EFEITO DA VARIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CURA EM UM SISTEMA DE PINTURA E-COAT (EPÓXI) E PINTURA A PÓ (POLIÉSTER) APLICADO EM AÇO CARBONO

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1 EFEITO DA VARIAÇÃO DAS CONDIÇÕES DE CURA EM UM SISTEMA DE PINTURA E-COAT (EPÓXI) E PINTURA A PÓ (POLIÉSTER) APLICADO EM AÇO CARBONO M. Scarabotto 1 ; L. C. Scienza 2* 1- Marcopolo S.A. Caxias do Sul RS - Brasil 2- Departamento de Materiais - Escola de Engenharia Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Av: Bento Gonçalves, 9500 Prédio 74/Sala 219CEP: Porto Alegre RS Brasil - lisete.scienza@ufrgs.br RESUMO Nos sistemas de pintura há vários parâmetros que devem ser controlados para garantir as propriedades do produto final. Em se tratando do processo de cura, a temperatura e o tempo são parâmetros fundamentais. Neste estudo foi avaliada a temperatura e o tempo de cura de sistemas de pintura e-coat (base epóxi) e pintura a pó (base poliéster): A (e-coat 180 C, 20 min), B (e-coat 200 ºC, 20 min), C (e-coat 180 ºC, 20 min + pintura a pó 200 ºC, 10 min) e D (e-coat 200 ºC, 20 min + pintura a pó 200 ºC, 10 min), aplicados em aço carbono. Foram realizados os ensaios análise termogravimétrica (TGA), resistência mecânica (aderência, impacto e flexibilidade) e medidas de cor da pintura e-coat após a cura. Para a tinta e-coat a degradação térmica inicia em temperatura cerca de 150 ºC inferior à observada para a tinta a pó. Quando a tinta e-coat no sistema e- coat/pó é submetida a uma temperatura de cura acima de 180 C ocorre perda de suas propriedades de resistência ao impacto, sem, contudo, comprometer a flexibilidade e a aderência do revestimento. Ao expor pintura e-coat a uma temperatura elevada ocorre amarelecimento, o que pode ser um problema caso esta tinta seja empregada como top coat. PALAVRAS-CHAVE: E-coat. Tinta a pó. Epóxi. Poliéster. Cura. Temperatura. INTRODUÇÃO As tintas constituem um dos revestimentos mais empregados em superfícies metálicas. A evolução tecnológica do setor de tintas, em um mercado com clientes cada vez mais exigente, tem considerado a busca por qualidade, a preocupação com o meio ambiente, com a saúde do trabalhador, melhor desempenho, aumento da produtividade e baixo custo, incentivando novos 6926

2 campos para pesquisas e desenvolvimento de tecnologias para atender a estas exigências. Um esquema de pintura é um conjunto de camadas combinadas, de natureza e funções diferentes, mas complementares. Para constituir um revestimento protetor é comum a utilização de diversas demãos de tintas,quimicamente compatíveis entre si, conseguindo a proteção efetiva do metal. Estas tintas formam um sistema que apresenta características próprias, aproveitando a melhor propriedade de cada uma das tintas e fornecendo um desempenho eficiente (1). Quando se deseja aplicar duas camadas de tinta é indispensável realizar uma pré-cura para que a película sobreposta à primeira possa aderir firmemente. Caso não seja realizada a pré-cura adequada da primeira camada de tinta, poderá ocorrer falha na adesão entre camadas, resultando em descascamento ou perda de aderência (2). O efeito combinado da pintura e-coat e a pó, por exemplo, proporcionam uma eficiência de proteção à corrosão, porém, se os parâmetros de cura não forem adequados poderão influenciar na qualidade, nas propriedades físicas (fragilização do filme, impermeabilidade, aderência ao substrato, resistência térmica e outras) e também de desempenho à corrosão (3). Considerando que na indústria o processo de cura de tintas emprega estufas, o excesso de consumo dos combustíveis como o gás, o óleo e a madeira nas estufas, pode impactar economicamente e ambientalmente nas empresas devido ao seu consumo exagerado durante o processo de cura da tinta. Assim, busca-se sempre o equilíbrio do processo, ou seja, o emprego de menores temperaturas e/ou redução do tempo de cura, porém assegurando a manutenção da qualidade do produto. Com o objetivo de reduzir a temperatura e ou o tempo de cura, vários pesquisadores (1,4-9) investigaram diferentes sistemas de pintura empregando técnicas como TGA, DSC, Raman e EIS e verificaram a forte influência principalmente na temperatura de cura na aderência do revestimento, comprometendo também seu desempenho à corrosão. Com base nas considerações mencionadas, este trabalho se propõe a verificar a condição ideal de cura de um sistema de pintura e-coat (base epóxi) 6927

