Tecnologia de tintas e coberturas industriais

Palestra proferida aos alunos de Química- UNIFRA

Maio 2011

1.Introdução 2. Termos usados na indústria das tintas

◦ 2.1.Definições 3.Constituintes das tintas

◦ 3.1.Pigmentos inorgânicos◦ 3.2.Aglutinantes◦ 3.3.Solventes◦ 3.4.Aditivos

4. Formulações de tintas 5. Manufatura de tintas 6. Classificação e tipos de tintas

Sumário

A palavra tinta abrange uma grande variedade de revestimentos decorativos e de proteção que são utilizadas para conferir um elevado grau de proteção à obras de engenharia, construções e outros materiais.

1.Introdução

A gama de substratos aos quais as tintas são aplicadas inclui uma vasta gama de materiais como metais, madeira, gesso, cimento, concreto, papel, couro e similares.

1.Introdução

Os revestimentos protetores mais comumente utilizados em residências e na indústria são dos mais diversos materiais, tais como lacas ou vernizes, soluções de resina plástica, líquidos pigmentados, pós metálicos, gomas-laca e corantes.

1.Introdução

O setor de tintas e revestimentos é dividido em dois setores distintos, arquitetônico e industrial.

1.Introdução

Revestimentos arquitetônicos incluem tintas residenciais internas e extenas, primers, seladores, vernizes e corantes.

1.Introdução

Revestimentos industriais incluem tintas automotivas, revestimentos de latas, acabamento de móveis e tintas para sinalização de estradas.

1.Introdução

Aglutinante; Calcinação; Rachadura; Revestimento; Craquelamento; Secante; Óleo de Secagem; Esmalte; Extender; Enchimento; Esmalte Vítreo; Poder de cobertura; Verniz japonês; Laca-verniz;

2.Termos usados na indústria de tintas

Laca Tinta Pigmento Primer Tinta de impressão Massa de vidraceiro Selador Goma-laca Corante Diluente Poder de Tingimento Toner Verniz Veículo

2.Termos usados na indústria de tintas

Aglutinante (binder): Um componente de resina ou formador de resina de uma tinta que une as partículas de pigmento e prende-os na superfície.

2.1.Definições

Calcinação. Falha na pintura caracterizada por uma camada de pigmento solto sobre a superfície de uma película exposta ao clima. Calcinação é muitas vezes uma falha desejável devido à sua ação de auto-limpeza.

2.1.Definições

Rachaduras: Ligeiras quebra finas na superfície de um filme que não se estendem ao substrato e que são visíveis a olho nu.

2.1.Definições

Revestimento. Um termo genérico para tintas, vernizes, esmaltes, etc.

Também é uma composição líquida, que é convertida em uma película protetora sólida aderente, decorativa ou funcional após a aplicação como uma camada fina.

2.1.Definições

Craquelamento: Quebras que se estendem desde a superfície do filme ao substrato subjacente.

2.1.Definições

Secante: Uma composição que acelera a secagem da tinta a óleo, tinta de impressão, ou verniz. 

Secantes industriais são geralmente compostos metálicos e estão disponíveis em ambas as formas sólida e líquida.

2.1.Definições

Óleo Secante. Um óleo que possui, em grau acentuado, a propriedade de fácil acesso ao oxigênio do ar e que altera-se para uma substância relativamente rígida, dura, elástica quando exposta ao ar.

2.1.Definições

Esmalte (enamel): Uma tinta que se caracteriza por uma capacidade de formar um filme especialmente bom.

2.1.Definições

Extender. Um pigmento de carbonato ou silicato que tem pouco poder de cobertura, mas que está incluído nas tintas para outros fins úteis, por exemplo, redução, diluição da cor, ou controle de reologia. É geralmente considerado quimicamente inerte.

2.1.Definições

Enchimento: Uma composição pigmentada para o preenchimento dos poros ou irregularidades na superfície, preparatória para a aplicação de outros acabamentos.

2.1.Definições

Esmalte Vítreo (glaze): Uma camada muito fina de um produto de pintura, geralmente um revestimento semitransparente tingido com pigmentos, aplicado sobre uma superfície previamente pintada para produzir um efeito decorativo.

2.1.Definições

Poder de cobertura: A capacidade que uma tinta tem de obscurecer a cor de base varia de acordo com os pigmentos.

2.1.Definições

Verniz Japonês (japan): Um verniz que produz um filme rígido, brilhante e de cor escura. Geralmente são secos por cozimento a temperaturas relativamente elevadas.

