Química Aplicada. QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin Tintas Industriais

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1 Química Aplicada QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin Tintas Industriais

2 Estética Segurança Tintas Industriais Identificação de fluidos em tubulações Proteção contra incrustações de microorganismos em cascos de embarcações Impermeabilização de superfícies Modulação da absorção de calor Redução da rugosidade superficial

3 Classificações das Tintas Tintas imobiliárias: destinadas à construção civil Produtos aquosos: látex Produtos base solvente orgânico: tintas a óleo, esmaltes sintéticos Tintas industriais: tipo OEM (original equipament manufacturer) Fundos (primers) eletroforéticos Fundos (primers) base solvente Tintas em pó Tintas de cura por radiação UV Tintas especiais: demais aplicações Tintas e complementos para repinturas automotivas Tintas para demarcação de tráfego Tintas e complementos para manutenção industrial Tintas marítimas Tintas para madeira

4 Classificações das Tintas As tintas também podem ser classificadas quanto à formação do revestimento

5 Constituintes da Tinta De modo geral, uma tinta é uma mistura estável de uma parte sólida em um componente volátil A parte sólida forma uma película aderente à superfície em que foi aplicada após a evaporação do componente volátil

6 Aglomerante para as partículas de pigmento Constituído por um ou mais tipos de resinas: polímeros Veículo Fixo ou Não-Volátil

7 Solventes Auxiliam na solubilização da resina e no controle da viscosidade da tinta Solventes verdadeiros: miscíveis em qualquer proporção Solventes auxiliares: aumentam o poder de solubilização do solvente verdadeiro Falso solvente: baixa miscibilidade, reduz o custo final das tintas Hidrocarbonetos alifáticos: nafta Hidrocarbonetos aromáticos: tolueno e xileno Ésteres: acetato de etila, butila ou isopropila Álcoois: etanol, butanol e álcool isopropílico Cetonas: acetona, metiletilcetona, cicloexanona Glicóis: etilglicol, butilglicol Solventes filmógenos: além de solubilizar a resina, incorporam-se à resina por polimerização. Ex.: estireno

8 Solventes Diluentes: produtos elaborados com diferentes solventes para ajustar a viscosidade de aplicação da tinta, em função do equipamento de aplicação A maioria dos solventes orgânicos utilizados nas tintas é prejudicial à saúde Tendência mundial no desenvolvimento e uso de tintas base água Quando a água é utilizada como solvente tem-se uma emulsão ou dispersão, pois não há solubilização completa da resina As emulsões são menos agressivas: menor quantidade de orgânicos voláteis (VOCs volatile organic compounds) Apresentam menor durabilidade que as tintas base solvente

9 Solubilização de Polímeros 1 o Estágio: Inchamento Difusão das moléculas do solvente para dentro da massa polimérica, formando um gel 2 o Estágio: Solubilização A entrada de mais solvente leva à desintegração do gel e formação de uma solução verdadeira Solvente Polímero sólido Gel Inchado Solução Verdadeira Alta densidade de ligações cruzadas, pouca interação entre o solvente e a cadeia polimérica, presença de cristalinidade e ligação de hidrogênio prejudicam a solubilidade.

10 Energia Coesiva Energia necessária para remover uma molécula de seu meio e levá-la para longe da sua vizinhança Líquidos: relacionada a vaporização Sólidos: relacionada a sublimação Polímeros: neste caso, o conceito de separação de uma cadeia de suas vizinhanças é associado à solubilização do polímero Densidade de Energia Coesiva DEC H V cal 3 / cm

11 Parâmetro de Solubilidade Para ocorrer a solubilidade: G H G 0 T S Como a entropia sempre aumenta neste processo, a variação de entalpia deve ser a menor possível para ocorrer a solubilização H V DEC Parâmetro de Solubilidade Para que haja solubilização, a diferença (em módulo) entre o parâmetro de solubilidade do polímero e do solvente δ 1 -δ 2 deve ser a menor possível ,7 (cal/cm )

12 Parâmetro de Solubilidade Generalizado O parâmetro de solubilidade (δ) é formado pelo somatório de várias forças presentes na molécula: Forças de dispersão (δ d ) Forças de hidrogênio (δ h ) Interações dipolo-dipolo (δ p ) 2 d 2 h 2 p Para que um líquido com coordenadas (δ d,δ h, eδ p ) possa solubilizar o polímero da figura, é preciso que suas coordenadas estejam dentro do círculo de volume de solubilidade

