CONDUCTIVE PRIMERS AND COATINGS: PERFORMANCE OF CARBON BLACK PIGMENTED WATERBORNE PHENOLIC-MELANINE PRIMER SYSTEM (Poster 162)

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1 CONDUCTIVE PRIMERS AND COATINGS: PERFORMANCE OF CARBON BLACK PIGMENTED WATERBORNE PHENOLIC-MELANINE PRIMER SYSTEM (Poster 162) NEGRO DE FUMO: Introduzimos o tema com comentários sobre a caracterização dos negros de fumo e a influência de suas principais características como a área superficial, pós tratamento superficial, morfologia e o baixo nível de resíduos do produto Ultra e da relação com o sistema de dispersão em tintas de alta qualidade. Para se conseguir o máximo de negros de fumo com tamanho de partículaa pequeno depende fundamentalmentee em se alcançar uma completa dispersão. A utilização de agentes de umectação e dispersantes é um meio eficaz paraa melhorar a dispersão do sistema líquido e as respectivas propriedades de cor. A seleção de agentes de processo adequado pode trazer benefícios significativos paraa uma boa dispersão e desta forma conseguir a plenitude de cor que o pigmento pode propiciar. É importante realçar que o veículo, a formulação e os equipamentos de dispersão não são menos importantes do que seleção de dispersantes para atingir o máximo do negro de fumo. O negro de fumo tem sido chamado de o Rei dos Pigmentos com uma boa razão. É o pigmento que apresenta a maior durabilidade, mantendo a cor do sistema em que está disperso, possuindo o menor tamanho de partícula, propiciandoo a maior opacidade e também o maior poder de tingimento. Em contra partida é o pigmento que apresenta a maior dificuldade na dispersão. Ele é empregado como pigmento em tintas de impressão, impressoras jato de tinta, toners, adesivos, tintas automotivas e de construção civil, sendo ainda um pigmento que pode ser encontrado em qualquer das cores, pois é comumente usado no processo de matização. O negro de fumo é usualmente caracterizado pelo seu Tamanho de Partícula e pela sua Estrutura, também conhecida como Agregado. O Tamanho de Partículaa pode ser avaliado via Microscopia Eletrônica ou através de testes de determinação de Área Superficial, sendo a estrutura ou agregado avaliados via testes de Absorção de Óleo. Os testes são definidos pela ASTM (American Society for Testing and Materials) e mundialmente empregados para a caracterização do negro de fumo. O efeito como Pigmento segue a seguinte regra, quanto menor o tamanho de partícula, maior será a intensidade do negro, maior o poder de tingimento, maior viscosidade do sistema, porém mais difícil será o processo de dispersão. A estrutura influencia da seguinte forma; maior a estrutura, maior será a viscosidade do sistema, maior será a condutividade elétrica, facilitará a dispersão, porém para

2 produtos de um mesmo tamanho de partícula, o que possuir maior estrutura deverá ocasionar uma leve redução na intensidade do negro e no poder de tingimento. Além da pigmentação outra propriedade que pode ser conseguida com o negro de fumo é a condutividade elétrica. Esta característica é fundamental em aplicações como tintas topcoat, usadas nas modernas montadoras de automóveis e caminhões, sendo aplicadas através de spray eletrostático. O spray eletrostático atua pobremente em substratos que não possuem condutividade elétrica, desta forma para resolver o problema primers condutivos são formulados com negro de fumo e são aplicados antes da tinta topcoat. Em termos gerais quanto menor o tamanho de partícula, maior a estrutura e maior a carga de negro de fumo no sistema, menor será a resistividade elétrica, maior será a condutividade elétrica. Além destas características principais, mencionadas, a Porosidade e a Atividade Superficial são outras propriedades inerentes ao negro de fumo, mas que, com um tratamento posterior ao processo produtivo podem ser evidenciadas. A Porosidade poderá ser maior, o que pode beneficiar empregos onde a quantidade de Negro de Fumo seja limitada, e neste caso o produto mais poroso apresentará uma maior quantidade de partículas/agregados pela mesma unidade de peso. A aplicação que requeira condutividade elétrica é um exemplo de emprego deste tipo de negro de fumo. A Atividade Superficial pode também ser modificada, desde alterada quimicamente, fisicamente e mesmo através de um tratamento térmico. Em sistemas líquidos usualmente empregamos a superfície tratada quimicamente, sendo verificado seu efeito benéfico na maior facilidade de umectação, facilitando a dispersão e melhorando a estabilidade do sistema, aprimorando as propriedades reológicas e proteção UV, entretanto, reduzindo a condutividade térmica e elétrica. Outra característica que consideramos importante comentar é a relativa à forma física do negro de fumo, que pode ser pó, granulado ou aditivado. O produto granulado tem uma densidade aparente maior do que o produto na forma física pó, facilitando o transporte, armazenagem e manuseio. Trata-se também de uma informação importante na definição do processo de mistura, tendo papel importante na umectação e desaglomeração do negro de fumo, e por consequência na dispersão. PROPOSTA: Neste estudo, negros de fumo com diferentes propriedades coloidais são formulados a uma carga de 4% em um primer fenólica-melanina modificado, base agua, e serão avaliados em propriedades de resistividade superficial, Ransburg sprayability, reologia e cor. EXPERIMENTO: A Birla Carbon possui um variedade de negros de fumo para aplicações em primer condutivo base água, A seleção do produto apropriado irá depender das necessidades em termos de desempenho. Buscaremos demonstrar o efeito do tamanho de partícula ou área superficial e da estrutura ou número de absorção de óleo. Para melhor evidenciar o efeito destas características do negro de fumo, selecionamos grades com estrutura similar e

