BR102022004818A2 - Composição química selante e seu uso - Google Patents

Abstract

“COMPOSIÇÃO QUÍMICA SELANTE E SEU USO”, trata de uma composição química aplicada durante o processo de fabricação de peças cerâmicas para o tratamento da superfície de trabalho de placas cerâmicas esmaltadas e polidas. A composição da presente invenção compreende nanopartículas de prata e sílica, dentre outros excipientes quimicamente aceitáveis e, além de conferir maior brilho e regularização da superfície tratada, confere propriedades hidrofóbicas e antimicrobianas, além de maior resistência ao manchamento e facilidade de remoção de manchas.

Description

CAMPO DE APLICAÇÃO

[0001] Trata a presente invenção de uma composição química útil no tratamento de superfícies de produtos cerâmicos e vidrados. Especificamente, trata a presente invenção de uma composição química compreendendo, entre outros componentes, nanopartículas de sílica e prata, incorporadas em uma formulação de dispersão aquosa especialmente útil no tratamento de superfícies de placas cerâmicas de revestimento esmaltadas e polidas, assim tornando-as impermeáveis à água, resistentes ao manchamento, com elevado brilho superficial e resistentes à proliferação de microrganismos.

[0002] A presente invenção insere-se no campo da indústria química, higiene e limpeza, cerâmica e superfícies.

DESCRIÇÃO DO ESTADO DA TÉCNICA

[0003] Com o aumento da demanda por pisos e porcelanatos cerâmicos mais sustentáveis e menos agressivos aos seres humanos, animais e ao meio ambiente, os fabricantes de produtos cerâmicos, especificamente placas cerâmicas esmaltadas para revestimento, têm buscado ações mais efetivas para acompanhar a demanda dos consumidores nacionais e do mercado internacional. Existem diversas tipologias de porcelanatos, que variam quanto à cor, tamanho, acabamento das bordas, efeitos ópticos, superficiais e de espessura, destacando-se o porcelanato técnico (natural ou polido) e o porcelanato esmaltado (natural ou polido).

[0004] O Brilho intenso é a principal característica do porcelanato polido e retificado. Este material não recebe, geralmente, esmalte na superfície, sendo a cor definida pela própria cor do material de partida durante a fabricação.

[0005] O processo de fabricação inicia com a extração e armazenamento das matérias-primas: argilas plásticas, feldspatos, caulim e quartzo. As matérias-primas são, então, dosadas, de acordo com a composição alvo desejada, e passam por um processo de moagem em moinho de bolas (geralmente úmido), onde ocorre a mistura e redução das partículas do material. O excesso de umidade da mistura é retirado por um processo de atomização, resultando em pó granulado atomizado que, posteriormente, passa pelo processo de prensagem e adquire a forma característica final da placa, sequencialmente seca e sinterizada. Na sinterização, o calor intenso transforma a peça conformada em um corpo cerâmico rígido altamente gresificado e de alta resistência mecânica.

[0006] Em uma segunda fase do processo, o polimento da peça, a superfície é desgastada e planificada. A remoção do material de superfície durante o polimento expõe à superfície poros internos isolados remanescentes da sinterização. Após, a peça é lavada com água e selada, sendo esta última etapa a aplicação de um recobrimento final regularizador das micro imperfeições superficiais, geralmente, com função de impermeabilização, fornecer brilho e aumentar a resistência a manchas. Após o polimento, o porcelanato é retificado e embalado para comercialização.

[0007] No processo de fabricação dos porcelanatos esmaltados polidos, a etapa de esmaltação é incluída entre a secagem e a sinterização. Um porcelanato esmaltado tem como vantagem a maior quantidade de poros fechados no substrato de composição argilosa, o que reduz o preço da produção, além de comportar-se de forma diferente comparado ao porcelanato técnico.

[0008] Os vidrados são fabricados sobre corpos cerâmicos a partir da deposição de pós de natureza vítrea, na forma de suspensão, e posterior consolidação e adesão ao substrato por sinterização. Mais do que uma microestrutura porosa diferenciada aberta pelo polimento, porcelanato técnico e esmaltado, também, resultam em superfícies polidas com características diferenciadas em decorrência da própria natureza da matéria-prima utilizada. As superfícies altamente gresificadas dos porcelanatos técnicos são menos resistentes ao ataque químico por agentes alcalinos, enquanto superfícies esmaltadas são mais danificadas pelos agentes de caráter ácido. Os vidrados são feitos a partir de pós vítreos moídos (fritas cerâmicas), depositadas sobre a superfície a partir de uma formulação aquosa estabilizada no processo de esmaltação. A consolidação da fina camada de partículas vítreas depositadas sobre a superfície ocorre pela sinterização na presença de um fluxo viscoso, aplicando temperaturas acima de 1150 °C. A camada vítrea resultante, inevitavelmente, conterá uma significativa quantidade de bolhas aprisionadas, parte delas sendo abertas à superfície durante o polimento, o que pode limitar o desempenho superficial, motivo pelo qual deve-se aplicar um selante.

[0009] O processo unitário de selagem consiste na aplicação de uma suspensão bastante fluida, composta por diversos aditivos de processamento e misturas de nanossílica e prata com diferentes tamanhos de partícula, aplicada em movimentos rotativos com o auxílio de um feltro sobre a superfície polida, assim, preenchendo os poros abertos durante o polimento com as partículas de sílica.

