UTILIZAÇÃO DE UM PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS (DOE) NA OTIMIZAÇÃO DE MISTURAS DE CARGAS MINERAIS PARA FORMULAÇÃO DE TINTAS

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Materiais

Autores

Almeida, C.M.T. (UFPE) ; Bezerra, V.V.L. (UFPE) ; França, B.F. (UFRPE) ; Lima Filho, N.M. (UFPE)

Resumo

No desenvolvimento de produtos, torna-se necessário obter informações referentes as matérias-primas que deverão ser empregadas em sua formulação. Desse modo, este trabalho apresenta um estudo sobre a utilização da técnica de planejamento de experimentos (DOE) com o objetivo de otimizar o uso de cargas minerais que fazem parte da formulação de tintas. Para esse fim, foi utilizado o software Design- Expert® v8.0.11, da empresa Stat-Ease. Com os resultados obtidos foram construídos gráficos de superfícies que relacionam análises do Programa Setorial da Qualidade (PSQ) com os parâmetros utilizados no DOE. Foi constatado que a cobertura úmida (75µm) sofre uma maior influência da carga TiO₂, enquanto que a cobertura seca é mais influenciada pela carga PCC.

Palavras chaves

Cargas minerais; Tintas; DOE

Introdução

Muitos produtos do cotidiano somente tornam-se úteis e passíveis de comercialização em virtude de tratamentos de superfície. Para que isso seja possível, uma série de tecnologias de tintas e diferentes formulações estão disponíveis no mercado. Sob o binômio custo-benefício, as tintas constituem o produto industrial mais efetivo no atual contexto mundial. Um exemplo é uma tinta, que com apenas 75 μm de espessura, representa 0,8% do valor de um carro e ainda confere proteção, cor e outros aspectos que agregam valor de mercado a esse veículo (MARTINS, 2009). Em sua essência, a tinta é composta por veículos, pigmentos, solventes e aditivos, de forma que a combinação desses elementos define as propriedades de resistência, aspecto, tipo de aplicação e custo final do produto (FRANÇA, 2010). Um experimento pode ser definido como um teste ou uma série de testes, com variáveis a serem analisadas e incluídas no experimento pela combinação de conhecimentos e informação acerca do processo. O planejamento de experimentos (DOE) é uma técnica que permite o estudo de qualquer situação que envolva uma resposta que varia em função de uma ou mais variáveis independentes (MONTGOMERY e RUNGER, 2002). A partir dos dados experimentais obtidos com o auxílio do DOE, pode-se construir um modelo que representa a descrição matemática de como uma variável-resposta se comporta em função das variáveis estudadas (MATHEWS, 2005).

Material e métodos

O DOE foi realizado utilizando o software Design-Expert® v8.0.11, da empresa Stat- Ease. Foram escolhidas duas cargas minerais como parâmetros de entrada do planejamento, dióxido de titânio (TiO₂) e carbonato de cálcio precipitado (PCC). Após a definição dos parâmetros de entrada, o software forneceu um conjunto de ensaios, dentre os quais foi escolhido o que apresentou melhores resultados referentes às coberturas úmida e seca.

Resultado e discussão

A partir dos resultados obtidos através do software, construiram-se gráficos de superfícies que relacionam análises do Programa Setorial da Qualidade (PSQ) com os parâmetros de entrada utilizados no DOE. A Figura 1 correlaciona a cobertura úmida (75µm) com as cargas minerais PCC e TiO₂, mantidos fixos os demais parâmetros. Observa-se que o TiO₂ apresenta uma maior influência sobre a cobertura úmida, em função de seu maior índice de refração (2,55 - 2,77) quando comparado ao do PCC (≈1,6). Assim, quanto maior for a diferença entre o índice de refração da carga e do veículo (1,3 - 1,6), melhor será o efeito da cobertura úmida. A Figura 2 correlaciona a cobertura seca com as cargas minerais em estudo, mantidos fixos os demais parâmetros. Constata-se que o aumento provocado na cobertura seca pela carga PCC é mais significativo devido a menor granulometria de suas partículas (≈0,1µm) quando comparada a granulometria irregular do TiO₂.

A Figura 1 apresenta a influência das cargas minerais PCC e TiO2 na cobertura úmida.


A Figura 2 apresenta a influência das cargas minerais PCC e TiO2 na cobertura seca.

Conclusões

Os resultados obtidos nesse trabalho demonstram a importância da realização de um planejamento de experimentos para obtenção de resultados rápidos e confiáveis, eliminando assim longas etapas de testes experimentais aleatórios. Além disso, constata-se a grande influência do dióxido de titânio nos resultados de cobertura úmida e do carbonato de cálcio precipitado nos resultados de cobertura seca.

Agradecimentos

Os autores gostariam de agradecer ao Departamento de Engenharia Química (DEQ) e a Universidade Federal de Pernambuco (UFPE).

Referências

FRANÇA, B. F. Um estudo sobre tintas decorativas base água. Monografia, Recife, PE, 2010.

MARTINS, P. Apostila de Tintas e Vernizes, São Luis, MA, p.56, 2009.

MATHEWS, P. G. Design of experiments with MINITAB, Milwaukee, Quality Press, 2005.

MONTGOMERY, C. D.; RUNGER, C. G. Applied Statistics And Probability For Engineers, New York: Jonh Wiley & Sons, Inc. 2002.