Composição anti-incrustante, processo para sua preparação, método para prevenir incrustações, método para tornar uma superfície anti-incrustante, e, superfície revestida

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1004858-8 A2
  • Data do depósito:
  • 30/11/2010
  • Data da publicação:
  • 11/08/2015
Inventores:
  • Classificação:
  • C09D 5/14
    Composições de revestimento, p. ex. tintas, vernizes ou lacas caracterizadas por sua natureza f?sica ou efeitos produzidos; Pastas de enchimento; / Tintas contendo biocidas, p. ex. fungicidas, inseticidas ou pesticidas;
    ;
    C09D 5/16
    Composições de revestimento, p. ex. tintas, vernizes ou lacas caracterizadas por sua natureza f?sica ou efeitos produzidos; Pastas de enchimento; / Tintas anti-incrustrantes; Tintas subaqu?ticas;
    ;

COMPOSIÇÃO ANTI-INCRUSTANTE, PROCESSO PARA SUA PREPARAÇÃO, MÉTODO PARA PREVENIR INCRUSTAÇÕES, MÉTODO PARA TORNAR UMA SUPERFíCIE ANTI-INCRUSTANTE, E, SUPERFÍCIE REVESTIDA. A presente invenção refere-se ao uso das substâncias 1-OH-2-acil-sn- glicero-3-fosfocolinas e seus análogos, puro ou em mistura, com fórmula WCH2CHXCH2PO3YCH2CH2Z, onde W é preferivelmente um grupo hidroxila ou um grupo 0-acil contendo de 02 a 22 átomos de carbono e, onde X é preferivelmente um grupo 0-acil contendo de 02 a 22 átomos de carbono ou uma hidroxila (OH) e onde Y pode ser um (O) ou um OH e onde Z é preferivelmente um grupo trimetil-amônio [N+(CH3)3] podendo ser um grupo dimetil-amônio protonado [N+H(CH3)2]. Nos grupos 0-acila contendo 18 átomos de carbonos podem ser observadas de O a 3 insaturações; em composições anti-incrustantes, preferencialmente tintas para uso em superfícies suscetíveis a incrustações, como por exemplo cascos de embarcações. A presente invenção também está voltada a métodos para tornar uma superfície anti-incrustante, a um método para prevenir incrustações e às superfícies anti-incrustantes que compreendem um revestimento com a composição anti-incrustante.

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Documento

Relatório Descritivo de Patente de Invenção

Composição Anti-Incrustante, Processo para sua Preparação, Método para Prevenir Incrustações, Método para Tornar uma Superfície Anti-Incrustante, e, Superfície Revestida

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Campo da Invenção

A presente invenção refere-se ao uso das substâncias 1-OH-2-acil-sn-glicero-3-fosfocolinas e seus análogos, puro ou em mistura, com fórmula WCH2CHXCH2P03YCH2CH2Z, onde W é preferivelmente um grupo hidroxila 10 ou um grupo O-acil contendo de 02 a 22 átomos de carbono e, onde X é preferivelmente um grupo O-acil contendo de 02 a 22 átomos de carbono ou uma hidroxila (OH) e onde Y pode ser um (0‘) ou um OH e onde Z é preferivelmente um grupo trimetil-amônio [N+(CH3)3] podendo ser um grupo dimetil-amônio protonado [N+H(CH3)2]. Nos grupos O-acila contendo 18 átomos 15 de carbonos podem ser observadas de 0 a 3 insaturações; em composições anti-incrustantes, preferencialmente tintas para uso em superfícies suscetíveis a incrustações, como por exemplo cascos de embarcações.

A presente invenção também está voltada a métodos para tornar uma superfície anti-incrustante, a um método para prevenir incrustações e às 20 superfícies anti-incrustantes que compreendem um revestimento com a composição anti-incrustante.

A presente invenção aplica-se ao setor técnico industrial de revestimentos e tintas subaquáticas para proteção, contra efeitos danosos da bioincrustação, de estruturas submersas ou flutuantes em água doce ou 25 salgada, p.ex., cascos de embarcações, bóias, plataformas de petróleo e dutos. Podendo tal produto ser adicionado ao material de revestimento por dispersão direta, por formação de ligações químicas, incorporadas por microencapsulação ou por combinação destes meios.