[0010] Em estudos anteriores, como o descrito no documento intitulado “Direct evaluation of microbial growth dynamics and colloidal stability of silver nanoparticles stabilized by poly(vinyl pyrrolidone) and poly(vinyl alcohol)”, de 2020, foi possível observar o efeito da estabilização de dispersões de nanopartículas de prata com polivinilpirrolidona (PVP) e polivinilálcool (PVA) na atividade antimicrobiana das suspensões resultantes. A suspensão estudada neste documento, entretanto, não pode ser aplicada isoladamente em superfícies cerâmicas, uma vez que os polímeros utilizados não apresentam resistência à abrasão. Ainda, devido à ausência de compostos à base de sílica, a composição estudada não atua como selante, não exercendo o efeito de fechar os poros da superfície tratada e, assim, promover resistência a manchas e brilho prolongados.

[0011] Devido ao processo de fabricação e à forma de aplicação, a composição química selante deve ser estável durante todo o processo de aplicação, do contrário, pode haver prejuízo ao feltro de aplicação, que não cumprirá corretamente sua função e resultar no surgimento de defeitos na superfície tratada. O prejuízo ao feltro, sobretudo devido ao acúmulo de material da composição selante, pode resultar em falta ou excesso do selante depositado, o que compromete o desempenho do produto final. Ainda, a composição deve permitir a aplicação em um processo contínuo já estabelecido, assim garantindo a aplicação industrial, e ser de fácil e barata implementação.

[0012] Para melhor compreensão dos problemas do estado da técnica, bem como as diferenças e vantagens da presente invenção, as tecnologias existentes serão, a seguir, descritas e comentadas.

[0013] O documento US7713955, intitulado “Methods and systems for coating a surface”, revela um sistema de revestimento que inclui uma composição compreendendo um ou mais compostos policíclicos que podem incluir porções de amônio quaternário, responsáveis pela atividade antimicrobiana. As superfícies que podem ser tratadas pela invenção deste documento incluem pisos, paredes e tetos, instrumentos cirúrgicos e aquelas localizadas na cavidade oral, assim, também podendo compreender outros agentes terapêuticos e/ou compostos bioativos. Este documento não faz qualquer menção aos princípios ativos aqui utilizados, tampouco à combinação de componentes e os resultados aqui atingidos no que se refere ao polimento de porcelanatos.

[0014] O documento CN111807876, intitulado “Anti-static ceramic tile with nano-structure on surface, and preparation method thereof”, propõe a aplicação de método para fabricação de ladrilhos cerâmicos que é composto por mais etapas do que as aqui propostas, por exemplo, a necessidade de um pré-tratamento químico e de um tratamento térmico durante a produção. Ainda, a composição utilizada tem parâmetros físico-químicos distintos dos aqui propostos, como a necessidade de ser uma solução ácida e a necessidade de um regulador de pH para manter o nível ótimo de acidez.

[0015] O documento KR2006107089, intitulado “Coating composition having anti-bacterial and high water-repellent effects, which comprises organosilane-containing water-repellent coating solution mixed with silver dispersion, method for preparing the same and coating process using the same”, revela um revestimento de efeito antibacteriano e hidrofóbico para superfícies de aparelhos domésticos que utilizam ou geram água durante o uso. Em uma primeira etapa, ocorre a reação entre organossilanos em um solvente orgânico, na presença de HNO3 como catalisador. Essa reação resulta em um produto de hidrólise e policondensação que é, então, diluído para resultar no produto de recobrimento. O produto de recobrimento assim gerado não tem o mesmo precursor do produto aqui revelado, além de utilizar as partículas de sílica com atividade distinta daquela aqui empregada. A anterioridade não cita o ganho de resistência a manchas ou o brilho como benefícios à superfície tratada, essenciais à aplicação aqui proposta, tampouco a capacidade de preenchimento de poros, assim, cumprindo o papel de regularizador do recobrimento. Além disso, a anterioridade não cita o processo direto de aplicação da nanodispersão, ou seja, sem a necessidade da reação química prévia na presença de HNO3. Todos os exemplos de concretização revelados em KR2006107089 incluem a necessidade de secagem por longos períodos (até 5 horas) em temperatura ambiente e posterior tratamento térmico empregando altas temperaturas (entre 250 e 500 °C) por, pelo menos, 1 hora. Tais etapas não condizem com a produtividade industrial necessária para revestimentos esmaltados, o que as torna inviáveis.

[0016] O documento TH10610U, intitulado “The process of modifying the porous ceramic surface by the circulating coating system”, revela um sistema que direciona o fluxo da solução de revestimento do interior para o exterior, ou o contrário, da peça. Assim como em outras anterioridades aqui citadas, a aplicação envolve uma etapa de tratamento químico seguida por várias etapas de tratamento térmico para a modificação da superfície cerâmica tratada.

[0017] O documento US10640663, intitulado “Ceramic print ink composition having antibacterial function”, revela uma composição de tinta cerâmica que é preparada pela mistura de água deionizada, propilenoglicol, acetato de metil-éter-propilenoglicol (PMA), metil-éter propilenoglicol (PM), álcool isopropílico, um agente dispersante e um pigmento. A composição revelada por esta anterioridade é destinada à aplicação como tinta decorativa para aplicação em cerâmicas, necessitando ser aquecida e curada na superfície tratada. As partículas de sílica utilizadas na composição, na forma de nanotubos, são utilizadas apenas como substratos nos quais as nanopartículas de prata são adsorvidas. Este documento revela uma solução técnica para cerâmicas exclusivamente destinadas à decoração de ambientes, que também são submetidas a tratamentos térmicos em temperaturas superiores a 1000 °C, não havendo qualquer referência ao ganho de resistência a manchas, ao incremento de brilho ou ação selante.

[0018] Por fim, o documento KR2005080121, intitulado “Bio-ceramic coating agent suitable for classroom using silica sol, microsilica, elvan powder, illite powder, rosemary and silver nanoparticle”, revela um revestimento biocerâmico que emite ânions, irradia raios IV e demonstra atividade antibacteriana e deodorizante adequada para uma sala de aula. A composição apresentada utiliza de 5 a 20 partes por peso de resina polimérica, uma quantidade distinta daquela aqui aplicada. Ainda, a composição do estado da técnica engloba mais componentes do que aqueles empregados, o que dificulta a obtenção da suspensão e a estabilidade, além de resultar em uma composição mais complexa do que aquela aqui proposta.

