Substncia aditiva para tintas

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0506004-4 A2
  • Data do depósito:
  • 01/07/2005
  • Data da publicação:
  • 16/10/2007
Inventores:
  • Classificação:
  • C09D 7/12
    Características de composições de revestimento, n?o abrangidas no grupo ; / Outros aditivos;
    ;
    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;
    ;

Substância Aditiva para Tintas, Substância a partir de partículas de turmalina que formam o pó de turmalina usado como aditivo para tintas, empregado como inibidor do crescimento de musgos e liquens e tintas que contém pó de turmalina com a propósito de inibição do crescimento de musgos e liquens.

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Documento

RELATÓRIO DESCRITIVO DA PATENTE DE INVENÇÃO “SUBSTÂNCIA ADITIVA PARA TINTAS”

O presente relatório refere-se a substância a partir do pó de turmalina e sua aplicação como aditivo para tintas.

5    Superfícies externas de paredes apresentam o crescimento de musgos e liquens,

principalmente nas áreas mais úmidas. Esses organismos dão uma tonalidade escura desagradável à camada de tinta, requerendo a sua remoção e aplicação de nova camada de tinta. Esta invenção é um pó de turmalina, que, adicionado à tinta, inibe o crescimento de musgos e liquens, aumentando a vida útil da camada de tinta.

10    A adição de pó de turmalina já é empregada em filmes de cobertura, que, em

associação a outras substâncias, confere aos filmes propriedades antifúngica e repelente de vermes [Tadatoshi S, Masami S, Nobushige N,2003], anti-incrustrante [Hiroshi A,2001 e Nogami H, 1999] e formadora de ânions [Hiroshi 1,1999]. O pó de turmalina ainda não foi utilizado como inibidor do crescimento de musgos e liquens, objeto desta 15    invenção.

A turmalina possui propriedades tais como piroeletricidade, piezoeletricidade, emissão de radiação infravermelha distante e de íons negativos. Observa-se que partículas de turmalina apresentam propriedades antibacterianas [Ruan D, Zhang LN, ZhangZJ, XiaXM, 2004], antimicóticas e anti-incrustrantes.

20    Foram feitos estudos sobre outras propriedades das partículas de turmalina.

Assim procedendo, observou-se como resultado de que as ditas partículas também inibem o crescimento de musgos e liquens.

A substância objeto da presente invenção, baseia-se na turmalina natural, preferencialmente da série schorlita-dravita, é moída até a granulometria desejada 25 (idealmente entre 100 e 200 nm). A moagem para granulometrias acima de 1 pm pode ser feita em moinhos convencionais (trituradores, pulverizadores ou moinhos de bolas). Granulometrias abaixo de 1 pm podem ser obtidas em moinhos de alta energia. O material estrutural do moinho não deve contaminar o pó.

Uma certa quantidade de pó de turmalina deve ser adicionada a cada litro de 30 tinta comercial (látex, acrílica, etc.) recomendada para paredes exteriores. Quando

forem aplicadas várias camadas, basta adicionar o pó à tinta da última camada. Antes da aplicação é recomendável agitar o recipiente para promover uma melhor dispersão das partículas de turmalina. A aplicação deve ser feita conforme recomendação do fabricante da tinta.

5    Para melhor compreensão a invenção será detalhada a seguir:

A fórmula estrutural da turmalina é XYjZéCTóOigXBO^VaW. A sua estrutura cristalina é hexagonal, do grupo espacial R3m. É caracterizada por anéis de seis tetraedros (sítios T), cujos oxigênios do ápice apontam para a direção do eixo c. Os sítios tetraédricos T são ocupados por silício. Ocasionalmente o silício pode ser 10 substituído por alumínio ou boro [Hawthome FC, MacDonald DJ, Bums PC, 1993 e TaggSL, ChoH, DyarMD, et al., 1999], Grupos triangulares de BO3, paralelos ao plano (0001), se alternam acima e abaixo dos tetraedros. A maioria dos estudos cristalográficos indica que há quantidades estequiométricas de boro nesse sítio [Hawthome FC,1996 e Bloodaxe ES, Hughes JM, Dyar MD, et al.,1999]. Os anéis 15 planares de tetraedros são ligados por dois tipos de octaedros, Z e Y, que dividem lados entre si. O octaedro Z é distorcido e ocupado por cátions trivalentes, como Al3+, Cr3+ e V3+, mas pode conter quantidades significativas de cátions bivalentes, como Mg2+ ou Fe . Os cátions do sítio Z servem como ligação entre os elementos estruturais com simetria de 120° em relação ao eixo c. O sítio Y é um octaedro relativamente regular, 20 ocupado por vários cátions multivalentes, como Li1+, Mg2+, Fe2+, Mn2+, Al3+, Cr3+, V3+, Fe3+ e Ti4+. Estudos mais refinados mostram que todos ou quase todos os sítios Y estão ocupados [Hawthome FC, MacDonald DJ, Bums PC, 1993, MacDonald DJ, Hawthome FC, Grice JDJ993 e Taylor MC, Cooper MA, Hawthome FC ,1995]. O sítio X é um antiprisma trigonal de coordenação nove, localizado ao longo do eixo c. É 25 comumente ocupado por sódio, cálcio ou potássio em menores quantidades ou ainda pode estar desocupado. Há 31 ânions na fórmula, localizados em 8 sítios distintos, 0(1) até 0(8) [Donnay G, Buerger MJ, 1950J. Os sítios 0(2) e 0(4) a 0(8) são ocupados exclusivamente por O2. O sítio 0(1), denominado de sítio W na fórmula estrutural, está localizado ao longo do eixo c, central ao pseudo-anel hexagonal de tetraedros e pode 30 conter OH1, O2' ou F1'. Se O2' for dominante nesse sítio, é necessário existir uma ordenação de curto alcance nos sítios Y e Z, tal que eles são respectivamente ocupados por alumínio e magnésio [Hawthome FC, Henry DJ ,1999]. Os três sítios 0(3),