2.1.Definições

Laca-verniz (lacquer): Uma composição de revestimento que é baseada em material termoplástico sintético formador de película dissolvido em solventes orgânicos, que seca principalmente pela evaporação do solvente. À base de nitrocelulose, outros derivados da celulose, resinas vinílicas, resinas acrílicas, e assim por diante.

2.1.Definições

Laca (lake): Um tipo especial de pigmento orgânico constituído essencialmente de um corante orgânico solúvel combinado, mais ou menos definitivamente com base inorgânica ou transportadora. É caracterizada geralmente por uma cor brilhante e uma translucidez mais ou menos acentuada quando aplicada em uma pintura a óleo.

2.1.Definições

Tinta. Uma classificação, por vezes, utilizada para distinguir revestimentos de óleos de secagem pigmentados (tintas) feitos de esmaltes sintéticos e laca-verniz.

2.1.Definições

Pigmento. As finas partículas sólidas utilizadas na preparação de tintas ou tintas de impressão e substancialmente insolúveis no veículo.

2.1.Definições

Primer: A primeira das duas ou mais camadas de tinta, verniz ou laca.

2.1.Definições

Tinta de impressão. Um líquido colorido ou pigmentado (ou composição de cola) que seca e forma um filme sólido após a aplicação de uma fina camada por máquinas de impressão.

2.1.Definições

Massa de vidraceiro. Uma massa de material consistindo de pigmento e veículo, utilizado para vedação de vidro em caixilhos e para preencher imperfeições em madeira ou em superfícies metálicas.

2.1.Definições

Selador (sealer): Uma composição líquida que evita a absorção excessiva de camadas de acabamento em superfícies porosas. 

É também uma composição que previne infiltrações.

2.1.Definições

Goma-laca (shellac): Resina laranja, que é uma secreção de besouro da laca encontrado em grandes quantidades na Índia e na Indochina. É normalmente dissolvido em álcool etílico desnaturado.

2.1.Definições

Corante (stain): Uma composição penetrante que muda a cor de uma superfície, geralmente transparente, deixando praticamente nenhum filme na superfície.

2.1.Definições

Diluente (thinner): Um solvente hidrocarboneto utilizado para reduzir a viscosidade de tintas a uma consistência de trabalho adequada, geralmente apenas antes da aplicação.

2.1.Definições

Poder de Tingimento. A capacidade relativa de um pigmento para dar cor a uma base branca.

2.1.Definições

Toner: Um corante orgânico, que não contêm pigmentos inorgânicos ou uma base inorgânica de transporte, e é insolúvel em sua forma pura.

2.1.Definições

Verniz: Uma composição líquida que é convertida em uma película sólido transparente ou translúcida após a aplicação de uma camada fina.

2.1.Definições

Veículo: A porção líquida de uma tinta ou tinta de impressão. Tudo o que é dissolvido na parte líquida de uma tinta ou tinta de impressão é uma parte do veículo. É composto de um aglutinante e um diluente.

2.1.Definições

3.Constituintes das tintas◦ 3.1.Pigmentos inorgânicos◦ 3.2.Aglutinantes◦ 3.3.Solventes◦ 3.4.Aditivos

Sumário

Todas as tintas têm composição semelhante.

Elas contém quatro elementos básicos: ◦ sólidos finamente moídos em suspensão

(pigmentos);◦ meio líquido (veículo);◦ material polimérico ou resina (aglutinante);◦ solventes voláteis.

3.Constituintes das tintas

Ao secar da tinta, o aglutinante forma uma película contínua com os atributos necessários de flexibilidade, resistência, durabilidade e aderência ao substrato (a superfície a ser revestida).

3.Constituintes das tintas

Os aditivos são adicionados em pequenas quantidades a fim de modificar as propriedades de pigmentos e aglutinantes.

3.Constituintes das tintas

Os quatro grandes componentes fundamentais de uma tinta são:

(3.1) Pigmentos; (3.2) aglutinantes;(3.3) solventes e (3.4) aditivos.

3.Constituintes das tintas

Os pigmentos são materiais insolúveis, com tamanho de partícula pequeno, que conferem a uma tinta cor e opacidade.

3.1.Pigmentos inorgânicos

1. Fornecer cor2. Ocultar substratos e obliterar as

cores anteriores3. Melhorar a força do filme de tinta4. Melhorar a aderência do filme de

tinta5. Reduzir o brilho6. Reduzir os custos

3.1.Papel dos pigmentos

insolúveis no meio em que eles são usados, quimicamente inertes, livres de sais solúveis, não afetados pelas temperaturas normais,  dispersar-se quando umedecidos, atóxicos, não-corrosivos, Absorver fracamente óleos.  duradouros e resistentes à luz.

