Química Aplicada QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin carla.dalmolin@udesc.br carla.dalmolin@gmail.com Tintas Industriais
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
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
Classificações das Tintas As tintas também podem ser classificadas quanto à formação do revestimento
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
Aglomerante para as partículas de pigmento Constituído por um ou mais tipos de resinas: polímeros Veículo Fixo ou Não-Volátil
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
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
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.
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
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 1 1 2 3 2 1 2 1,7 (cal/cm )
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
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,3... 1 h,1 2 h,2 3 h,3... 1 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
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
Formulações Comerciais Formulações comerciais:
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
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
Aditivos Empregados em pequenas concentrações para conferir à tinta ou à película determinadas características
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
Métodos de Pintura Remoção de impurezas para o preparo da superfície:
Métodos de Pintura
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.
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
Aderência entre Camadas
Aderência entre Camadas
Classificação de Aderência
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%
Névoa Salina (salt spray)
Envelhecimento Whetherometer UV