3 sob pintura a pó (base poliéster), objetivando uma maior economia no processo de pintura sem ocasionar prejuízos nas propriedades dos revestimentos. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Para os ensaios foram utilizadas ligas de aço carbono SAE 1010 e SAE 1020 com espessura de 0,9 mm. Tintas comerciais e-coat de base epóxi e tinta a pó de base poliéster. A espessura média do revestimento final foi de 105 ± 10 µm. Pintura As amostras foram submetidas ao processada combinação da pintura e-coat sob pintura a pó com diferentes temperaturas de cura, seguindo a sequência mostrada na Fig. 1. Iniciou-se pelo pré-tratamento nas amostras, desengraxe alcalino e fosfatização com fosfato de ferro. Fig. 1 Sistemas de pintura investigados. 6928

4 Ensaios de caracterização Os termogramas de TGA foram obtidos em um TGA-50 da marca Shimadzu, conforme ASTM E A massa média das amostras foi de 10 mg e a taxa de aquecimento utilizada foi de 10 C/min, na faixa de 25 a 800 C. O ensaio ocorreu sob atmosfera inerte de nitrogênio à taxa de 50 ml/min até 500 C e com ar sintético até 800 C. O ensaio de aderência foi baseado na norma ABNT NBR 11003:09, após o tempo de cura mínimo especificado de 72 horas depois da aplicação dos sistemas. O procedimento consiste num corte em grade espaçados de 2 mm sob o qual é pressionada e posteriormente destacada uma fita adesiva. Os resultados obtidos são descritos em grau de desplacamento, variando de zero a quatro, onde zero indica que não houve alteração e quatro indica que apresentou desplacamento superior a 65% da grade. O ensaio de resistência ao impacto foi realizado com o equipamento BYK- Gardner ISO Impact Tester com uma carga de 2 kg lançada a uma altura de 20 cm (ASTM D2794:99). O ensaio de flexibilidade em mandril cônico foi realizado conforme a norma ABNT NBR 10545:88 com auxílio do equipamento BYK Gardner - Smg Para as leituras de cor foi utilizado o espectrofotômetro modelo Chroma Vision Du Pont com a finalidade de medir possíveis diferenças de cor após cura do corpo de prova com pintura e-coat a 180 e 200 C. RESULTADOS Na análise de TGA (Fig. 2), todas as tintas apresentaram três zonas características de degradação. Nas tintas a pó o primeiro evento está relacionado à degradação da resina e os eventos subsequentes à degradação dos demais constituintes das tintas, ou seja, acima de 500 ºC está relacionado aos componentes inorgânicos como cargas e pigmentos. A tinta a pó apresentou maior resistência térmica e no final da análise apresentou maior quantidade de resíduos. Na tinta e-coat a degradação inicia em temperatura em aproximadamente 200 ºC, cerca de 150 ºC abaixo da observada para as tintas a pó. Observa-se a perda de massa em temperaturas inferiores a 100 ºC, atribuída à perda água, que 6929

