos assumidos para 2020. Entre eles, dois relativos
ao gerenciamento sustentável da carteira de produtos são descritos abaixo:
•
Possuir 20 % dos negócios classificados na categoria “Star”, de acordo com a
avaliação SPM (Sustainable Portfolio Management). Essa categoria indica que o
produto na aplicação avaliada apresenta claros benefícios de sustentabilidade
para o planeta, e ainda inclui aumento de receita.
•
Possuir 100 % dos projetos de P&D nas categorias “Star” ou “Alinhada”, de acordo
com a avaliação SPM. A categoria “Alinhada” indica que o produto na aplicação
considerada apresenta benefícios de sustentabilidade para o planeta.
Essa política influencia e se permeia entre todos os ambientes do grupo, e como exemplo
prático da transformação destes princípios em oportunidades de negócio, foi o
desenvolvimento da família Augeo, que representa uma linha de produtos desenvolvida
sobre os pilares da sustentabilidade.
3. SUSTENTABILIDADE EM SISTEMAS SOLVENTE
Um movimento claro do mercado de tintas e vernizes nos últimos anos consiste na busca
de soluções sustentáveis para as mais diversas aplicações. Importante se considerar que
essas soluções necessitam respeitar os três eixos da sustentabilidade que são o
ambiental, o social e o econômico.
Do ponto de vista da sustentabilidade social, o impacto à saúde humana apresenta-se no
centro da preocupação, e a substituição de produtos que apresentam impacto prejudicial
à saúde é fundamental nas formulações para garantir seu manuseio seguro.
Como exemplo de políticas que controlam a presença de substâncias tóxicas ao homem,
pode-se destacar a do EPA, que é baseada no controle da presença de Poluentes
Perigosos do Ar (Hazardous Air Pollutants – HAP), que é uma lista contendo atualmente
187 substâncias, formada por compostos que causam ou que podem causar câncer ou
outros sérios problemas de saúde, como efeitos reprodutivos ou no nascimento, cobrindo
também impactos ecológicos ou ambientais. A substituição destes compostos das
formulações é chave para a melhoria do perfil toxicológico e segurança do manuseio dos
diversos tipos de produtos utilizados no segmento de tintas e vernizes.
A sustentabilidade ambiental para formulações de tintas está associada principalmente ao
impacto dos produtos que evaporam para a atmosfera, conhecidos como Compostos
Orgânicos Voláteis (Volatile Organic Compounds – VOC), pois esse é o fator
determinante da existência de regulamentações para controlar sua emissão.
A atmosfera da Terra pode ser subdividida em quatro camadas listadas respectivamente
abaixo, da mais próxima até a mais distante de sua superfície:
-
Troposfera
-
Estratosfera
-
Mesosfera
-
Termosfera
Os VOC´s apresentam diferentes impactos nas camadas mais baixas, que são a
troposfera e a estratosfera, e praticamente não apresentam nenhum nas camadas mais
altas representadas pela mesosfera e termosfera. Nas camadas baixas os impactos são
diferentes entre si.
Na troposfera, que representa a camada da atmosfera mais próxima da Terra, e onde se
encontra o ar que respiramos, os VOC´s reagem com os óxidos nitrosos (NOx)
catalisados pela luz solar levando à formação de ozônio (O3).
VOC +
NOx
radicais
+
O
3O ozônio formado na troposfera é o componente principal da neblina fotoquímica que
pode ser facilmente identificada nas grandes cidades. Devido às características
fortemente oxidantes do ozônio, ele é bastante prejudicial à saúde humana atingindo
principalmente o sistema respiratório. Do ponto de vista ambiental, ele interfere no
processo de fotossíntese prejudicando o desenvolvimento de plantações e afetando o
crescimento de árvores e vegetações em geral.
Baseado no exposto acima, a utilização de solventes que apresentam baixa reatividade
com NOx para formação do ozônio, e consequentemente, baixa formação da neblina
fotoquímica é uma forma de redução do impacto ambiental desses produtos na atmosfera.
Com relação ao impacto de alguns VOC´s na estratosfera, a diferença é que eles podem
destruir a camada de ozônio. A superfície terrestre é protegida dos raios UV
(ultra-violetas) do Sol por essa camada presente na estratosfera, onde se concentra a maior
parte do ozônio existente na Terra.
A camada de ozônio estratosférico é responsável pela absorção de 95 – 99 % da radiação
UV solar, impedindo que ela atinja a superfície terrestre. Essa radiação é responsável por
diversos efeitos maléficos à saúde humana e ao meio ambiente. Como exemplo pode-se
citar o câncer de pele provocado pelos UV-B. Com relação ao meio ambiente, alguns
estudos demonstraram que entre 200 tipos de plantas expostas aos raios UV-B, mais da
metade delas mostraram algum tipo de sensibilidade a ele, como algumas variedades de
soja que apresentaram diminuição de 16 % em seu crescimento.
O ambiente altamente competitivo não permite o desenvolvimento de alternativas que
apesar de cumprir com os eixos ambiental e social, não apresentem competitividade para
se posicionar corretamente no mercado. O grande desafio do desenvolvimento é garantir
que todos esses requisitos estejam reunidos em um só produto.
4. SIMULADOR NEW GENERATION (NG) SOLSYS – MOTOR PARA SOLUÇÕES
SUSTENTÁVEIS
A unidade de negócios COATIS do grupo SOLVAY, com seu amplo portfolio de solventes,
possui um laboratório de Desenvolvimento e Aplicações localizado no Centro de
Pesquisas de Paulínia, que é um dos grandes centros de P&D do grupo SOLVAY. Este
laboratório tem como objetivos principais o desenvolvimento de novos produtos e de
novas aplicações para os produtos existentes, além de apoio técnico para os clientes dos
mais diversos segmentos.
