25/02/2021
O MUNDO DOS MINERAIS INDUSTRIAIS

Texturas, Cores e Efeitos

Por Renato Ciminelli

Fantasia ou realidade? Minerais Industriais podem de fato modificar Texturas, Cores e Efeitos de Materiais, Revestimentos e Superfícies?

(Esta matéria convida o leitor a interagir com a Revista Brasil Mineral e os colaboradores da seção, a se engajar nessa primeira provocação, colocar dúvidas e propor novas pautas a serem tratadas em próximas matérias).

 

A matéria “Minerais Industriais – A Retomada”, editada em 10/09/2020, que marcou o lançamento da seção permanente intitulada “O Mundo dos Minerais Industriais“, já planejava em sua pauta prioritária este texto que o autor está entregando hoje. Naquela primeira matéria o autor estava provocando os leitores com temas/escalas de oportunidades de negócios, mercados e investimentos eventualmente entendidos como menos convencionais. Foram selecionadas, na ocasião, 10 oportunidades para um primeiro mergulho dos leitores, das quais pelo menos as 7 a seguir estão associadas ao desenvolvimento de Texturas, Cores e Efeitos tratados nesta presente matéria:

  1.  Rochas, minerais e morfologias de aplicação e desempenho específicos pouco conhecidos. Os produtos derivados de agalmatolito, fornecidos principalmente de depósitos em Minas Gerais, são exemplos típicos; 
  2.  Misturas de produtos minerais e espécies mineralógicas diferentes em formulações de alto desempenho para aplicações inovadoras.
  3.  Fornecimento satélite de minerais;
  4.  Formulações de minerais com garantia de desempenho em aplicações especiais. Exemplo do caulim calcinado para adesivos, borrachas, plásticos, entre inúmeras outras aplicações;
  5.  Minerais modificados quimicamente, tendo as argilas como exemplo mais clássico;
  6.  Morfologias de alto desempenho exemplificadas pela wollastonita, fibras minerais e cerâmicas.
  7.  Minerais de engenharia através de reduções e classificações granulométricas exclusivas.

O design vem se despontando em intensidade crescente como um grande aliado e indutor da aplicação de aditivos e especialidades minerais de alto desempenho na modificação de texturas, cores e efeitos em prol de aparências mais competitivas e aceitação de materiais e produtos de consumo.

O design pode ser entendido como uma ferramenta de marketing que, no contexto desta matéria, explora as possibilidades de maior atratividade e funcionalidade dos materiais junto ao mercado consumidor. Os minerais têm um papel decisivo na modificação desses materiais em prol da atratividade aos olhos e sentidos dos consumidores.

Alguns exemplos muito interessantes de esforços de formulação e inovação  pela atratividade dos materiais são dados a seguir: o peso diferenciado de potes de plástico para cremes pessoais; formulações cosméticas à base de minerais; resistência anti-risco de painéis plásticos de automóveis; controle de brilhos e escorrimento de tintas arquitetônicas e industriais; resistência ao tráfego de pisos  vinilicos;  textura de papéis especiais. 

Estamos rodeados, em nosso dia a dia, de materiais, superfícies e revestimentos, aplicados em acabamentos na construção civil, no interior e exterior de automóveis e eletrodomésticos, tintas, plásticos, borrachas e elastômeros, papeis diversos, cerâmicas, pisos e revestimentos diversos, entre inúmeras outras aplicações para os minerais industriais.

De onde vem essa capacidade e valor dos minerais de modificar, de forma tão importante, texturas, cores e efeitos dos materiais, percebidas pelos consumidores finais? 

As partículas e pigmentos minerais, que melhor representam essa funcionalidade de modificação dos materiais onde são incorporados são o Dióxido de Titânio (TiO2) ou Negro de Fumo (Carbon Black), ambos aditivos clássicos de alto poder de cobertura e opacidade, e alta capacidade de tingimento das cores branca e preta, respectivamente. 

Aproveitando esse caso do TiO2, já introduzimos uma das peculiaridades dos minerais funcionais: sua capacidade de substituição. O caulim calcinado, por exemplo, vem sendo aperfeiçoado ao longo das últimas décadas, em suas propriedades e na forma de aplicação, para a substituição parcial do TiO2 para o poder de cobertura dos materiais: tintas, plásticos e outros. 

A funcionalidade dos pigmentos, cargas e aditivos minerais de modificar Texturas, Cores e Efeitos dos Materiais está relacionada e/ou pode ser explicada por  suas características intrínsecas e aquelas mais facilmente medidas e/ou descritas: distribuição de tamanho, morfologia das partículas, proporção de ultrafinos a nanos, área superficial, peso específico, química e natureza da superfície das partículas (adsorção de líquidos e gases), modificação da superfície por tratamentos e aditivos, absorção de óleo, propriedades óticas das partículas, cor, brancura, índice de refração, opacidade, capacidade de cobertura, capacidade de tingimento, aparência superficial (brilho, lustre, rugosidade), opalescência, dispersibilidade, influência reológica sobre as suspensões, propriedades eletroquímicas, comportamento reológico das partículas, entre inúmeras outras mais específicas. 

