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Minicursos CRQ-IV - 2010
polímeros na formulação de tintas
Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal
MECANISM
OS DE C
URA DE
TINTAS
MECANISM
OS DE C
URA DE
TINTAS
Princ
Princíípi
os B
pios Báá
sicos p
ara Fo
rma
sicos p
ara Fo
rmaçção d
e Filmes
ão de
Filmes
LUIZ ANTONIO PEREIRA MARTINHOSetembro 2010
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polímeros na formulação de tintas
Conselho Regional de Química IV Região (SP) – Apoio: Caixa Econômica Federal
AGENDA
FILME SOBRE TINTASFILME SOBRE TINTAS
DEFINIDEFINIÇÇÃO DE SECAGEM E CURAÃO DE SECAGEM E CURA
COMPONENTES DE UM FILME CURADOCOMPONENTES DE UM FILME CURADO
FORMAFORMAÇÇÃO DE UM FILME DE TINTAÃO DE UM FILME DE TINTA
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
FORMAS DE APROXIMAFORMAS DE APROXIMAÇÇÃOÃO1. Solidificação física de partículas2. Interação de cadeiais poliméricas
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AGENDA
MECANISMOS DE FORMAMECANISMOS DE FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
1. Secagem Física2. Autoxidativa & Secantes (Sintéticos base solvente e solúveis
em água).3. Reticulação (Amínicas & Isocianatos)4. Fotopolimerização ou cura por UV5. Coalescência (Dispersíveis em água -Latex)6. Fusão de Partículas - Tinta em pó
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DEFINI
DEFINIÇÇÃO DE SE
CAGEM E C
URA
ÃO DE SECAGEM
E CURA
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DEFINIDEFINIÇÇÃO DE SECAGEM E CURAÃO DE SECAGEM E CURA
SECAGEM:
1. Formação de um filme pela simples evaporação dos solventes do sistema, desde que não estejam presentes solventes ou thinners reativos, bem como outros agentes de cura.
CURA:
1. Reações químicas irreversíveis entre as resinas, conduzindo à uma polimerização.
2. Envolve processos de oxidação ou reações com agentes de cura (melamina,isocianato,secantes metálicos ou ácidos).
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COMPONENTES DE UM FIL
ME CURADO
COMPONENTES DE UM FIL
ME CURADO
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COMPONENTES DE UM FILME CURADOCOMPONENTES DE UM FILME CURADO
SUBSTRATO
PELÍCULA (FILME)PIGMENTOS
BINDER = LIGANTE(POLÍMEROS FORMADORES DO FILME)
Secagem ao toque viscosidade do filme = ~ 106 cPSecagem final viscosidade do filme = > 1010 cP
PARA H
AVER
CURA,
TEM QUE
EXISTI
R
A APRO
XIMÇÃO
DOS
COMPONEN
TES PO
LIMÉRI
COS
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FORMAFORMAÇÇÃO DE UM FIL
ME DE TINTA
ÃO DE UM FILME DE TI
NTA
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Etapas de formação:
-Aproximação dos componentes poliméricos
-Interação entre estes componentes poliméricos
FORMAFORMAÇÇÃO DE UM FILME DE TINTAÃO DE UM FILME DE TINTA
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PRINCIPI
OS B
PRINCIPI
OS BÁÁSICO
S PARA FORMA
SICOS PA
RA FORMAÇÇÃO DE FILMES
ÃO DE FILMES
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PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
A-) COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS POLÍMEROS
B-) FUNCIONALIDADE DOS POLÍMEROS FORMADORES DE FILME
C-) TIPO E GRAU DE POLIMERIZAÇÃO DOS FORMADORES DE FILME
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COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS POLÍMEROS
PERFORMANCE DO POLÍMEROPROPRIEDADES QUIMICASPROPRIEDADES FÍSICASINTEMPÉRIES
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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FUNCIONALIDADE
FUNCIONALIDADE
DOS POL
DOS POLÍÍMERO
S MERO
S
FORMADORES DE
FORMADORES DE
FILME
FILME
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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ForForçças
Prim
as Prim
áárias e
Secun
d
rias e S
ecundáá
riasrias
COMO AS MOLCOMO AS MOLÉÉCULAS OU CULAS OU ÁÁTOMOS PODEM SE ATRAIR? TOMOS PODEM SE ATRAIR?
