Manual Descomplicado de Tecnologia de Tintas - Prévia

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Com muitos exemplos práticos, o Manual descomplicado de tecnologia de tintas é voltado para pesquisadores, formuladores, técnicos e todos os profissionais das áreas de pesquisa e desenvolvimento e assistência técnica da indústria de tintas, sejam iniciantes ou especialistas. Este manual foi concebido para consultas permanentes, de forma fácil e rápida, seja em uma mesa de escritório, seja sobre a bancada de laboratório.

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Ele reflete o conhecimento da equipe de pesquisadores e técnicos da Oxiteno, trazendo a experiência em diversos campos, como mecanismos de formação de filme e principais defeitos, avaliações e análises críticas de tintas base água e base solvente, utilização de solventes, coalescentes e tensoativos em formulações automotivas, industriais e arquitetônicas, bem como polimerização em emulsão.

Em destaque, a metodologia de design of experiments (DOE), importante ferramenta no desenvolvimento de novos produtos, é apresentada com exemplos práticos.

Segurança é um tema prioritário em todas as empresas, e neste livro você também vai encontrar dicas de segurança para utilização em laboratórios de desenvolvimento, além de explicações de utilização e interpretação da norma GHS. Finalmente, o livro traz, em capítulo específico, a metodologia de análise de ciclo de vida (ACV) e sua aplicação prática no desenvolvimento de tintas mais amigáveis ao meio ambiente, aspecto que ganha cada vez mais importância na indústria.

Assim, esperamos que este livro contribua no dia a dia dos laboratórios de pesquisa e desenvolvimento, levando conhecimento, inovação e sustentabilidade, motores principais que fazem com que o setor de tintas seja cada vez mais relevante no bem-estar de todos.

MANUAL DESCOMPLICADO DE TECNOLOGIA DE TINTAS

A MISSÃO DESTE LIVRO É OFERECER, DE FORMA SIMPLES, CONCEITOS FUNDAMENTAIS DA TECNOLOGIA DE TINTAS.

MANUAL DESCOMPLICADO DE TECNOLOGIA DE TINTAS: um guia rápido e prático para formulação de tintas e emulsões

MANUAL DESCOMPLICADO DE TECNOLOGIA DE TINTAS: um guia rápido e prático para formulação de tintas e emulsões

COORDENADOR

SILMAR BARRIOS

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Manual descomplicado de tecnologia de tintas: um guia rápido e prático para formulação de tintas e emulsões © 2017 Oxiteno Editora Edgard Blücher Ltda.

DADOS INTERNACIONAIS DE CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO (CIP) Angélica Ilacqua CRB – 8/7057 Rua Pedroso Alvarenga, 1245, 4-º andar 04531-934 - São Paulo - SP - Brasil Tel.: 55 11 3078-5366 contato@blucher.com.br www.blucher.com.br

Manual descomplicado de tecnologia de tintas : um guia rápido e prático para formulação de tintas e emulsões / Rafael C. J. P. S. Salvato...[et al] ; [coordenação de Silmar Barrios] – São Paulo : Blucher, 2017.

228 p. : il., color.

ISBN 978-85-212-1244-7

Segundo o Novo Acordo Ortográfico, conforme 5. ed. do Vocabulário Ortográfico da Língua Portuguesa, Academia Brasileira de Letras, março de 2009.

É proibida a reprodução total ou parcial por quaisquer meios sem autorização escrita da editora.

Todos os direitos reservados pela Editora Edgard Blücher Ltda.

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1. Tintas – Tecnologia 2. Emulsões I. Salvato, Rafael C. J. P. S. II. Barrios, Silmar.

