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Investigação reológica de tintas e revestimentos

Tintas e revestimentos são usados para uma grande variedade de aplicações. Além de proteger as superfícies das mais variadas influências ambientais (por ex. radiação, umidade do ar, químicos, etc.), eles são usados para decoração de interiores e exteriores, ou para acabamentos. Da fabricação à aplicação de uso final, matérias-primas como ligantes (resinas), solventes, pigmentos, enchimentos e aditivos devem ser misturadas de forma uniforme. Além disso, devem permanecer estáveis durante os processos de bombeamento e armazenamento, bem como após a aplicação com escovas, rolos, pistolas de spray etc. Portanto, as medições reológicas de tintas e revestimentos são cruciais para a avaliação da sua qualidade.

Comportamento reológico de tintas e revestimentos

As propriedades reológicas de tintas e revestimentos possuem um impacto em seu comportamento em várias situações: 

Comportamento do bombeamento e do fluxo durante a produção e a aplicação

As matérias-primas líquidas e as tintas e revestimentos de acabamento são bombeadas pelos tubos durante a produção e a aplicação. Conhecer o comportamento do fluxo em diferentes taxas de cisalhamento é importante para a concepção do equipamento necessário.

O comportamento após os processos de revestimento, pintura com pincel, com spray e com rolo (comportamento de nivelamento e escorrimento, espessura da camada úmida)

Após a aplicação, o comportamento correto de nivelamento e escorrimento de uma tinta ou revestimento é essencial para o resultado final. Para garantir o melhor nivelamento e evitar o escorrimento, parâmetros reológicos como viscosidade não devem estar muito altos nem muito baixos. Consequentemente, o comportamento reológico dependente de tempo do material deve ser equilibrado para se obter o resultado desejado. Essas características são normalmente conhecidas como comportamento tixotrópico.

O comportamento de separação e sedimentação em repouso (estabilidade de armazenamento a longo prazo)

Se os pigmentos e enchimentos dispersados não permanecerem em suspensão, eles formarão uma camada de sedimento no fundo do recipiente. Isso acaba resultando na heterogeneidade da tinta ou do revestimento.

Investigação de tintas e revestimentos usando testes reológicos

Testes reológicos são úteis para:

  • Calcula o valor da taxa de cisalhamento que afetará uma amostra de tinta ou revestimento durante a aplicação
  • Avaliar se os valores de viscosidade de uma tinta ou revestimento se adequarão aos requisitos após a aplicação
  • Meça a estabilidade de armazenamento a longo prazo das tintas e revestimentos 

Tintas de canetas esferográficas

Canetas esferográficas são as canetas mais usadas do mundo: milhões são fabricadas e vendidas todos os dias. Elas são dispositivos maravilhosamente simples que funcionam através da dispersão de tinta em uma esfera de metal na ponta da caneta, ou seja, sua ponta esferográfica. Ainda assim, elas nem sempre funcionam como deveriam. Às vezes, a tinta para de sair e, em outros casos, a tinta se acumula de forma irregular na esfera metálica, levando a manchas na página e nos nossos dedos. 

Esses efeitos são influenciados no mínimo por alguns fatores. Eles incluem a precisão da esfera e a montagem do canudo, além de suas propriedades tribológicas , além do comportamento reológico e tribológico da tinta. Por exemplo, se a viscosidade diminuir, seja devido a cisalhamento ou temperatura, mais tinta flui pelo canudo e para a ponta da caneta. A fadiga no mecanismo de esfera e canudo também pode levar a aumentos ou quedas no fluxo de tinta.

Testes tribológicos em tinta de caneta esferográfica

A medição da reologia de tintas esferográficas pode fornecer informações sobre seu comportamento de fluxo em condições operacionais típicas. Além disso, o comportamento de fricção e desgaste do sistema de esfera e canudo pode ser estudado por meio de medições  tribológicas . O gráfico abaixo mostra como duas amostras de tinta com diferentes viscosidades se comportam em um sistema de metal/tinta/papel, simulando o comportamento da tinta passando de uma caneta esferográfica para o papel.