3 diferente área superficial, área superficial similar e diferente estrutura e variando a porosidade. Características Coloidais: PREPARAÇÃO E AVALIAÇÃO: Mistura; LAU Shaker Mill, 60 minutos, Testes; Viscosidade Zahn Cup #2 Aplicação (drawdowns) Aplicação do filme em mylar usando o aplicador Bird 0,0015 Secagem a temperatura ambiente por 30 minutos e posteriormente por mais 30 minutos em estufa a 121 C Leitura da cor Gretag Macbeth Color Eye Geometria 45/0 Fonte D65 Observador 10 Resistividade Superficial Ransburg Sprayability RESULTADOS: Cor e Viscosidade: esferas Cd-TZP de 1,7-2,4 mm de diâmetro. A influência da área superficial fica evidente nestes resultados, maior valor, proporciona cor negra mais intensa, i sendo que o CD7087 apresentou o negro mais intenso e sub-tom mais azulado, mas também com a maior viscosidade, neste quesito influenciado pela sua maior estrutura e menor tamanho de partícula.

4 Resistividade Superficial e Ransburg Sprayability: Com uma carga constante para todos os tipos empregados nestes testes, conseguimos demonstrar nesta tabela, independente da forma de medição, o efeito das características do negro de fumo na resistividade elétrica, ou seja, quanto maior a estrutura e área superficial, maior será a condutividade. Se tivermos uma estrutura similar o negro de fumo de maior área superficial renderá a maior condutividade elétrica e no caso de produtos com uma área superficial similar o de maior estrutura propiciará a maior condutividade. POROSIDADE: Através destes gráficos conseguimos demonstrar o efeito da porosidade, quanto maior a porosidade, maior será a condutividade elétrica, isto em decorrência da seguinte

5 regra; para uma mesma unidade de peso o produto mais poroso apresentará um maior numero de partículas o que favorece a condutividade. SÚMARIO: As propriedades do negro de fumo possuem boa correlação com o desempenho desejado. O Raven P5 Ultra pode ser uma boa indicação para aplicações menos rígidas, tendo um beneficio adicional que é a maior facilidade de dispersão, isto devido seu maior tamanho de partícula ou menor área superficial. O CD7087 oferece a melhor combinação de cor e condutividade. A resistividade superficial correlaciona-se fortemente com a área superficial do negro de fumo sendo seguida, em termos de importância, com a porosidade e estrutura. Os negros de fumos recomendados para tintas e primers condutivos são avaliados baseados no balanço das propriedades elétricas, reológicas e de cor. AUTORES: Romeo Baccay José de Azevedo Marques Netto Marcos Milheiro Machado REFERÊNCIA: Dados e testes extraídos de literaturas e relatórios técnicos produzidos pelos Laboratórios de Pesquisa e Desenvolvimento da Birla Carbon (Marietta-GA USA).