DISPERSÃO NANO PARTÍCULA E SUA FUNCIONALIDADE EM

FORMULAÇÕES DE SELADORES E PRIMERS DE PENETRAÇÃO

PROMOTORES DE ADERÊNCIA

Luciana Vaquero1, Pablo Cadavid2

1 – Archroma – Laboratório de Aplicações – Emulsion Products – São Paulo, SP, Brasil

2 – Archroma – Gerente Global de Produtos – Emulsion Products – São Paulo, SP, Brasil

RESUMO

Uma breve introdução sobre a Nanotecnologia, seus avanços e como esta tecnologia

abrange uma evolução em propriedades de revestimentos. As dispersões nano

partículas são um avanço dentro deste setor, em que apresentam ótimas vantagens

na formulação de seladores e primers de penetração promotores de aderência.

Este trabalho consiste em demonstrar situações em que comprovam algumas

vantagens em formular produtos de alta performance com dispersões de nano

partículas, agregando funcionalidades em que não são visualizadas quando utilizado

uma dispersão de tamanho de partícula normal.

INTRODUÇÃO

A nanotecnologia pode ser definida como manufatura, análise e uso de estruturas em

que, em pelo menos uma dimensão (camada, partículas, tubos, etc) apresenta

tamanho inferior a 100 nm. Seu termo nanotecnologia não se refere ao seu tamanho

em si, mas à possibilidade de criar “nanoestruturas” pela manipulação atômica. A partir

de 2000, a nanotecnologia passou a ser explorada do ponto de vista comercial.

Nanotecnologia está sendo capaz de mudar evolutivamente em diversas áreas

tecnológicas, mas os velhos paradigmas devem ser revolucionariamente e

amplamente rompidos.

No setor de coatings (revestimentos), novas abordagens que envolvem nanoescala

podem ajudar a formular revestimentos com propriedades otimizadas. Para este setor,

os primeiros produtos nano foram pigmentos e cargas, com partículas menores que

100 nm. Nano dióxido de titânio, nano-prata e nano-cobre, nano-óxidos de zinco, ferro

e cério, nano dióxido de silício (sílicas), nano-alumina e nano-fillers são exemplos de

outros produtos nano que conferem características como

hidrofobicidade/hidrofilicidade, resistência ao risco, durabilidade, ação biocida e

proteção UV aos revestimentos.

Emulsões1 convencionais são conhecidas no mercado com tamanho de partícula

superiores a 100 nm (140 – 200 nm), com diversas aplicações já consolidadas em

coatings. Novas emulsões Nano estão sendo apresentadas, com diâmetro de partícula

particularmente abaixo de 70 nm[1]. Abaixo de 30 nm, apresentam-se geralmente

translúcidas ou transparentes devido suas partículas serem menores que o

comprimento de onda da luz visível[2]. Nanoemulsões2 apresentam algumas vantagens

em comparação com sistemas convencionais. Alguns detalhes podem ser encontrados

nas literaturas[1],[3,4].

Nanoemulsões são bastante difíceis de polimerizar com alto teor de matéria seca e

isto está associado a sua estabilização. Tipicamente, uma nanoemulsão com 30% de

teor de matéria seca apresenta um volume efetivo de partículas semelhantes à

dispersão com 50% de teor de matéria seca.

Uma das principais vantagens que atribuímos às nanoemulsões é a maior penetração

e capacidade de consolidação, pois as partículas menores devem favorecer a

penetração e um número maior de partículas deve aumentar o número de sítios de

enxertamento[5].

Archroma desenvolveu uma nanoemulsão terpolímera (Acrílico, VAM, derivado de

ácido versático) com distribuição de tamanho de partícula na faixa de 35 – 50 nm

chamada Mowilith® LDM 2801 Nano. O produto apresenta Tg (temperatura de

transição vítrea) de 5°C e TMFF (temperatura mínima de formação de filme) abaixo de

5°C, teor de matéria seca cerca de 33%, com viscosidade abaixo de 100 cP, o que

facilita sua penetração. Ainda assim, recomenda-se um mínimo de diluição para

aumentar a penetração do produto. O conceito Low Emission Concept está inserido

neste produto, que abrange sete pilares ecológicos: livre de solventes, livre de APEO

(Alquilfenol etoxilados), livre de compostos tóxicos, baixo odor, livre de amônia, baixo

teor de COV (Compostos Orgânicos Voláteis) e baixo formaldeído. Produtos

1 Quimicamente, leia-se sempre “emulsão” como “dispersão”. 2 Quimicamente, leia-se “nanoemulsões” como “microdispersão”[2] – Microemulsão é

uma dispersão coloidal termodinamicamente estável, enquanto nanoemulsão é uma

dispersão coloidal termodinamicamente instável.

ecológicos podem ser formulados com esta inovação, destacando a não necessidade

de adição de coalescente nas formulações devido baixa TMFF.