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CDD 667.9 Índice para catálogo sistemático: 1. Tintas

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Conteúdo

Apresentação............................................................................................................................... 7 Prefácio........................................................................................................................................... 9 Parte 1 Introdução a tecnologia de tintas e formação de filme 1 – Introdução a tintas e processo de formação de filme.......................................... 14 Parte 2 Solventes: conceitos básicos, critérios de escolha e análise de composição 2 – Solventes em tintas: conceitos básicos e critérios de escolha para diversas aplicações.................................................................................................. 32 3 – Análise de composição de solventes em tintas e determinação do teor de água................................................................................................................... 70 Parte 3 Tensoativos e suas principais aplicações em tintas 4 – Tensoativos: principais características e suas aplicações em tintas.................. 82 5 – Aplicação de tensoativos como umectantes de pigmentos em tintas base água.................................................................................................................. 90

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6 – Cálculo de PVC e CPVC em formulações de tintas............................................... 102 7 – Aplicação de tensoativos em formulação de látex: introdução à tecnologia de polimerização em emulsão................................................................ 108 Parte 4 Principais defeitos em tintas 8 – Principais defeitos em tintas.......................................................................................... 126 9 – Metodologia para avaliar a resistência à pega de sujeira de tintas................... 134 Parte 5 Metodologia de planejamentos de experimentos no desenvolvimento de tintas 10 – Introdução ao planejamento de experimentos....................................................... 140 11 – Ajuste reológico em tintas decorativas utilizando metodologia de planejamento de experimentos.............................................................................. 160 Parte 6 Segurança no laboratório e GHS 12 – Segurança no laboratório de desenvolvimento de tintas................................... 176 13 – Segurança em processo de polimerização em emulsão no laboratório de desenvolvimento................................................................................... 191 14 – Introdução ao GHS............................................................................................................. 197 Parte 7 Análise de ciclo de vida no desenvolvimento de tintas 15 – Avaliação de ciclo de vida (ACV)................................................................................. 208 Sobre os autores......................................................................................................................... 221 Sobre o coordenador................................................................................................................ 225 Equipe............................................................................................................................................. 227

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Parte 1 Introdução a tecnologia de tintas e formação de filme

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1 Introdução a tintas e processo de formação de filme Rafael C. J. P. S. Salvato

1.1 INTRODUÇÃO

Quando olhamos ao nosso redor, seja no ambiente urbano, seja no rural, encontramos tintas em todos os lugares. Em virtude da possibilidade de usos decorativos ou estritamente funcionais, as tintas precisam atender a requisitos diversos e de amplo espectro.

A maior parte das tintas é líquida com viscosidade ajustada ao método de aplicação. Exceção a esse contexto são as tintas em pó, nas quais o sólido pulverulento é liquefeito in situ, ou seja, na aplicação. Após a aplicação, esse líquido se transforma em um filme sólido, o que gera de fato o revestimento desejado para proteger um dado substrato ou embelezar uma superfície selecionada. Esse processo de transformação é denominado na literatura como formação de filme, e as mudanças físicas e químicas que ocorrem nele são críticas para a aparência final, bem como para o desempenho do revestimento obtido em sua decorrência (TRACTON, 2006; WICKS, 2007).

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1.2 COMPONENTES BÁSICOS DE TINTAS

Para a geração de um revestimento a partir de tintas que atenda a todas as necessidades das aplicações listadas anteriormente, diversos materiais são empregados de forma combinada, em quantidades e apresentações distintas. No entanto, todos esses materiais podem ser agrupados em quatro categoriais principais de acordo com o papel que desempenham no sistema, conforme ilustra a Figura 1.1.

FORMADORES DE FILME (LÁTEX, RESINAS E ENDURECEDORES)

• Componentes poliméricos que possuem a habilidade de agregar e manter coeso o restante do sistema.

• São considerados a parte ativa do revestimento, sendo comercializados em base pura ou diluída (em solvente orgânico ou água).

• Podem ainda ser apresentados em sistemas para aplicação monocomponentes ou bicomponentes.

COMPONENTES VOLÁTEIS (SOLVENTES E COALESCENTES)

• Componentes que permitem aplicar a parte ativa do revestimento na forma líquida e abandonam o sistema evaporando após a aplicação (solventes e a maioria dos coalescentes).