A morfologia das partículas minerais é uma das características mais determinantes da sua funcionalidade nos materiais. Podemos dizer que as outras características como cor, tamanho, entre outras, determinam o valor dessa funcionalidade principal.

As tintas arquitetônicas, principalmente, e industriais, são os materiais (superfícies e revestimentos), cujas formulações são as mais complexas e diversificadas em composição mineral – como uma sopa de partículas com características e propriedades que se combinam sinergicamente para o desenvolvimento de texturas, efeitos e cores desejadas pelo consumidor final. As grandes indústrias de tintas e seus fornecedores de cargas e minerais funcionais otimizaram uma relação comercial que evoluiu para as plantas satélites de fornecimento de suspensões multiminerais, onde a dispersão dos minerais é aperfeiçoada para o melhor desempenho final. 

Um dos minerais que melhor explora a complexidade formuladora na indústria de tintas é o agalmatolito procedente de Minas Gerais, justamente por suas particularidades morfológicas. Uma recomendação prática crescente na indústria de tintas é sempre ter doses mínimas de 2% de agalmatolito nas formulações. O agalmatolito desenvolve e aperfeiçoa uma série de propriedades importantes na fabricação e aplicação das tintas, conforme listado a  seguir, explicadas por sua lamelaridade a um custo muito competitivo. O desempenho da aplicação do agalmatolito em tintas logicamente irá depender do sucesso na escolha das especificações das partículas.

  • Tixotropia e Pseudo-Plasticidade

  • Ação Anti-Sedimentante

  • Ação Fosqueante

  • Lixabilidade

  • "Efeito Agalmatolito

Em outras aplicações minerais como plásticos, papel, borracha, entre outros, a complexidade da formulação mineral é reduzida para um único mineral e eventualmente aditivos. 

Como exemplo, a Tabela 01 lista os principais polímeros e funções para alguns minerais selecionados. Logicamente o número de polímeros e funções primárias ou secundárias para cada mineral pode ser muito mais amplo. O leitor interessado em sistemas específicos deve consultar a vasta literatura técnica e científica disponível a este respeito. O talco, por exemplo, apesar da maior aplicação em polipropileno, tem evoluído rapidamente em polietileno de alta e baixa densidade, PVC, poliestireno e poliamidas. Além da rigidez, o talco é particularmente eficiente no aumento da temperatura de distorção pelo calor ou resistência ao creep. O reforço planar ou lamelar das partículas de talco alinhadas no compósito evita que a resistência à tensão seja sacrificada, como acontece com as demais cargas minerais não fibrosas. Outros reflexos importantes da presença do talco são o aumento da resistência à corrosão, umidade e calor, permeabilidade, dureza, estabilidade dimensional, isolamento elétrico, condutividade térmica e retardamento de chama. A transparência pode ser mantida e as propriedades elétricas são promovidas. A aderência a superfícies metálicas e tintas de impressão é aprimorada. O talco reduz o coeficiente de expansão térmica e a contração do molde, evita o empenamento durante a moldagem e permite o uso associado de plástico e metal. O ciclo total de moldagem pode ser reduzido em até 30%, sem aumento no desgaste dos equipamentos.

Tabela 01: Aplicações de minerais selecionados em plásticos

Mineral

Resina Principal

Função

Alumina Hidratada

Poliéster

Anti-chama

Calcita Natural

PVC

Carga

CaCO3 Precipitado

PVC

Resistência Impacto

Caulim 

Poliéster

Tixotropia

Caulim Calcinado

PVC

Resistência Elétrica

Caulim Modificado

Nylon

Estabilidade Dimensional

Mica

Polipropileno

Resistência à Flexão

Quartzo Moído

Epoxy

Estabilidade Dimensional

Talco

Polipropileno

Rigidez

Wollastonita

Nylon

Reforço Mecânico

O pigmento ou carga mineral moída é constituído de partículas cuja morfologia é uma das características primárias do mineral que, juntamente com o grau de finura, determina a capacidade de empacotamento, a reologia e reforço mecânicos dos compostos. A carga mineral típica tem baixo custo, boa cor, baixa dureza, e alta capacidade de empacotamento e boa reologia, os dois últimos ambos típicos de partículas com baixo valor de razão de aspecto. O melhor exemplo aqui é a calcita natural, com seus cristais romboédricos. Minerais para reforço mecânico devem ter, ao contrário, alto valor de razão de aspecto, característicos nos cristais lamelares de talco, ou nos cristais fibrosos de amianto ou wollastonita. As partículas individuais do mineral moído podem ser constituídas de cristais isolados e/ou de agregados de cristais. A morfologia das partículas pode ser totalmente diferente da morfologia dos cristais pré-selecionada para a formulação de um determinado composto termoplástico. O usuário de minerais deve estar atento para a relevância do fato de que a morfologia das partículas pode variar entre depósitos minerais de diferentes localidades ou em frentes e zonas diferentes de um mesmo depósito mineral. O mesmo pode ocorrer para os produtos sintéticos conforme as condições de processo. 

Fornecedores, processadores e formuladores desses pigmentos minerais tanto melhor alcançarão resultados comerciais e técnicos mais competitivos quanto maior domínio tiverem sobre as características e propriedades dos produtos minerais.