Características e Propriedades Gerais de Escoamentos Turbulentos: ´Aspectos Qualitativos´
Tintas, Propriedades e Características
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TINTAS
E E
VERNIZES
Existem desde a pré-história
Têm função estética e protetora (mais recente)
Desafio atual:
Redução do impacto ambiental, gerando uma grande inovaçãonos produtos
Introdução
nos produtos
Produção de tintas “amigáveis”
Menor teor de VOC (Volatile Organic Compound) ou COV
Baixo odor, redução de solventes aromáticos
Menor teor de sólidos
Substituição por emulsões – produtos de base aquosa
Combinação das funções
Decoração
Proteção da base (durabilidade dos substratos)
Impede corrosão de metais
Reduz absorção de água de argamassas e a sua lixiviação
Funções básicas dos sistemas de pintura
Reduz absorção de água de argamassas e a sua lixiviação
Reduz absorção de água de madeiras
Funções especiaisHigiene
Retardar chama
Reduzir reflexão da radiação térmica - conforto térmico
Sinalização - a mais importante é a viária
Segurança do trabalho
Identificação de tubulações
Veículo
Resina, não volátil
Solvente, volátil
Aditivos
Constituintes básicos
AditivosPigmentosAditivos
Figura 1 - Composição genérica de tinta do mercado – Fonte: Gnecco, 2007
Fração não volátil
Aglutinante das partículas de pigmento
Características relacionadas com a resina:
Propriedades mecânicas- tração, elasticidade
Resina
Permeabilidade
Resistência ao intemperismo – radiação UV, água, poluentes
Resistência química – alcalinidade da argamassa
Aderência
Partículas finas – entre 0,1 µm e 5 µm praticamenteinsolúveis no meio onde estão dispersos
Orgânicos – podem ou não apresentar solubilidade
Solúveis: possuem alto poder de tingimento, são mais caros emais tóxicos - também chamados corantes
Pigmentos
Inorgânicos – influem no aspecto da pintura como cor, texturaInertes ou cargas – funções: enchimento, textura, resistência à abrasão
(carbonato de cálcio, talco)
Ativos - funções:
Promover cor: dióxido de titânio,
Propriedade anticorrosiva: zarcão, cromato de zinco
Reflexivos: alta reflexão na região do infravermelho – esferas devidro
É volátil, por isso chamado de veículo volátil
Não fazem parte da pintura após a sua secagem e cura
O teor é corrigido conforme a necessidade momentos antesda aplicação. Varia conforme a absorção (porosidade) erugosidade do substrato
Solvente
rugosidade do substrato
Ex.: Tinta látex (emulsão aquosa): tem como solvente a água
Funções básicas:
Dissolver a resina – esmaltes, a óleo, epoxi
Conferir viscosidade adequada para aplicação
Influir na secagem
Composição de diferentes naturezas químicas
Hidrocarbonetos alifáticos - aguarrás
Hidrocarbonetos aromáticos – xileno e tolueno
Glicóis: butil glicol, acetato de etilglicol
Cetonas: metil etil cetona (MEK), ciclohexanona
Solventes
Cetonas: metil etil cetona (MEK), ciclohexanona
Álcoois: isopropílico, butílico, etílico
Substâncias adicionadas em pequenas proporções na tinta –entre 0,1% a 2%
Proporciona funções específicas
Biocidas: fungicidas, bactericidas, algicidas – ação contramicrorganismos biológicos
Aditivos
microrganismos biológicos
Reológicos: estabilizar emulsões - manter os pigmentos emsuspensão, facilitar a aplicação
Agentes dispersantes: tensoativos – facilitam a produção
Secantes: aceleram a secagem de tintas alquídicas
Antibolhas, antinatas
Formulação
� Proporcionamento de matérias-primas para obter propriedades desejadas
� Formulação: envolve elevado número de matérias primas – aproximadamente 15 substâncias primas – aproximadamente 15 substâncias diferentes
� O conhecimento da formulação permite prever algumas propriedades, mas mesmo assim é necessária a realização de ensaios de desempenho
Fração volumétrica de pigmentos (PVC)
� PVC: parâmetro mais utilizado para descrever o proporcionamento da composicão da tinta - termo em inglês de Pigment Volume Concentration
� CPVC: região crítica onde observa-se uma � CPVC: região crítica onde observa-se uma elevada mudança nas propriedades da película como porosidade, flexibilidade, resistência aos agentes agressivos - termo em inglês de Critical
Pigment Volume Concentration
100xVvVp
VpPVC
+=
Vp = volume de pigmentoVv = volume de veículo sólido (não volátil)
Efeito do PVC nas propriedades da pintura
Figura 2 - Ilustra, qualitativamente, as mudanças de propriedades conforme a variação da fração volumétrica de pigmentos, PVC – Fonte: Ciullo, 2003
Fração volumétrica de pigmentos (PVC)
Tipo de acabamento PVC (%)
