Fundamentos do Negro de Fumo e

Sílica Pirogênica com foco na

Aplicação de Tintas

Adriana Russi Criciúma – 22 de Outubro de 2013

Cabot Corporation

Negro de Fumo

(Apresentação, Fabricação, Partícula/Estrutura, Química de Superfície,

Seleção de Graus, Dispersão e Aplicação em Tintas)

Emperor® 1200 e 1600

Sílica Pirogênica Cab-O-Sil

(Apresentação, Fabricação, Partícula/Estrutura, Química de Superfície,

Seleção de Graus, Dispersão e Aplicação em Tintas)

Agenda

Vídeo Institucional

Bem-vindos à Cabot Corporation

Fundada em 1882

Empresa global de produtos de alta performance

com foco em partícula finas e modificação de

superfície

46 fábricas em 20 países

8 Centros de Pesquisa e Desenvolvimento

5.000 funcionários

Vendas em 2012 - US$ 3,3 bilhões

Quatro negócios principais:

Negro de Fumo

Óxidos Metálicos Pirogênicos (Silica Pirogênica)

Tecnologias Avançadas

Soluções de Purificação

Bem-vindos à Cabot Corporation

Negro de Fumo Plásticos, Tintas, Tintas de Impressão, entre outras aplicações

Óxidos Metálicos Pirogênicos (Sílica Pirogênica) Compósitos, Adesivos, Tintas, Silicones, Cosméticos, entre outras aplicações

Tecnologias Avançadas Dispersões para Inkjet, Aerogel, Fluidos Especiais, Compostos Elastoméricos

Soluções de Purificação Carvão Ativado

... + PFS Negro Fumo + H2O + CO + H2 + N2

Ar + Gás CO2 + H2O +ENERGIA....

PFS

Gás

Ar QUEIMADOR

REATOR

• 99,5 % de carbono amorfo

• Diferentes níveis de tamanho de partículas, com

estruturas variáveis.

• Sólido em pó, podendo ser compactado, negro,

obtido pela combustão incompleta de óleo aromático

de petróleo

Partícula Primária

Agregado

Aglomerados

Negro de Fumo Fabricação, Propriedades e Características

Pellet

(Beads)

Pó

(Fluffy)

75nm 13nm

Tamanho de Partícula

Tonalidade Cinza Escuro

Poder Tintóreo Fraco Forte

SubTom Azul Marrom

Proteção UV Pequena Grande

Dispersão Fácil Difícil

Estrutura

(Absorção de Óleo)

Baixa Alta

Negro de Fumo

Partícula / Estrutura

Viscosidade

Baixa Alta Condutividade Elétrica

Baixa Alta

Viscosidade Alta Baixa

Alta Baixa

Fácil Difícil

Alto Baixo

Quantidade na Formulação

Dispersão

Brilho

Condutividade Elétrica

Cor

Alta Baixa

Levemente

Forte e Marrom

Levemente

Fraco e Azul

Estrutura (Absorção de óleo)

Ta

ma

nh

o P

art

ícu

la

Grande (75nm) / Baixa

Pequeno (13nm) / Baixa Pequeno (13nm) / Alta

Grande (75nm) / Alta

A mais baixa viscosidade

A mais alta quantidade na formulação

A menor condutividade elétrica

A mais difícil dispersão

A cor mais forte

A mais fácil dispersão

A cor mais fraca

A mais alta viscosidade

A mais baixa quantidade na formulação

A maior condutividade elétrica

Negro de Fumo

Química de Superfície

Através da Oxidação química, podemos aumentar os Grupos de Oxigênio

quimicamente adsorvidos:

Standard Oxidados

Neutro (6-8) pH Ácido (2-3)

0,5 - 1,5% Voláteis 2,0 - 20,0%

Vantagens da Oxidação química:

Baixa Viscosidade

Facilidade de dispersão

Forte Coloração

Alto Brilho

Alta resistência à floculação

Graus Cabot: Mogul L, Mogul E, Regal 400R,

M1000/1300/1400 (pellet e pó)