[0019] Desta forma, o estado da técnica é silente quanto à composição química para o tratamento de superfícies de produtos cerâmicos e vidrados polidos, aplicada ainda na fase industrial, e se beneficiaria com os benefícios da composição aqui descrita que permitem a obtenção de uma placa cerâmica resistente à proliferação de microrganismos, à absorção de água e, consequentemente evitando a ocorrência de manchas de difícil remoção, somados ao incremento no brilho da placa tratada.

BREVE DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0020] Com base nas desvantagens das composições químicas para tratamento de superfícies de produtos cerâmicos e vidrados disponíveis no estado da técnica, é um objetivo da presente invenção fornecer uma composição química selante que compreende, entre outros componentes, nanopartículas de sílica e prata. A composição da presente invenção é incorporada em uma formulação de dispersão aquosa que é aplicada ainda na fase industrial de produção de placas cerâmicas ou de vidrados, especificamente, na fase de selagem da superfície de uso das referidas placas. Por esta razão, a aplicação da composição da presente invenção não requer qualquer etapa adicional de tratamento químico e/ou térmico, podendo ser incorporada nos processos industriais já estabelecidos para a fabricação de placas cerâmicas e/ou vidrados. É, assim, outra vantagem da composição da presente invenção a facilidade de aplicação e a consolidação rápida na superfície tratada.

[0021] A composição da presente invenção, quando aplicada à superfície cerâmica ou do vidrado, tem a capacidade de selar poros abertos durante o processo industrial de fabricação das placas, por exemplo, no polimento, assim, fazendo com que a superfície tenha maior brilho e menor aderência de sujidades. A composição da presente invenção, também, tem o potencial de fazer com que a superfície tratada apresente propriedades antimicrobianas e hidrofóbicas, repelindo a absorção de água e tornando-a resistente a manchas. A superfície tratada, além de ser mais resistente devido ao preenchimento dos poros é, também, mais brilhante e de fácil limpeza e desinfecção, o que torna possível a utilização da cerâmica e/ou do vidrado em ambientes onde a contaminação microbiana deve ser evitada ou substancialmente reduzida, como banheiros, salas estéreis e hospitais.

[0022] A presente invenção apresenta como conceitos inventivos os objetos definidos a seguir.

[0023] A presente invenção apresenta como primeiro objeto uma composição química selante compreendendo: (a) um agente abrasivo; (b) um ou mais solvente(s), lubrificante(s) e emulsificante(s) quimicamente aceitáveis; (c) um anticongelante; (d) um sequestrante; (e) um agente de acoplamento; (f) um ou mais agente(s) tensoativo(s), umectante(s) e antiespumante(s); (g) um agente corrosivo; (h) solução estabilizada de prata; e (i) água deionizada.

[0024] A presente invenção apresenta como segundo objeto o uso da composição química selante, tal como definida no primeiro objeto e em suas modalidades, para a fabricação de uma formulação em dispersão aquosa para o tratamento de superfícies cerâmicas e/ou vidrados polidos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0025] A matéria objeto desta Invenção ficará totalmente clara em seus aspectos técnicos a partir da descrição pormenorizada que será feita com base nas figuras abaixo relacionadas, nas quais: A Figura 1 mostra o fluxograma do processo industrial comumente adotado para a produção de porcelanato polido. No retângulo verde, pode-se observar a etapa de aplicação da composição química selante da presente invenção, que ocorre na etapa de selagem e é facilmente adaptável ao processo já existente, aplicável na fabricação dos porcelanatos esmaltados e polidos, não necessitando de etapas adicionais de tratamento químico e/ou tratamento térmico para a obtenção do recobrimento; A Figura 2 mostra a inspeção visual da estabilidade da nanodispersão de sílica e prata, respectivamente, no dia 1, no dia 15 e no dia 30; A Figura 3 mostra o aspecto visual da secagem da nanodispersão de sílica; A Figura 4 mostra a difração de raios X da nanodispersão de sílica em pó, após secagem; A Figura 5 mostra o resultado do teste de manchas realizado na superfície do porcelanato esmaltado e polido, tratado com modalidades distintas da composição da presente invenção e a comparação com o porcelanato não tratado; e A Figura 6 mostra a comparação da superfície não tratada 6(a) e após o teste de manchas da superfície não tratada 6(b) e a superfície tratada 6(c) e após o teste de manchas da superfície tratada 6(d).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0026] Para fins de definição do escopo da presente invenção sem, contudo, limitá-lo, a expressão “porcelanato” refere-se a todo tipo de produto cerâmico utilizado para revestimento, definido pela Norma ISO 13006/NBR13818, com absorção de água menor ou igual a 0,5 % (porcelanato esmaltado) ou 0,1 % (porcelanato técnico), que pode apresentar-se na forma polida (com aspecto espelhado) ou esmaltado natural.

[0027] O termo “vidrado” e seus sinônimos, como “esmalte cerâmico”, refere-se ao recobrimento do produto cerâmico com aplicação de camada vítrea consolidada por sinterização, sinônimos de “porcelanato esmaltado”. É sobre esta camada vítrea consolidada e polida que é aplicada, por exemplo, composições tais quais a aqui revelada e em suas modalidades, aplicadas nos produtos cerâmicos para formar um recobrimento selante.