Alto brilho 10 a 15
Semibrilho 15 a 30
Quadro 1 – Aspecto do acabamento da pintura em função da fração volumétrica de pigmentos, do PVC
Semibrilho 15 a 30
Acetinado 30 a 35
Fosco 35 a 45
Constituintes básicos
Figura 3 – Composição genérica de vários tipos de tinta – Fonte: Gnecco et al, 2007*VOC – composto orgânico volátil
Fotos por MEV – aumento de 10.000xs
Figura 4 – Aspecto da superfície de pintura obtida com tinta de baixo PVC , acabamento semibrilho
Figura 5 – Aspecto da superfície de pintura obtida com tinta de alto PVC , acabamento fosco
Processo de fabricação
Figura 6 – Processo de fabricação das tintas (adaptado de Silva, 2005)
Tipos de sistemas de pintura
� Fundo: produto destinado à primeira demão ou mais demãos sobre a superfície e funciona como uma ponte entre o substrato e a tinta de acabamento��Selador: aplicação em materiais porosos – argamassa e
madeira
�Primer: proteção anticorrosiva de metais e algumas vezes para madeira
�Washprimer: aumentar a aderência de metais não ferrosos
�Fundo preparador: promover a coesão de partículas soltas –pintura calcinada, argamassa sem coesão, gesso
Tipos de sistemas de pintura
� Massa: correção de irregularidades da superfície já selada – produto pastoso e com elevado teor de cargas
� Tinta de acabamento: fornecer as propriedades Tinta de acabamento: fornecer as propriedades necessárias para o fim a que se destina, inclusive tonalidade – parte visível do sistema de pintura
Constituintes dos sistemas de pintura
Figura 7 – Principais constituintes dos sistemas de pintura
Principais tintas e vernizes - USO
Substratos minerais porosos: concreto, reboco, argamassa, cerâmica, gesso�Látex (PVA, acrílico, texturas)
�Esmalte sintético (alquídica)
�Tinta epóxi�Tinta epóxi
�Tintas base de cal (caiação), de cimento
�Tinta de base de silicatos alcalinos (sódio, potássio) – Selador para materiais porosos como argamassa
�Verniz – acrílico (base água e solvente), poliuretânico mono componente e bicomponente (base água e solvente), epoxi (base água e solvente) *
�Silicones – silanos e siloxanos
*geralmente usado em manutenção industrial
Principais tintas e vernizes - USO
Madeira e derivados�À óleo
�Esmalte sintético (alquídica), base solvente e base água
�Impregnante (stains), base solvente e base água
��Verniz sintético, poliuretânico mono componente e com filtro solar e poliuretânico bicomponente com filtro solar
PVC�À óleo
�Esmalte sintético (alquídica), base solvente e base água
Principais tintas e vernizes - USO
Substratos Metálicos, ferrosos e não ferrosos�À óleo
�Esmalte sintético (alquídica), base solvente e base água
�Esmalte sintético (alquídica), base solvente e base água, dupla açãodupla ação
�Epóxi, base solvente e base água
Sistemas base água
Acrílicos e vinílicos�Dispersão aquosa contendo resina (emulsão), conhecidos
no mercado como látex, pigmentos como o dióxido de titânio e/ou outros pigmentos coloridos, cargas e aditivos
�Resina�Resina�acrílica (ácido metacrílico e o metacrilato de metila
copolimerizado com acrilato de etila ou butila)
�PVA (copolímeros de acetato de vinila com maleato de dibutila, fumarato de butila, versatato de butila)
�Tipos de acabamentos: o semibrilho, o acetinado e o fosco
�São mais permeáveis a água do que os esmaltes sintéticos
Mecanismo de formação de filme a base de dispersão aquosa
Sol. Látex
teor de sólido 20-50 % (massa)
Estágio I
Evaporação de água
Sol. Látex
teor de sólido 20-50 % (massa)
Estágio I
Evaporação de água
Estágio III
Estágio II
Coalescência
Empacotamento e deformação
das partículas
Formação de filme rígidoCura T> Tg
Deformação de partículasT≥≥≥≥TMFF
Estágio III
Estágio II
Coalescência
Empacotamento e deformação
das partículas
Formação de filme rígidoCura T> Tg
Deformação de partículasT≥≥≥≥TMFF T: temperaturaTMFF: Temperatura mínima de formação de filmeTg: Temperatura de transição vítrea
Figura 8 – Estágios da formação de um filme à base de dispersão aquosa (látex) (Uemoto, 1998)
Sistemas alquídicos
�São constituídos por resinas alquídicas, pigmentos orgânicos e inorgânicos ativos, cargas minerais inertes, secantes organo-metálicos (sais metálicos), aditivos e solventes como os hidrocarbonetos alifáticos�A resina mais comum é formada pelo glicerol (álcool �A resina mais comum é formada pelo glicerol (álcool
polihídrico) com anidrido ftálico (ácido polibásico) - são provenientes de poliésteres, resultantes de reações químicas entre polialcóois e ácidos graxos ou óleos.