Negro de Fumo

Resumo (Morfologia / Tratamento)

A combinação destas 3 propriedades determinam o negro de fumo

correto para atender a necessidade de cada aplicação

Tamanho de Partícula

Estrutura

Química de Superfície

Tamanho Partícula Estrutura - Absorção Óleo Poder Tintóreo

(nm) (cc/100g) ASTM

BP 2000 12 330 164

Vulcan PA90 17 116 92

Vulcan XC72R / XC72 30 192 / 174 87

Monarch/BP1400 13 90 / 82 114

Monarch/BP1300 13 100 / 91 114

Monarch/BP1100 14 65 / 50 146

Monarch/BP1000 16 110 / 105 146

Monarch/BP 900 15 70 / 64 151

Monarch/BP 880 16 112 / 105 153

Monarch/BP 800 17 74 / 68 148

Monarch/BP 700 18 122 / 117 148

Vulcan 9A32 19 114 120

Elftex TP 20 98 106

Mogul/BP L 24 62 / 60 130

BP670 16 113 123

Regal 660/ 660R 24 65 / 60 137

Monarch/BP 580 16 140 / 125 125

Monarch/BP 570 24 126 / 114 114

Regal 400/ 400R 25 71 / 69 115

Regal 330 / 330R 25 65 / 70 122

Regal 300R 27 85 113

Monarch/BP 480 29 138 / 120 113

Monarch/BP 460 29 112 / 102 100

Monarch 430/BP 430 27 78 / 72 109

Regal 350 / 350R 48 46 / 46 90

Regal 250R 34 46 / 46 101

Monarch 280/BP 280 45 137 / 121 60

BP160 50 90 60

Monarch 120/BP 120 75 72 / 64 58

Baixa Intensidade

Media Intensidade

Regular Intensidade

Condutivo

Alta Intensidade

Negro de Fumo

Seleção de Graus

+

- +

-

• Morfologia do Negro de Fumo

Tamanho de Partícula

Estrutura

Química de Superfície

• Forma Física

Pó (Fluffy)

Pellets

• Contaminação

Dispersão do Negro de Fumo

Fatores que afetam a dispersão

Negro de Fumo

Efeito dos meios de dispersão

Negro de Fumo para Tintas

• Pigmentação

• Proteção UV

• Opacidade

• Poder de Cobertura

Alto Desempenho (High Color Black)

• EMPEROR 1800 e 2000 (Água)

• EMPEROR 1600 e 1200 (Solvente)

• MONARCH 1500

• MONARCH 1400

• MONARCH 1300

• MONARCH 1000

Medium Color

• BP/MONARCH 900

• BP/MONARCH 800

• BP/MONARCH 700

• REGAL 660R

Graus Especiais

• MOGUL L

• REGAL 400 / 400R

• MOGUL E

Regular Color

• BP/MONARCH 580

• BP/MONARCH 570

• BP/MONARCH 490

• BP/MONARCH 480

• BP/MONARCH 460

• BP/MONARCH 430

Aplicações Gerais

• BP/MONARCH 280

• BP/MONARCH 160

• BP/MONARCH 120

EMPEROR® 1600 e 1200

Novos Pigmentos de Alto

Desempenho para

Tintas Base Solvente

High Color Blacks (EMPEROR 1200 e 1600)

Tintas (Base Solvente)

Emperor 1600 A mais alta performance de cor

• Excelente dispersabilidade e poder de cobertura

• Proporciona alta concentração de negro de fumo na base de moagem

• Menor concentração de dispersantes

• Fácil manuseio, alta densidade

Emperor 1200 Excelente performance de cor

A melhor dispersabilidade e poder de cobertura

• Proporciona alta concentração de negro de fumo na base de moagem

• Menor concentração de dispersantes

• Fácil manuseio, alta densidade

Performance

De Cor (Mc value)

Alto

Baixo

Facilidade de Uso (Dispersão)

Emperor 1600

Emperor

1200

Performance Produto

Monarch 1300

Competitor B

1

2

Competitor A

Mais

Difícil Menos

Difícil

Novos Produtos

High Color Blacks (EMPEROR 1200 e 1600)

Performance de Cor

B-value =

0

Melhor Performance de Cor

Baixos Valores de L e b

Performance de Cor – Condições dos Testes:

1 passe em eiger mill à 2,500 RPM com 2mm silicato de zirconia.