[0028] A concepção da composição da presente invenção considerou o porcelanato esmaltado e polido como referência para o planejamento, estabelecimento de requisitos de aplicação, desenvolvimento e validação das formulações que incorporam a referida composição de sucesso. Atualmente, a tipologia de placa cerâmica que majoritariamente utiliza vidrados polidos é exatamente aquela do porcelanato esmaltado. Entretanto, similaridades de composição de vidrados com outras tipologias de substrato cerâmicos fazem com que, geralmente, a composição selante para cada tipologia vidrada aqui revelada possa ser aplicada em qualquer tipologia que contenha vidrado polido, como substratos cerâmicos altamente gresificados, semigresificados, semiporosos e porosos.

[0029] Outra definição importante para a definição do escopo da presente invenção reside no fato de que todas as etapas unitárias para a fabricação de placas cerâmicas esmaltadas, independente da tipologia do produto fabricado, são as mesmas, o que permitiu o desenvolvimento da composição química da presente invenção a partir daquelas já existentes, considerando-se requisitos e restrições que permitissem a aplicação pelos processos atuais de fabricação. Esse fato, também, permitiu observar com maior clareza as deficiências das formulações disponíveis no estado da técnica, e formas de solucionar o problema técnico por elas gerado: a necessidade de uma composição selante que, além de aumentar a resistência e durabilidade do brilho da superfície tratada, apresente propriedades antimicrobianas e resistência a manchas, dado a maior eficiência de recobrimento dos poros gerados durante o polimento.

[0030] De conformidade com os objetivos apresentados por meio da breve descrição, o presente pedido de patente apresenta uma COMPOSIÇÃO QUÍMICA SELANTE compreendendo: (a) um ou mais agente(s) abrasivo(s); (b) um ou mais solvente(s) e lubrificante(s) quimicamente aceitáveis; (c) um agente anticongelante; (d) um agente sequestrante; (e) um agente de acoplamento; (f) um ou mais agente(s) tensoativo(s), umectante(s) e antiespumante(s); (g) um agente corrosivo; (h) solução estabilizada de prata; e (i) água deionizada.

[0031] Agentes abrasivos são materiais que possuem alto poder de corte e desbaste, podendo ser classificados em naturais (como diamante e quartzo) e artificiais (feitos à base de silício e alumina). Os abrasivos utilizados na indústria de polimento, geralmente, são aplicados de forma livre (sem ligas ou depositados em costados), que podem encontrar-se inseridos em massas para polimento ou atuar de forma livre sobre as superfícies para poli-las. Outra forma livre de aplicação de agentes abrasivos compreende a operação de jateamento (blasting), que proteja o agente sob alta pressão sobre a superfície a ser tratada.

[0032] A técnica mais comum de modificação de superfícies de nanopartículas com silano compreende a hidrólise em solventes aquosos, como a água, ou uma solução contendo água e solvente polar selecionado do grupo compreendendo etanol, propanol ou acetona. Em geral, grupos alcóxi (-OR; OCH3; -OC2H5) do agente de acoplamento de silano hidrolisam os grupos silanol (Si-OH) e os grupos -OH na superfície das nanopartículas. Na hidrólise dos silanos em uma condição alcalina, o grupo hidroxila ataca o átomo de silício do alcoxisilano e causa a liberação de uma molécula de álcool (ROH). A adição de substâncias alcalinas pode catalisar a reação de hidrólise de silano e a sua autocondensação.

[0033] O efeito antimicrobiano de superfícies hidrofóbicas decorre da restrição da adesão de microrganismos na referida superfície. Uma superfície esmaltada e polida é produzida por processos de alta temperatura que resultam em uma superfície, geralmente, hidrofílica. A correção desse problema pode ser atingida pela aplicação de revestimentos poliméricos de morfologia específica, mas a força de adesão desta camada de polímero é muito menor do que a necessária a um produto viável. Desta forma, o uso da deposição de um selante à base de nanossílica é justificada, dado a adesão eficiente à superfície polida, ancorando as nanopartículas de prata na superfície para o desenvolvimento, concomitante, de uma superfície antimicrobiana não migrante. Assim, a combinação da nanossílica, na mesma composição também contendo uma solução estabilizada de nanopartículas de prata, de acordo com os achados surpreendentes dos inventores, resulta em um recobrimento antimicrobiano hidrofóbico de ação prolongada e de fácil aplicação.

[0034] Na presente invenção, o um ou mais agente(s) abrasivo(s) compreende uma ou mais nanodispersões de sílica com tamanho variando entre 20 e 200 nm. Em outra modalidade, o agente abrasivo é empregado na composição em uma quantidade que varia entre 5 e 60 % (m/m).

[0035] Os solventes são veículos voláteis incolores e de baixo ponto de ebulição, que têm por finalidade manter a estabilidade da nanodispersão e acelerar a evaporação da água durante a aplicação. Os lubrificantes são compostos adicionados às nanodispersões visando especialmente a redução do atrito na aplicação e formação de uma superfície recoberta de forma uniforme e sem falhas, auxiliando também na manutenção da temperatura ideal no meio de aplicação. Os tensoativos têm por função principal conferir hidrofobicidade à superfície e estabilidade às nanodispersões, sendo compostos de moléculas que contêm uma extremidade hidrofílica e uma hidrofóbica. Os tensoativos, eventualmente, podem exercer ação lubrificante combinada.

[0036] Em uma modalidade da presente invenção, um ou mais solvente(s) e lubrificante(s) quimicamente aceitáveis são escolhidos do grupo compreendendo acetona, ácido oleico, propilenoglicol, etilenoglicol, glicerina, N-metil-2-pirrolidona, butil glicol, texanol, álcool isopropílico, isopropanol e propilenoglicol. Ainda em outra modalidade, um o mais solvente(s), e lubrificante(s) são adicionados à composição em uma quantidade de, no máximo, 2,0 % (m/m).