�A combinação dos diferentes ingredientes controla a reação de polimerização, influenciando nas propriedades do produto final.
�Geralmente são fornecidas com solventes, e os produtos obtidos com esses polímeros formam película pela reação com o oxigênio (oxidação) do ar durante a exposição.
Sistemas bicomponentes - Resina epóxi e poliuretana
�Resinas epóxi
��Resinas poliuretanas
Sistemas bicomponentes - Resina epóxi e poliuretana
�Tempo de vida útil (pot life): característica de tintas bicomponentes, que significa o tempo útil para a aplicação destas resinas, após a mistura dos dois componentes (bicomponentes)
��Ambas resinas possuem produtos de base aquosa ou base solvente
�São produtos mais impermeáveis a água e ao vapor de água do que esmalte sintético
Tintas epoxi bicomponente
S O L V E N T ES O L V E N T E
R E S I N A R E S I N A
E P O X IE P O X I
P I G M E N T O
C O M P O N E N T EC O M P O N E N T E A( B a s e p i g m e n t a d a )
Figura 9 – Componente A é a resina epóxi e componente B é o agente de cura (Fonte: Gnecco, 2007).
P I G M E N T O
S O L V E N T ES O L V E N T E
A G E N T E A G E N T E
D E C U R AD E C U R A
C O M P O N E N T EC O M P O N E N T E B“ ( c a t a l i s a d o r ) ”
Tintas epoxi bicomponente
Um excesso de componente B torna a película dura e quebradiça, ao passo que um excesso de componente A torna a película mole e pegajosa
Figura 10 – Mistura de tinta epóxi bicomponente (Fonte: Gnecco, 2007)
++
++
Mistura correta
Mistura incorreta
� Conhecidos no mercado como stain, são absorvidos pela madeira, saturando-se parcial ou totalmente as fibras superficiais. � Alguns produtos contêm hidrorepelente na
Impregnantes para madeira
� Alguns produtos contêm hidrorepelente na formulação, como parafinas e ceras. � Este tipo de produto pode ser encontrado nos acabamentos transparente ou semitransparente, sem a formação de barreira de proteção. O produto no acabamento semitransparente contêm baixos teores de pigmentos inorgânicos.