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
TIPO E G
RAU DE
TIPO E G
RAU DE
POLIMERI
ZAÇÃO
POLIMERI
ZAÇÃO
DOS FORMADORES
DOS FORMADORES
DE FILME
DE FILME
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PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
TIPO E G
RAU DE
TIPO E G
RAU DE
POLIMERI
ZAÇÃO
POLIMERI
ZAÇÃO
DOS FORMADORES
DOS FORMADORES
DE FILME
DE FILME
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TIPO E G
RAU DE
TIPO E G
RAU DE
POLIMERI
ZAÇÃO
POLIMERI
ZAÇÃO
DOS FORMADORES
DOS FORMADORES
DE FILME
DE FILME
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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ForForçças de Valência Primas de Valência Primáárias rias
Ligações CovalentesCompartilhamento de elétrons
Cada átomo e/ou molécula estão fortemente ligados e são difíceis de se deformarem.
TIPO E G
RAU DE
TIPO E G
RAU DE
POLIMERI
ZAÇÃO
POLIMERI
ZAÇÃO
DOS FORMADORES
DOS FORMADORES
DE FILME
DE FILME
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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1. Forças de Valência Secundárias - Forças de Van der Waals - Momento Dipolo.2. Existência de uma interação mútua entre as moléculas apolares.3. Possuem um raio de ação muito curto, atuando apenas entre a superfície das moléculas.4. Movimento dos elétrons numa molécula apolar pode deixá-la, por um breve instante, com
distribuição de carga de parte positiva e parte negativa.5. Enquanto está polarizada, esta molécula pode atrair uma outra molécula de sua vizinhança com
força similar.
TIPO E GRAU DE POLIMERIZAÇÃO DOS FORMADORES DE FILMETIPO E GRAU DE POLIMERIZAÇÃO DOS FORMADORES DE FILME
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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FILMES CONVERSÍVEIS - Termofixos-Cadeias reticuladas com estrutura tridimensional
FILMES NÃO-CONVERSÍVEIS - Termoplásticos-Cadeias lineares e flexíveis
ligações primárias
ligações secundárias
TIPO E GRAU DE
TIPO E GRAU DE
POLIMERIZAÇÃO
POLIMERIZAÇÃO
DOS FORMADORES
DOS FORMADORES
DE FILME
DE FILME
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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TIPO E G
RAU DE
TIPO E G
RAU DE
POLIMERIZ
AÇÃO DOS
POLIMERIZ
AÇÃO DOS
FORMADORES DE
FORMADORES DE
FILME
FILME
PRINCPRINCÍÍPIOS BPIOS BÁÁSICOS PARA FORMASICOS PARA FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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FORMAS DE APROXIMA
FORMAS DE APROXIMAÇÇÃOÃO
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FORMAS DE APROXIMAFORMAS DE APROXIMAÇÇÃOÃO11--SolidificaSolidificaçção dos componentes atravão dos componentes atravéés da simples evaporas da simples evaporaçção dos solventesão dos solventes
FILME TERMOPLÁSTICOForças secundárias
Etapas de formação:1. Calor ou não2. Evaporação dos solventes3. Aproximação dos componentes poliméricos4. Solidificação física das partículas ou dos componentes poliméricos 5. Filme termoplástico
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Etapas de formação:1. Calor ou não2. Evaporação dos solventes3. Aproximação dos componentes poliméricos4. Interação entre estes componentes poliméricos5. Filme termofixo
22-- InteraInteraçção de Cadeias Polimão de Cadeias Polimééricasricas
Ligações primárias
FORMAS DE APROXIMAFORMAS DE APROXIMAÇÇÃOÃO
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MECANISM
OS DE FORMA
MECANISM
OS DE FORMAÇÇÃO ÃO
DE FILMES
DE FILMES
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1.1.FFÍÍSI
CA SIC
A –– EVAPORA
EVAPORAÇÇÃO DE S
OLVENTES
(LACAS
)
ÃO DE SOLVE
NTES (LA
CAS)
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Secagem física: Secagem de uma solução de polímero (resina) sem ocorrência de reação química. Somente através da evaporação dos solventes.
