BR112019013826B1

BR112019013826B1 - Aditivo antimicrobiano e de proteção uv, e material de construção ou acabamento

Info

Publication number: BR112019013826B1
Application number: BR112019013826-9A
Authority: BR
Inventors: Juris KOSTJUKOVS; Julija KARASA; Solvita KOSTJUKOVA
Original assignee: Alina, Sia
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2022-08-02
Also published as: EP3562304A4; CA3049745C; CN110167346A; RS62675B1; EP3562304A1; US20190357540A1; KR20190105042A; BR112019013826A2; HRP20211961T1; MY193950A; CY1124877T1; KR102307544B1; LT3562304T; EP3562304B1; US10638761B2; LV15345A; ES2902668T3; WO2018130880A1; JP2020504099A; HUE057089T2

Abstract

A invenção refere-se a aditivos antimicrobianos e de proteção UV livres de metal que podem ser usados em materiais de construção ou acabamento, tais como rebocos, argamassas, iniciadores, colorantes e outros revestimentos protetores ou decorativos para eliminar o crescimento de bactérias, fungos, algas e líquenes e para proteger o material contra radiação ultravioleta (UV). O aditivo compreende uma camada organofílica mista de ilita-esmectita, clorito, ilita, carbonatos, sílica e hematita com a seguinte razão entre os componentes (% em peso): camada mista de ilita-esmectita organofílica de 40 a 70%; clorito de 5 a 10%; ilita de 5 a 10%; carbonatos de 0 a 20%; sílica de 5 a 20%; hematita de 0 a 3%. A camada mista de ilita-esmectita é organofilizada com compostos de amônio quaternário usados na quantidade de 10 a 30%, contando a partir do peso necessário da camada mista de ilita-esmectita organofílica.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a aditivos antimicrobianos e de proteção UV livres de metal que podem ser usados em materiais de construção ou acabamento, tais como rebocos, argamassas, iniciadores, colorantes e outros revestimentos protetores ou decorativos para eliminar o crescimento de bactérias, fungos, algas e líquenes e para proteger o material contra radiação ultravioleta (UV).

TÉCNICA ANTERIOR

[002] São conhecidas diversas composições de argila organofílica usadas para fornecer propriedades reológicas melhoradas de colorantes, tintas e revestimentos.

[003] Por exemplo, são conhecidas composições de organoargila fabricadas com compostos de amônio quaternário de éster derivado de ácido orgânico que podem ser usadas em sistemas fluidos não aquosos, tais como colorantes, tintas e revestimentos para fornecer propriedades reológicas melhoradas (documento no US 5718841). A composição de argila organofílica conhecida compreende o produto de reação de: uma argila do tipo esmectita que tem uma capacidade de troca catiônica de pelo menos 75 miliequivalentes por 100 gramas de argila; e um composto de amônio quaternário derivado de um éster derivado de ácido orgânico em uma quantidade suficiente para satisfazer pelo menos cerca de 75% da capacidade de troca catiônica da argila do tipo esmectita.

[004] É conhecida uma composição de poliamida de argila organofílica passível de vertimento (documento no US 5939475) que pode ser usada em sistemas fluidos não aquosos, tais como colorantes, tintas e revestimentos para fornecer propriedades reológicas melhoradas ao sistema. A composição compreende de 5 a 15% em peso de uma argila do tipo esmectita organofilicamente modificada; de 25 a 35% em peso de uma ou mais poliamidas reologicamente ativas e de 40 a 60% em peso de um ou mais solventes orgânicos, tais como n-propanol, tolueno e aguardentes minerais.

[005] É conhecida uma organoargila biocida (documento no US 6165485) que é obtida misturando-se uma organoargila à base de bentonita com uma amina quaternária biocida que contém uma molécula de benzila em sua estrutura. É revelado que, quando essa organoargila é ainda tratada com compostos de iodo e iodeto, sua eficiência é intensificada.

[006] As principais desvantagens das composições conhecidas como aditivos para rebocos, argamassas, iniciadores, colorantes e outros revestimentos protetores ou decorativos são que essas composições não fornecem características antimicrobianas e de proteção UV simultâneas ou se destinam a ser usadas apenas em meios aquosos ou não aquosos.