[0037] Agentes Anticongelantes compreendem um grupo de compostos químicos adicionados a líquidos para reduzir o ponto de congelamento destes, fazendo com que a mistura resultante congele em uma temperatura mais baixa que a usual. Os anticongelantes da composição aqui revelada são escolhidos do grupo compreendendo o grupo dos glicóis, especialmente etilenoglicol e propileno glicol. Em outra modalidade, os anticongelantes são adicionados em uma quantidade na faixa de 0,1% a 0,5% (m/m).

[0038] Um agente sequestrante forma complexos quelantes com íons polivalentes de metal, por exemplo, cobre, ferro e níquel, assim, prevenindo a oxidação da composição a que são adicionados. Para fins de definição do escopo da presente invenção sem, contudo, limitá-la, agentes sequestrantes devem ser compreendidos como agentes conservantes. Sequestrantes adequados são escolhidos do grupo que compreende os fosfatos, os polifosfatos, os poliacrilatos e aqueles baseados em ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), por exemplo, aqueles comercializados sob o nome Trilon®, aminas e citratos. Em outra modalidade, os agentes sequestrantes são adicionados em uma quantidade na faixa de 0,1% a 0,5%.

[0039] Os silanos compreendem um grupo de produtos químicos utilizados como agentes de acoplamento devido à natureza bi- funcional: um grupo organofuncional Y e três grupos hidrolisáveis X, conforme estrutura I:

[0040] Para a viabilidade da reação de formação de oligômeros de silano e siloxanos e a consequente deposição nos poros do porcelanato, espera-se que o grupo silano utilizado se hidrolise em água em quantidade suficiente para que não ocorra uma reação de auto-condensação e consiga reagir com a superfície da sílica. A reação é rápida na região de pH alcalino, e pode ser realizada pela estabilização com hidróxido de sódio, em pH próximo de 10. A cobertura uniforme da superfície da partícula de nanossílica depende, essencialmente, de o silano estar na forma monomérica, e não na forma de grandes oligômeros. Isso faz com que as reações de condensação (1), (2) e (3), e a precipitação do silano com a sílica ocorram. O grupo silano pode reagir com três grupos de superfície, formando ligações de siloxano entre as partículas. Para a aplicação no processo de selagem e polimento, o silano pré- hidrolisado adicionado à sílica coloidal aumentará a velocidade de reação em uma temperatura baixa, entre 60 °C e 65 °C.

[0041] Dentre as sílicas utilizadas para esta finalidade, as sílicas coloidais, funcionalizadas, ou não, com glicerol (vendidas sob o nome comercial Levacil® CC 401 e 301) apresentam os melhores resultados de penetração nos poros do porcelanato e, consequentemente, de brilho e resistência a manchas, quando comparadas com outros tipos de sílicas não funcionalizadas, ou funcionalizadas com outros grupos químicos. A modificação da sílica com grupos silano melhora a interação com o substrato e auxilia na estabilização das nanopartículas poliméricas.

[0042] Na presente composição, os agentes de acoplamento são empregados até, no máximo, 1,5 % (m/m) e são compostos por reagentes funcionais à base de trimetoxisilano ou trietoxisilano, como aquele comercializado sob o nome Silquest A-Link® 597, sílica funcionalizada e seus derivados.

[0043] Tensoativos são um grupo de compostos químicos anfifílicos, ou seja, uma parte da molécula é solúvel em água, e a outra não, que reduzem a tensão superficial ou interfacial entre dois líquidos. Podem ser classificados em catiônicos, quando possuem um ou mais grupos funcionais que fornecem íons positivos quando em solução aquosa; aniônicos, quando os grupos funcionais fornecem íons negativos; não-iônicos, quando não se ionizam em solução; ou anfóteros, quando a estrutura apresenta grupos funcionais básicos ou ácidos.

[0044] Umectantes são compostos químicos hidrofílicos, geralmente sintéticos que retém a água dos sistemas em que são aplicados.

[0045] A formação de espuma durante a selagem da peça cerâmica traz inúmeros inconvenientes, como defeitos no revestimento e preenchimento insuficiente dos poros gerados durante o polimento. Para evitar a formação de espumas, a presente composição compreende antiespumantes, uma classe de compostos químicos que controlam e/ou inibem a formação de espuma na superfície dos líquidos e reduz a tensão superficial. Assim, o antiespumante e o tensoativo atuam em conjunto e em proporções específicas, tendo atividade tecnológica sinérgica na composição aqui revelada.

[0046] O um ou mais um ou mais agente(s) tensoativo(s), umectante(s) e antiespumante(s) da presente invenção são escolhidos do grupo que compreende qualquer tensoativo não-iônico ou aniônico compatível com a composição, especificamente, compatíveis com as nanodispersões de sílica e prata, tais como poliacrilatos, polifosfatos de sódio e potássio, alquil sulfato de sódio, silicone organomodificado (comercializado sob o nome Coatosil 1211C), álcool graxo etoxilado misturado com 2 a 40 mols de óxido de etileno, poli(óxido de etileno), nonilfenol etoxilado com 20 a 40 mols de óxido de etileno, e tensoativos não-iônicos como alquenil com 25 mols de óxido de etileno, lauril sulfato de sódio, poli(álcool vinílico) e dioctil sulfoccinato, misturas de ácido etilenodiaminotetracético e sal tetrassódico (comercializado sob o nome Trilon®); antiespumantes à base de óleo mineral com princípio ativo base siloxano ou óleo vegetal (como aquele comercializado sob o nome Foamstar® 2410, Foamstar® MO2111 e Foamstar® MDW), agente de acoplamento a base de silano/siloxano (como o comercializado sob o nome Coatosil® MP200) e soluções, emulsões ou suspensões de resinas acrílicas (comercializadas sob o nome Joncryl® 365).

