ADITIVAÇÃO DE TINTAS DE POLIURETANO: ALIANDO PROPRIEDADES CONDUTIVAS À SUSTENTABILIDADE Carla Polo Fonseca, Eliane B. Neves e Silmara Neves IQX Inove Qualyx Tecnologia e Desenvolvimento de Resinas Ltda. 1. INTRODUÇÃO As tintas de poliuretano (PU) são consideradas tintas de alta performance, apresentando propriedades de excelente resistência à radiação ultravioleta do sol (resinas acrílicas poliidroxiladas curadas isocianatos alifáticos), resistência a ambientes agressivos, fortemente poluídos, sujeitos a exposição e derrames de alguns produtos químicos (resinas de poliéster curadas com isocianato alifático), e também alto sólidos, secagem rápida, bom aspecto, propriedades niveladoras e de fácil lixabilidade (resinas de poliéster curadas com isocianato aromático) [1]. Para algumas aplicações é necessário diminuir a resistência elétrica do PU visando minimizar ou evitar a formação de energia estática. Os aditivos de 'condutividade' são utilizados em aplicações onde se exige um determinado nível de 'condutividade elétrica' do polímero, que normalmente é isolante e vulnerável à passagem de radiações eletromagnéticas e de rádiofreqüência. Estes aditivos tornam possível a dissipação de cargas elétricas estáticas que poderiam ocasionar choques ou gerar faíscas em ambientes inflamáveis. A maioria das tintas condutivas existentes no mercado contém partículas de prata o que eleva, consideravelmente, o seu custo. A utilização é focada, principalmente, na reparação em placas de circuitos elétricos e revestimentos anti-corrosivos. Desde 2004, grandes redes de supermercado da Europa e Estados Unidos utilizam tintas condutivas para impressão de etiquetas em aplicações de identificação por radiofreqüência (RFID) [ 2 Além do alto custo, depois de aplicadas, as tintas condutivas à base de prata precisam ser tratadas termicamente, o que significa que não podem ser impressas sobre polímeros e outros materiais sensíveis ao aquecimento. Uma alternativa tem sido a utilização de grafeno ou carbono como aditivos, resultando em menores valores de condutividade, mas, com a vantagem de dispensarem tratamento térmico. A adição de sais metálicos ionizáveis, sais de ácidos carboxílicos, ésteres fosfatos ou misturas deles também tem sido utilizada para propiciar a dissipação eletrostática. Neste caso, o aditivo mais comumente usado é a base de sulfatos de tetraalquilamônio combinados com dispersões de negro de fumo condutivo. Eles são misturados ao componente poliol ou ao isocianato e reduzem a resistividade superficial de 10 14
(isolante) para menos de 10 6 Ω (dissipativo). Estes aditivos agem tanto pelo fato de serem inerentemente condutores quanto pela absorção da umidade do ar [3]. Este trabalho traz como contribuição o desenvolvimento de um aditivo condutivo, IQX COND PNano, que possibilita a obtenção de revestimentos de PU condutivos ou dissipativos, de forma permanente e independente da umidade do ambiente. Pelo fato de ser um polímero condutor (polianilina) este aditivo não compromete as propriedades mecânicas do filme de tinta, além de permitir a obtenção de tintas condutivas ou dissipativas coloridas, não disponíveis atualmente no mercado. Os polímeros condutores, também chamados de metais sintéticos, possuem uma característica em comum: longos sistemas π conjugados, ou seja, uma alternância de ligações simples e duplas ao longo da cadeia. O interesse evidente é combinar em um mesmo material as propriedades elétricas de um semicondutor ou metal com as vantagens de um polímero. 2. METODOLOGIA A síntese do aditivo IQX Cond PNano foi realizada em reator químico em meio aquoso em baixa temperatura ( 5 o C) com velocidade de agitação 100 rpm. A anilina foi adicionada a uma solução de ácido dodecilbenzenosulfônico seguida da adição de persulfato de amônio, utilizados como dopante e agentes oxidante, respectivamente. Após a síntese o material foi lavado com água e seco até massa constante. Para produção da tinta de PU a base solvente, o aditivo IQX Cond PNano foi disperso em acetato de butila (75% de sólidos) e inserido em diferentes concentrações numa tinta bi-componente comercial (PPG - TUL 2030/DUL2031). Na formulação da tinta PU base aquosa, o aditivo IQX Cond PNano foi disperso em resina aquosa de poliuretano (Tanpur W1030 - Tanquimica), também em diferentes concentrações. Os dois sistemas, aquoso e base solvente, foram caracterizados por espectroscopia na região UV-Vis e microscopia ótica. Testes de aderência e determinação da resistência superficial também foram realizados. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta os espectros de absorção na região do ultravioleta-visível de amostras diluídas das tintas base água e solvente, contendo o aditivo IQX Cond PNano. A partir da análise desses espectros é possível inferir sobre o estado de oxidação e, portanto, sobre a condutividade do polímero condutor.