Impacto ambiental das tintas
� Tintas e produtos para pintura: podem conter substâncias/elementos potencialmente tóxicos que causam efeitos na saúde dos seres vivos e impactos no ambiente.impactos no ambiente.� VOC � Metais pesados� Biocidas
Impacto ambiental das tintas - VOC
� VOC � Termo em inglês de Volatile Organic Compound e em
português de Composto Orgânico Volátil (COV)� Composto orgânico volátil que participa de reações
fotoquímicas na atmosfera (ASTM D 3960-05)fotoquímicas na atmosfera (ASTM D 3960-05)� São emitidos à atmosfera pelas tintas, principalmente as
de base solvente, como a tinta a óleo, o esmalte sintético e em solventes como a aguarrás e thinner
� Composição: hidrocarbonetos aromáticos e alifáticos, hidrocarbonetos contendo halogênio, cetonas, ésteres, álcoois
� Ocorrência: durante as operações de pintura e secagem da tinta
Impacto ambiental das tintas - VOC
� Efeitos
� Afetam a saúde do trabalhador, resultando em problemas de saúde ocupacional e prejuízos na sua produtividade
� Problemas respiratórios, irritação e obstrução nasal, � Problemas respiratórios, irritação e obstrução nasal, desidratação e irritação da pele, problemas na garganta e nos olhos, dor de cabeça e cansaço, levando à perda da concentração
Impacto ambiental das tintas - VOC
� Emissão de VOC em ambiente externo�Função da composição química dos solventes, produzindo
diferentes teores de ozônio - reatividade fotoquímica
�Ozônio troposférico: combinação de hidrocarbonetos (VOCs), óxidos de nitrogênio, radiação UV e calor (VOCs), óxidos de nitrogênio, radiação UV e calor
�Ozônio: um dos principais integrantes da névoa fotoquímica urbana - conhecida popularmente por smog (BREZINSKI, 1995)
Impacto ambiental das tintas - VOC
� Emissão de VOC em ambiente interno fechado�Ocorrência de problemas característicos de SED (Síndrome
de Edifícios Doentes)
�Sintomas mais comuns: irritação e obstrução nasal, desidratação e irritação da pele, problemas na garganta e desidratação e irritação da pele, problemas na garganta e nos olhos, dor de cabeça e cansaço, perda da concentração
Impacto ambiental das tintas – Metais pesados
� Pigmentos nocivos à saúde: antimônio, cádmio, cromo hexavalente, chumbo e mercúrio
� Presença em tintas de secagem ao ar e em fundos preparadores (primer)
�Podem causar problemas de saúde ocupacional aos �Podem causar problemas de saúde ocupacional aos trabalhadores na fase de aplicação da pintura e como material de descarte e entulhos (resíduo) da construção civil.
� Origens: �Aditivos secativos
�Pigmentos coloridos, geralmente nas cores vermelhas, amarelas, laranjas e verdes
�Pigmentos anticorrosivos em fundos preparadores
Impacto ambiental das tintas- biocidas
� Biocidas: aditivos que servem para preservar a tinta, na forma líquida ou como película de pintura
� Efeitos: a ação de agentes biológicos, como as bactérias, os fungos e as algasbactérias, os fungos e as algas
� São susceptíveis à lixiviação por água� Os produtos de base mercurial estão sendo
substituídos por produtos menos tóxicos - menor impacto ambiental
Diretrizes para a especificação de sistemas de pintura
� Execução de pintura: deve ser considerada desde a fase da definição do projeto. � Exemplo: os detalhes de projeto influem durabilidade da
pintura, principalmente em fachada externa de edifícios
� Fatores que determinam a escolha:� Fatores que determinam a escolha:
As condições do meio onde será exposta a superfície a ser pintada - grau de agressividade da atmosfera local, condições climáticas, o uso a que se destina a edificação, a natureza do substrato se alvenaria, madeira, gesso
Durabilidade da tinta
� Resultado da interação entre o material e o ambiente que o cerca, incluindo aspectos de microclima
� Agentes de degradação: radiação solar, fatores climáticos, agentes biológicos, agentes poluentes, climáticos, agentes biológicos, agentes poluentes, etc.
� Fatores influentes:�Tinta, características do substrato
�condições do meio ambiente
�uso
Durabilidade
� Previsão de vida útil �Determinação das propriedades antes e após
envelhecimento sob condições de uso simuladas
�Natural: ensaio de longa duração. Exposição do material em Estações de Envelhecimento Natural -material em Estações de Envelhecimento Natural -pode-se assegurar uma degradação mais próxima à do real
�Acelerado: realizados em laboratório sob condições de uso simuladas em câmaras. É possível controlar a intensidade dos fatores de intemperismo, gerando resultados experimentais reprodutíveis
Durabilidade - degradação
