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Química

Sin olor y menos tóxica

Investigadores de la USP desarrollan un método para producción de pinturas casi sin olor

La fabricación una pintura de pared sin olor para ambientes que puedan ser utilizados inmediatamente después de su aplicación es un objetivo perseguido por las industrias químicas hace alrededor de dos décadas. El producto sería útil en hospitales, escuelas y restaurantes, locales donde es indeseable la presencia de vapores responsables por el olor característico de las pinturas. La solución quedó más cerca de hacerse realidad con estudios del Centro de Ingeniería de Sistemas Químicos de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli/USP). La investigación, coordinada por el ingeniero químico Reinaldo Giudici, presentó resultados satisfactorios y consiguió reducir la concentración de monómeros residuales – substancias tóxicas responsables por la mayor parte del olor de las pinturas – para menos de 100 partes por millón (ppm), o sea, 0,01% o 0,01 gramo de monómero para cada 100 gramos de emulsión polimérica, resina que es el principal componente de la pintura. Aunque el olor no haya sido totalmente removido, él quedó casi imperceptible.

“Los procesos más eficientes para remoción de olor hoy utilizados comercialmente no consiguen concentraciones menores que 1.000 ppm, diez veces mayor de lo que obtuvimos”, dice el investigador. “Para llegar a ese resultado, prolongamos e intensificamos la reacción química de polimerización, de modo que más monómeros reactúen y sean transformados en polímeros.” Para entender lo que eso quiere decir es preciso, antes, comprender como se realiza el proceso de fabricación de las pinturas látex, a base de agua (sin solventes), las más utilizadas para pintura de paredes internas y externas. El principal componente de ese producto es una emulsión acuosa constituida por polímeros, macromoléculas formadas a partir de unidades estructurales menores, los monómeros. Los monómeros más utilizados en las pinturas látex son el acetato de vinilo (que da origen a las pinturas vinílicas) y el acrilato de butilo (materia prima de las pinturas acrílicas). Usualmente dos tipos de monómero son polimerizados conjuntamente de modo que se obtengan determinadas propiedades en el polímero. Los monómeros estireno y butadieno, por su vez, son usados en la fabricación de un látex empleado en revestimientos de papel cuché – el mismo utilizado en esta revista -, producto que también será beneficiado con la nueva tecnología.

Para que la polimerización ocurra, substancias químicas conocidas como iniciadoras son mezcladas a los monómeros y, en una reacción en cadena, esas pequeñas moléculas se transforman en macromoléculas, que son los polímeros. El problema es que durante ese proceso, realizado en un reactor a una temperatura media de 60 a 80 grados Celsius, los monómeros no reaccionan completamente, restando al final de la polimerización una pequeña cantidad de esos compuestos que permanecen intactos en la emulsión polimérica y, después, en la pintura. Cuando ella es aplicada en la pared, el agua presente en la emulsión se evapora y las partículas poliméricas se unen formando una película que recubre la superficie. “Por ser sustancias volátiles, los monómeros también se evaporan, haciendo surgir el olor característico de las pinturas, en general desagradable. Dependiendo de su naturaleza y concentración en el aire, pueden tener diferentes niveles de toxicidad”, explica Giudici. “Además de irritantes de las mucosas de las vías respiratorias, los monómeros residuales pueden causar nauseas, alergias y otras sensaciones desagradables.”

Para reducir la concentración de monómeros en el producto final, la alternativa encontrada por los investigadores fue intensificar la reacción. Ellos alteraron las condiciones de operación del proceso a fin de consumir más monómeros residuales. Así, entre otras cosas, el equipo modificó la temperatura de la reacción, alteró la concentración de los componentes y varió la presencia de reactivos. “Tuvimos cuidado para no comprometer la productividad del proceso y, al mismo tiempo, no alterar las propiedades finales del látex. Por el contrario, mejoramos su calidad porque redujimos los contenidos de monómero residual”, explica Giudici.