Todos os dados sob a condição de poder de cobertura > 0.98

3 passes

Baixa Viscosidade na Base de Moagem 15% CB loading

Emperor

1600

Emperor

1200

Monarch 1300

FW200

Performance em Acrilico/Poliester

• Poder de Cobertura > 0.98 depois de apenas 1 passe em Eiger mill

• Excelente performance de cor comparado com produtos da

concorrência:

• +12 pontos Mc Value

• - 0.20 pontos L-value

• - 0.02 pontos b-value

• Baixa viscosidade proporciona aumento da concentração de negro

de fumo nas bases de moagem

1 passe

1 passe

1 passe

2 passes

Raven 5000

Comp. A Comp. B

Comp. A Comp. B

Comp. A Comp. B

Competitor A

Competitor B

Poliéster CAB Acrílico Poliéster Alquídico

Performance de Cor é obtida com menor concentração

de dispersantes em um típico processo

com moinho horizontal

Concentração

Dispersantes Concentração

Dispersantes Concentração

Dispersantes

Minutes Minutes Minutes

Performance de Cor é obtida com menor tempo de

dispersão em um típico processo com moinho

horizontal

Poliéster CAB Acrílico Poliéster Alquídico

Tempo Dispersão Tempo Dispersão Tempo Dispersão

High Color Blacks (EMPEROR 1200 e 1600)

Facilidade de Uso

• Emperor 1200 e 1600 dispersão tão rápido quanto o

Competidor B e mais rápido que o Competidor A

(ganhos de produtividade)

• Emperor 1200 e 1600 proporcionam uma

relação mais alta de pigmento/binder sob

viscosidade constante (menor necessidade

de uso de resina de moagem)

• Umectação do Emperor 1200 e 1600 são comparáveis ao

Competidor B e muito mais rápida que o Competitor A

• Emperor 1200 e 1600 tem 3x a densidade dos produtos da

concorrência, reduzindo a contaminação de pó no processo dos

clientes

• Redução de Uso de Dispersantes em 50%

Redução de Uso de Dispersantes

Aumento relação Pigmento/Binder

Redução do Tempo de Umectação

Baixa Formação de Pó

Mill To

Letdown &

Spray Out

Pre-Mix Redução do Tempo de Dispersão

Finish

Millbas

e

Processo Típico de

Fabricação

Formulação Acrílico Poliéster

Formulação Poliéster CAB

Formulação Alquídico

Vídeo Emperor® 1200 e 1600

Maiores Informações

www.cabotemperor.com

Sílicas Pirogênicas

Cab-O-Sil com foco em Tintas

Sílica Pirogênica

Fabricação, Propriedades e Características

Adjacent Hydroxyls

(hydrogen bonded)

SiSi Si

Si Si Si Si SiSi

O

O OO O

O

H H H H

Siloxane

Isolated

Hydroxyl

SiSi

Si

OO

HH

Si

O

H

Adjacent Hydroxyls

(hydrogen bonded)

Si

O

HFumed silica surface has

isolated hydroxyl groups—

this surface chemistry allows

hydrogen bonding between

silica particles and building of

a three-dimensional network

Fumed silica surface

Precipitated silica surface

100 m2/g <----------------------------> 380 m2/g

<-------------melhor umectabilidade

<-------------melhor dispersão

mais tixotropía-------------------->

mais hidrofobicidade----------->

mais reforço----------------------->

mais transparência-------------->

L-90

90m2/g

LM-130

130m2/g

LM-150

160m2/g

M-5

200m2/g

H-5

300m2/g

EH-5

380m2/g

Hidrofílica (Não Tratada)