[0047] Na presente invenção, o um ou mais agente(s) tensoativo(s), umectante(s) e antiespumante(s) são empregados em uma quantidade de, no máximo, 1,5 % (m/m).

[0048] O caráter corrosivo de uma substância depende da capacidade que esta tem de corroer outras por ação química, ou seja, está diretamente relacionada à reação do agente corrosivo com a superfície tratada, assim desgastando-a. Substâncias corrosivas comuns são os ácidos e as bases fortes e as soluções concentradas de ácidos e bases fracos. Agentes corrosivos adequados à composição aqui revelada são escolhidos do grupo compreendendo soluções aquosas de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, monoetanolamina, trietanolamina e hidróxido de amônio, soluções de 2-amino- 2-metil-1-propanol (AMP-95) a 10 % (m/v) ou 50 % (m/v) e soluções de silicato de sódio ou potássio. Em uma modalidade, o agente corrosivo é empregado em uma quantidade de, no máximo, 2,0 % (m/m).

[0049] Uma superfície antimicrobiana, por definição, contém agentes que inibem a proliferação de microrganismos. Agentes tóxicos aos microrganismos potencialmente patógenos podem ser de origem química ou física e, incorporados na composição selante e, consequentemente, revestidas na placa cerâmica, promovem ação antimicrobiana de superfície. Íons de prata ou cobre adsorvidos em portadores de zeólita, dióxiso de titânio (TiO2) ou sílicas, distribuídos em um revestimento de superfície, ou impregnados em um corpo, constituem exemplos não limitativos de superfícies antimicrobianas.

[0050] A composição aqui revelada compreende nanopartículas de prata incorporadas ao recobrimento nanoestruturado. Para fins de definição do escopo de proteção da presente invenção, sem qualquer caráter limitativo, o recobrimento nanoestruturado compreende uma fina camada da composição selante, tal como a aqui revelada, que tem função de superfície antimicrobiana. Assim, o recobrimento nanoestruturado compreende a composição selante da presente invenção consolidada em uma camada fina e contínua sobre a superfície tratada, dita camada não podendo ser consumida pelos microrganismos (antimicrobiano não migrante). Nanopartículas de óxido metálico são aplicadas como catalisadoras de reações químicas, tratamento de água, indústria têxtil, compósitos poliméricos e revestimentos, sendo o maior desafio a alta tendência destas partículas agregarem e dificultarem a aplicação homogênea. A agregação de nanopartículas de prata pode ser evitada com o uso de modificadores de superfície à base de silano.

[0051] Devido ao processo de crescimento dos nanocristais, a estabilização da solução e o tamanho das partículas também podem ser controlados por reagentes estabilizadores e tensoativos, como poli(álcool vinílico), poli(vinil pirrolidona), ácido ascórbico, hidrazina e extratos vegetais ou pela aplicação de processos térmicos ou controle de concentração dos reagentes e das nanopartículas. Dessa forma, é possível manipular a forma e o tamanho das nanopartículas de prata escolhendo dentre diversos reagentes, especialmente os tensoativos já aqui listados, e o estabilizante escolhido pode controlar a formação de diferentes formas de nanopartículas de prata, necessárias para cada aplicação específica.

[0052] Na composição da presente invenção, a solução estabilizada compreende uma nanodispersão compreendendo entre e 2 e 20 % (m/m) de nanopartículas estabilizadas de prata. Ainda em outra modalidade, a solução de nanopartículas estabilizadas de prata é empregada na composição em uma quantidade de até 2,0 % (m/m). Em outra modalidade, o estabilizante da solução de nanopartículas de prata é selecionado do grupo que compreende estabilizantes químicos selecionados entre poli(álcool vinílico), poli(vinil pirrolidona), ácido ascórbico, hidrazina e óleos vegetais e estabilização é feita pela aplicação de processos térmicos ou controle da proporção reagentes:nanopartículas.

[0053] Deionizada é o nome dado à água que teve a parte iônica totalmente removida por filtragem, o que também a torna isenta de sais minerais. A deionização é um processo comumente utilizado em laboratórios e indústrias para produzir solventes puros. Em uma modalidade da presente invenção, a água deionizada é empregada em uma quantidade que varia de 10,0 a 80,0% (m/m).

[0054] É um segundo objeto da presente invenção o USO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA SELANTE, conforme definida no primeiro objeto e em suas modalidades, para a preparação de uma formulação selante de superfícies de trabalho de peças cerâmicas.

[0055] Em uma primeira modalidade do uso, a formulação é uma formulação em nanodispersão aquosa.

[0056] Em uma segunda modalidade do uso, as peças cerâmicas são selecionadas do grupo compreendendo vidrados cerâmicos polidos aplicados às placas cerâmicas das tipologias (ABNT NBR ISO 13006:2018 - Placas cerâmicas - Definições, classificação, características e marcação): Ia (porcelanto), Ib (grês), IIa (semi-grês), IIb (semi-poroso), III (poroso).

