14º Congresso Internacional de Tintas

14ª Exposição Internacional de Fornecedores para Tintas

ADITIVAÇÃO DE TINTAS DE POLIURETANO:

ALIANDO PROPRIEDADES CONDUTIVAS À SUSTENTABILIDADE

Carla Polo Fonseca, Eliane B. Neves e Silmara NevesIQX – Inove Qualyx Tecnologia e Desenvolvimento de Resinas Ltda.

1. INTRODUÇÃO As tintas de poliuretano (PU) são consideradas tintas de alta performance,

apresentando propriedades de excelente resistência à radiação ultravioleta do sol (resinas acrílicas poliidroxiladas curadas isocianatos alifáticos), resistência a ambientes agressivos, fortemente poluídos, sujeitos a exposição e derrames de alguns produtos químicos (resinas de poliéster curadas com isocianato alifático), e também alto sólidos, secagem rápida, bom aspecto, propriedades niveladoras e de fácil lixabilidade (resinas de poliéster curadas com isocianato aromático) [1].

Para algumas aplicações é necessário diminuir a resistência elétrica do PU visando minimizar ou evitar a formação de energia estática. Os aditivos de 'condutividade' são utilizados em aplicações onde se exige um determinado nível de 'condutividade elétrica' do polímero, que normalmente é isolante e vulnerável à passagem de radiações eletromagnéticas e de rádio-freqüência. Estes aditivos tornam possível a dissipação de cargas elétricas estáticas que poderiam ocasionar choques ou gerar faíscas em ambientes inflamáveis.

A maioria das tintas condutivas existentes no mercado contém partículas de prata o que eleva, consideravelmente, o seu custo. A utilização é focada, principalmente, na reparação em placas de circuitos elétricos e revestimentos anti-corrosivos. Desde 2004, grandes redes de supermercado da Europa e Estados Unidos utilizam tintas condutivas para impressão de etiquetas em aplicações de identificação por radiofreqüência (RFID) [2

Além do alto custo, depois de aplicadas, as tintas condutivas à base de prata precisam ser tratadas termicamente, o que significa que não podem ser impressas sobre polímeros e outros materiais sensíveis ao aquecimento. Uma alternativa tem sido a utilização de grafeno ou carbono como aditivos, resultando em menores valores de condutividade, mas, com a vantagem de dispensarem tratamento térmico. A adição de sais metálicos ionizáveis, sais de ácidos carboxílicos, ésteres fosfatos ou misturas deles também tem sido utilizada para propiciar a dissipação eletrostática. Neste caso, o aditivo mais comumente usado é a base de sulfatos de tetraalquilamônio combinados com dispersões de negro de fumo condutivo. Eles são misturados ao componente poliol ou ao isocianato e reduzem a resistividade superficial de 1014

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(isolante) para menos de 106 Ω (dissipativo). Estes aditivos agem tanto pelo fato de serem inerentemente condutores quanto pela absorção da umidade do ar [3].

Este trabalho traz como contribuição o desenvolvimento de um aditivo condutivo, IQX COND PNano, que possibilita a obtenção de revestimentos de PU condutivos ou dissipativos, de forma permanente e independente da umidade do ambiente. Pelo fato de ser um polímero condutor (polianilina) este aditivo não compromete as propriedades mecânicas do filme de tinta, além de permitir a obtenção de tintas condutivas ou dissipativas coloridas, não disponíveis atualmente no mercado.

Os polímeros condutores, também chamados de “metais sintéticos”, possuem uma característica em comum: longos sistemas π conjugados, ou seja, uma alternância de ligações simples e duplas ao longo da cadeia. O interesse evidente é combinar em um mesmo material as propriedades elétricas de um semicondutor ou metal com as vantagens de um polímero.

2. METODOLOGIA A síntese do aditivo IQX Cond PNano foi realizada em reator químico em meio aquoso em baixa temperatura (∼5oC) com velocidade de agitação 100 rpm. A anilina foi adicionada a

uma solução de ácido dodecilbenzenosulfônico seguida da adição de persulfato de amônio, utilizados como dopante e agentes oxidante, respectivamente. Após a síntese o material foi lavado com água e seco até massa constante. Para produção da tinta de PU a base solvente, o aditivo IQX Cond PNano foi disperso em acetato de butila (75% de sólidos) e inserido em diferentes concentrações numa tinta bi-componente comercial (PPG - TUL 2030/DUL2031). Na formulação da tinta PU base aquosa, o aditivo IQX Cond PNano foi disperso em resina aquosa de poliuretano (Tanpur W1030 - Tanquimica), também em diferentes concentrações.