Um exemplo recente de desenvolvimento de novos produtos, foi o lançamento da família
Augeo, que são solventes sustentáveis, derivados da glicerina gerada no programa do
biodiesel.
Do ponto de vista de desenvolvimento de novas tecnologias, em meados da década de 80
foi desenvolvido um simulador de superfícies de solubilidade integradas com equações de
evaporação, que permite a avaliação do comportamento reológico de polímeros durante a
evaporação do sistema solvente, chamado de SOLSYS. A metodologia de cálculo do
sistema é baseada no mecanismo de formação de filme de tintas base solvente
apresentado esquematicamente na figura 1 abaixo.
Fig. 1 - Representação esquemática do mecanismo de formação de filme de uma tinta
base solvente.
O princípio da boa formação de filme está associado a uma solubilidade adequada e
controlada dos polímeros e resinas durante todas as etapas da evaporação do solvente,
garantindo a correta acomodação das cadeias poliméricas durante este processo para
sistemas não reativos. Em se tratando de sistemas reativos, é importante que a
viscosidade do sistema esteja ajustada de forma a garantir o maior número de choques
entre as moléculas, para que ocorra o aumento da probabilidade de reação entre os
grupos funcionais reativos.
O princípio de cálculo é baseado na teoria termodinâmica desenvolvida por Hansen,
também chamada de Parâmetros de Solubilidade de Hansen (HSP), que utiliza a
Densidade de Energia Coesiva (CED), composta pela contribuição de três forças
principais de interação:
•
E
D (δ
D): interações apolares (forças dispersivas);
•
E
P (δ
P): interações polares (forças dipolo-dipolo e dipolo-dipolo induzido);
•
E
H (δ
H): interações fortes como ligação de Hidrogênio (ou outras de associação
específicas como ácido-base de Lewis).
Esses parâmetros são fundamentais para predizer as relações de solubilidade entre
polímero/solvente, pois materiais com HSP similares têm alta afinidade, e a extensão da
similaridade em uma dada situação determina a extensão da interação.
O primeiro passo para essa avaliação consiste em se determinar o volume de solubilidade
do polímero através da avaliação da sua solubilidade em diferentes solventes, separando
os resultados em dois diferentes grupos, solúvel e insolúvel, e a partir destes resultados
construir a região de solubilidade.
Os solventes são representados por pontos no espaço tridimensional com dimensões
δ
D,
δ
P e
δ
H (Fig. 2a), enquanto que os polímeros são representados por volumes no mesmo
plano (Fig. 2b).
O volume apresenta as seguintes dimensões:
- centro C (d, p, h)
- raio (R0)
Caso o solvente encontre-se dentro da superfície de solubilidade do polímero, ele será um
ativo. Caso ele encontre-se fora, ele não será um solvente adequado para solubilização,
podendo ser utilizado como diluente.
Matematicamente, para se determinar a posição de um solvente em relação à superfície
de solubilidade, é utilizada a equação abaixo para medir a distância (Ra) entre o solvente
e o centro da superfície de solubilidade do polímero.
A solubilidade ou afinidade solvente/polímero pode ser quantificada diretamente pela
razão Ra/R0, chamada de Diferença de Energia Relativa (RED) que reflete uma distância
normalizada entre o solvente e o centro do volume do polímero.
RED = R
a/R
0sendo Ra a distância do solvente ao centro do volume de solubilidade do polímero, e R0 a
distância do centro à superfície do volume.
Fig. 2a – Solvente representado por um ponto no plano tridimensional.
Fig. 2b – Polímero representado por um volume no plano tridimensional.
Baseado na definição acima, três situações podem ocorrer:
- 0 < RED < 1: solvente dentro do volume (solubilidade)
- RED = 1: uma condição de fronteira (limite de solubilidade)
- RED > 1: solvente fora do volume de solubilidade (região de insolubilidade).
As figuras 3a e 3b abaixo apresentam as regiões de solubilidade e insolubilidade,
respectivamente para os solventes S1 e S2.
Assim sendo, a avaliação de solubilidade depende da relação das distâncias Ra e R0, que
por sua vez, dependem exclusivamente da definição do volume de solubilidade do
polímero que está sendo avaliado, pois ele define dois pontos chaves para determinação
das distâncias: centro, que é reponsável pela determinação das duas distâncias (Ra e R0)
e o raio da superfície, que é responsável pela determinação de R0.
Dois exemplos são dados nas figuras 4a e 4b abaixo, onde são apresentados casos de
como uma pequena mudança na definição do volume de solubilidade impacta
negativamente no resultado da avaliação das distâncias, e como consequência, na
determinação da solubilidade do polímero.
Na figura 4a, uma pequena distorção na avaliação do centro, faz com que o solvente S,
passe de uma condição de ser considerado solúvel numa situação para insolúvel por um
simples deslocamento de centro. Já na figura 4b, um equívoco na definição do raio, pode
levar ao mesmo equívoco da avaliação do solvente. Fica clara a importância da definição
do volume de solubilidade na teoria HSP.
Fig. 3a – Solvente (S1) dentro do volume de
solubilidade do polímero C, caracterizado como solúvel. (0 < RED < 1)
Fig. 3b – Solvente (S2) fora do volume de
solubilidade do polímero C, caracterizado como insolúvel. (RED > 1)
Fig. 4b – Variação de raio do volume de solubilidade do polímero.
Fig. 4a – Deslocamento de centro do volume de solubilidade do polímero.