5 foi o solvente utilizado. A região de degradação entre 200 e 400 ºC está associada à degradação da resina epóxi. O terceiro pico, com temperatura máxima degradação em torno de 521 C, também está associado à degradação da resina epóxi, concordando com os estudos de Parra et al. (4). Fig. 2 Termogramas obtidos para a tinta e-coat (raspada da superfície metálica) e da tinta a pó. Todos os sistemas testados apresentaram excelente aderência ao substrato, ou seja, não apresentaram regiões de desplacamento, recebendo classificação GR 0, conforme a norma ABNT NBR Os painéis dos cinco sistemas de pintura aplicados foram testados quanto à resistência ao impacto direto e reverso (Fig. 3). As amostras dos sistemas A, B e D não apresentaram trincas, rachaduras ou mesmo desplacamento da tinta, ou seja, obtiveram resultados satisfatórios, atendendo à especificação da empresa Marcopolo S.A. A amostra do sistema C apresentou microfissuras no impacto reverso. No sistema D também era esperado a ocorrência de microfissuras, contudo, ao contrário do esperado, o filme se manteve intacto. (a) SISTEMA A (b) SISTEMA B (c) SISTEMA C SISTEMA (d) D (e) Fig. 3 - Imagens das amostras após o ensaio de impacto (efeito reverso, acima, e direto, abaixo). 6930

6 As amostras dos sistemas A, B e C foram ensaiadas no mandril cônico e não apresentaram alterações, ou seja, não apresentaram desplacamento ou fissuras na película de tinta, o que demonstra a boa flexibilidade e compatibilidade dos sistemas de pintura aplicados. Contudo no sistema D ocorreu desplacamento completo como resultado da temperatura de cura empregada. Quando a temperatura de cura do e-coat é elevada para 200 ºC causa maior densidade de reticulação e a aderência na superfície metálica poderá reduzir. Durante o processo de cura pode ocorrer falha devido às tensões residuais oriundas da forte retração do revestimento da película por causa do rápido processo de reticulação, gerando o desenvolvimento de rachaduras na superfície (5). Após aplicação de diferentes temperaturas no sistema de pintura e-coat, pode-se observar a alteração de cor. Foi utilizado o espectrofotômetro para avaliar a diferença de cor do padrão (sistema A) e do sistema B. Os resultados obtidos são apresentados na Tab. 1. Tab. 1 Medidas de cor após cura da tinta e-coat Sistema L a b E Sistema A (padrão) 31,5 3 1,5 9 0,5 5 5,9 Sistema B 28,7 0,8 6, Nota: L indica luminosidade e a e b indicam direções da cor: +a é a direção do vermelho, -a é a direção do verde, +b é a direção do amarelo, e b é a direção azul.δe é a diferença da medida entre L, a e b,medida por E= ( L 2 + a 2 + b 2 ) Pode-se avaliar uma forte tendência ao amarelecimento no sistema B comparado com o sistema A (considerado o padrão), mostrando uma tendência a esverdear. A avaliação da diferença de cor total E após a cura a 200 ºC indica uma diferença de cor entre o padrão e o sistema B. Pode-se concluir que na pintura e-coat exposta a uma temperatura mais elevada ocorre alteração de cor, originando o amarelecimento da tinta, o que está relacionado com a temperatura e o tempo de permanência na estufa. Este efeito pode comprometer a aparência quando usada como pintura de acabamento. 6931

