estudo reologico de espessantes acrilicos

estudo reologico de espessantes acrilicos

(Parte 2 de 6)

da fórmula básica;74

Tabela 5 – Variação do grau de etoxilação do tensoativo 1

Tabela 6 – Controle de qualidade da tinta completa e base pigmentária; 81 xiv

Figura 01 – Tipos de fluxos independentes do tempo;07
Figura 02 – Espessamento do éter celulose13
aniônico; 1 – alcalinização;15

Índice de Figuras e Gráficos Figura 3.1 – Mecanismo de ação do espessante convencional

aniônico; 2 – adsorção ;15
Figura 04 – Estrutura do macrômero do tipo éster;18
éster acrílico;21

Figura 3.2 – Mecanismo de ação do espessante convencional Figura 05 – Estrutura básica de um espessante acrílico associativo do tipo HASE com um monômero associativo do tipo

HASE em solução aquosa e em presença de partículas;2

Figura 06 – Estrutura das associações e interações do espessante

e associativo do tipo HASE na presença de partículas;2

Figura 07 – Comparação entre espessantes convencional aniônico

de um espessante acrílico associativo23

Figura 08 – Mecanismo de espessamento na neutralização

versus a taxa de cisalhamento (s-1);35
Figura 10 - Conceito de esfera rígida (hard sphere)37
Figura 1 – Montagem do sistema para polimerização;54
Pigmentadas57

Figura 09 – Propriedades das tintas em função da viscosidade (P) Figura 12 – Sistema de confecção da tinta e pastas

ensaios exploratórios;65

Figura 13 – Espessamento em solução aquosa de alguns

em emulsão6

Figura 14 – Diagrama básico do processo de polimerização

Figura 15 – Espessamento em solução aquosa de algumas formulações de ensaios em série e exploratórios 73 xv

da série 374

Figura 16 – Espessamento em solução aquosa dos ensaios

da formulação básica durante a alcalinização
em solução aquosa75

Figura 17 – Turbidez (NTU) versus pH na alcalinização

Figura 18 – Espessamento em água das formulações

número de moles76

Referentes a avaliação do tensoativo em

com formulações da série 1 de ensaios80

Figura 19 – Viscosidade Brookfield da tinta completa número 1

com formulações da série 2 de ensaios80

Figura 20 – Viscosidade Brookfield da tinta completa número 1

com as formulações da série 3 de ensaios;81

Figura 21 – Viscosidade Brookfield da tinta completa número 1

com as formulações selecionadas da série 3 de ensaios83

Figura 2 – Viscosidades Brookfield da tinta completa número 2

completa número 2 com a formulação básica85

Figura 23 – Desenvolvimento das viscosidades Brookfield na pasta mix em função da adição dos componentes da tinta

Formulações selecionadas da série 3 de ensaios86

Figura 24 – Viscosidades Brookfield da pasta mãe espessadas com

e umectadas com formulações da série 3 de ensaios;87

Figura 25 – Viscosidades Stomer (KU) versus pastas mãe espessadas

Figura 26 – Viscosidades Brookfield das pastas mãe espessadas com formulações selecionadas da série 3 versus o tipo de

veículo;8
as formulações da série 3 de ensaios;90

Figura 27 – Avaliação do espessamento da resina 1 espessada com

Figura 28 – Comparação do desenvolvimento da viscosidade Brookfield da resina 1 e resina 2 versus o teor de

Espessadas com formulações da série 3 de ensaios Versus teor de macrômero no espessante; 91 xvi

tensoativo 1 na fórmula básica;93

Figura 29 – Viscosidades Brookfield das pastas mãe espessadas com os formulações da série 4 de espessantes, equivalentes a variação do grau de etoxilação do

com as formulações finais selecionadas;94

Figura 30 – Viscosidade Brookfield da tinta número 2 espessada

espessadas com formulações da série 3 de ensaios;95

Figura 31 – Tensão de cisalhamento (Pa) versus taxa de cisalhamento (s-1 ) para determinação da tensão limite (yield stress) da pasta mãe

