Tensoativos para o desenvolvimento de revestimentos

Tensoativos para o desenvolvimento de revestimentos

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Artigo Técnico

ART TV012 – 08/03

Elisabete Ponzetto; Fábio Rosa Oxiteno S.A. Indústria e Comércio

1. INTRODUÇÃO

Os sistemas base-água têm conquistado espaço considerável no desenvolvimento de alternativas para o mercado de tintas e revestimentos, seja buscando melhorias de desempenho, seja atendendo à demanda de produtos amigáveis ao meio ambiente. São vários os produtos que fazem parte da formulação, e entre os aditivos, componentes adicionados em baixa concentração, estão os tensoativos que cumprem várias funções. Estes produtos promovem a aderência, dispersão, umectação e estabilidade da tinta, entre outras propriedades associadas aos demais componentes da formulação.

Os tensoativos participam de várias etapas da produção de tintas, e alguns exemplos de aplicação e de classes químicas serão apresentados neste trabalho.

2. PRINCÍPIOS DE ADESÃO E UMECTAÇÃO EM UM REVESTIMENTO

A umectação, ou promoção da molhabilidade, é um processo que facilita a aplicação e adesão de um revestimento ou tinta líquida em determinado substrato, ou auxilia a dispersar partículas insolúveis em água. Os tensoativos cumprem, então, o papel de promover a limpeza e reduzir a tensão superficial. Eles devem ser aplicados desde a fabricação do revestimento, incluindo pigmentos, cargas e resinas, até a aplicação do filme no substrato final.

2.1. Tensão Superficial

Quanto mais entendermos os fenômenos de tensão superficial, maior facilidade encontraremos em fabricar e utilizar revestimentos. Tensão superficial é a medida da energia com a qual as moléculas se “apegam” umas às outras. A unidade de medida é dinas/cm, sendo que a água tem a maior tensão superficial enquanto a maioria dos solventes orgânicos tem baixa tensão superficial.

A tensão superficial de um produto está diretamente relacionada à polaridade de sua estrutura química. A água apresenta maior tensão superficial porque sua superfície altamente polar é rica em pontes de hidrogênio, o que resulta em dificuldades na umectação de uma superfície apolar. Por esta razão, sistemas base-água têm maior faixa de tensão superficial em relação a sistemas base-solvente.

Produtos que alteram a tensão superficial do sistema são chamados tensoativos, e mesmo utilizados em concentrações relativamente baixas (cerca de 1%), reduzem substancialmente a tensão superficial do revestimento.

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2.2. Propriedades Características dos Tensoativos

Moléculas tensoativas consistem de estruturas consideradas compatíveis com água – parte hidrofílica, e a parte incompatível com água – parte hidrofóbica (Figura 1). Esta última é geralmente composta por uma cadeia hidrocarbônica que tem pouca afinidade com água, sendo projetada para fora da superfície, enquanto o segmento hidrófilo fica voltado internamente para a água (Figura 2).

Figura 1 – Estrutura Geral de um Tensoativo

Figura 2 – Distribuição de Tensoativo em Água

Dentre os grupos apolares e hidrófobos presentes, destacam-se as cadeias carbônicos com mais de 10 átomos de carbono e os anéis aromáticos. Nos grupos polares iônicos, a afinidade com a água provém da presença de cargas na molécula, já nos grupos polares não iônicos, a afinidade com a água provém da formação de pontes de hidrogênio com a porção hidrófila.

Os tensoativos agem como compostos “conciliadores” entre compostos sem afinidade, quer sejam líquidos imiscíveis, sólidos e líquidos, líquidos e gases, ou gases e sólidos, e como auxiliares de adesão para reduzir a tensão superficial do sistema. Por isso, de acordo com o efeito envolvido e a área de aplicação, existem várias nomenclaturas para os tensoativos. Por exemplo, se o processo baseia-se na molhabilidade, é classificado como umectante; se auxilia na dispersão, é chamado dispersante. Há outras classificações, como mostra a Tabela 1. Qualquer que seja a classificação, o efeito que se observa é o de conciliação.