3.1.Características dos pigmentos

a. Poder de cobertura b. Força de tingimento c. Índice de refração d. Resistência à luz e. Características de infiltração(bleeding) f . Tamanho e forma de partícula

3.1.Critérios para a seleção de um pigmento

• A capacidade da tinta em obstruir completamente qualquer cor de base é definido como o poder de cobertura

• Geralmente expresso como o número de metros quadrados de superfície coberta por 1 L de tinta. 

3.1a. Poder de cobertura

• A quantidade de pigmento colorido requerido para matizar (colorir) uma determinada massa de um pigmento branco é descrito como a força de tingimento.

3.1b. Força de tingimento

3.1b. Força de tingimento

Quando a luz incide sobre um filme de tinta pigmentada, uma parte é refletida e outra parte entra no filme. 

3.1c. Índice de refração

A luz que é refletida de volta, interage com o pigmento em seu caminho de volta através da película. 

3.1c. Índice de refração

Pigmentos pretos/escuros possuem baixos IR;

pigmentos brancos conferem opacidade e têm os maiores IR. 

3.1c. Índice de refração

3.1c. Índice de refração

Resistência à luz de uma tinta é a sua capacidade de resistir à degradação sob a ação da luz solar e gases industriais. 

Muitos pigmentos desvanecem, escurecem ou mudam de coloração sob ação da luz. 

3.1d. Resistência à luz

Isso acontece porque os raios UV do sol são suficientemente energéticos para romper ligações químicas e, assim, alterar moléculas. 

3.1d. Resistência à luz

Esta mudança na estrutura química leva a uma absorção de luz na região visível do espectro, resultando em uma perda de cor ou variação de tonalidade. 

3.1d. Resistência à luz

Por outro lado, caso o pigmento possa absorver os raios UV, sem discriminação, isso vai proteger o aglutinante. 

3.1d. Resistência à luz

Mudanças de cor também podem ocorrer em pigmentos por um ataque químico do ambiente a que estão expostos, por exemplo, escurecimento de pigmentos de chumbo em ambientes ricos em enxofre e descoloração do azul da Prússia sobre substratos alcalinos. 

3.1d. Resistência à luz

A composição química do pigmento é, portanto, um fator importante na determinação da sua resistência química e resistência à cor ou luz.

3.1d. Resistência à luz

Alguns pigmentos (tipo orgânicos) são solúveis em solventes aromáticos e são pouco solúveis em álcoois e outros solventes alifáticos. 

3.1e. Características de infiltração(bleeding)

Corantes orgânicos em filmes de tinta podem ser solubilizados e transportados através de camadas de tinta aplicadas posteriormente pelos solventes utilizados na formulação de tintas. 

O sangramento (bleeding) resulta no desbotamento de cores.

3.1e. Características de infiltração(bleeding)

O tamanho das partículas, forma e distribuição de um pigmento influência nas propriedades reológicas, sombra, brilho, resistência características e facilidade de dispersão. 

3.1f. Tamanho e forma de partícula

Partículas de pigmento podem ocorrer de três formas diferentes: partículas primárias, agregados e aglomerados. 

3.1f. Tamanho e forma de partícula

As primárias ocorrem em uma única peça que pode ser identificada como um indivíduo através de exame microscópico. Aglomerados são relativamente limitados. 

Em geral, o tamanho da partícula se refere ao tamanho da partícula primária. 

O tamanho de partícula dos aglomerados de pigmentos dispersos ou partículas primárias é de grande importância na determinação do desempenho dos sistemas de pintura.

3.1f. Tamanho e forma de partícula

Tem por função aglutinar partículas de pigmento e mantê-las na superfície.

Até 1950 usavam-se apenas óleos naturais poliinsaturados (peixe, linhaça) ou resinas naturais.

3.2.Aglutinantes

A partir de 1950, foram introduzidos os aglutinantes artificiais:◦ Alquídicos, poliésteres, acrílicos, vinil, etc.

3.2.Aglutinantes

Eles são poliésteres de massa molar relativamente baixa;

Poliol (óleo)+ ácido dicarboxílico = poliéster Exs: poliol = glicerol ou pentaeritritol / ácido

ftálico ou isoftálico

3.2.1.Aglutinantes Alquídicos

Short oil (até 40%) – linhaça, soja, óleo castor

• Medium oil (40-60%) – uso automotivo• Long oil (mais que 60%) – pentaeritritol,

arquitetura e aplicações navais

3.2.1.Aglutinantes Alquídicos

Divididos entre secantes (formam filmes) e não-secantes (não formam filmes).