Como citado anteriormente, nanoemulsões apresentam maior capacidade de

penetração em substratos porosos. A Figura 1 apresenta a influência do tamanho de

partícula na capacidade de penetração, em madeira pinus, sob microscopia ótica.

Nota-se que, em uma emulsão convencional, há baixa penetração, com apenas cerca

de duas camadas celulares. Já em uma nanoemulsão, com aproximadamente 50 nm,

há uma boa penetração, com cerca de 3 a 6 camadas celulares.

(A)

(B)

Figura 1: Influência do tamanho de partícula na penetração em madeira Pinus,

através de microscopia ótica. (A) Emulsão convencional – penetração em cerca de 2

camadas celulares. (B) Nanoemulsão de 50 nm de tamanho de partícula –

penetração de cerca de 3 a 6 camadas celulares.

A diferença também é visível pela formação de filme superficial. Em emulsões

convencionais, a formação do filme se concentra principalmente na superfície do

substrato, enquanto que para nanoemulsões a formação do filme polimérico tende a

se concentrar no interior da superfície do substrato.

Porém, esta formação de filme se deve à correta diluição do produto. A Figura 2

representa os comportamentos de penetração ao se utilizar diferentes diluições, em

calcário. A situação (A) apresenta uma situação de diluição adequada, em que a

propriedade selante ótima é atingida. O filme polimérico é formado no interior da

camada superficial do substrato. A situação (B) apresenta uma diluição em excesso,

onde há penetração demasiada do polímero. Assim, embora utilizando-se um selador

de alta performance, não apresentará um efeito selante. Já a situação (C) representa

uma diluição inadequada, ou seja, pouca diluição, com formação de filme superficial,

sem penetração nos poros. Qualquer defeito no filme deixa o substrato vulnerável.

Este é o mesmo efeito atingido por uma emulsão convencional, mesmo com diluição.

(A) (B) (C)

Figura 2: Placa de calcário: (A) Diluição adequada. (B) Diluição em excesso. (C)

Pouca diluição.

Este comportamento de penetração é essencial para a formulação e aplicação de

seladores de alta performance e primers de penetração promotores de aderência,

formulados com nanoemulsões. A Figura 3 demonstra alguns destes benefícios:

- Consolidação de partículas soltas e prevenção de ruptura.

- Previne migração de umidade.

- Redução da absorção do substrato para melhor aplicação/rendimento do coating

(otimização da quantidade utilizada)

- Previne eflorescência/migração de sais e álcalis.

- Extra proteção ao substrato em falhas do coating.

- Promotor de aderência do coating.

Figura 3: Benefícios de um selador de alta performance e primer de penetração

promotor de aderência, formulado com nanoemulsões.

Seladores e primers promotores de aderência tem como função, geralmente, preparar

o substrato para receber as camadas superiores de revestimento e promover a

aderência do revestimento final ao substrato em questão.

Os trabalhos descritos estão focados em estudos que demonstram os benefícios em

utilização de dispersões nano partículas descritos acima, e se estendem a outros

substratos como madeira, alvenaria, concreto, fibrocimento, telha, pisos, gesso.

PARTE EXPERIMENTAL E RESULTADOS

Dividimos este estudo em trabalhos que possam representar os benefícios descritos

em cada uma das situações.

Proteção no interior do substrato e não apenas supe rficialmente!

Para avaliação e representação do efeito de absorção por capilaridade de

nanoemulsões, emulsões convencionais e selantes convencionais comercializados no

mercado, um estudo foi realizado em placas de gesso. Isto representa a formação de

filme no interior superficial do substrato e não apenas em sua superfície, o que garante

uma extra proteção ao substrato em falhas do coating, com maior durabilidade e

proteção mecânica.

Procedimento:

- Foram preparadas soluções de 10 a 13% de teor de sólidos dos produtos analisados.

- Placas de gesso de 9 x 8 x 1 cm foram imersas, verticalmente, a 50 g da solução

acima colorida através de corante azul, de forma a manter uma lâmina líquida de 1,5

cm.

