Development of the accelerated multivariate method to determine the shelf life of paints using chemical kinetic, chemometrics and colorimetry

Orientador: Marcia Miguel Castro Ferreira Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: O objetivo desse trabalho foi desenvolver um método para a determinação do prazo de validade de concentrados pigmentados utilizando a cinética química e a colorimetria para monitorar a cor em um determinado intervalo de tempo. Para analisar os dados obtidos utilizou-se a Análise de componentes Principais (PCA). Apesar das indústrias de tintas aceitarem de que os testes de prateleira ao longo do tempo seriam válidos, sabe-se que os estudos de estabilidade têm resultados consistentes e confiáveis. O armazenamento em temperaturas elevadas constitui o principal modo de aceleração da degradação de produtos principalmente porque é de fácil implementação nos laboratórios industriais. Embora largamente reconhecida pelo poder de previsão, a teoria cinética química formal não é normalmente utilizada atualmente para a determinação da validade de concentrados pigmentados. A natureza complexa entre pigmentos, aditivos e resinas torna impraticável a determinação direta de concentrações de espécies químicas específicas. Porém a experiência mostra que uma aproximação da teoria cinética química formal pode ser utilizada. A variação da concentração molar de uma espécie química foi substituída pelos valores medidos de uma propriedade mensurável. A propriedade escolhida para este trabalho foi a variação da cor com o passar do tempo. As pseudo-ordens e constantes de velocidade experimentais dos processos de degradação puderam ser determinadas graficamente. Os valores de prazo de validade obtidos pelo método acelerado multivariado mostraram-se bem mais coerentes com os valores experimentais, comparado àquele estimado pelas indústrias de tintas. A PCA mostrou-se eficaz para análise de dados complexos para medições de cores. Resultados obtidos pelo fator de aceleração multivariado apresentaram valores mais seguros e completos por considerar todas as medições de ?L, ?a e ?b. A utilização desse método significa menos tempo gasto em pesquisa, com resultados confiáveis e reais. Com isso decisões mais seguras podem ser tomadas pelas indústrias de tintas Abstract: The objective of this work was to develop a method for determining the shelf life of tinting paste using chemical kinetics and colorimetry to monitor color over a period of time. To analyze the data obtained, Principal Component Analysis (PCA) was used. Although the paint industries accept that shelf tests over time would be valid, it is known that stability studies have consistent and reliable results. Storage at elevated temperatures is the main way of accelerating the degradation of products mainly because it is easy to implement in industrial laboratories. Although widely recognized for its predictive power, formal chemical kinetic theory is not currently commonly used for determining the validity of tinting paste. The complex nature of pigments, additives and resins makes direct determination of concentrations of specific chemical species impractical. But experience shows that an approximation of formal chemical kinetic theory can be used. The change in molar concentration of a chemical species was replaced by the measured values of a measurable property. The property chosen for this work was the color variation over time. The experimental pseudo-orders and rate constants of the degradation processes could be determined graphically. The shelf life values obtained by the multivariate accelerated method proved to be much more consistent with the experimental values, compared to those estimated by the paint industries. PCA has been shown to be effective for analyzing complex data for color measurements. Results obtained by the multivariate acceleration factor showed more complete values considering all measurements of ?L, ?a and ?b. Using this method means less time spent on research, with reliable and real results. As a result, more reliable decisions can be made by the paint industry Doutorado Físico-Química Doutor em Ciências CAPES 001