Mecanismo de formação de filme é oxidativo (envolve oxigênio do ar).

Baixa resistência a meios alcalinos.

3.2.1.Aglutinantes Alquídicos

Poliésteres são polímeros obtidos por reação de ácido policarboxílicos e poliálcoois. 

São praticamente livres de ácidos graxos (óleos) e tem uma estrutura muito mais simples do que as resinas alquídicas. 

3.2.2.Aglutinantes poliésteres

As resinas de poliéster não sofrem polimerização oxidativa (cura) e tem um mecanismo de cura diferente.

3.2.2.Aglutinantes poliésteres

1,6-hexanodiol, neopentilglicol, ácido ftálico e ácido adípico são os reagentes mais comuns.

3.2.2.Aglutinantes poliésteres

As resinas poliéster possuem desempenho superior como durabilidade, brilho, dureza flexibilidade, estabilidade de cor, eversatilidade de cura. 

3.2.2.Aglutinantes poliésteres

Poliésteres são usados em revestimentos de produto domésticos, recipientes de alimentos e bebidas, aeronaves e equipamentos, primers e revestimentos automotivos, artefatos de cozinha, móveis de metal, etc.

3.2.2.Aglutinantes poliésteres

São os polímeros mais utilizados na indústria das tintas e revestimentos. 

As duas principais formas de acrílico utilizados em revestimentos de superfície são termoplásticos (tinta elástica) e termofixos (tintas para metais decorativos). 

3.2.3.Aglutinantes acrílicos

Termoplásticos formam uma película por evaporação do solvente presente na formação do revestimento.

As termofixas são curadas em temperatura ambiente ou elevada e por reação com outros polímeros.

3.2.3.Aglutinantes acrílicos

3.2.3.Aglutinantes acrílicos

Ésteres de vinil são utilizados em revestimentos como dispersões de copolímero

Ésteres vinílicos típicos: acetato de vinila, propionato de vinila, laureato de vinila, e versatato de vinila.

3.2.4.Aglutinantes vinílicos

Co-monômeros típicos: Ácido acrílico, ácido maléico, e ésteres de ácido fumárico são utilizados na síntese de copolímeros. 

3.2.4.Aglutinantes vinílicos

Eles são principalmente usados como revestimentos de interiores. 

A maioria das tintas de parede são látex vinil. 

São utilizados como enchimento em tintas de látex.

Primer para preenchimento de imperfeições em paredes de alvenaria em estado bruto, antes da aplicaçãode um acabamento mais suave, mais brilhante.

3.2.4.Aglutinantes vinílicos

Líquidos voláteis adicionados a fim de dissolver ou dispersar os constituintes formadores de filme das tintas.

Eles evaporam durante a secagem, não se incorporam ao filme seco.

3.3.Solventes

1. Regulam propriedades de aplicação 2. Controlam a consistência e minimizam

defeitos 3. Controlam taxa de evaporação 4. Ajustam o nível de sólidos e a espessura da

tinta 5. Ajustam e influenciam a viscosidade da

cobertura 6. São usados na manufatura de resinas 7. Devem ter odor aceitável, mínima toxicidade

e custo razoável.

3.3.Solventes

a. Hidrocarbonetos b. Oxigenados c. Aquosos

3.3.Categorias de solventes

Alifáticos (óleos minerais – não dissolvem resinas aglutinantes)

Naftalênicos (nafta) Aromáticos (tolueno, xilenos)

3.3a.Solventes hidrocarbonetos

Cetonas, ésteres, ésteres glicólicos e álcoois.

3.3b.Oxigenados

Água pode ser usada sozinha ou em associação com álcoois ou misturas éter-álcool para dissolver resinas solúveis em água.

Resinas solúveis em água são produzidas por incorporação de grupos carboxílicos no polímero.

3.3c.Aquosos

Vantagens da água como solvente: baixo odor, disponibilidades, não-toxicidade, não-inflamabilidade.

Não é o solvente ideal, resinas permanecem sensíveis à umidade após secagem.

3.3c.Aquosos

Aditivos são substâncias adicionadas em pequenas quantidades a uma tinta para melhorar ou modificar certas propriedades dos revestimentos finalizados ou durante seu fabrico, armazenagem, transporte ou aplicação. 

Quantidade varia de 0,001% a 5%

3.4.Aditivos

Os aditivos têm uma profunda influência sobre as propriedades físicas e químicas da tinta. 