denominados de sítio V, geralmente contém OH1', mas também podem conter quantidades significativas de O2". O sítio W é único porque F1" só ocupa esse sítio e Otambém tende a ocupá-lo em relação a OH1' [Grice JD, Ercit TS ,1993 e MacDonald DJ, Hawthome FCJ995].

5    Os sítios X e W se alternam ao longo do eixo c. No caso da schorlita, eles são

ocupados respectivamente por sódio (Na+) e hidroxila, usualmente demominada de OH1. A distância entre eles é 4,03 À dentro de uma célula unitária. Porém, a distância da hidroxila para o sódio na célula unitária adjacente é 3,16 Â. Essa distribuição não uniforme de cargas positivas e negativas ao longo do eixo c traz conseqüências para as 10    propriedades    elétricas    da turmalina. Os átomos localizados nos sítios Y (ferro, no caso

da schorlita)    impõem    uma restrição aos movimentos da hidroxila ao longo do eixo c,

que tem mais liberdade para se aproximar do sódio da célula unitária vizinha. Com o aumento das vibrações térmicas, espera-se que a distância entre o sódio e a hidroxila dentro de uma célula unitária tenda a aumentar, enquanto que a distância entre o sódio e 15 a hidroxila em células unitárias adjacentes ao longo do eixo c tenda a diminuir. Essa situação faz com que o campo elétrico em tomo de uma partícula de turmalina tenda a crescer com a temperatura, explicando a origem da piroeletricidade da turmalina.

No caso da turmalina, o vetor da indução elétrica só pode estar na direção do eixo c. Como já visto    para a shorlita, é ao longo desse eixo que se distribuem o sódio e

20    hidroxila de    maneira    não uniforme entre eles. Na Figura 1 está calculado o campo

elétrico produzido no vácuo, a 10 Â de distância (na direção do eixo c) de uma partícula de schorlita, causado por esses íons conforme a sua distribuição na schorlita, comparado com aquele campo que seria produzido se essa distribuição fosse uniforme. Vê-se que a distribuição na schorlita provoca um campo maior, que deve aumentar com a 25 temperatura, uma vez que a distribuição não uniforme entre os íons ao longo do eixo c deve se acentuar. Por extrapolação, vê-se que para cerca de 100 células unitárias o campo elétrico já não depende mais do tamanho da partícula. Isso está de acordo com a observação experimental de que a tensão elétrica provocada por um cristal de turmalina é independente do seu tamanho.

30    Portanto, partículas de turmalina com diâmetro de cerca de 100 células unitárias

ao longo do eixo c (160 nm) devem produzir o maior campo elétrico em suas proximidades por massa de turmalina. Esse campo é de aproximadamente 107 V/m, considerando que cristais de turmalina produzem uma tensão elétrica de aproximadamente 0,1 V entre suas extremidades. Do ponto de vista tecnológico, essa é a granulometria que se deve alcançar para maximizar os efeitos das partículas de turmalina.

5    A teoria clássica para oscilações dos sistemas com vários graus de liberdade

[Landau e Lishitz,1971], no caso das vibrações anarmônicas, prevê que, às frequências das oscilações normais próprias do sistema, de frequência <oa , ©p, se superpõem oscilações suplementares, de frequência ©a ± ©p (entre elas as frequências duplicadas e a frequência nula, essa última correspondente a uma elongação constante). Ora, o 10 espectro do infravermelho da turmalina revela oscilações da hidroxila OH1, no sítio W, entre 3620 e 3700 cm'1. Isso nos dá uma estimativa para coa - ©p de aproximadamente 2.1012 s*1, com comprimento de onda de cerca de 0,1 mm, na faixa limite entre o infravermelho distante e as microondas. Ou seja, pela mecânica clássica, espera-se de fato uma emissão, pelos cristais de turmalina, de ondas eletromagnéticas de frequência 15 da ordem de 2.103 GHz.