Para um sistema de metal/tinta/papel, o coeficiente de fricção é medido como uma função da velocidade de deslize do metal contra o papel. O coeficiente de fricção atinge seu mínimo no ponto no qual há formação de película de filme fluida entre as superfícies. O ideal é que isso ocorra na velocidade de escrita, e o filme deve ser fino o bastante para transportar apenas tinta o suficiente para que a escrita fique clara, mas grossa o bastante para proteger a caneta e o material contra desgaste.

Esse teste exige um reômetro equipado com uma configuração de esfera em três placas. 

Sílica pirogênica

A sílica pirogênica é um material de baixíssima densidade e área de alta superfície que é muitas vezes usado como enchimento, agente espessante e agente de fluxo, entre outros. As propriedades da sílica pirogênica podem ser personalizadas para usos finais específicos ao variar a matéria-prima usada, além do processo usado em sua fabricação. Dessa forma, a análise e o controle de qualidade são importantes para determinar se o produto pode atingir sua finalidade desejada. As medições reológicas de pó podem oferecer informações úteis sobre as propriedades de pós como sílica pirogênica. Por exemplo, a força de coesão descreve as forças de ligação entre as partículas de pó, enquanto as medições de desaeração indicam por quanto tempo o ar permanecerá em uma amostra de pó. A desaeração é um indicador importante se um pó pode ser facilmente transportado por transmissão pneumática.

Testes reológicos em sílica pirogênica

As medições de desaeração podem ser realizadas em um reômetro equipado com uma célula de pó. Primeiro, o pó é totalmente fluidizado por um período de tempo definido, depois o fluxo de ar é parado e a pressão dentro da célula de pó é medida múltiplas vezes em intervalos muito curtos. Quando o sinal atinge valores constantes, é considerado que o ar saiu completamente da amostra de pó.

Esse teste exige um reômetro que possa processar reologia de pós.

Revestimentos em pó I

Os revestimentos em pó são uma alternativa aos revestimentos líquidos, pois são livres de emissões e não contêm solventes. Normalmente, um revestimento em pó é aplicado de forma eletrostática. Em seguida, um filme é formado pelo derretimento das partículas individuais do revestimento em pó em um forno. O tempo e a temperatura necessárias para a formação do filme são muito importantes, pois ambos os parâmetros possuem grande influência sobre o tamanho das usinas de produção e também afetam os custos do processo. Desta forma, o objetivo é desenvolver revestimentos em pó que requeiram uma temperatura baixa e pouco tempo para a formação do filme.

Testes reológicos em revestimentos de pó

Para determinar o comportamento de cura dos revestimentos em pó, um teste de temperatura com um reômetro  oscilatório  pode ser realizado. Um  teste oscilatório  determina simultaneamente o comportamento viscoso, descrito pelo módulo de perda G”, e o comportamento elástico, representado pelo  módulo de armazenamento G’. Assim, o comportamento de cura pode ser tanto determinado como o comportamento dependente de tempo a uma temperatura de teste constante (teste isotérmico) ou como um comportamento dependente de temperatura dentro de uma certa faixa de temperatura.

Esse teste exige um reômetro que esteja equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier.

Essa é apenas uma das investigações reológicas normalmente usadas na indústria automotiva.

Revestimentos em pó II

Revestimentos em pó são uma tecnologia que vem ganhando popularidade e inicialmente desenvolvida para criar revestimentos mais resistentes; no entanto, os revestimentos em pó também se tornaram mais populares por seus processos mais ecologicamente corretos e livres de solventes. O processamento envolve várias etapas, como fluidização e/ou transporte pneumático, que são significativamente influenciados pela reologia do pó. Dessa forma, medições reológicas podem fornecer um panorama informativo da qualidade de partículas, e se um pó é adequado ou não para um revestimento em pó. O pó precisa ter uma reologia de derretimento adequada (viscosidade e comportamento de cura), mas, ao mesmo tempo, precisa ser fluidizável e ter boa retenção de ar para ser transportável. Uma maneira de melhorar a fluidez e a fluidização de um pó é adicionar uma pequena quantidade de sílica pirogênica.