[007] São conhecidos vários aditivos antimicrobianos para colorantes, cimento e outros materiais que compreendem um metal, por exemplo, prata, zinco, cobre e sulfato de cobre (documento no WO 2013098774). As desvantagens dos aditivos que contêm zinco e cobre são que os mesmos não são ecológicos, sendo que os aditivos que contêm prata são muito dispendiosos para serem usados em materiais de construção.

REVELAÇÃO DA INVENÇÃO

[008] O aditivo antimicrobiano e de proteção UV livre de metal proposto compreende uma camada mista de ilita- esmectita, clorito, ilita, carbonatos, sílica e hematita. O aditivo contém a seguinte razão entre os componentes, % em peso: camada mista de ilita-esmectita organofílica de 40 a 70%; clorito de 5 a 10%; ilita de 5 a 10%; carbonatos de 0 a 20%; sílica de 5 a 20%; hematita de 0 a 3%. A dita camada mista de ilita-esmectita é previamente organofilizada com compostos de amônio quaternário usados na quantidade de 10 a 30%, contando a partir do peso necessário da camada mista de ilita- esmectita.

[009] O composto de amônio quaternário é selecionado dentre o grupo que consiste em: sais de amônio quaternário substituídos por monometila, dimetila, trimetila. As substituições são grupos alifáticos ou aromáticos (incluindo aralquila). De acordo com a modalidade preferencial, o composto de amônio quaternário tem pelo menos uma cadeia longa alifática que tem 8 a 18 átomos de carbono. O composto de amônio quaternário é, de preferência, selecionado dentre o grupo de haletos que consiste em cloreto ou brometo.

[010] Os carbonatos são, de preferência, selecionados dentre o grupo que consiste em calcita e dolomita.

[011] Também é proposto um material de construção ou acabamento, tal como reboco, argamassa, iniciador, colorante, revestimento protetor ou decorativo, que compreende o dito aditivo antimicrobiano e de proteção UV em uma proporção (razão de mistura de massa) de material de construção ou acabamento:aditivo antimicrobiano de 1:500 a 1:5.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[012] A Figura 1 mostra imagens de dois fragmentos de parede revestidos com o colorante que contém o aditivo oferecido e o mesmo colorante sem o aditivo; as imagens mostram a dinâmica do crescimento de algas na superfície revestida com o colorante sem o aditivo e a carência de algas na superfície revestida com colorante com o aditivo.

[013] A Figura 2 é um diagrama que mostra um gráfico de colunas que compara as alterações de valor dos danos causados por radiação UV; o gráfico de colunas mostra a diferença de cor - delta CIELAB, comparando amostras com o aditivo oferecido na resina e a mesma resina sem o aditivo.

[014] O aditivo antimicrobiano e de proteção UV livre de metal reivindicado pode ser obtido, por exemplo, por meio de métodos mecanoquímicos conhecidos.

EXEMPLOS DE IMPLEMENTAÇÃO DA INVENÇÃO

[015] A invenção é, ainda, explicada pelos seguintes exemplos, em que algumas das possíveis modalidades do aditivo proposto são descritas com a abreviação “P1/C1-10”, em que P1 a P7 é a mistura de composição que tem as proporções da Tabela 1 e “C1-10” (e outros) - exemplos dos compostos de amônio quaternário que têm as proporções da Tabela 2. Tabela 1 Componentes do aditivo antimicrobiano (% em peso)

Tabela 2

[016] Compostos do grupo ônio e a % em peso usados na camada mista organofílica de ilita-esmectita nos exemplos (as % em peso são calculadas contando a partir do peso necessário da camada mista organofílica de ilita- esmectita):

EXEMPLO 1 — PROPRIEDADES ANTIFÚNGICAS

[017] Para a determinação da atividade antifúngica do material aditivo foram usadas as cepas fúngicas MSCL 258 de Cladosporium herbarum e MSCL 260 de Alternaria brassicicola. Os fungos foram cultivados em ágar de extrato de malte (Becton & Dickinson, EUA) a 22 °C por 48 h. O aditivo em pó, na quantidade de 0,05 ou 0,5 g, foi pesado e colocado em placas de Petri. O ágar de extrato de malte liquefeito, na quantidade de 25 ml, foi adicionado e cuidadosamente misturado com o pó. Isso levou a uma concentração de 0,2% ou 2,0% de pó no meio. Após a solidificação dos meios, a suspensão de cultura fúngica de turbidez OD540 = 0,16±0,02 foi uniformemente espalhada em placas de Petri. A atividade antifúngica foi avaliada com base na inibição do crescimento fúngico após a incubação a 22 °C por 4 dias e expressa com o uso de uma escala de quatro pontos. Os resultados são listados na Tabela 3 e na Tabela 4. Tabela 3

[018] Atividade antifúngica das variações de aditivo P2/C2-11 e P1/C1-23

[019] 1 - Crescimento não é observado.