Pela mecânica quântica, a solução da equação de Schrõdinger para um oscilador anarmônico deve ser feita com auxílio da teoria das perturbações. Nesse caso, os níveis de energia para esse oscilador são [Landau e Lifshitz,1971]:

20    Para um oscilador harmônico, as diferenças entre os níveis de energia será

sempre um múltiplo inteiro de ha. Porém, para um oscilador anarmônico, essa expressão mostra que, à medida que n cresce, as transições entre os níveis energéticos se

tomam menores, desde que /?<2a /(). Ou seja, um oscilador anarmônico terá transições de energia do tipo ha, onde 0 <    < 1 e é decrescente com o

25 aumento de n. Ele deve apresentar um espectro de frequências que incluirá desde a frequência nula até frequências próximas das suas oscilações normais. Espera-se, portanto, emissões de infravermelho distante na turmalina, devido às oscilações anarmônicas no sítio W.

Vê-se que o sítio W é responsável por emissão de infravermelho distante da turmalina, devido às suas oscilações anarmônicas, impostas pelo seu arranjo com os sítios X e Y ao longo do eixo c.

Devido ao seu caráter polar, as partículas de turmalina interagem com as 5 moléculas de água, que também são dipolos elétricos. Observa-se que essa interação altera o pH, o potencial redox e o teor de íons na água, que, por um processo ainda não esclarecido, influi em processos biológicos. No caso de musgos e liquens, os inventores observaram que a presença de partículas de turmalina inibe o seu crescimento.

Turmalinas da série dravita-schorlita são comuns em toda a superfície terrestre, 10 em especial no Brasil. Pedras de turmalina sem valor para o comércio de gemas podem ser utilizadas. Devem ser selecionadas pedras que não apresentam impurezas visuais, tais como incrustações de outros minerais. O processo de obtenção do pó de turmalina consiste na limpeza que deve ser executada através de martelamento e lavagem com água, sem adição de outras substâncias. As pedras são moídas em moinhos 15 convencionais até granulometrias de 5 |im. Após essa moagem, caso se deseje obter granulometrias mais finas, devem-se utilizar moinhos de alta energia. Obtêm-se um pó de cor acinzentada. Esse pó pode ser adicionado diretamente à mistura de tinta comercial, que deve ser agitada para dispersão das suas partículas. Caso as partículas de turmalina tendam a se decantar, é necessário agitar a tinta periodicamente. A decantação 20 é tanto mais rápida quanto maior o tamanho das partículas do pó de turmalina. A aplicação da tinta deve ser feita de acordo com a recomendação do fabricante. Até adições de 10 g de pó por litro de tinta não se observa alteração da cor da tinta.

Durante a época mais propícia para o crescimento de musgos e liquens (em geral nos meses úmidos e quentes) poderá ser notado o efeito inibidor da tinta aditivada com 25 o pó de turmalina. Uma simples lavagem poderá retirar a sujeira aderida à superfície pintada, deixando-a com aspecto de recém pintada. Nas áreas pintadas com a tinta não aditivada será necessário remover a camada de musgos e liquens, que ficam fortemente aderidos à tinta, requerendo a completa remoção da camada de tinta e aplicação de nova camada.

30    A seguir será descrito uma modalidade de aplicação da invenção, foi escolhido

um muro de arrimo feito com tijolos pré-fabricados de concreto, preenchido com concreto armado e revestido com armagassa de cimento e areia. Esse muro está

localizado numa altitude de 1.200 m do nível do mar. O local apresenta acentuado crescimento de musgos e liquens nos meses de outubro a março. Em uma parte do muro foi feito pintura com uma tinta acrílica comercial. Em outra parte do muro foi feito pintura com a mesma tinta com adição de 10 g de pó de turmalina (granulometria de 5 5 pm) por litro de tinta. As aplicações da tinta foram feitas durante o mês de julho, período frio e de baixa umidade relativa do ar, pouco propício para o crescimento de musgos e liquens. As Figuras 2 e 3 mostram os aspectos da superfície do muro após seis meses da aplicação. Nota-se o efeito inibidor da tinta aditivada com pó de turmalina. Referências

10 Bloodaxe ES, Hughes JM, Dyar MD, et al.

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Reassignment of cation site occupancies in tourmaline - Al - Mg - disorder in the crystal structure of dravite

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REIVINDICAÇÃO

1-    Substância aditiva para tintas, caracterizado por constituir-se de pó de turmalina que funciona como inibidor do crescimento de musgos e liquens.

5


2-    Substância aditiva, segundo reivindicação 1, caracterizado pelo pó de turmalina possuir granulometria, preferencialmente entre 100 a 200 nm.

3-    Substância aditiva, segundo reivindicação 1, caracterizado pelo processo de aditivação constituir-se de adição direta de uma pequena quantidade do pó de turmalina nas tintas comerciais existente.

Separação entre Na* e OH1 na turmalina

Potencial elétricorelativo elétrico a 10 Âno vácuo


uz


sem turmalina

com turmalina

RESUMO

Resumo da Patente de Invenção “Substância Aditiva para Tintas”

Substância a partir de partículas de turmalina que formam o pó de turmalina usado como aditivo para tintas, empregado como inibidor do crescimento de musgos e 5 liquens e tintas que contém pó de turmalina com o propósito de inibição do crescimento de musgos e liquens.