Emulgador Surfactante Espumante Dispersante Desengraxante Espalhante

Umectante Lubrificante Emoliente Detergente Antiestático Penetrante

Antiespumante Amaciante Solubilizante Tabela 1 – Classificação por Efeito dos Tensoativos

Em tintas base-água, as classificações mais conhecidas são umectante, emulsionante e dispersante.

Grupo Hidrófobo Grupo Hidrófilo

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2.3. Seleção de Tensoativos – HLB – Balanço Hidrófilo/ Lipófilo*

O sistema HLB é uma maneira de orientar a escolha do tensoativo mais adequado à aplicação desejada, e pode ser definido como um número associado à molécula de tensoativo que expressa a relação entre grupos polares e apolares da molécula:

Hidrófobo Hidrófilo

Baixo HLBAlto HLB HidrófiloHidrófobo

Figura 3 – Representação Gráfica de HLB

A representação gráfica da figura 3 mostra proporcionalmente os tamanhos dos grupos hidrófobo e hidrófilo, associados respectivamente às frações apolar e polar das estruturas. Quando na molécula há ligações com grupo do óxido de eteno, é maior a contribuição hidrofílica e mais alto o HLB, que aumenta com o grau de etoxilação.

HLB é um sistema empírico em que o número é obtido por meio de cálculos a partir da estrutura da molécula. Apesar de orientar a escolha do tensoativo mais adequado, não é o único fator que influencia esta decisão. Existem outros, como a estrutura do substrato, as condições do meio, a temperatura, etc. que também são decisivos na escolha do tensoativo.

O objetivo de se determinar o HLB é economizar tempo na seleção dos tensoativos adequados para se atingir os efeitos desejados. Basicamente utiliza-se um tensoativo de HLB próximo ou igual ao HLB requerido (número em que a emulsão tem sua maior estabilidade) para estabilizar o sistema escolhido. O critério de HLB permite utilizar uma concentração menor de tensoativo e obter um sistema mais estável.

De acordo com a aplicação e as faixas de HLB podemos escolher os tensoativos mais apropriados, como mostra a tabela 2:

Faixa de HLB Aplicação Nonilfenóis

Etoxilados (moles de EO)

Álcoois Láuricos

Etoxilados (moles de EO)

4 - 6 Emulsificante A/O 1,8 -

7 - 9 Umectantes 4 2 a 3

8 - 18 Emulsificantes O/A 4 a 40 3 a 23 13 - 15 Detergentes 9,5 a 15 9

10 - 18 Solubilizantes 5 a 40 6 a 23 Tabela 2 – Escolha do HLB de trabalho

Quando é necessário um efeito emulgador para água em óleo (dispersão de água em um meio oleoso) a faixa ideal de HLB é 4 a 6; para o efeito umectante o ideal é 7 a 9, e analogamente para os demais efeitos.

Na indústria de tintas, os principais efeitos desejados do tensoativo são: molhabilidade, umectação (em tintas emulsionadas melhora o nivelamento e alastramento), dispersão de pigmentos inorgânicos ou orgânicos, como nas pastas pigmentadas ou tintas emulsionadas, e emulsificação. Este último efeito permite a polimerização em emulsão, na qual se produz uma reação com os monômeros não solúveis em água. Esta reação resulta em tamanhos de partículas e peso molecular que contribuem para o efeito de lavabilidade para tintas, além de facilitar a remoção da sujeira quando a tinta é aplicada na parede.

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3. SISTEMAS BASE-ÁGUA

O desafio de formuladores de revestimentos base-água é preparar sistemas que tenham um correto balanço de propriedades, características de desempenho, além de atender aos limites de baixa emissão de voláteis. Deve escolher entre uma ampla gama de resinas, pigmentos, agentes dispersantes, antiespumantes, graxas e tensoativos para alcançar seus objetivos.

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