[020] 2 - Apenas algumas pequenas colônias.

[021] 3 - Fungos cobrem toda a superfície do meio; o meio é transparente apenas em determinados locais.

[022] 4 - Fungos cobrem toda a superfície do meio.

[023] Os resultados obtidos mostram que o aditivo antimicrobiano e de proteção UV (em pó) proposto, na concentração de 0,2% e 2,0%, inibe igualmente o crescimento de fungos. Tabela 4 Atividade antifúngica do aditivo (variações)

[024] 1 - Crescimento não é observado

[025] 2 - Apenas algumas pequenas colônias

[026] 3 - Fungos cobrem toda a superfície do meio, o meio é transparente apenas em determinados locais

[027] 4 - Fungos cobrem toda a superfície do meio

[028] * O pó era muito hidrofóbico e não pode ser uniformemente suspenso no meio

[029] Os resultados obtidos mostram que P6/C5-13 e P4/C6-15, na concentração de 0,2% e 2,0%, inibem apenas parcialmente o crescimento de fungos. P1/C3-18 inibiu completamente Alternaria brassicicola em ambas as concentrações, mas inibiu parcialmente Cladosporium herbarum na concentração de 0,2%. P5/C4-10 inibiu completamente o crescimento de ambos os fungos em ambas as concentrações.

Exemplo 2 - Propriedades antibacterianas

[030] Para a determinação da atividade antibacteriana do pó do aditivo antimicrobiano testado, foram usadas as cepas bacterianas MSCL 331 de Pseudomonas aeruginosa e MSCL 334 de Staphylococcus aureus. As bactérias foram cultivadas em ágar de contagem em placa (Bio-Rad, França) a 37 °C por 24 h. As amostras de aditivo em pó, na quantidade de 0,05 ou 0,5 g, foram pesadas e colocadas em placas de Petri. O ágar Mueller-Hinton liquefeito, na quantidade de 25 ml, foi adicionado e cuidadosamente misturado com o pó. Isso levou a uma concentração de 0,2% ou 2,0% de pó no meio. Após a solidificação dos meios, a suspensão de cultura bacteriana de turbidez OD540 = 0,16±0,02 foi usada e uniformemente espalhada em placas de Petri. A atividade antibacteriana foi avaliada com base na inibição do crescimento bacteriano após a incubação a 37 °C por 2 dias e expressa com o uso de uma escala de quatro pontos. Os resultados são listados na Tabela 5. Tabela 5 Atividade antibacteriana

[031] 1 - Crescimento não é observado

[032] 2 - Apenas algumas pequenas colônias

[033] 3 - Colônias bacterianas cobrem toda a superfície do meio, o meio é transparente apenas em determinados locais

[034] 4 - Bactérias obres toda a superfície do meio

[035] Os resultados obtidos mostram que todos os aditivos propostos inibem o crescimento de bactérias. Inibição completa foi observada no caso de concentração de 0,2% de P1/C5-19 e também no caso de concentração de 2,0% de P6/C3-11 e P4/C4-22.

EXEMPLO 3 - PROPRIEDADES ANTIFÚNGICAS EM SISTEMA NÃO AQUOSO — ÓLEO DE LINHAÇA FERVIDO

[036] Para a determinação da atividade antifúngica do aditivo antimicrobiano e de proteção UV proposto para proteger óleo de linhaça fervido, foi usada a cepa fúngica MSCL 258 de Cladosporium herbarum. Os fungos foram cultivados em ágar de extrato de malte (Becton & Dickinson, EUA) a 22 °C por 48 h. A suspensão de cultura fúngica de turbidez OD540 = 0,16±0,02 foi espalhada em amostras de compensado colocadas em placas de Petri estéreis. A atividade antifúngica foi avaliada com base na inibição do crescimento fúngico após a incubação a 22 °C por 7 dias e expressa com o uso de uma escala de quatro pontos. Os resultados são listados na Tabela 6. Tabela 6 Atividade antifúngica de amostras de compensado (P5/C1-15)

[037] 0 - Crescimento não é observado

[038] 1 - Apenas algumas pequenas colônias

[039] 2 - Fungos cobrem a superfície do meio, o meio é transparente apenas em determinados locais

[040] 3 - Fungos cobrem toda a superfície do meio

[041] Os resultados obtidos mostram que óleo de linhaça com o aditivo antimicrobiano e de proteção UV proposto, na concentração de 5 a 10%, inibe completamente o crescimento de fungos em amostras de compensado.