• Auxiliam processos de transformação e aplicação por meio da redução de viscosidade do sistema.

COMPONENTES INSOLÚVEIS (PIGMENTOS E CARGAS)

• Pigmentos: conferem propriedades como cor e poder de cobertura (opacidade).

• Cargas: controlam diversas propriedades, como brilho e viscosidade, fatores essenciais para o custo do produto final. Ao contrário dos pigmentos, as cargas não conferem poder de cobertura.

ADITIVOS

• Ingredientes adicionados em quantidades pequenas (geralmente abaixo de 5% m/m) com o intuito de modificar propriedades específicas. Podem ser moléculas simples ou mesmo polímeros, orgânicos ou inorgânicos, solúveis ou insolúveis no meio.

Figura 1.1: Categorias de materiais que compõem formulações de tintas e suas características principais em função do papel que desempenham no sistema formador de revestimentos.

Introdução a tintas e processo de formação de filme

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Parte 2 Solventes: conceitos básicos, critérios de escolha e análise de composição

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2 Solventes em tintas: conceitos básicos e critérios de escolha para diversas aplicações Fábio Rosa

2.1 INTRODUÇÃO

A utilização de tintas e seus solventes de diluição para a pintura de superfícies destina-se a duas funções principais: proteção e decoração. Os solventes, em virtude de suas excelentes propriedades e versatilidade de uso, têm desempenhado um papel importante na formulação de tintas desde o início da indústria de tintas.

Vários são os critérios na escolha de um solvente para o uso em formulações de tintas e vernizes. A escolha adequada do solvente depende das características desejadas da tinta ou verniz, as quais normalmente estão atreladas às propriedades físico-químicas e à natureza química dos solventes.

2.2 PARÂMETROS DE SOLUBILIDADE DE HANSEN

Tintas formam filmes sobre um substrato a partir de polímeros orgânicos (resinas) após a evaporação do solvente por secagem ou coalescência. O sistema solvente desem-

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penha um papel fundamental no controle da solubilidade das resinas e na velocidade de secagem, que terão, por consequência, forte influência nas propriedades finais do revestimento.

O conhecimento do comportamento de solubilidade das resinas é essencial do ponto de vista tecnológico, na medida em que diferentes morfologias de filme têm sido obtidas variando o sistema solvente.

A solubilidade de um polímero e de outros materiais sólidos de uma tinta em determinado solvente é entendida por modelos semiempíricos, como os parâmetros de solubilidade de Hansen (PSH). Eles são muito úteis para auxiliar nas melhores escolhas dos solventes ou misturas de solventes em uma formulação do ponto de vista de solubilidade.

Os PSH estão relacionados com a quantificação das forças intermoleculares de um composto. O modelo demonstra que quanto mais próximas forem as forças intermoleculares entre compostos diferentes, maior será a afinidade entre eles. Dessa forma, a combinação adequada dessas propriedades é fundamental para garantir uma boa solubilidade e compatibilidade do solvente com as resinas de cada formulação de tinta.

As forças intermoleculares de compostos são expressas em unidades de energia como (Joules/cm³)1/2, que é equivalente a MPa1/2, ou em (cal/cm³)1/2, sendo que as consideradas no modelo de PSH são as seguintes: • Forças de London (δD) = forças dispersivas – atrações ou repulsões entre as moléculas por efeitos de dipolo.

• Forças Polares (δP) = deslocamento dos elétrons de acordo com a natureza dos átomos e sua distribuição na molécula.

• Ligações de Hidrogênio (δH) = facilidade e grau de formação de ligações de hidrogênio.

2.2.1 Forças de London (δD)

As forças de London, também conhecidas como forças de van der Waals, são provenientes de interações dos movimentos dos elétrons entre os átomos de uma substância. São a soma de todas as forças atrativas ou repulsivas de uma substância e não estão correlacionadas com as ligações covalentes entre moléculas.