7 CONCLUSÃO Foi possível constatar que a temperatura de cura influencia nas propriedades físicas do revestimento. No caso do sistema e-coat (epóxi) + tinta a pó (poliéster) é importante verificar que a tinta empregada como primer (e-coat) será submetida a um processo de pós-cura quando receber o top coat (tinta a pó) e que esta temperatura não deve exceder à temperatura de cura do primer a fim de assegurar a qualidade do sistema de pintura. No caso da tinta e-coat utilizada neste estudo, temperaturas de cura (ou pós-cura) acima da especificada pelo fabricante (180 ºC) podem ocasionar significativa perda de suas propriedades, podendo comprometer o desempenho do sistema. AGRADECIMENTOS Os autores são gratos a Universidade de Caxias do Sul e à empresa Marcopolo S.A. pelo apoio na realização deste estudo. REFERÊNCIAS 1. FURTADO, P. Pintura Anticorrosiva dos Metais. Rio de Janeiro: LTC, WEG TINTAS. Pintura Industrial em Pó DT 13. Jaraguá do Sul: Weg Tintas, Revisão MEDEIROS, V. M. M. Utilização da espectroscopia raman para monitorar a cura de tintas epóxi aplicadas em tanques de armazenamento de petróleo f.dissertação (Mestrado) Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais,Universidade Federal de Sergipe, São Cristovão, PARRA, D. F. et al. Thermal behavior of the epoxy and polyester powder coatings using thermogravimetry/differential thermal analysis coupled gas chromatography/mass spectrometry (TG/DTA GC/MS) technique: identification of the degradation products. Thermochimica Acta, [S.I], v.386, p , GARCIA, S.J. et al. Evaluation of cure temperature effects in cataphoretic automotive primers by electrochemical techniques. Progress in Organic Coatings, [S.l], v.60, p , Ago CAMARGO. M. Resina Poliésteres Carboxifuncionais para tinta em pó: Caracterização de estudo cinético da reação de cura f. Tese (Doutorado em Engenharia) Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre,

8 7. SZEWKIES, F. D. Influência da variação do tempo e da temperatura na cura de Tintas: tinta pó epóxi e tinta líquida acrílico-epóxi. Análise da dureza e da energia de conversão f. Dissertação (Mestrado) Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade do Estado de Santa Catarina,Joinville, KOZLOWSKI, J. J. et al. Unsaturated polyester powder coatings with improved surface cure. US Patent n. EP B1, 18 ago Disponível em: +powder+coatings+with+improved+surface+cure.&hl=pt- BR&sa=X&ei=wb4SUqHEBYy89QTd3YG4AQ&ved=0CDUQ6AEwAA. Acesso em: 12 ago OLIVEIRA, M. C. F. R. Estudo comparativo de tintas utilizando a análise do ciclo de vida f. Dissertação (Mestrado) - Programa de pós Graduação Engenharia dos Processos Químicos, Escola de Engenharia Mauá do Centro Universitário do Instituto Mauá de Tecnologia, São Caetano do Sul, EFFECT OF CHANGES OF CURING CONDITIONS IN A PAINT SYSTEM OF E- COAT (EPOXY) AND POWDER COATING (POLYESTER) APPLIED ON CARBON STEEL ABSTRACT In painting systems there are several parameters that should be controlled to ensure the properties of the final product. In the case of curing processes, temperature and time are critical parameters. In this study, temperature and curing time of a paint-coat system of e-coat (epoxy based) and powder paint (polyester base) was evaluated: A (e-coat 180 C, 20 min), B (e-coat 200 ºC, 20 min), C (ecoat 180 ºC, 20 min + powder coating 200 C, 10 min) and D (e-coat 200 ºC, 20 min + powder coating 200 C, 10 min), applied on carbon steel. Thermogravimetric analysis (TGA), mechanical tests (adhesion, impact and flexibility) and color measurement of the e-coat after curing were performed. For the e-coat the thermal degradation starts at temperatures around 150 ºC lower than that observed for the powder paint. When the e-coat paint of the system of e-coat/powder paint is subjected to a curing temperature above 180 C there is a loss on its properties of impact resistance without compromising the flexibility and adhesion of the coating. By exposing e-coat paint at a higher temperature occurs yellowing, which can be a problem if this paint is used as a top coat. Key-words: E-coat. Powder paint. Epoxy. Polyester. Curing.Temperature. 6933