Exemplos Exemplo 1 - Desenvolvimento da Composição

[0057] As nanodispersões de sílica e prata foram obtidas a partir de diferentes combinações e misturas dos componentes, nos intervalos de teores em massa estabelecidos nesse documento, em base de suspensão aquosa. Os reagentes devem ser pesados e homogeneizados em agitador mecânico a 500 rpm e temperatura ambiente (25 °C), por um período de 10 minutos. Para as formulações 40H (sem prata) e 40H2% (com adição de 2% de nanodispersão de prata) foram utilizados os reagentes e percentuais mássicos especificados na Tabela 1. Tabela 1

[0058] A dispersão contendo as nanopartículas foi avaliada com relação ao diâmetro médio de partículas, estabilidade da suspensão sob armazenamento estático e temperatura ambiente, pH e tensão superficial. Os valores de D10, D50, D90 e Dmédio referente à análise do tamanho das nanopartículas, pH e tensão superficial necessários para que a selagem e a ancoragem da sílica aconteçam de forma satisfatória estão representados na Tabela 2, a estabilidade das suspensões sob armazenamento estático, feita por inspeção visual em intervalos de 1, 15 e 30 dias, estão representados na Figura2. Para as formulações 40H (sem prata) e 40H2% (com adição de 2% de nanodispersão de prata) os resultados específicos das análises de pH, tensão superficial, diâmetro de partícula foram apresentados na Tabela 3 e o teste de manchas é apresentado pela Figura 5. Tabela 2

Exemplo 2 - Caracterização por DRX

[0059] As composições foram secas e apresentaram crescimento filamentar (fibras de cor branca e aparência opaca), o que é característico da condensação e formação de oligômeros de siloxano, conforme demonstrado na Figura 3. O material sólido seco foi passado em almofariz de água e em malha ABNT No 200. A realização da caracterização por DRX foi feita com o uso de ângulos de varredura entre 10 e 80°. O difratograma do material, na Figura 4, permitiu a classificação do material como sílica vítrea.

Exemplo 3 - Aplicação

[0060] A composição selante foi aplicada sobre as superfícies esmaltadas e polidas das peças cerâmicas (amostras de porcelanatos esmaltados e polidos coletados em indústria de placas cerâmicas) com o auxílio de uma politriz e pano de polimento metalográfico de textura aveludada confeccionado com flocos longos (indicado para utilização com suspensão de alumina ou diamante ou sílica coloidal e diâmetro igual ou menor que 3 micras). O tempo requerido para aplicação em laboratório foi de, no máximo, 10 minutos de polimento. Após a aplicação, a superfície tratada foi lavada com água e seca.

[0061] O teste de manchas, após a aplicação da composição selante, foi realizado utilizando-se uma caneta marcador permanente de cor azul e com padrões estabelecidos pela Norma ABNT NBR 10545-14. Realizou-se a marcação de uma pequena área da superfície na cor azul, imediatamente após a aplicação da composição e limpeza com água. Após a secagem da tinta da caneta, efetuou-se o procedimento de limpeza manual, com o auxílio de um papel macio umedecido com água. Considerou-se eficiente o processo de selagem da superfície cerâmica quando, após a limpeza, não foi mais possível visualizar a tinta da caneta. A Figura 5 mostra os resultados do teste de manchas para as composições analisadas, denominadas 40H (a), 40H 1 % AgNP (1 % de nanopartícula de prata) (b), 40H 2% AgNP (c), 29D (d), 29D 2 % AgNP (e) e a superfície sem tratamento (f). A Tabela 3 mostra os resultados das análises de pH, tensão superficial, diâmetro de partícula e teste de manchas para as composições estudadas. Tabela 3

[0062] Após os testes de resistência a manchas, as superfícies aprovadas no teste de inspeção visual foram observadas por microscopia óptica. A Figura 6 apresenta as micrografias de superfícies não seladas e seladas, para efeito comparativo. Em 6(a), a superfície sem tratamento apresenta duas tonalidades de cinza, sendo a mais escura provavelmente decorrente das imperfeições superficiais e as regiões arredondadas dos poros, evidenciadas após o ensaio de manchas, mostrado em 6(b), tornando-se escuros em decorrência do preenchimento dos poros com tinta. Em ambas as superfícies, os poros estão presentes em grande quantidade, uma vez que a superfície está sem tratamento.

[0063] A Figura 6(c) mostra a superfície tratada com uma das modalidades da composição química da presente invenção contendo 2 % de prata, estando os poros preenchidos e a coloração mais homogênea. Mesmo após o ensaio de manchas, Figura 6(d), a coloração não sofre alterações significativas, o que evidencia o preenchimento adequado dos poros e solução das imperfeições superficiais.

Exemplo 4 - Avaliação da atividade antimicrobiana

[0064] A Tabela 4 mostra os resultados dos testes ISO22196 em amostras de porcelanato sem tratamento (sem polimento) e tratadas com as composições 40H, 40H 1 %, 40H 2 %, 29D e 29D 2 % frente ao patógeno Escherichia coli ATCC 8739, nos tempos de 0 e 24 h. A melhor resposta foi obtida para a amostra 40H 1 %, seguida pela amostra 29D. Os resultados mostram que a formulação com 1 % de AgNP, aplicada nos porcelanatos cerâmicos inibiu o crescimento do patógeno Escherichia coli ATCC 8739. Tabela 4. Resultados dos ensaios microbiológicos frente ao patógeno Escherichia coli ATCC 8739 nos tempos 0 e 24 h

Exemplo 5 - Teste de brilho no porcelanato polido

[0065] Para a análise do efeito da luz refletida pela superfície tratada, dentro de áreas previamente marcadas foram tomadas, pelo menos, 3 medidas de brilho utilizando um medidor de brilho da marca Elcometer modelo J480T-268. O equipamento trabalha com base no ângulo da emissão de luz e a reflexão captada pelo equipamento, com o fotodetector convertendo o sinal elétrico em unidades de brilho (Gloss Units-GU). O equipamento realiza a análise em diferentes ângulos de incidência, sendo esses: 20°, 60° e 85°, que são os ângulos mais usuais e regulamentados internacionalmente para medição de alto, médio e baixo brilho, respectivamente: Ângulo de 20° - mais utilizado para materiais com altíssimo brilho (acima de 70 GU); Ângulo de 60° - padrão universal; e Ângulo de 85° - mais utilizado para matérias com baixo brilho (abaixo de 10 GU).