Actualmente, el proceso más empleado para la reducción del olor en pinturas es la llamada desvolatilización, que, a pesar de eficaz, presenta desventajas en relación al método desarrollado en la Escuela Politécnica. Ese proceso consiste en el borbujeo de un gas, generalmente vapor de agua, en el polímero en emulsión para hacer con que los monómeros presentes se volatilicen, o sea, sean expulsados del producto. “El inconveniente de la desvolatilización es que ese proceso genera residuos que no pueden ser lanzados en el ambiente, por ser contaminantes”, recuerda Giudici. Con eso, los efluentes necesitan ser tratados, lo que incrementa una etapa al proceso productivo, tornándolo más largo y más caro.

La tecnología desarrollada por el equipe de la USP llevó siete años para estar lista y fue financiada por la FAPESP dentro del programa Alianza para la Innovación Tecnológica (Pite). Inicialmente, el proyecto fue firmado con la Rhodia, empresa multinacional francesa del sector químico. Pero, a lo largo del trabajo, ella vendió sus unidades de fabricación de látex de estireno y butadieno para la finlandesa Raisio Chemicals, que hizo la inversión conforme a lo establecido en la Pite. En seguida, la Raisio Chemicals fue adquirida por la multinacional suiza Ciba Especialidades Químicas, alianza actual en el proyecto. Con la conclusión de las investigaciones en la USP, el proceso se encuentra en fase de pruebas en los laboratorios de la empresa en Brasil y en Francia. Aún no hay previsión de cuando la nueva tecnología será implantada por la empresa, que, en un primer momento, va a probarla a escala semi-industrial. “Como las pruebas industriales aún no fueron iniciados, no sabemos si será más interesante, desde el punto de vista económico, utilizar nuestro proceso aisladamente o combinado con la desvolatilización. Como la desvolatilización es hecha por último y, como la presencia de monómeros residuales sería menor, habría poca producción de efluentes, reduciendo el costo del tratamiento”, dice Giudici.

“El proyecto realizado con la USP fue muy importante para la Ciba Especialidades Químicas. Fue excelente el contacto y el intercambio de informaciones con los investigadores involucrados en el proyecto, que siempre demostraron preocupación en la aplicabilidad de los resultados en los procesos industriales”, dice Odair Araujo, del laboratorio de polimerización de la Ciba y coordinador del proyecto en la empresa. “Otro aspecto fue la calidad de los resultados obtenidos, que nos posibilitó obtener una visión importante del potencial de aplicación en la planta piloto y, en un futuro, en la planta industrial. Podríamos decir que el proyecto Ciba Especialidades Químicas y la Universidad de São Paulo fue un éxito y pretendemos, en el futuro, continuar haciendo ese  tipo de convenio.”

Además de la creación de un proceso capaz de producir pintura prácticamente sin olor, el grupo de la USP también desarrolló métodos de monitoreo en-línea de reacciones de polimerización en emulsión. El proceso está basado en sistemas de espectroscopia, que utilizan la absorción y reflexión de radiaciones electromagnéticas en el producto por medio de láser, permitiendo detectar la presencia y la cantidad de determinadas substancias. Así, esos métodos permiten monitorear remotamente y en tiempo real varias propiedades y variables durante la polimerización. “A cada 15 segundos, sabemos cual es la cantidad de monómero residual, la concentración y la composición del polímero y el tamaño medio de las partículas poliméricas. Esos datos son fundamentales para que hagamos un rígido control del proceso y que implementemos las condiciones de operación de manera precisa”, dice Giudici.

El Proyecto
Desarrollo de procesos de polimerización para la producción de polímeros con bajo contenido de monómero residual (nº 98/03194-9); Modalidad Programa Alianza para la Innovación Tecnológica (Pite); Coordinador Reinaldo Giudici – USP; Inversión 55.000,00 de reales + 259.000,00 de dólares (FAPESP) y 135.000,00 de reales (Ciba Especialidades Químicas)