PU base solvente + 25% m/m IQX Cond PNano Absorbância (u.a.) PU base água + 15% m/m IQX Cond PNano Comprimento de Onda (nm) Figura 1. Espectros de absorção na região UV-Vis das tintas de poliuretano, base aquosa e solvente, contendo o aditivo condutivo IQX Cond PNano. Analisando os espectros da Figura 1, verificamos a presença de bandas características da forma condutora da polianilina, localizadas entre 410-460 nm (banda polarônica) e 650-940 nm (banda bipolarônica), correspondentes à presença de cátions radicais, que atuam como transportadores de carga ao longo da cadeia polimérica [4]. O deslocamento da banda bipolarônica da amostra de água, para maiores comprimentos de onda e, portanto, menores valores de energia, pode ser um indício de deslocalização eletrônica mais eficiente, justificando a utilização de menor concentração de aditivo em relação à utilizada na PU base solvente. As medidas de resistência superficial resultaram em valores que variam entre o estado condutivo (10 4 Ω/ ) até níveis característicos do estado dissipativo (10 10 Ω/ ), dependendo da concentração do aditivo utilizado na formulação das tintas. A Figura 2 ilustra as medidas de resistência superficial realizadas em superfícies de PC/ABS (Policarbonato/Acrilonitrilo- Butadieno- Estireno) recobertas com uma demão de tinta PU, base água e solvente, contendo o aditivo condutor IQX.
(a) (b) (c) Figura 2. Medidas de resistência elétrica superficial realizadas em substratos de PC/ABS (a) recobertos com tinta PU base água + 15% IQX Cond PNano (b) e com tinta PU base solvente + 25% IQX Cond PNano (c). A aderência dos filmes de tinta ao substrato PC/ABS foi verificada utilizando-se o método de Corte em X. Examinamos a área ensaiada, quanto ao destacamento, logo após a remoção da fita, classificando a aderência de acordo com o padrão visual da norma ABNT NBR 11003, Figura 3 e Tabela 1. (a) (b) Figura 3. Teste de aderência: método de Corte em X. Fitas adesivas contendo destacamentos das tintas PU base água + 15% IQX Cond PNano (a) e solvente + 25% IQX Cond PNano (b).
Tabela 1 - Classificação da aderência de acordo com o padrão visual da norma ABNT NBR 11003. Amostra Destacamento Código Definição aquosa Intersecção Y1 Destacamento de 1 mm a 2 mm em um ou em ambos os lados na interseção. solvente Intersecção Y2 Destacamento acima de 2 mm até 4 mm em um ou em ambos os lados da interseção. aquosa Incisão X1 Destacamento de até 1 mm ao longo das incisões. solvente Incisão X3 Destacamento acima de 2 mm até 3 mm ao longo das incisões. Para avaliação da dispersão do aditivo IQX Cond PNano nas tintas PU, base aquosa e solvente, ambos os filmes foram observados utilizando-se um microscópio óptico, com aumento de 500x, Figura 4. Figura 4. Microscopia óptica dos revestimentos de PU base água + 15% IQX Cond PNano (a) e solvente + 25% IQX Cond PNano (b). Aumento de 500x.
4. CONCLUSÕES A partir dos resultados apresentados neste trabalho, comprovamos a viabilidade aplicação do aditivo IQX COND PNano, tanto em resinas de PU base solvente, quanto base aquosa, e a possibilidade de modulação das propriedades condutivas/dissipativas para atendimento a demandas específicas, de baixo VOC e, portanto, mais sustentáveis. água. O desenvolvimento prossegue, visando otimizar a dispersão do aditivo em PU base 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] FAZENDA, Jorge M. R. (coordenador), & Vernizes Ciências e Tecnologia, Associação Brasileira dos Fabricantes de, 3a ed. São Paulo, Edgard Blücher, 2005. [2] Química e Derivados On Line, www.quimica.com.br/revista/qd434/tintas3.htm acesso em 23/02/2010. [3] Fonte: http://www.poliuretanos.com.br/ acesso em 10/08/2015. [4] W.K. Maser, Benito, L.P. Biró, Materials Science and Engineering C, 23 (2003) 87.