Solventes em tintas: conceitos básicos, critérios de escolha para diversas aplicações

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Parte 3 Tensoativos e suas principais aplicaçþes em tintas

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4 Tensoativos: principais características e suas aplicações em tintas Bruno Dário

Olá, Óleo!

Vamos sair conosco?

Eu não posso me misturar com vocês.

Hidrofóbico!

Fonte: adaptada de Funforrest (2013).

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4.1 TENSOATIVOS Cabeça polar hidrofílica (afinidade com água)

Cauda apolar hidrofóbica (sem afinidade com água) Figura 4.1: Exemplo de molécula de tensoativo.

Tensoativos são moléculas compostas de duas partes: uma delas polar e a outra apolar. A parte polar da molécula é aquela que tem maior afinidade com a água e, portanto, é chamada de parte hidrofílica. A parte apolar, por outro lado, terá pouca afinidade com a água e, por esse motivo, é conhecida como hidrofóbica (HOLMBERG; JÖNSSON; KRONBERG, 2002). Os tensoativos têm diversas aplicações nas mais variadas indústrias, como alimentícia, cosmética, farmacêutica, agroquímica e de tintas, e é essa associação de duas partes com polaridades diferentes na mesma molécula que confere a esses produtos grande parte das características que conhecemos.

4.2 CONCEITO DE HLB

Tensoativos: principais características e suas aplicações em tintas

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Parte 4 Principais defeitos em tintas

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8 Principais defeitos em tintas Henrique César Liviero

Se há uma certeza para todo profissional que trabalha na área de tintas, é a de que um dia iremos nos deparar com algum tipo de defeito. Esse defeito pode ter uma causa única ou ser uma conjunção de fatores, mas, de fato, é uma competência muito importante de todo profissional da área saber identificar, entender e lidar com esse problema de forma a melhor resolvê-lo, o que muitas vezes é primordial para o sucesso de qualquer desenvolvimento de produto, ou correção de produção, por exemplo.

A intenção desse trabalho é identificar alguns defeitos comuns em tintas e indicar prováveis soluções – prováveis justamente porque, além de termos diversas causas para um defeito, podemos ter uma causa que nunca imaginamos ser possível até aquele momento. Por isso, é muito importante ter a mente aberta, saber identificar e ter pleno entendimento da formulação, para que, conhecendo o impacto de cada item, o profissional consiga identificar as causa e soluções para um dado defeito.

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8.1 PERDA DE ADESÃO

A perda de adesão é um defeito de fácil visualização. Basicamente, ocorre por falta de pontos de ancoragem na interface entre a película de tinta e a superfície na qual foi aplicada. Essa superfície pode ser um substrato metálico, plástico, vítreo ou até mesmo uma outra película de filme, como um basecoat, por exemplo.

A norma ASTM D3359 é a principal metodologia utilizada para avaliação de aderência. No entanto, está bastante sujeita a erros.

Sempre que possível, prefira métodos que avaliem diretamente a força de adesão do filme no substrato (métodos pull-off), como o método descrito na ASTM D4541.

Possíveis formas de ação Tintas líquidas base água Em alvenaria: verificar preparação da superfície, como lixamento e limpeza, por exemplo.

Em metal: cuidado com a limpeza e preparação da superfície (esta deve estar isenta de sujeiras e oleosidade).

Sistemas com a Tg do polímero muito alta podem potencializar o problema.

Tintas líquidas base solvente Repintura: verificar preparação da superfície e compatibilidade entre camadas (primer + basecoat + verniz).

Atenção a formulações de dureza elevada! Agentes flexibilizantes e agentes de adesão (polisiloxanos ou fosfatados) podem ser utilizados em muitos casos, principalmente em sistemas à base de poliuretano.