[0066] A Tabela 5 mostra o resultado da análise do brilho do porcelanato polido. Tabela 5

[0067] Assim, a partir dos resultados apresentados, foi possível demonstrar que as formulações contendo a composição química selante da presente invenção, quando aplicada à superfície de trabalho de placas cerâmicas, confere vantagens surpreendentes, como resistência a manchas, brilho, atividade antimicrobiana e facilidade de aplicação em equipamentos usuais, com menor custo do produto, menor tempo de processo e maior eficiência em relação aos produtos disponíveis no mercado. Além disso, os princípios ativos usados como agente de polimento atendem aos requisitos das Normas NBR para placas cerâmicas, especialmente em relação ao brilho, manchas, atrito e porosidade.

[0068] Deve ficar entendido que a presente descrição não limita a aplicação aos detalhes aqui descritos e que a invenção é capaz de outras modalidades e de ser praticada ou executada em uma variedade de modos, dentro do escopo das reivindicações. Embora tenham sido usados termos específicos, tais termos devem ser interpretados em sentido genérico e descritivo, e não com o propósito de limitação.

Claims (14)

1. COMPOSIÇÃO QUÍMICA SELANTE, caracterizada pelo fato de compreender: (a) um ou mais agente(s) abrasivo(s); (b) um ou mais solvente(s) e lubrificante(s) quimicamente aceitáveis; (c) um agente anticongelante; (d) um agente sequestrante; (e) um agente de acoplamento; (f) um ou mais agente(s) tensoativo(s), umectante(s) e antiespumante(s); (g) um agente corrosivo; (h) solução estabilizada de prata; e (i) água deionizada.

2. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o um ou mais agente(s) abrasivo(s) compreendem de 5 a 60 % (m/m) da composição e são uma ou mais nanodispersões de sílica com tamanhos de partículas variando entre 20 e 200 nm.

3. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o um ou mais solvente(s) e lubrificante(s) quimicamente aceitáveis serem escolhidos do grupo compreendendo acetona, ácido oleico, propilenoglicol, etilenoglicol, glicerina, N- metil-2-pirrolidona, butil glicol, texanol, álcool isopropílico, isopropanol e propilenoglicol, e serem empregados em uma quantidade de, no máximo, 2,0 % (m/m).

4. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o agente anticongelante ser escolhido do grupo que compreende o grupo dos glicóis, como etilenoglicol e propileno glicol, e ser empregado em uma quantidade na faixa de 0,1 a 0,5% (m/m).

5. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o agente sequestrante ser escolhido do grupo que compreende fosfatos, os polifosfatos, os poliacrilatos e aqueles baseados em ácido etilenodiaminotetracético (EDTA), aminas e citratos e serem empregados na composição em uma quantidade na faixa de 0,1 a 0,5% (m/m).

6. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o agente de acoplamento ser escolhido do grupo compreendendo reagentes funcionais à base de trimetoxisilano, trietoxisilano e sílicas funcionalizadas, ou não, com grupos glicerol e seus derivados, e ser empregado em uma quantidade de até 1,5 % (m/m).

7. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o um ou mais agente(s) tensoativo(s), umectante(s) e antiespumante(s) serem escolhidos do grupo que compreende qualquer tensoativo não-iônico ou aniônico compatível com a composição, especificamente, compatíveis com as nanodispersões de sílica e prata, tais como poliacrilatos, polifosfatos de sódio e potássio, alquil sulfato de sódio, silicone organomodificado, álcool graxo etoxilado misturado com 2 a 40 mols de óxido de etileno, poli(óxido de etileno), nonilfenol etoxilado com 20 a 40 mols de óxido de etileno, e tensoativos não-iônicos como alquenil com 25 mols de óxido de etileno, lauril sulfato de sódio, poli(álcool vinílico) e dioctil sulfoccinato, misturas de ácido etilenodiaminotetracético e sal tetrassódico, antiespumantes à base de óleo mineral com princípio ativo base siloxano ou óleo vegetal, agente de acoplamento a base de silano/siloxano e emulsões ou suspensões de resinas acrílicas, empregados em uma quantidade de, no máximo, 1,5 % (m/m).

8. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de o agente corrosivo ser selecionado do grupo que compreende soluções aquosas de hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, monoetanolamina, trietanolamina e hidróxido de amônio, soluções de 2-amino-2-metil-1-propanol (AMP-95) a 10 % (m/v) ou 50 % (m/v) e soluções de silicato de sódio ou potássio e ser empregado em uma quantidade de, no máximo, 2,0 % (m/m).

9. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a solução estabilizada de prata compreender uma nanodispersão compreendendo entre 2 e 20 % (m/m) de nanopartículas estabilizadas de prata, empregada na composição em uma quantidade de até 2,0 % (m/m).

10. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de o estabilizante da solução de nanopartículas de prata ser selecionado do grupo que compreende estabilizantes químicos selecionados entre poli(álcool vinílico), poli(vinil pirrolidona), ácido ascórbico, hidrazina e estabilização pela aplicação de processos térmicos ou controle da proporção reagentes: nanopartículas.

11. COMPOSIÇÃO QUÍMICA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de a água deionizada ser empregada em uma quantidade que varia de 10,0 a 80,0 % (m/m).

12. USO DA COMPOSIÇÃO QUÍMICA SELANTE, conforme definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de ser para a preparação de uma formulação selante de superfícies de trabalho de peças cerâmicas.

13. USO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de a formulação ser uma nanodispersão aquosa.

14. USO, de acordo com as reivindicações 12 e 13, caracterizado pelo fato de as peças cerâmicas serem selecionadas do grupo compreendendo porcelanatos técnicos, porcelanatos esmaltados, vidrados cerâmicos, porcelanatos polidos ou porcelanatos esmaltados naturais.