T S -7 2 0

1 0 0 m 2 /g

T S -6 1 0

1 2 0 m 2 /g

T S -5 3 0

2 1 2 m 2 /g

H id ro fo b ic a (T ra ta d a )

Química de Superfície

Graus e Química de Superfície

Graus Tratados – Hidrofóbicos

TS-530

Hexametil-disilazano TS-610

Dimetil-diclorosilano

TS-720

Polidimetill-siloxano

Anti Sedimentante Tixotropia

EspessamentoAnti Sag

Cab-O-Sil - Líquidos

Cab-O-Sil - Dispersão

Anti Sedimentante

Tinta Anti Corrosiva c/ Sedimentação

Tinta Anti Corrosiva s/ Sedimentação

Controle Reológico

1. Tixotropia/Espessamento 2. Anti Escorrimento

3. Flow/Nivelamento 4. Hold Out

Aplicação em Tintas - Líquidas

Aplicação em Tintas - Líquidas

I. Sistemas Apolares ou Mediamente Polares

II. Sistemas Polares

Exemplos: Resinas Poliester, Acrílicas, Alquídicas

Graus Recomendados: Hidrofílicos (Cab-O-Sil M-5, H-5 ou EH-5)

Exemplos: Resinas Epóxi, Poliuretanas, Éster Vinílicas (Epóxi + Ác. Insaturados)

Graus Recomendados: Hidrofóbicos (Cab-O-Sil TS-720, TS-610 ou TS-530)

Cab-O-Sil TS-720

• Tintas Anti Corrosivas (Hidrofóbico)

• Anti Sedimentação

• Anti Escorrimento ao longo do tempo

• Baixo Teor Umidade (< 0.2%)

• Grau que fornece o menor aumento de

viscosidade a uma tinta, proporcionando

boas características de nivelamento

• Tinta Alto Sólidos (High Solids)

• Tintas Anti Corrosivas (Hidrofóbico)

• Anti Sedimentação/Anti Escorrimento

Cab-O-Sil TS-610

Redução das Forças Cohesivas e Fricção

Eletrostáticas

“Van der Waals”

“Liquid bridging”

Fricção partícula com partícula

Pó tratado(fluidizado)

Ruptura das Forças

Estruturais

Pó Coesivo não tratado

Forças Estruturais > Gravidade

Agente Agente de de FluidezFluidez

Cab-O-Sil - Pós

Aplicação em Tintas – Tintas em Pó

Fluidez Anti Aglomerante

Fluidização

Pós

Aplicação em Tintas – Tintas em Pó

Carga

Eletrostática

Modificação

SuperfícieTribocharge Corona

SpectrAl 100

(Alumínio Pirogênico)Positiva

Não

HidrofílicaBom Bom Bom Sim Sim

Pós Moagem ou

Pós-Pulverização

Cab-O-Sil M-5

(Silica Pirogênica)Negativa

Não

HidrofílicaBom Bom Suficiente Não Sim Moagem

Cab-O-Sil TS-610

(Silica Pirogênica)Negativa

Sim

HidrofóbicaBom Bom Excelente Não Sim Moagem

Cab-O-Sil CT-1111G

(Silica Pirogênica)Negativa

Sim

HidrofóbicaExcelente Excelente Excelente Não Sim

Pós Moagem ou

Pós-Pulverização

Ponto de Adição

Recomendado

Recomendado paraPROPRIEDADES DO PRODUTO

BENEFÍCIOS NAS TINTAS EM PÓ

PRODUTO Fluidez

Fluidização

Anti

Grumos

Estabilidade à

Humidade

Muito Obrigada!

Maiores Informações www.cabotcorp.com Adriana Russi Gerente de Marketing e Serviços Técnicos Tel - (11) 2144-6432 / Cel - (11) 98149-6693 e-mail: adriana.russi@cabotcorp.com