30 Antecedentes da Invenção

A presente invenção foi motivada pela questão mundial relacionada à proibição de uso, adotado em 05/10/2001 pela Convenção Internacional da Organização Marítima Internacional (IMO) e promulgado em 17/09/2008, do composto conhecido como tri-butil estanho (TBT), principal e mais eficiente biocida até então utilizado em revestimentos e tintas marítimas anti-incrustantes (IMO, 2010; GIPPERTH, 2009), e também por acreditar que o uso de um biocida / repelente fundamentado em compostos naturais é de fato a melhor resposta para a substituição do TBT no combate a bioincrustação marinha.

A presente invenção se justifica pela necessidade da existência comercial de produtos com ação biocida / repelente anti-incrustante, não agressivos ao meio ambiente, de fácil síntese, onde se compreende a utilização de uma matéria-prima barata e abundante associada a um rota de síntese de fácil execução, que possam ser utilizados na preparação de revestimentos e tintas marítimas anti-incrustante.

Bioincrustação

Bioincrustação é um processo natural que ocorre com qualquer estrutura colocada em contato com água onde exista a presença de micro-organismos. Inicia-se, imediatamente após o objeto ser colocado no mar, pela adesão de substâncias orgânicas e materiais dissolvidos na água, desenvolvendo-se até uma situação onde se verifica a presença de macro-organismos marinhos como algas, cracas e mexilhões (CALLOW e CALLOW, 2006; BHADURY e WRIGHT, 2004; YEBRA et ai,2004).

Problemas devido à presença de bioincrustação são abrangentes, indo desde o entupimento de canalizações, passando pelo comprometimento estrutural de plataformas e chegando a ação prejudicial da performance de embarcações pelo aumento da força de arraste. Do ponto de vista militar, o crescimento das incrustações nos cascos das embarcações é tido como um sério e rotineiro problema, devido ao fato de diminuir a velocidade final da embarcação e a sua manobrabilidade, obstruir janelas de resfriamento,

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aumentar o gasto de combustível e obrigar a docagens ou imobilizações mais freqüentes, contribuindo para a falha em potencial de qualquer ação militar.

Tecnicamente o processo da bioincrustação consiste de quatro estágios, não rigorosamente seqüenciais, porém, interdependentes. O primeiro estágio 5 inicia-se logo nos primeiros minutos de contato da superfície com a água, quando ocorre o acúmulo de moléculas orgânicas, tais como polissacarídeos e proteínas. Isto permite, nas próximas horas (24-96 h), o desenvolvimento do início da colonização por bactérias, p. ex. Pseudomonas, Leptothrix, Rhodopseudomonas, Desulfovibrio, Beggiatoa, e diatomáceas, p. ex. Navícula 10 e Nitszchia, as quais juntamente com cianobactérias, p. ex. Phormidium Oscillatoría, protozoários e rotíferas, que exsudam diferentes polissacarídeos, chamados de exopolissacarídeos, os quais em uma mistura complexa com ácidos nucléicos, proteínas, minerais, nutrientes, resíduos celulares e os próprios micro-organismos, formam o segundo estágio que se denomina por 15 biofilme (CALLOW e CALLOW, ,2006; BHASKAR e BHOSLE, 2005; ARCE et ai, 2004).

A presença do biofilme permite que os micro-organismos tenham maior proteção contra predadores, toxinas e mudanças ambientais, além de permitir uma boa disponibilidade de nutrientes, apreendidos do meio ambiente marinho, 20 que ficam dispersos no próprio biofilme. Esta denominação, biofilme, não deve ser entendida no sentido estrito da palavra, pois na verdade o mesmo não se apresenta como uma camada contínua ou homogênea, ou como uma película (filme), sendo a sua estrutura, heterogênea no espaço e no tempo, mudando devido a processos externos e internos (DONLAN, 2002; COSTERTON, et ai 25    1994). Na verdade, a sua estrutura apresenta, mais frequentemente,

comunidades de micro-organismos agrupados denominados clusters, possuindo canalículos que permitem a passagem da água trazendo nutrientes, oxigênio e conseqüentemente outros possíveis compostos, tais como biocidas (DONLAN, 2002; DUNNE, 2002; SUTHERLAND, 2001; DAVEY e 0’TOOLE, 30    2000). A formação de um cluster se inicia com o contato e adesão de bactérias