Principais características do filme:
Formação de um filme termoplástico solúvel em solventes compatíveis com osistema de resinas utilizado.
A secagem dependendo basicamente dos solventes envolvidos (leves ou pesados) e do ambiente.
Solventes ou thinners reativos não entram nesta classificação.
LACAS NITROCELULOSE
MECANISMOS DE FORMAMECANISMOS DE FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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2.2.AGEN
TES DE C
ROSSLINKIN
G & RET
ICULA
AGENTES
DE CROSSL
INKING &
RETICU
LAÇÇÃO
ÃO
(2 COMPONENTES
E/OU CU
RA
(2 COMPONENTES
E/OU CU
RA CURACURA ESTUFA)
ESTUFA)
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Polimerização com reticulantes: Reações químicas irreversíveis entre os polímeros do filme.
Principais características do filme:
Formação de filmes extremamente resistentes.
Filmes termofixos e insolúveis nos solventes do sistema original.
A secagem é rápida, por ser condicionada em estufa na maioria dos casos
Esmaltes baseados em melamina e isocianatos (PU)
MECANISMOS DE FORMAMECANISMOS DE FORMAÇÇÃO DE FILMESÃO DE FILMES
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AGENTES DE CROSSLINKING - RETICULAÇÃO
CADEIASEM CROSSLINK
•RESINAS AMÍNICAS
•ISOCIANATOS / POLIURETANOS
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REAÇÃO GERAL DE CROSSLINK DE RESINAS AMÍNICAS
CH2O R
NResinaAmínica
+
ResinaHidroxilada
CH
OH
H+
> 130ºC
Poliéter
N
CH2
ResinaAmínica
CH
OResina
HidroxiladaLigação
Éter
+
Álcool
ROH
Evapora
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REAREAÇÇÃO DE AUTOÃO DE AUTO--CONDENSACONDENSAÇÇÃOÃON
N N
N
N
NCH2OC4H9
CH2OH
H
HOCH2
HO CH2
CH2OC4H9
N
N N
N
N
NH
H
H9C4OCH2CH2OC4H9
CH2O H
HO CH2
N
N N
N
N
NH
HO CH2
H9C4OCH2
H
CH2O H
CH2O H
N
N N
N
N
NH
HCH2OH
CH2OH
H
H9C4OCH2
N
N N
N
N
NH CH2OC4H9
CH2 OHH9C4OCH2
H9C4OCH2 CH2OC4H9
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Isocianato N C O+
CH
OHResina
Hidroxilada
Ambiente
Temperatura
Poliuretanos
Isocianato N C O
H
CH
OResina
Hidroxilada
Ligação Uretano
REAÇÃO GERAL DE CROSSLINK DE ISOCIANATOS
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R – N - C – BL
H
O
R – NCO + BL - H
R – NCO + R´ - OH R – N - C – O – R`
H
O
BL = AGENTE BLOQUEADOR
REAÇÃO GERAL DE CROSSLINK DE ISOCIANATOS BLOQUEADOS
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SOLÚVEIS EM ÁGUA- CURA ESTUFA
APÓS A APLICAÇÃO 1° FASE DE SECAGEM 2° FASE DE SECAGEM
lCH2lO - H
H – Ol
lCH2lO......H
H.......O l
lCH2 lO + H2Ol
ALQUÍDICA MELAMINA MOLÉCULA DE RESINA
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3.3.AUTOXIDATIVA & SECANTES (ESMALTES SINT
AUTOXIDATIVA & SECANTES (ESMALTES SINTÉÉTICOS)
TICOS)
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Etapas de formação:Calor ou nãoEvaporação dos solventesAproximação dos componentes poliméricosInteração entre estes componentes poliméricos através da ação das duplas ligações provenientes das moléculas dos óleos que compõem as resinas da tinta e/ou ação de secantes. Filme termofixo??
Autoxidativa e/ou secantes
Autoxidativa e/ou secantesIncidência de calor ou não
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Oxidação: Solidificação do filme pela reação da resina com oxigênio e/ou auxílio de secantes metálicos.
Através da ação das duplas ligações provenientes das moléculas dos óleos que compõem as resinas da tinta.
Considera-se um tipo de polimerização.