- Manteve-se as placas por um período de 3h, analisando-se após este período a

diferença de massa seca da placa (polímero absorvido), assim como a migração do

polímero através de absorção de água por capilaridade.

- Foram testadas as seguintes amostras:

a) Mowilith® LDM 2801 Nano

b) Emulsão Nano referência de mercado

c) Emulsão Convencional

d) Selante Convencional comercializado em mercado brasileiro 1

e) Selante Convencional comercializado em mercado brasileiro 2

Os resultados seguem na Tabela 1 , com a seguinte classificação de absorção por

capilaridade:

- Ótima: excelente migração de amostra na placa de gesso e impregnação do

polímero no substrato após a cura.

- Boa: baixa migração de amostra e impregnação do polímero no substrato após a

cura.

- Ruim: Nenhuma migração da amostra, formação do filme na superfície do substrato e

perda de massa do substrato.

Amostra Absorção por

capilaridade após 3 horas

Massa seca do

polímero absorvido

(g)

Mowilith ® LDM 2801 Nano Ótima 4,90

Emulsão Nano ref. de

mercado

Boa 3,80

Emulsão Convencional Ruim -

Selante Convencional 1 Ruim -

Selante Convencional 2 Ruim -

Tabela 1: Resultados da absorção por capilaridade dos produtos após 3 horas, assim

como sua massa seca de polímero absorvido, das amostras testadas.

A Figura 4 representam as placas de gesso após teste.

(A) Mowilith® LDM 2801

Nano

(B) Emulsão Nano ref. de

mercado

(C) Emulsão

Convencional

(D) Selante Convencional 1

(E) Selante Convencional 2

Há formação de filme

superficial do polímero.

Figura 4: Comportamento de Absorção por capilaridade em placas de gesso, dos

produtos testados.

Percebe-se claramente a diferença de absorção por capilaridade do produto Mowilith®

LDM 2801 Nano quando comparado com demais emulsões e seladores de mercado

formulados com emulsões convencionais.

A formulação de seladores de alta performance com Mowilith® LDM 2801 Nano agrega

valores, com maior penetração do produto nas primeiras camadas da superfície, sem

formação de filme superficial em que estaria submetido a qualquer falha superficial do

coating e/ou selador. Esta penetração também favorece a consolidação de partículas

soltas e prevenção de ruptura dos substratos, favorecendo a resistência mecânica do

substrato.

Potencialização do efeito de promoção de aderência e resistência à água!

O trabalho realizado abaixo avalia o efeito e a melhor maneira de aplicação do

Mowilith® LDM 2801 Nano nas propriedades de resistência à água e aderência do

revestimento utilizado no acabamento de molduras.

Há 3 materiais envolvidos na confecção destas molduras: A madeira, o gesso e o

coating.

A avaliação foi realizada em 2 situações distintas (Figura 6 ): A primeira situação (A)

Mowilith® LDM 2801 Nano aplicado como primer promotor de aderência; a segunda

situação (B) Mowilith® LDM 2801 Nano utilizado como aditivo no Coating.

(A)

(B)

Figura 6: Formas de aplicação do Mowilith® LDM 2801 Nano: (A) Mowilith® LDM 2801

Nano utilizado como Primer Promotor de aderência em madeira. (B) Mowilith® LDM 2801

Nano adicionado como Aditivo no Coating.

Dois testes principais foram analisados: Aderência do sistema em madeira (ABNT

NBR 11008 adaptado) e resistência / absorção de água (Adição de 5 gotas de água

em três regiões diferentes e acompanhamento do tempo de absorção).

Na primeira situação (Figura 6A ), o uso do Mowilith® LDM 2801 Nano como primer

promotor de aderência não gerou ganhos em questão de absorção de água (Figura

7), porém, ganhos expressivos em aderência foram obtidos (Figura 8 ).

(A) Início

(B) Após 30 min

(C) Após 60 min

(D) Após 120 min

Figura 7: Absorção de água em decorrer do tempo, utilizando Mowilith® LDM 2801

Nano como primer promotor de aderência do coating.

Figura 8: Ganhos significativos de aderência ao utilizar o sistema Madeira +

Mowilith® LDM 2801 nano + Coating.

Na segunda situação (Figura 6B ), Mowilith® LDM 2801 Nano aplicado como aditivo

(3,0%) no coating.

