Química Aplicada

QAP0001

Licenciatura em Química

Profa. Dra. Carla Dalmolin

carla.dalmolin@udesc.br

carla.dalmolin@gmail.com

Tintas Industriais

Tintas Industriais

Estética

Segurança

Identificação de fluidos em tubulações

Proteção contra incrustações de micro-

organismos 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

As tintas também podem ser classificadas quanto à formação do

revestimento

Classificações das Tintas

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

1o Estágio: Inchamento

Difusão das moléculas do solvente para dentro da massa polimérica, formando

um gel

2o Estágio: Solubilização

A entrada de mais solvente leva à desintegração do gel e formação de uma

solução verdadeira

Polímero

sólido

Solvente

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

3/ cmcalV

HDEC

Densidade de

Energia Coesiva

Parâmetro de Solubilidade

Para ocorrer a solubilidade:

0

G

STHG

Como a entropia sempre aumenta neste processo, a variação de entalpia

deve ser a menor possível para ocorrer a solubilização

DECV

H

Para que haja solubilização, a diferença (em módulo) entre o parâmetro de

solubilidade do polímero e do solvente |δ1-δ2| deve ser a menor possível

Parâmetro de Solubilidade

21

321

21 )(cal/cm7,1

Parâmetro de Solubilidade

Generalizado O parâmetro de solubilidade (δ) é formado pelo somatório de

várias forças presentes na molécula:

Forças de dispersão (δd)

Forças de hidrogênio (δh)

Interações dipolo-dipolo (δp)

222

phd

Para que um líquido com coordenadas (δd,δh, eδp) 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:

222 )()()( m

p

m

h

m

d

m

Kddd

m

d ...3,32,21,1

Khhh

m

h ...3,32,21,1

Kppp

m

p ...3,32,21,1

O tiner pode ser formulado para que cada coordenada do solvente

coincida com o volume de solubilidade do polímero

δd ≈ 7,3 – 8,3

A esfera de solubilidade pode ser simplificada para um círculo

(bidimensional) numa representação de δp vs. δh

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 (Pb3O4), 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 (SiO2) ou Al2O3. Melhoram as

características mecânicas da película e reduzem o custo.

Funcionais

Óxido cuproso (Cu2O): anti-incrustante

Pigmentos fosforecentes, fluorescentes, pérolados

Pigmentos

Brancos: TiO2, PbCO3, ZnO

Laranja: Fe2O3

Amarelo: ZnCrO4

Azul: Fe4[Fe(CN)6]3 Ferrocianeto de Ferro II, Azul da Prússia

Verde: Cr2O3

Inorgânicos

OrgânicosNaturais Sintéticos

Maior resistência à radiação UV Maior resistência química

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 CorrosãoNaCl: água do mar, água salobra, fluidos corpóreos

Cl- : age como catalisador de corrosão por pitesmecanismo de aeração diferencial – relacionada com quantidade de O2

Testes de corrosão acelerada: NaCl 3,5%

Névoa Salina (salt spray)

Envelhecimento

Whetherometer UV