Principais características do filme:
Formação de filmes com tonalidade amarelada em função da oxidação e asecagem é lenta, porém pode ser acelerada em estufa ou auxiliada comsecantes metálicos.
ESMALTES SINTÉTICOS DE SECAGEM AO AR BASE SOLVENTE OU SOLÚVEL EM ÁGUA.
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SOLÚVEIS EM ÁGUA
Vantagens:(1)Fórmulas simples(2)Fácil manufatura(3)Filme com boa continuidade(4)Bom brilho com alto P/B(5)Boa estabilidade
Limitações:(1)Pobre resistência a água
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SOLÚVEIS EM ÁGUA - CURA AO AR ATRAVÉS DAS INSATURAÇÕES
APÓS A APLICAÇÃO 1° FASE DE SECAGEM 2° FASE DE SECAGEM
O2
lOOH l
O + H2Ol
R - CH = CH – CH2 – CH = CH - R’
O2
R - CH = CH – CH – CH = CH - R’lOOH
R - CH = CH – CH2 – CH = CH - R
R - CH = CH – CH – CH = CH - R’lO + H20l
R - CH = CH – CH – CH = CH - R’
Hidroperóxidos formados iniciam a polimerizaçãoque resulta na formação do revestimento
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4.4.FUSÃO
DE PA
RT
FUSÃO DE
PARTÍÍCU
LAS (TINTA
EM P
CULAS (TINTA
EM PÓÓ))
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Fusão das
Partículas
Fundir= tornar-se líquido, liquefazer, derreter,unir, juntar.
Etapas de formação:1. Aproximação das partículas como conseqüência da própria aplicação2. Calor3. Fusão dos componentes poliméricos4. Filme termofixo
Substrato Substrato
Tinta em Pó
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DESVANTAGENS
Dificuldade de ajuste de cor na produção de um lote Dificuldade de troca de cor durante a aplicação.Acabamento (aspecto) tinta em pó é deficiente para certas finalidades (automotivo)Pintura de partes internas de um objeto.Liquida -> imersão
Pintura de substratos não metálicosMadeira, plásticos, etc.
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Tinta em Pó
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VANTAGENS
Não emitem solventes após aplicação Processos de aplicação simplesRedução considerável do risco de incêndioRedução do custo do seguroNão necessidade de investimentosControle de poluição ambiental.
Tinta em Pó
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5.5.COALE
SCÊNCIA
(BASE
COALESCÊ
NCIA (BA
SE ÁÁGUA
LATEX
)
GUA LA
TEX)
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SOLÚ
VEIS
EM Á
GUA
E
DISP
ERSÍ
VEIS
EM Á
GUA
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Coalescê
ncia das
Partícu
las
Substrato
RESINA EM EMULSÃO
1
ÁGUA + SOLVENTESADITIVOS
Substrato
EVAPORAÇÃO DA ÁGUA E SOLVENTES, COM A APROXIMAÇÃO
DAS PARTÍCULAS DE RESINA
2
Substrato
COALESCÊNCIA (“FUSÃO”) DAS PARTÍCULAS DE RESINA FORMANDO O FILME FINAL
3
Dispersíveis em água - Latex
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6.6.INICIA
DORES & F
OTOPOLIMERIZ
A
INICIADORES
& FOTOPOLIM
ERIZAÇÇÃO (TI
NTAS UV)
ÃO (TINTAS U
V)
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FotopolimerizaFotopolimerizaççãoão
Etapas de formação:1. Incidência UV 2. Clivagem dos foto-iniciadores3. Aproximação dos componentes
poliméricos4. Interação entre estes componentes
poliméricos5. Filme termofixo
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SISTEMA UV BASE ÁGUA
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1. FÍSICA – EVAPORAÇÃO DE SOLVENTES (LACAS)
2. AUTOXIDATIVA & SECANTES (ESMALTES SINTÉTICOS)
3. AGENTES DE CROSSLINKING & RETICULAÇÃO (2 COMPONENTES E/OU CURA CURA ESTUFA)
4. INICIADORES & FOTOPOLIMERIZAÇÃO (TINTAS UV)
5. COALESCÊNCIA (BASE ÁGUA LATEX)
6. FUSÃO DE PARTÍCULAS (TINTA EM PÓ)
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