Figura 32 – Perfil de viscosidade em baixo cisalhamento das pastas mãe espessadas com ensaios da série 3 de ensaios; 96

1 – INTRODUÇÃO

A indústria de tintas vem se tornando cada vez mais competitiva. Os fabricantes de tinta têm trabalhado constantemente em novas alternativas visando à redução de custos, ao mesmo tempo em que tentam encontrar melhores opções de qualidade. O desenvolvimento do seguimento de tintas à base de água, especialmente, as chamadas tintas arquitetônicas, que também são conhecidas como tintas de linha decorativa, imobiliária, de revenda para consumo doméstico, ou ainda, tintas látex para construção civil, é um bom exemplo desta realidade.

É possível admitir que a maior revolução neste seguimento nos últimos 25 anos foi a introdução no mercado de uma nova classe de modificadores reológicos de natureza polimérica, os espessantes associativos e associativos hidrofobicamente modificados em emulsão aquosa, que além do fácil manuseio e atrativos econômicos, conferiram a este seguimento um melhor controle reológico das tintas. Infelizmente, o uso comercial destes polímeros e a velocidade e complexidade das suas transformações tecnológicas obscureceram o “relacionamento” estrutura versus propriedades reológicas, mas, por outro lado, motivaram muitos estudos para um melhor entendimento das associações/interações dos sistemas .

O espessamento em uma formulação de tinta ocorre como conseqüência das interações dos multicomponentes do sistema, não sendo, portanto específicas. Tais associações produzem fases distintas no sistema que são mantidas estáveis, do ponto de vista coloidal, através de ligações hidrogênio e interações hidrofóbicas entre os grupos funcionais da cadeia molecular do polímero associativo, as chamadas intramoleculares, e com os demais componentes do sistema, as chamadas intermoleculares [1].

Isto corresponde a dizer que o espessamento pode ser altamente influenciado pela presença de alguns elementos tais como: surfactantes, que competem nos pontos de adsorção nas superfícies das partículas impedindo ou acentuando as associações entre os grupos hidrofóbicos dependendo do HLB (balanço lipofílico hidrofílico); solventes orgânicos, que alteram a solvência entre os meios contínuo e disperso; o látex ou veículo da tinta, que varia em relação ao tamanho e distribuição de suas partículas e, também, em relação a hidrofobicidade das suas áreas interfaciais, devido às suas composições e aos surfactantes e estabilizadores usados nas suas preparações; os agentes dispersantes, que podem interagir com os grupos hidrofóbicos dos espessantes na fase aquosa quando poliméricos ou interferirem na qualidade e eficiência das interações dos grupos ácidos com o meio.

A presença e a escolha dos tipos e tamanhos das partículas dos pigmentos e cargas, usualmente, não são importantes nas interações dos polímeros associativos já que estes tendem a ser mais hidrofílicos, não apresentando fortes associações hidrofóbicas. Diante deste universo, é possível concluir que os espessantes associativos são altamente sensíveis às alterações do meio mais que outros componentes.

O levantamento bibliográfico realizado demonstrou que, as maiores preocupações práticas deste assunto estão concentradas na busca do entendimento e do controle dos mecanismos que dirigem as diferenças de interações dos diversos componentes do meio, de uma tinta à base água, tais como: látex (binder)-espessante; espessante-tensoativo (umectante/dispersante); além de demonstrar que o espessante do tipo acrílico-uretânico, denominado de híbrido, é o mais usado para estudos desta natureza, provavelmente, por oferecerem mais opções de modificações nas suas estruturas [2-10].

Por outro lado, verificou-se que pouca ênfase tem sido dada para a técnica de polimerização destes polímeros e as variáveis químicas de processo que compõe suas estruturas. Talvez este fato possa ser resultado do interesse industrial na tecnologia dos polímeros associativos, o que pode ser verificado pelo grande número de patentes divulgadas nos últimos 25 anos, metade das quais são muito recentes (últimos 15 anos). É sabido, entretanto, que a natureza química dos surfactantes primários, utilizados na polimerização dos espessantes associativos, a concentração e a estrutura de monômero associativo, a concentração de grupos ácidos e a temperatura de transição vítrea (Tg) do polímero, influenciam diretamente as propriedades das tintas, resultando em desempenhos distintos nas interações com o meio [1-17].