� Durabilidade: função do tipo de polímero, da sua formulação, microestrutura, composição química dos pigmentos, tipo de acabamento, aditivos presentes
� Degradação do material polimérico – ruptura de ligações na cadeia principal e redução de massa ligações na cadeia principal e redução de massa molecular
� Degradação da película – alteração de propriedades físico-químicas e mecânicas como coloração, brilho, manchas brancas ou escuras, pulverulência, fissuras, aumento de porosidade, perda da flexibilidade
Durabilidade - degradação
� Luz: efeitos da radiação solar (λ entre 290 a 3.000nm), principalmente a ultravioleta (UV) (λentre 280-400nm) que provoca as reações fotoquímicas. � Quanto menor o λ maior é a energia absorvida e
maior potencial de ruptura de ligações químicas. O material se torna quebradiço, há alteração de cor
� Calor: a temperatura varia conforme a localidade, estação do ano e efeitos como chuva ou neve
Durabilidade - degradação
� Umidade: efeitos de água sob a forma líquida ou vapor como a de condensação, de chuva, do orvalho etc. É ela que fornece meios para a ocorrência da degradação
� Efeitos cíclicos: a absorção e desorção de umidade no substrato podem causar fenômenos de expansão e retração volumétrica e de concentração de tensões dentro de um material
Ensaios normalizados na tinta líquida
Propriedades Métodos
Massa específica NBR15382-06
Teor de sólidos NBR15315-05
Teor de sólidos, resina e pigmentos ASTM C 3723- 99
Identificação da resina por IV ASTM D 3677
Poder de cobertura úmida NBR14943-03
Tempo de secagem (medida instrumental) NBR15311-05
Quadro 5 – Ensaios em tinta líquida (ABNT, 2005)
Ensaios normalizados na película seca
Propriedades Métodos
Cor e diferença de cor NBR15077-04Brilho NBR15299-05Grau de empolamento NBR15381-06Grau de craqueamento NBR14945-03
Quadro 6 – Ensaios na película seca para avaliação de desempenho ao longo do tempo –durabilidade (ABNT, 2004)
Grau de craqueamento NBR14945-03Grau de calcinação NBR15302-05Crescimento de fungos em placas de Petri NBR14941-03Crescimento de fungos em câmara tropical NBR15301-05Envelhecimento acelerado (UV/condensação de água) NBR15380-06Intemperismo natural (Exposição em estações) Proj. 02:115.29-029
Ensaios normalizados na película seca
Propriedades Métodos
Manchamento por água NBR15304-05Poder de cobertura seca NBR14942-03Abrasão úmida sem pasta abrasiva NBR15078-04Abrasão com pasta abrasiva NBR14940-03
Quadro 7 – Ensaios na película seca para avaliação de desempenho (ABNT, 2004)
Abrasão com pasta abrasiva NBR14940-03Dureza König NBR14946-03Porosidade em película NBR14944-03Permeabilidade ao vapor de água Proj. 02:115.29-017 (1)Tração e alongamento Proj. 02:115.29-041 (1)Resistência a produtos químicos Proj. 02:115.29-026 (1)
(1) Projeto de norma
Requisitos mínimos para tinta látex econômica nas cores claras – Especificação
Métodos de ensaios Requisitos mínimos
NBR14942-03: Poder de cobertura detinta seca
≥ 4,0 m2/l
Quadro 8 – Critérios usados para a verificação da conformidade de tinta látex econômica nas cores claras – NBR 15079 (ABNT, 2004)
tinta seca
NBR14943-03: Poder de cobertura detinta úmida
Razão de contraste
≥ 55%
NBR15078-04: Resistência à abrasãoúmida sem pasta abrasiva
≥ 100 ciclos
Requisitos mínimos para tinta látex nas cores claras – Especificação (em consulta pública)
Requisitos Método
de ensaio
Econômica Standard
Fosca
Premium
Fosca
Cobertura seca
m²/L
NBR 14942 4,0 5,0 6,0
Cobertura úmida
%
NBR 14943 55,0 85,0 90,0
Quadro 9 – Critérios usados para a verificação da conformidade de tinta látex nas cores claras – Projeto 02:115.29-051 (ABNT, 2007)
%
Abrasão úmida s/ pasta abrasiva
Ciclos
NBR 15078 100 - -
Abrasão úmida c/ pasta abrasiva
Ciclos
NBR 14940 - 40 100
Ensaios normalizados para massa niveladora
Propriedades Métodos
Absorção de água NBR15303-05
Quadro 10 – Ensaios para massas niveladoras monocomponentes à base de dispersão aquosa
Resistência à abrasão NBR15312-05
Requisitos mínimos para massas niveladoras interior e exterior – Especificação
Métodos de
ensaios
Interior Interior/Exterior
NBR15312-05: massa desbastada após (48 ± 1) h massa desbastada após (48 ± 1) h
Quadro 11 – Critérios usados para a verificação da conformidade de massas niveladoras –NBR 15348-06 (ABNT, 2006)
NBR15312-05:Resistência à abrasão
massa desbastada após (48 ± 1) h de secagem: ≥ 10g
massa desbastada após (48 ± 1) h de secagem: ≥ 10g
NBR15303-05: Absorção de água
massa desbastada após (24 ± 1) h de secagem: ≥ 5g
massa desbastada após (24 ± 1) h de secagem: ≥ 5g