Controle de qualidade e triagem de produtos de tinta e pintura com NIRS

27/11/2023

Artigo

Encontramos tinta e tinta diariamente. Esses materiais são utilizados para escrita e impressão, proteção contra intempéries, motivos estéticos e muito mais. Nosso registro histórico existe em grande parte devido a essas substâncias. Como são fabricadas as tintas e tintas e quais medidas de controle de qualidade (CQ) são tomadas? Este artigo do blog aborda um breve histórico deste setor, o processo de fabricação e como a espectroscopia no infravermelho próximo (NIRS) pode ser usada como uma solução de controle de qualidade multiparâmetros.

Qual é a diferença entre tinta e tinta?

Pintar é uma substância aplicada como líquido ou pasta que seca formando um revestimento sólido. Este revestimento protege e/ou adiciona cor ao objeto ou superfície onde foi aplicado.

Tinta é um fluido à base de pigmento ou corante usado para escrever, imprimir, etc.

Origens e breve visão histórica da tinta e da tinta

Clique nas setas abaixo para saber mais sobre as origens e a história desses dois materiais.

Do que é feita a tinta?

A tinta normalmente consiste em pigmento, resina, solvente e aditivos.

Como a tinta é fabricada?

O processo de produção de tintas pode ser dividido em quatro etapas básicas. Primeiro é feita a pasta (figura 1), então os pigmentos são moídos e dispersos para fins de homogeneidade (Figura 2). Na terceira etapa, a pasta é diluída (Figura 3), e finalmente o produto final é embalado (Figura 4).

Porém, diferentes ingredientes requerem adaptação do processo de produção, e o exemplo apresentado é uma generalização. Os revestimentos são feitos em lote e testes rigorosos são aplicados ao longo de todo o processo de produção para garantir a qualidade.

Controle de qualidade e triagem de tintas e tintas

O controle de qualidade (CQ) de tintas e tintas pode ser feito facilmente durante todas as etapas da produção com espectroscopia no infravermelho próximo (NIR). Usar o NIRS para controle de qualidade e triagem de tintas e tintas é mais eficiente e econômico do que outros métodos analíticos.

O restante deste artigo do blog cobre uma breve visão geral da espectroscopia NIR e suas aplicações para a indústria de tintas e tintas. São fornecidos exemplos de como os produtores de tintas e tintas podem se beneficiar do uso de instrumentos NIRS para garantia e controle de qualidade para fabricar produtos de alta qualidade.

Espectroscopia NIR – como funciona?

A espectroscopia NIR é uma técnica analítica que utiliza a interação entre luz e matéria para determinar os parâmetros químicos e físicos de uma amostra. Nesta situação, a luz é descrita pelo comprimento de onda ou números de onda, e não pela energia aplicada. A interação pode ser medida, por exemplo, com o Analisador de líquidos Metrohm DS2500 (Figura 5a), que gera espectros NIR (Figura 5b).

Como o NIRS é bastante sensível à presença de alguns grupos funcionais moleculares, é uma técnica ideal para quantificar muitos parâmetros químicos. Conteúdo não volátil, Compostos orgânicos voláteis, teor de corante, conteúdo de surfactante, e umidade pode ser medido simultaneamente em tinta ou tinta. Até mesmo a detecção de parâmetros físicos como densidade e viscosidade é possível com NIRS.

Um único espectro NIR contém todas essas informações, tornando a espectroscopia no infravermelho próximo adequada para análises multiparâmetros rápidas.

Escolha do modo de medição NIRS

O modo de medição NIRS depende do tipo de amostra a ser analisada.

Ao analisar líquidos, o modo de transmissão é apropriado (Figura 6). Durante a transmissão, a luz NIR é absorvida enquanto viaja pela amostra, e a luz não absorvida vai diretamente para o detector.

Ao analisar pastas, o modo de transflexão é preferível (Figura 7). Aqui, um carimbo dourado é usado como refletor difuso. Neste caso, a luz NIR é direcionada através da amostra de pasta enquanto é absorvida e é refletida pelo selo dourado. A luz NIR refletida é absorvida ainda mais pela amostra e finalmente chega ao detector.

Vantagens de usar o NIRS para fins de controle de qualidade e triagem

A espectroscopia no infravermelho próximo tem diversas vantagens sobre outras técnicas analíticas, especialmente quando se trata de controle de qualidade e triagem.

O NIRS é rápido, fornecendo resultados em menos de um minuto. Nenhuma preparação de amostra é necessária, economizando ainda mais tempo. As medições não são destrutivas, portanto as amostras podem ser reutilizadas. Não são necessários reagentes ao usar espectroscopia NIR para análise. Isto não só reduz o custo por amostra, como também torna esta técnica amiga do ambiente.