Eles são classificados de acordo com a sua função como segue:

3.4.Aditivos

Os aditivos têm uma profunda influência sobre as propriedades físicas e químicas da tinta. 

Eles são classificados de acordo com a sua função como segue:

◦ Agentes de espessamento◦ Agentes de superfície ativa◦ Modificadores de superfície◦ Agentes de nivelamento e coalescência◦ Aditivos cataliticamente ativos◦ Aditivos de efeitos especiais

3.4.Aditivos

Influenciam propriedades reológicas da tinta por aumento da viscosidade.

Argilas orgânicas, silicatos laminares organicamente modificados.

Óleo de castor hidrogenado e derivados, poliamidas e derivados.

3.4a.Agentes de espessamento

Consiste de três tipos de aditivos:◦ Agentes de umidificação e dispersão;◦ Agentes anti-espuma;◦ Promotores de adesão.

3.4b.Agentes de superfície ativa

Controlam as propriedades mecânicas (rugosidade, resistência a arranhões) e óticas (brilho) de uma superfície coberta.

3.4c.Modificadores de superfície

Aditivos baseados em polisiloxano ou cera são usados para controlar essas características.

Sílicas naturais/sintéticas também são usadas.

3.4c.Modificadores de superfície

Controlam o fluxo e o nivelamento de uma tinta durante e após a aplicação e antes que o filme seja formado.

Influencia a aparência da cobertura.

3.4d.Agentes de nivelamento e coalescência

Coalescência refere-se à formação de filmes a partir de uma tinta emulsionada.

Poliacrilatos, acetobutirato de celulose, e outros polímeros são usados como agentes de nivelamento.

3.4d.Agentes de nivelamento e coalescência

Inclui secantes de tintas e compostos organometálicos que aceleram a reação química que ocorre durante o processo de formação de filme.

3.4e.Aditivos cataliticamente ativos

Organometálicos, solúveis em solventes orgânicos e em aglutinantes.

Primários (secantes ativos):Compostos de cobalto e manganês (alta atividade catalítica).

Secundários (secantes auxiliares): compostos de chumbo, cálcio, zinco ou zircônio (baixa atividade catalítica).

3.4e.Aditivos cataliticamente ativos

3.4e.Aditivos cataliticamente ativos

• Retardantes de formação de filme • Fotoestabilizadores• Inibidores de corrosão• Biocidas• Retardantes de chamas

3.4f.Aditivos de efeitos especiais

4. Formulações de tintas

Sumário

(A) razão pigmento/aglutinante(B) Conteúdo de sólidos(C) Concentração volumétrica de pigmento(D) custo

4.Formulações de tintas

•Usa-se uma fórmula para calcular a concentração volumétrica de pigmento (PVC).

Influencia o brilho, opacidade, durabilidade, reologia e lavabilidade das tintas.

4.Formulações de tintas

Tintas com baixos PVC’s exibem excesso de aglutinante: filme aderente e com alto brilho

Tintas com altos PVC’s são pobres em aglutinantes, ricas em pigmentos e são pouco laváveis e pouco resistentes à abrasão.

4.Formulações de tintas

4.Formulações de tintas

Pesagem, mistura, moagem, matização, espessamento, filtragem e enchimento.

5.Manufatura de tintas

5.Manufatura de tintas

5.Manufatura de tintas

6.1.Tintas residenciais◦ Externas◦ internas

6.2.Tintas industriais 6.3.Tintas em pó 6.4.Tintas para aplicações específicas

6.Classificação de tintas

6.1.Tintas residenciais◦ Externas

6.Classificação de tintas

6.1.Tintas residenciais◦ Internas

6.Classificação de tintas

6.2.Tintas Industriais

6.Classificação de tintas

6.3.Tintas em pó◦ Tintas em pó são usadas pela indústria de tintas

em geral para uso em substratos metálicos. O pó é aplicado ao substrato e fundido para formar um filme contínuo de cozimento.

◦ A formulação de uma cobertura em pó é baseada em pulverização dos componentes sólidos, resinas, pigmentos e endurecedor.

◦ Termorrígidos, termoplásticos e esmaletes vítreos em pó estão disponíveis no mercado, a maior paorção de mercado é para os tipos termorrígidos.

6.Classificação de tintas

Bibliografia utilizada: ◦ Handbook of Industrial Chemistry; Mohammad

Farhat Ali, Bassam M. El Ali, James G. Speight; McGraw Hill Ed., 2005

Obrigado pela atenção!