Os dois sistemas, aquoso e base solvente, foram caracterizados por espectroscopia na região UV-Vis e microscopia ótica. Testes de aderência e determinação da resistência superficial também foram realizados.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta os espectros de absorção na região do ultravioleta-visível de amostras diluídas das tintas base água e solvente, contendo o aditivo IQX Cond PNano. A partir da análise desses espectros é possível inferir sobre o estado de oxidação e, portanto, sobre a condutividade do polímero condutor.

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Figura 1. Espectros de absorção na região UV-Vis das tintas de poliuretano, base aquosa e solvente, contendo o aditivo condutivo IQX Cond PNano.

Analisando os espectros da Figura 1, verificamos a presença de bandas características da forma condutora da polianilina, localizadas entre 410-460 nm (banda polarônica) e 650-940 nm (banda bipolarônica), correspondentes à presença de cátions radicais, que atuam como transportadores de carga ao longo da cadeia polimérica [4]. O deslocamento da banda bipolarônica da amostra de PU aditivada base água, para maiores comprimentos de onda e, portanto, menores valores de energia, pode ser um indício de deslocalização eletrônica mais eficiente, justificando a utilização de menor concentração de aditivo em relação à utilizada na PU base solvente.

As medidas de resistência superficial resultaram em valores que variam entre o estado condutivo (104 Ω/□) até níveis característicos do estado dissipativo (1010 Ω/□), dependendo da concentração do aditivo utilizado na formulação das tintas. A Figura 2 ilustra as medidas de resistência superficial realizadas em superfícies de PC/ABS (Policarbonato/Acrilonitrilo- Butadieno- Estireno) recobertas com uma demão de tinta PU, base água e solvente, contendo o aditivo condutor IQX.

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PU base água + 15% m/m IQX Cond PNano

PU base solvente + 25% m/m IQX Cond PNano

Comprimento de Onda (nm)

Abso

rbân

cia

(u.a

.)

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Figura 2. Medidas de resistência elétrica superficial realizadas em substratos de PC/ABS (a) recobertos com tinta PU base água + 15% IQX Cond PNano (b) e com tinta PU base solvente +

25% IQX Cond PNano (c).

A aderência dos filmes de tinta ao substrato PC/ABS foi verificada utilizando-se o método de Corte em X. Examinamos a área ensaiada, quanto ao destacamento, logo após a remoção da fita, classificando a aderência de acordo com o padrão visual da norma ABNT NBR 11003, Figura 3 e Tabela 1.

Figura 3. Teste de aderência: método de Corte em X. Fitas adesivas contendo destacamentos das tintas PU base água + 15% IQX Cond PNano (a) e solvente + 25% IQX Cond PNano (b).

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(a) (b) (c)

(b)(a)

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Tabela 1 - Classificação da aderência de acordo com o padrão visual da norma ABNT NBR 11003.

Amostra Destacamento Código Definição

PU aditivada base aquosa Intersecção Y1

Destacamento de 1 mm a 2 mm em um ou em ambos os lados na interseção.

PU aditivada base solvente Intersecção Y2

Destacamento acima de 2 mm até 4 mm em um ou em ambos os lados da interseção.

PU aditivada base aquosa Incisão X1

Destacamento de até 1 mm ao longo das incisões.

PU aditivada base solvente Incisão X3

Destacamento acima de 2 mm até 3 mm ao longo das incisões.

Para avaliação da dispersão do aditivo IQX Cond PNano nas tintas PU, base aquosa e solvente, ambos os filmes foram observados utilizando-se um microscópio óptico, com aumento de 500x, Figura 4.

Figura 4. Microscopia óptica dos revestimentos de PU base água + 15% IQX Cond PNano (a) e solvente + 25% IQX Cond PNano (b). Aumento de 500x.

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4. CONCLUSÕES A partir dos resultados apresentados neste trabalho, comprovamos a viabilidade aplicação do aditivo IQX COND PNano, tanto em resinas de PU base solvente, quanto base aquosa, e a possibilidade de modulação das propriedades condutivas/dissipativas para atendimento a demandas específicas, de baixo VOC e, portanto, mais sustentáveis.

O desenvolvimento prossegue, visando otimizar a dispersão do aditivo em PU base água.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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[1] FAZENDA, Jorge M. R. (coordenador), Tintas & Vernizes – Ciências e Tecnologia, Associação Brasileira dos Fabricantes de Tintas, 3a ed. São Paulo, Edgard Blücher, 2005.

[2] Química e Derivados On Line, www.quimica.com.br/revista/qd434/tintas3.htm acesso em 23/02/2010.

[3] Fonte: http://www.poliuretanos.com.br/ acesso em 10/08/2015.

[4] W.K. Maser, Benito, L.P. Biró, Materials Science and Engineering C, 23 (2003) 87.