13 Para uma Mistura de Solventes Numa mistura de solventes (tiner), o parâmetro de solubilidade é proporcional à fração volumétrica ( ) dos integrantes: m ( m d ) 2 ( m h ) 2 ( m p ) 2 m d m h m p... 1 d,1 2 d,2 3 d, h,1 2 h,2 3 h, p,1 2 p,2 3 p,3 K K K O tiner pode ser formulado para que cada coordenada do solvente coincida com o volume de solubilidade do polímero δ d 7,3 8,3 A esfera de solubilidade pode ser simplificada para um círculo (bidimensional) numa representação de δ p vs. δ h

14 Círculo de Solubilidade Os solventes A, B e C não são solventes para o polímero A mistura AB pode gerar um tiner capaz de dissolver o polímero Ex.: mistura representada pelo ponto D A adição de C na mistura AB pode gerar um tiner com capacidade de solubilização, desde que o ponto com sua composição caia dentro do círculo

15 Formulações Comerciais Formulações comerciais:

16 Pigmentos Partículas sólidas, finamente divididas, insolúveis no veículo fixo Cor, proteção anticorrosiva, opacidade, impermeabilidade, etc. Pigmentos anticorrosivos: conferem proteção anticorrosiva por mecanismos eletroquímicos. Ex.: zarcão (Pb 3 O 4 ), Zn, cromato, fosfato ou molibdato de zinco. Opacificantes coloridos: conferem cor e opacidade. Diferem-se dos corantes, que são solúveis no veículo e, por isso, conferem cor sem opacidade. Cargas ou extensores: quartzo (SiO 2 ) ou Al 2 O 3. Melhoram as características mecânicas da película e reduzem o custo. Funcionais Óxido cuproso (Cu 2 O): anti-incrustante Pigmentos fosforecentes, fluorescentes, pérolados

17 Pigmentos Inorgânicos Naturais Sintéticos Orgânicos Maior resistência à radiação UV Maior resistência química Brancos: TiO 2, PbCO 3, ZnO Laranja: Fe 2 O 3 Amarelo: ZnCrO 4 Azul: Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Ferrocianeto de Ferro II, Azul da Prússia Verde: Cr 2 O 3

18 Aditivos Empregados em pequenas concentrações para conferir à tinta ou à película determinadas características

19 Fabricação de Tintas Etapa física Mistura, dispersão, completagem, filtração e envase Pesagem de acordo com a formulação Pré-mistura: formação de pastas do veículo + pigmento (dispersão) Moagem da pré-mistura Completagem : adição do solvente até a proporção desejada e demais ajustes na composição Acertos finais: acerto de cor, acréscimo de aditivos, etc. Conversões químicas produção dos componentes (matéria-prima) das tintas e secagem após aplicação

20 Métodos de Pintura Remoção de impurezas para o preparo da superfície:

21 Métodos de Pintura

22 Formação da Película Evaporação de solvente Oxidação: evaporação do solvente e reação da resina (através das duplas ligações) com o oxigênio do ar Ativação térmica: a polimerização ocorre após a aplicação no substrato, com auxílio de aquecimento Polimerização a temperatura ambiente / condensação: a polimerização ocorre após a aplicação no substrato, a temperatura ambiente Hidrólise: reação da resina com a umidade do ar Fusão térmica: tintas em pó As tintas em pó são carregadas negativamente e atraídas para a peça metálica. Após o recobrimento a peça é aquecida e o pó se funde, formando a película.

23 Controle de Qualidade Análise de cobertura e cor Análise de distinção de imagem Aderência entre camadas Imersão em água Resistência à corrosão por névoa salina e/ou ciclo ambiental Resistência à batida de pedras

24 Aderência entre Camadas

25 Aderência entre Camadas

26 Classificação de Aderência

27 Resistência a Corrosão NaCl: água do mar, água salobra, fluidos corpóreos Cl- : age como catalisador de corrosão por pites mecanismo de aeração diferencial relacionada com quantidade de O 2 Testes de corrosão acelerada: NaCl 3,5%

28 Névoa Salina (salt spray)

29 Envelhecimento Whetherometer UV