8.2 CRATERAS

A formação de crateras (“olho de peixe”) está diretamente ligada à diferença de tensão interfacial entre a película do filme e seu substrato, o que confere maior dificuldade de umectação. As crateras são facilmente identificáveis como más-for-

Principais defeitos em tintas

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Parte 5 Metodologia de planejamento de experimentos no desenvolvimento de tintas

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10 Introdução ao planejamento de experimentos Rafael C. J. P. S. Salvato

10.1 INTRODUÇÃO

A experimentação tradicionalmente empregada por químicos em escala laboratorial consiste na mudança de um único componente de uma formulação ou fator de processo por vez, dada a dificuldade de entendimento dos efeitos dessas variáveis nas complexas formulações de tintas empregadas comercialmente aliada à aversão a riscos no desenvolvimento de novos produtos.

No entanto, essa abordagem é recorrentemente demorada e custosa, pouco compatível com o cenário de competitividade e, por conseguinte, com a pressão por eficiência somada à diferenciação do mundo atual globalizado. É nesse ambiente antagônico que o planejamento estatístico experimental, conhecido popularmente como design of experiments ou DOE, encontra seu diferencial, sendo chave para que os centros de pesquisa e desenvolvimento da indústria de tintas e revestimentos possam auxiliar de forma mais efetiva suas empresas no atendimento dos critérios de sucesso para o lançamento de novos produtos no mercado (Figura 10.1).

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Qualidade dos produtos deve ser ajustada à demanda dos clientes

Baixo custo com lucratividade aceitável

Curto tempo para acesso ao mercado

Figura 10.1: Critérios de sucesso dos centros de pesquisa e desenvolvimento modernos para lançamento de novos produtos no mercado.

Fonte: adaptada de Rössler (2014).

Dessa forma, o objetivo deste breve capítulo reside na tentativa de trazer para uma linguagem simples e descomplicada toda a potencialidade do planejamento de experimentos para o dia a dia dos formuladores de tintas.

10.2 PLANEJAMENTO ESTATÍSTICO EXPERIMENTAL E SEUS PRINCIPAIS BENEFÍCIOS

A abordagem proposta pelo planejamento de experimentos baseado no emprego de ferramentas estatísticas vem ganhando bastante espaço nas últimas décadas nos meios acadêmico e industrial (SILVA, 2013; BARRIOS, 2014; PILZ, 2016), pois possibilita ao usuário criar e validar modelos obtidos na prática e que descrevem o observado nos experimentos realizados, direcionando­‑os para o universo específico do problema em questão (Figura 10.2).

Isso facilita a interpretação dos dados com apoio dos fundamentos de estatística básica e permite criar um racional para melhorar os resultados obtidos (denominados “respostas”)

Introdução ao planejamento de experimentos

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Parte 6 Seguranรงa no laboratรณrio e GHS

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12 Segurança no laboratório de desenvolvimento de tintas Brandon Lucas da Silva

12.1 RISCOS APRESENTADOS POR ATIVIDADES EM LABORATÓRIOS DE DESENVOLVIMENTO DE TINTAS, CONTROLE DE QUALIDADE E APLICAÇÃO

As atividades em laboratórios de desenvolvimento de tintas, controle de qualidade e aplicação apresentam diversos riscos à saúde, devido à manipulação de agentes químicos presentes em resinas, solventes, pigmentos, cargas minerais, óleos e aditivos.

Esses agentes químicos podem causar perigos em vários processos: • pesagem da matéria-prima; • dispersão; • moagem; • completagem e diluição; • neutralização, acidificação ou alcalinização; • preparo de substrato; • lixamento de substratos e primers; • aplicação de tintas.

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12.1.1 Pesagem da matéria-prima

Ao realizar a pesagem da matéria-prima, ocorre a exposição a produtos tóxicos, corrosivos, irritantes etc., como solventes, alcalinizantes, pigmentos e outros. Portanto, devemos nos atentar ao uso de luvas adequadas ao tipo de produto manipulado.

Outro cuidado importante é quanto à utilização de respiradores, popularmente chamados de máscaras, com filtro para vapores orgânicos e gases ácidos.