O NIRS também está em conformidade com padrões internacionais, como ASTM E1655: Práticas padrão para análise quantitativa multivariada infravermelha, tornando mais simples sua adoção pelas indústrias. Finalmente, o NIRS é fácil de usar e pode ser operado por pessoal não técnico, ao contrário de outras técnicas analíticas mais complicadas.

Controle de qualidade e parâmetros de triagem para produção de tintas e tintas

Tintas e produtos de pintura são submetidos a vários métodos de teste padronizados para determinar suas propriedades químicas e físicas. Esses testes laboratoriais são uma parte indispensável da pesquisa e desenvolvimento e do controle de qualidade. tabela 1 lista os parâmetros de teste mais relevantes para o controle de qualidade e triagem de tintas e tintas.

Exemplos de aplicação que mostram a capacidade do NIRS de analisar vários desses parâmetros simultaneamente a partir da mesma amostra seguem nas próximas seções.

Parâmetro	Método de análise convencional
Viscosidade intrínseca e cinemática	Viscometria
Umidade	Titulação Karl Fischer
Conteúdo surfactante	Titulação
Conteúdo não volátil/Conteúdo de sólidos	Perda na secagem (LOD)
Conteúdo de corante/conteúdo de pigmento	Cinza
Compostos orgânicos voláteis (COV)	Vários métodos químicos úmidos
Aditivos e cera em embalagens de tintas	HPLC e GC

Exemplo de aplicação: Controle de qualidade de tinta com NIRS

Ao realizar verificações de controle de qualidade durante a produção de tinta, os parâmetros típicos medidos são o teor de corante, dietilenoglicol (DEG), surfactante e água. O corante (por exemplo, trifenilmetano/fenazina ou corantes azo) dá cor à tinta. O dietilenoglicol é usado como solvente e evita que a tinta seque. Os surfactantes controlam a textura e evitam a formação de espuma na tinta.

Esses parâmetros são geralmente monitorados usando diferentes técnicas analíticas, incluindo incineração, titulação e titulação Karl Fischer. A preparação da amostra é demorada e o uso de vários métodos de determinação é complicado. Ao usar o NIRS, vários parâmetros de CQ para tinta podem ser medidos simultaneamente, com resultados fornecidos em menos de um minuto.

Os espectros NIR de várias amostras de tinta são mostrados em Figura 8 com o respectivo diagrama de correlação para a previsão do teor de corante em Figura 9. Os números de mérito para a previsão NIRS de corante, DEG, surfactante e água na tinta são fornecidos em mesa 2.

Figuras de mérito	Conteúdo de corante	Conteúdo DEG	Conteúdo de água	Conteúdo surfactante
R²	0,996	0,993	0,991	0,977
Erro padrão de calibração (SEC)	0,0835%	0,5037%	0,5571%	0,0368%
Erro padrão de validação cruzada (SECV)	0,0949%	0,5888%	0,9614%	0,1316%

Exemplo de aplicação: Controle de qualidade de secadores de tinta com NIRS

Os secadores de tinta diminuem o tempo de secagem das tintas e afetam o brilho e a clareza do revestimento. Neste caso, os principais parâmetros de CQ de interesse são o teor de metal, teor de sólidos, viscosidade e gravidade específica.

Todos os procedimentos de teste de referência para estes parâmetros são especificados nos procedimentos ASTM—ASTM D2373, ASTM D1644, ASTM D5125, e ASTM D2196. Cada padrão utiliza diferentes instrumentos analíticos para medição: balanças e fornos, tituladores, hidrômetros e viscosímetros. Por outro lado, usar o NIRS para medir todos esses parâmetros simultaneamente economiza uma quantidade significativa de tempo e reduz os custos por análise.

Figuras de mérito	Conteúdo de cobalto*	Conteúdo sólido	Gravidade Específica	Viscosidade
R²	0,999	0,999	0,977	0,999
SEC	0,08%	0,24%	0,003%	9,3MPa
SECV	0,09%	0,29%	0,003%	10,9MPa

Resumo

O NIRS é uma excelente escolha para controle de qualidade e triagem de tintas e vernizes ao longo de toda a cadeia produtiva, desde matérias-primas até produtos acabados. Suas vantagens sobre outras técnicas analíticas não podem ser subestimadas. A capacidade de realizar análises multiparâmetros em uma única amostra com resultados em menos de um minuto economiza uma quantidade incrível de tempo e dinheiro.

As técnicas laboratoriais convencionais geralmente requerem pré-condicionamento de amostras ou produtos químicos e pessoal qualificado para realizar as análises. Cada parâmetro é medido em um instrumento diferente e, portanto, os resultados demoram muito mais para serem gerados.