Exemplo 4 - Propriedades antifúngicas em sistema aquoso - materiais de construção à base de cimento-cal

[042] Para a determinação da atividade antifúngica do aditivo antimicrobiano e de proteção UV proposto quando misturado em argamassa à base de cimento-cal e colorante à base de cal, o aditivo foi misturado com a proporção de 0% e 2% de massa da parte seca da argamassa e do colorante e comparou-se as diferentes combinações descrias na Tabela 7. Para a determinação da atividade antifúngica foram usadas as cepas fúngicas MSCL 258 de Cladosporium herbarum e MSCL 260 de Alternaria brassicicola. Os fungos foram cultivados em ágar de extrato de malte (Becton & Dickinson, EUA) a 22 °C por 48 h. A suspensão de cultura fúngica de turbidez OD540 = 0,16±0,02 foi usada e uniformemente espalhada em placas de Petri com ágar de extrato de malte. Os materiais testados foram colocados na superfície de placas de Petri inoculadas. A atividade antifúngica foi avaliada com base no tamanho da zona de inibição ao redor dos materiais testados após a incubação a 22 °C por 2 a 7 dias. Os resultados foram expressos em escala de três pontos. Os resultados são listados na Tabela 7. Tabela 7 Atividade antifúngica das amostras.

0 - Zona de inibição excedeu 1 mm

[043] 1 - Zona de inibição não excedeu 1 mm

[044] 2 - Zona de inibição não foi observada

[045] Os resultados obtidos mostram que a inibição do crescimento fúngico é provocada pelo aditivo antimicrobiano e de proteção UV proposto tanto na composição do reboco quanto no colorante.

Exemplo 5 - Propriedades antialgas em sistema aquoso - materiais de construção à base de cal

[046] Colorante à base de cal histórico sem e com o aditivo introduzido (P4/C2-18) foi pintado no lado norte de um edifício não renovado sem outros tratamentos. Após notar o crescimento de material microbiano na área pintada sem o aditivo adicionado, o teste de esfregaço microbiano mostrou que o micro-organismo se trata de algas verdes Chlorophyta. Os resultados obtidos (Figura 1) mostram que a inibição de crescimento de algas é provocada pelo aditivo proposto.

EXEMPLO 6 - TESTE DE LAVAGEM

[047] Foram dez ciclos consecutivos de execução de teste. Em cada ciclo, 20 g do aditivo antimicrobiano (P4/C1- 23) foram misturados em 1 litro de água, misturados por 4 h, secos por 24 h a 70 °C. Medição da lavagem de substância ativa após cada 5 ciclos - aquecimento a 450 °C e % calculada da perda de massa aquecida.

A tendência a lavagem do aditivo antimicrobiano e de proteção UV proposto (substância orgânica ativa encapsulada) após 10 ciclos é observada abaixo do ponto 0,1%.

Exemplo 7 - Propriedades de proteção UV em sistema não aquoso - filme de resina de laminação de compensado

[048] Para a determinação das propriedades de proteção UV do aditivo, um filme de resina laminado de um compensado com o aditivo oferecido na resina foi tratado com radiação UV e, após isso, foi calculada a diferença de cor do filme não tratado do compensado com o uso do procedimento de teste padrão CIELAB (ou CIE L*a*b*, CIE Lab). Pó seco do aditivo P4/C1-23 foi misturado em resina de laminação líquida nas proporções de 0%, 12% e 20% de massa da parte seca ou resinas para preparar o filme de papel de laminação. O aditivo oferecido em diferentes proporções foi misturado igualmente na resina. O papel de laminação foi embebido nas resinas contendo diferentes proporções do aditivo oferecido, seco e, após isso, laminado no compensado com o uso do método de prensagem a quente. Os filmes de resina laminados contendo diferentes proporções de aditivo oferecido não diferiram visualmente. Após a laminação, as amostras de compensado contendo 0% e 12% foram escolhidas para determinar as propriedades de proteção UV. As amostras preparadas foram cortadas em duas partes, e uma parte de cada amostra foi tratada com sistema de linha UV que é usado no processo de produção de compensado, tratando- se as amostras cem vezes com a exposição ao sistema UV. As propriedades de proteção UV foram avaliadas com base na diferença de cor calculada (delta) com o uso do procedimento CIELAB. Para calcular o delta CIELAB de cada amostra, os dados foram tomados a partir de vinte pontos e calculou-se o delta CIELAB médio de cada amostra mostrada na Figura 2.