a uma superfície condicionada, formando uma pequena colônia que cresce

devido à multiplicação dos micro-organismos e ao acúmulo de exopolissacarídeos exsudados, podendo adquirir formatos variando de montículos a estruturas parecidas com cogumelos, alcançando um estado de maturação onde se inicia um ativo processo de dispersão que permite a formação de novas colônias (STOODLEY, et al. 2004; LASPIDOU, 2003; LOOSDRECHT, et al. 1990). Os exopolissacarídeos são os principais compostos do biofilme desidratado, contabilizando entre 50% e 90% do carbono orgânico total nele presente, porém quando totalmente hidratado, a água pode chegar a 97% de seu peso. Podem variar em suas propriedades físicas e químicas, mas geralmente são constituídos por polissacarídeos heteropoliméricos com massa molecular da ordem de kiloDaltons, os quais, devido ao tipo de monossacarídeos base de sua formação p. ex. ácidos glucurônico, galacturônico, manurônico, etc., são geralmente aniônicos, casualmente neutros e raramente positivamente carregados, possuindo regiões hidrofílicas e hidrofóbicas. Apesar de formarem sozinhos vários tipos de estruturas dentro do biofilme, estes polissacarídeos podem interagir com outros tipos de molécula, tais como proteínas e lipídios, formando o que se conhece por Substâncias Poliméricas Extracelulares (EPS) (BHASKAR e BHOSLE, 2005; PARSEK e FUQUA, 2003; DONLAN, 2002; SUTHERLAND, 2001; DeBEER e KÜHL, 2001; ALLISON, 1998).

O terceiro estágio é a colonização secundária feita por esporos de macroalgas, larvas de cracas, fungos, outras bactérias e protozoários, que transformam o biofilme, no decorrer da primeira semana, em uma composição mais complexa.

O quarto estágio envolve o assentamento e, principalmente, o crescimento de macro-organismos marinhos tais como moluscos, briozoários, antozoários, poliquetas, tunicados e crustáceos (FLEMMING et al., 1996; BORENSTEIN, 1994).

O tipo, a extensão e a severidade da bioincrustação dependem de fatores como o tipo de substrato, salinidade da água, luz ambiente, temperatura, poluição e nutrientes disponíveis. Deste modo, a bioincrustação tende a ser um fenômeno sazonal relacionado à posição geográfica. Em zonas polares, com temperaturas abaixo dos 5°C, a ação da bioincrustação é baixa; em zonas temperadas (5 a 20°C), o risco torna-se médio; já em zonas tropicais e subtropicais, onde as temperaturas são maiores que 20°C, o risco associado com bioincrustação é alto, principalmente devido à condição apropriada para multiplicação dos organismos incrustantes, os quais se estima existirem mais de 4000 espécies com potencial para colonizar superfícies submersas (PROPELLER, 2004).

Deste modo, navios que trafegam ou permanecem em áreas tropical ou subtropical estão sujeitos aos mais severos ataques por bioincrustação, particularmente em águas mais rasas ou costeiras, onde há uma maior disponibilidade de luz, calor e nutrientes, p. ex. baía da Guanabara -RJ.

Controle da Bioincrustação em Navios

A busca de produtos que atuem como biocida eficiente na pintura de embarcações, remonta à era inicial da navegação. O homem do mar, desde então, tem sofrido incessantemente o martírio da bioincrustação, tendo usado a raspagem braçal para limpeza das incrustações do casco como principal paliativo.

A dois mil anos atrás, os cascos de madeira dos navios eram parcialmente cobertos com, chumbo e pintados com misturas de óleos impregnados com enxofre e arsênico. Em 1625, uma letal combinação de pós de arsênico, cobre e de ferro foi considerado de valor suficientemente importante para receber, na Inglaterra, uma patente como um composto anti-incrustante. (ANDERSON et ai, 2003; PROPELLER, 2002; CLARE, 1995).

Até a primeira metade do século dezoito, o mais utilizado método de combater a bioincrustação das embarcações continuava sendo a adernagem ou a docagem regular para raspagem manual das obras vivas. Procedimento que requeria um enorme esforço humano, além do risco de danos materiais e perda de lucro.

Há o registro de que em 1758, a fragata inglesa HMS Alarm, teve seu casco revestido com pedaços de folhas de cobre, e que este experimento foi considerado um sucesso na época, encorajando tal procedimento por outros navios. (CALLOW, 1990).

Após a introdução dos navios com casco de ferro, o uso de folhas de cobre foi quase que completamente descontinuado devido a problemas 5 relacionados à corrosão galvânica, a qual era praticamente ignorada naquela época. Como principal conseqüência desta nova engenharia, despontou a renovação do interesse de biocidas que pudessem ser adicionados às tintas usadas nas pinturas dos cascos de ferro.

Tal perspectiva desencadeou uma enxurrada de produtos e patentes de ío compostos anti-incrustantes, quando, somente na Inglaterra, mais de 300 patentes foram produzidas no final do século dezenove.