Para esta aplicação, a presença desta nanoemulsão favorece o efeito selante em sua

própria camada de coating e nas camadas inferiores. Há uma redução expressiva de

absorção de água da moldura, fator expressivo para estas molduras (Figura 9 ).

(A)Início

(B)Após 60 min

(C)Após 120 min

(D)Após 150 min

Figura 9: Absorção de água em decorrer do tempo, utilizando o Mowilith® LDM 2801 Nano

como aditivo no coating.

Neste sistema madeira + gesso + Coating/Coating aditivado, não há problemas de

aderência no sistema padrão, e assim houve manutenção de aderência quando

aditivou-se o coating (Figura 10 ).

Figura 10: Manutenção da Aderência do gesso + coating na madeira, quando

utilizado 3% de Mowilith® LDM 2801 Nano como aditivo no coating.

Assim, conclui-se que Mowilith® LDM 2801 Nano, quando aplicado como primer

promotor de aderência, confere um ganho considerável de aderência. Para aumentar a

resistência à água de molduras, pode-se considerar o uso do produto como aditivo no

Coating.

Potencialização no efeito de Rendimento de coating!

Outro efeito do selador de alta performance também é aumentar o rendimento do

coating utilizado, podendo otimizá-lo.

Este trabalho também foi focado em molduras de madeira Pinus, desta vez com as

seguintes matérias-primas: Madeira Pinus +Coating +Coating, aplicando Mowilith®

LDM 2801 Nano diluído 1:4 entre a madeira e a primeira camada de Coating (Figura

11).

Figura 11: Fabricação da moldura e aplicação do produto Mowilith® LDM 2801 Nano

como promotor de aderência.

A utilização de Mowilith® LDM 2801 Nano como promotor de aderência propiciou:

- Maior brancura: O efeito selante demonstra a possibilidade de otimização da

quantidade de Coating aplicada: melhor aspecto visual e maior brancura obtidos já na

primeira aplicação de Primer (Gráfico 1 )

- Melhor aspecto visual: Mowilith® LDM 2801 Nano ajudou a melhorar o aspecto visual

das molduras, em que ajudou a eliminar a visualização de “ranhuras” do substrato de

madeira (Figura 12 ).

- Maior aderência: A aplicação do Mowilith® LDM 2801 Nano demonstra a

característica de promotor de aderência. (Figura 13 )

Gráfico 1: Medida de brancura das molduras após primeira e segunda aplicação do

coating.

(A) Corpos de prova feitos em laboratório – 1ª demão coating

(B) Corpos de prova feitos em laboratório – 2ª demão coating

Figura 12: Melhora do aspecto visual das molduras.

Figura 13: Avaliação de aderência dos corpos-de-prova.

CONCLUSÕES

Através de diversos trabalhos representados aqui, ficam claras as propriedades de

seladores de alta performance e primers de penetração de promotores de aderência

formulados com nanoemulsões perante às emulsões convencionais e produtos

comuns encontrados no mercado brasileiro.

Além de gesso e madeira, já foram obtidas ótima performance em concreto, alvenaria,

telhas, fibrocimento e pisos. Outros materiais estão sendo explorados a fim de avaliar

sua eficiência em todos estes quesitos.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

[1] C.-S. Chern, Principles and Applications of Emulsion Polymerization, Wiley, 2008;

J.-C. Daniel, C. Pichot (Eds.), Les Latex Synthétiques, Lavoisier, 2006; A. van Herk

(Ed.), Chemistry and Technology of Emulsion Polymerization, Blackwell, 2005.

[2] D.J. McClamentis, Nanoemulsions versus microemulsions: terminology, differences,

and similarities; The Royal Society of Chemistry, Soft Matter, 8 (2012) 1719-1729.

[3] A. Mader, S.Antonietta, Nanolatexes: applications in building, Pitture e Vernici 86

(2) (2008) 31.

[4] Colloidal Polymers, Abdelhamid Elaissari editor, Dekker 2003, Chapter 3, Peihong

Ni, Shoukuan Fu, Preparations of Microlatexes Using Polymeric Surfactantes or Mixed

Surfactants; Chapter 7, Chantal Larpent, Microemulsion Polymerization, A Way to

Synthesize Well-Defined Highly Functionalizes nanoparticles.

[5] A. Mader, A. Schirò, M. Brischetto, B. Pizzo, Interactions and penetration of

polymers and nanolatexes into wood : An overview, Progress in Organic Coatings 71

(2011) 123-135.