Em comparação com os espessantes convencionais, como por exemplo, éteres celulósicos ou poliacrilatos, os espessantes associativos não aumentam somente a viscosidade do meio. Eles modificam, sobretudo a curva de fluidez do material, permitindo assim, características especiais de aplicação, como melhor controle da reologia, modificações dos tipos de fluxos, nivelamento, desenvolvimento de brilho, formação de filme, resistência ao respingo e, importantíssimo também, a estabilidade de estocagem, além do fácil manuseio e atrativos econômicos [2-18].

PVC para estudos futuros de interações do meio

O objetivo geral desta pesquisa foi verificar a influência de alguns parâmetros químicos de uma formulação básica de um espessante acrílico associativo em emulsão aquosa, quando aplicada em sistemas pigmentários de alto PVC (concentração volumétrica de pigmentos e cargas), através da determinação do poder de espessamento. Em particular, o estudo proporcionou a otimização dos valores estabelecidos destes parâmetros na fórmula básica. Adicionalmente, demonstrou a viabilidade de estabelecer um modelo de um sistema disperso de alto

Resultados práticos de aplicação de mercado utilizando tintas látex arquitetônicas têm confirmado o conceito de que um mesmo modificador de reologia pode combinar propriedades diferenciadas em uma única estrutura, sem a necessidade adicional de usar cossolventes, umectantes e um segundo modificador reológico na formulação, para obter o desejado balanço entre alto e baixo cisalhamento. O conhecimento das características reológicas e por conseqüência, dos tipos de interações envolvidos num determinado sistema, proporcionam a possibilidade de se planejar uma estrutura de polímero associativo mais adequada às necessidades práticas com menor custo e melhor qualidade [8].

O trabalho apresentado nesta Dissertação representa a primeira etapa deste processo, pois, a partir dela outras variáveis como, a estrutura do monômero associativo, tipo de veículo e composição da pasta pigmentaria poderão ser correlacionados, possibilitando novas alternativas de estudos e de produtos de mercado.

2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Um estudo profundo a respeito de espessantes é uma tarefa difícil e complexa devido aos vários tipos existentes, ao universo de suas aplicações e aos conceitos teóricos e técnicos nos quais eles estão inseridos. A pesquisa bibliográfica procurou dar ênfase à técnica de polimerização mais usada para obtenção dos polímeros associativos; ao mecanismo de atuação destes polímeros e ao sistema disperso escolhido para avaliação.

2.1 – CONCEITOS BÁSICOS

No estudo dos temas espessantes associativos e sistemas dispersos foi observado a necessidade de serem abordados alguns conceitos teóricos como a viscosidade e tipos de comportamento reológico, interação entre partículas, e o conceito de espessamento.

2.2.1 – Viscosidade e tipos de comportamento reológico

A viscosidade de um fluido pode ser definida como sendo a propriedade que o mesmo apresenta em oferecer uma maior ou menor resistência à deformação quando sujeito a forças de escoamento [20-23].

Newton realizou um dos primeiros estudos de fluxo de um fluido. Ele considerou um modelo constituído por duas lâminas paralelas, de mesma área, A, próximas uma da outra à distância y, entre as quais existe um fluido. Ao se aplicar uma força tangencial F sobre a lâmina superior, mantendo fixa a inferior, cada partícula do fluido percorre uma trajetória paralela às lâminas, com velocidade constante. No entanto, a velocidade das diversas partículas varia de v, junto à lâmina superior e é igual a zero junto à lâmina inferior. Newton postulou que a força tangencial F é diretamente proporcional à área A da lâmina e ao gradiente de velocidade ou taxa de cisalhamento, dv/dy. A relação F/A é denominada de tensão de cisalhamento e a relação tensão de cisalhamento por taxa de cisalhamento é denominada de viscosidade absoluta µ. A Equação 1 define:

µ= F/A = σ/ ý(Equação 1)

onde σ = tensão de cisalhamento (Pa); e ý = taxa de cisalhamento (1/s)

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