Em 1860 James Mclnness usou sulfato de cobre como anti-incrustante. Em 1863 James Tarr e Augustus Wonson estavam recebendo uma patente americana para uma tinta anti-incrustante que usava óxido de cobre em 15 alcatrão misturado com nafta e benzeno.

Em 1906, a Marinha americana testou várias tintas anti-incrustantes no estaleiro de Norfolk, na Virgínia. Já em 1908 começou a produção de tintas para pintura das obras vivas de navios americanos.

Até 1926, algumas versões de tintas tinham como base óxido de 20 mercúrio suspensos nas mais diversas resinas e solventes. Ainda neste período a Marinha americana substituiu as tintas à base de alcatrão, por formulações com resinas com a consistência de vernizes mais fluidos. Isto veio a facilitar a aplicação do esquema de pintura, pois não se necessitava de aquecimento para fluidizar a mistura.

25    A partir de 1940 grandes mudanças na tecnologia da pintura resultaram

em uma ampla gama de produtos químicos e na introdução de novas preparações de superfícies. Porém a vida útil das pinturas anti-incrustantes convencionais ainda era limitada devido ao desconhecimento de como controlar a liberação do biocida contido nas mesmas.

30    Após a 2a Guerra Mundial, o aparecimento de novas resinas sintéticas

derivadas do petróleo, proporcionou tintas que tinham melhores características mecânicas, que facilitavam sobremaneira a sua aplicação. Durante esta época o aparecimento de compostos organo-estanho melhoraram a performance de tintas anti-incrustantes, de modo que se parecia ter a resposta final para tais problemas (YEBRA et ai, 2004).

Em 1950 o primeiro registro sobre o amplo espectro de tintas anti-incrustantes com TBT foi feito por Van de Kerk e colaboradores. No início da década de sessenta a excelente propriedade do TBT como anti-incrustante estava descoberta, tornando-o comercial (YEBRA et al., 2004). Apesar de na década de setenta muitas das pinturas anti-incrustantes terem base na utilização do cobre, a vida útil destes esquemas ainda girava em torno de 24 meses, devido ao descontrole da liberação do biocida empregado, o que aumentava o custo com docagens e repinturas.

O TBT utilizado inicialmente como composto coadjuvante nas preparações das tintas, tornar-se-ía logo em seguida o dono do papel principal, pois o desenvolvimento de esquemas de pinturas chamados de autopolimento estava em progresso, e uma patente Britânica baseada na composição do TBT com resinas copolímeros de autopolimento, obtida por Alexander Milne e George Hails em 1974, revolucionou a indústria das tintas anti-incrustante (MILNE e HAILS, 1974). Tal produto mostrou um excelente controle da bioincrustação e estendeu o período entre docagens. Nesta combinação, o TBT fica unido à base polimérica acrílica através de ligações tipo éster, que são prontamente hidrolisadas na solução levemente alcalina da água do mar (pH ~ 8,2), liberando o TBT, o qual pode então atuar como um biocida. A parte ácida restante do copolímero é solubilizada pela água do mar e então expõe uma nova película de TBT - copolímero. Esta particularidade permite controlar efetivamente a taxa de liberação do biocida, fazendo com que sua ação, dependendo do esquema de pintura adotado, possa perdurar por até 5 anos (PROPELLER, 1998).

Entretanto, no final da década de setenta, ostras que cresciam próximo aos portos e marinas da Baía d'Arcachon, na França, apresentaram uma alta incidência de má formação na casca, que afetava sua comercialização e sobrevivência (LEWIS, 2002).

Paralelamente ao avanço do uso do TBT, várias pesquisas relacionadas ao seu possível dano ambiental foram realizadas.

Em 1982, Alzieu e colaboradores realizaram experiências mantendo ostras em tanques de 150 litros que eram sucessivamente enchidos e esvaziados de acordo com a maré, os quais continham painéis pintados em uma face com TBT-fluoreto, em concentrações de 0,2 a 2 pg/L. Verificaram que 30% das ostras morreram decorridos 110 dias de exposição e todas morreram no final de 170 dias (WHO.1990).

Foi estimado que concentrações, de até 100 ng/L, de TBT em água do mar, causa significantes reduções no crescimento de mexilhões (SALAZAR e SALAZAR, 1996).

Anormalidades reprodutivas das ostras, O strea edulis, foram constatadas após exposição ao TBT por 75 dias, em concentração de 0,24 pg/L, um atraso na mudança de sexo do macho para fêmea foi observado e a produção larval foi completamente inibida. Este fenômeno chamado "imposex", que pode resultar em fêmeas com pênis, foi detalhado no meado dos anos oitenta (FERNANDEZ et al. 2002).