12.1.2 Dispersão

Durante o processo de dispersão, precisamos estar atentos aos riscos que surgem em função do uso de equipamentos rotativos. Alguns cuidados aos quais devemos atentar: • não usar os cabelos soltos; • possibilidade de prensamento de mãos e dedos; • possibilidade de inalação de vapores orgânicos e poeiras; • não utilizar luvas para operar equipamentos rotativos; • aterrar o equipamento para evitar acúmulo de eletricidade estática pelo movimento do líquido contra o recipiente; • não efetuar a limpeza com o equipamento em funcionamento. Recomenda-se tirar da tomada para evitar partida acidental do equipamento; • não realizar verificação de temperatura com equipamento em agitação. Se necessário, utilizar termômetros digitais de infravermelho.

Segurança no laboratório de desenvolvimento de tintas

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Parte 7 Anรกlise de ciclo de vida no desenvolvimento de tintas

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15 Avaliação de ciclo de vida (ACV) Fábio Rosa

15.1 INTRODUÇÃO

As mudanças climáticas e a diminuição dos recursos naturais têm preocupado cada vez mais o homem. Dos vários fatores ligados a esses problemas, o crescimento populacional e o aumento da produção industrial são os que mais impactam o meio ambiente em todo o planeta. Isso vem impulsionando a indústria e os mais diversos setores a buscarem o desenvolvimento sustentável.

Conforme a definição da Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, da ONU, o desenvolvimento sustentável é aquele capaz de suprir as necessidades da geração atual sem comprometer a capacidade de atender às necessidades das futuras gerações. É o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro.

Diante disso, uma das formas de diminuirmos os impactos ambientais, seja como indivíduos, seja como empresas ou organizações, é utilizar a análise do ciclo de vida como subsídio para a escolha de um produto ou serviço do ponto de vista da sustentabilidade.

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Por exemplo, o que é melhor para o meio ambiente: usar filtro de café descartável ou de pano? Usar um copo descartável ou usar água e detergente para lavar um copo de vidro? Produzir uma tinta base água ou uma tinta base solvente? Para responder de forma consistente a essas perguntas, temos na avaliação de ciclo de vida (ACV) um poderoso aliado.

A ACV é uma ferramenta que analisa, de maneira quantificada, todos os possíveis impactos relacionados ao ciclo de vida dos produtos e serviços, que vão desde a extração dos recursos naturais, passando por todos os elos referentes à cadeia produtiva, até a distribuição, a utilização e o descarte final. A ACV, portanto, é uma excelente alternativa para a avaliação do desempenho ambiental de um produto ou serviço, auxiliando na tomada de decisão com base na variável ambiental.

15.2 AVALIAÇÃO DE CICLO DE VIDA (ACV) EM TINTAS

A ACV é uma técnica muito importante para o segmento de tintas, capaz de avaliar o desempenho ambiental de um produto determinando os impactos ambientais em todo o ciclo de vida, da extração de recursos naturais (berço) ao seu descarte (túmulo). Na Figura 15.1, temos o exemplo do ciclo de vida de uma tinta automotiva original.

1 EXTRAÇÃO DE RECURSOS

2 PRODUÇÃO DE

MATÉRIAS-PRIMAS E TRANSPORTE

3 FABRICAÇÃO DA TINTA

4 PINTURA DO VEÍCULO BERÇO

5 CONCESSIONÁRIA

6 DESCARTE FINAL

TÚMULO

Figura 15.1: Esquema das etapas do ciclo de vida da pintura de um veículo.

Avaliação de ciclo de vida (ACV)

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Assim, esperamos que este livro contribua no dia a dia dos laboratórios de pesquisa e desenvolvimento, levando conhecimento, inovação e sustentabilidade, motores principais que fazem com que o setor de tintas seja cada vez mais relevante no bem-estar de todos.

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Manual Descomplicado de Tecnologia de Tintas Um Guia Rápido e Prático para Formulação de Tintas e Emulsões

OXITENO; Silmar Barrios (Organizador) ISBN: 9788521212447 Páginas: 228 Formato: 21,5 x 22,5 cm Ano de Publicação: 2017 Peso: 0.876 kg