[049] Os resultados obtidos mostram que o aditivo proposto, na concentração de 12%, melhora a resistência do filme de resina (cor do pigmento) aos danos causados pela radiação UV melhorando-se o coeficiente do delta CIELAB (melhorando significa um menor valor de delta) na média de 39%.

[050] O aditivo antimicrobiano e de proteção UV livre de metal reivindicado pode ser usado em um sistema aquoso, tal como colorantes, rebocos, argamassas, tintas, revestimentos, e em um sistema fluido não aquoso, tal como colorantes, resinas, óleo, tintas, biopolímeros e outros revestimentos em uma proporção (razão de mistura de massa) de sistema fluido:aditivo antimicrobiano de 1:500 a 1:5.

[051] A presença do aditivo reivindicado assegura vantajosamente as propriedades de proteção UV dos respectivos meios aquosos ou não aquosos e preserva os revestimentos e materiais de construção, impedindo o crescimento de bactérias, fungos, algas e líquenes.

[052] Além disso, o aditivo melhora a adesão de materiais e a qualidade superficial das cores, tornando-a mais suave. O revestimento que compreende o aditivo é adequado para enxágue - retém propriedades físicas e antimicrobianas em contato com a água. < 150 μm de moagem, auxilia uma mistura uniforme com outras matérias-primas. Como um pó seco, é conveniente o uso durante a produção do material e no processo de construção. O aditivo é passível de moagem a seco e úmida (> 5 μm) e dispersão em mistura seca e úmida. Aquecimento até cerca de 170 °C não afeta as características físicas e funcionais do produto.

[053] Assim, o aditivo reivindicado pode auxiliar na proteção das propriedades iniciais e aparência estética do volume de superfície ou objetos, isto é, colorantes, rebocos, argamassas, plásticos, resinas, vedantes, adesivos e aglutinantes biocompósitos, papéis, obras de arte, alvenaria, materiais compósitos, ou outros materiais de construção, incluindo madeira. O aditivo não é perigoso, afável à saúde humana e ecológico devido à microestrutura resistente à lixiviação.

Claims

1. ADITIVO ANTIMICROBIANO E DE PROTEÇÃO UV, caracterizado por compreender camada mista de ilita-esmectita, clorito, ilita, carbonatos, sílica e hematita, sendo que o aditivo contém a seguinte razão entre os componentes, % em peso: - camada mista de ilita-esmectita de 40 a 70%, - clorito de 5 a 10%, - ilita de 5 a 10%, - carbonatos de 0 a 20%, - sílica de 5 a 20%, - hematita de 0 a 3%, sendo que a camada mista de ilita-esmectita é previamente organofilizada com compostos de amônio quaternário usados na quantidade de 10 a 30% em peso, contando a partir do peso necessário da camada mista de ilita-esmectita.

2. ADITIVO ANTIMICROBIANO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos carbonatos serem selecionados a partir do grupo que consiste em calcita e dolomita.

3. ADITIVO ANTIMICROBIANO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo composto de amônio quaternário ser selecionado a partir do grupo que consiste em: monometila, dimetila, trimetila ou seus substitutos com grupo alifático ou aralquila.

4. ADITIVO ANTIMICROBIANO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo composto de amônio quaternário ter pelo menos uma cadeia longa alifática que tem 8 a 18 átomos de carbono.

5. ADITIVO ANTIMICROBIANO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo composto de amônio quaternário ser selecionado a partir do grupo de haletos que consiste em cloreto e brometo.

6. MATERIAL DE CONSTRUÇÃO OU ACABAMENTO, tal como reboco, argamassa, iniciador, colorante, revestimento protetor ou decorativo, caracterizado por compreender o aditivo antimicrobiano e de proteção UV conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em uma proporção (razão de mistura de massa) de material de construção ou acabamento:aditivo de 1:500 a 1:5.