Testes reológicos em revestimentos de pó

A qualidade do pó pode ser examinada usando um reômetro equipado com uma célula de pó; por exemplo, ao realizar medições de queda de pressão, que mostram a taxa de fluxo necessária pra fluidizar totalmente uma amostra; confira o gráfico abaixo. A adequabilidade de um pó para transporte pneumático também pode ser determinada com a célula de pó através de medições de desaeração. Também é possível fazer medições de viscosidade em diversas condições de cisalhamento, as quais podem oferecer uma boa indicação onde dificuldades podem surgir durante o processo de transporte.

Esse teste exige um reômetro que possa processar reologia de pós.

Revestimentos finais

Um revestimento final normalmente equivale à camada final. Na maioria dos casos, ele é aplicado para deixar as superfícies mais brilhantes e para protegê-las contra as condições do tempo e outras influências. Para que a superfície não escorra ou apresente marcas de pincel indesejadas após a aplicação, um revestimento final tem que recuperar a sua estrutura no tempo certo, ou seja, sua recuperação não deve ser nem muito devagar nem muito lento. Portanto, um fator importante de qualidade dos revestimentos finais depende do tempo da regeneração estrutural, que por sua vez influencia o comportamento do nivelamento e escorrimento da superfície. Esta recuperação estrutural pode ser descrita em certos casos usando o termo tixotropia.

Testes reológicos em revestimentos finais

Na reologia, o  comportamento tixotrópico  é definido como uma redução da  força estrutura l da amostra durante um intervalo de teste com uma  carga de cisalhamento  constante e uma regeneração completa da estrutura durante o intervalo seguinte em repouso. Este comportamento pode ser medido em testes  rotacionais  ou  oscilatórios , através de um teste de  tixotropia  com três intervalos. O procedimento de teste simula o processo de aplicação com os seguintes intervalos de medição:

  1. Intervalo de repouso: Avaliação da estrutura em repouso predefinindo uma carga de cisalhamento muito baixa.
  2. Intervalo de carga: Avaliação do comportamento da decomposição estrutural durante a aplicação em uma carga de cisalhamento alta e constante.
  3. Intervalo de recuperação estrutural: Avaliação da regeneração estrutural ao longo do tempo após a aplicação. As condições de medição predefinidas são exatamente as mesmas que no intervalo de repouso.

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier.

Essa é apenas uma das investigações reológicas normalmente usadas na indústria automotiva.

Tintas de parede

A qualidade das tintas é importante tanto na produção como na aplicação. Tintas de parede ideais devem ser agitadas, misturadas e dispersadas, além de bombeadas e fluidas. De acordo com a aplicação, as tintas de parede devem ser espalhadas, escoadas, pulverizadas e usadas com pincel ou rolo. Outro fator de qualidade é o comportamento de nivelamento de superfície e escorrimento da tinta depois de ser aplicada; o ideal é que a estrutura interna se recupere exatamente no período correto. Durante este período também deverá haver tempo suficiente para desaeração. Normalmente é necessária uma superfície lisa, brilhante e homogênea sem respingos ou gotículas.

Testes reológicos em tintas de parede

O número de testes reológicos disponíveis tem subido continuamente, especialmente nas áreas de pesquisa e desenvolvimento, assim como no controle de qualidade e de processos. Um reômetro pode ser usado para avaliar fenômenos como o  limite de elasticidade  ao determinar o força da estrutura em repouso, o comportamento do  afinamento de corte  no estado de fluidez, assim como a  tixotropia  ao analisar a recuperação dependente de tempo da estrutura interna após a aplicação.

A maioria das tintas apresenta um comportamento de fluxo de pseudoplasticidade , com uma diminuição da  viscosidade  quando a  taxa de cisalhamento  é aumentada. Portanto, quanto mais rápido a tinta é agitada, menor é a sua  viscosidade. Este comportamento pode ser medido através de  testes rotacionais.

Esse teste exige um reômetro equipado com um sistema de controle de temperatura Peltier.