Aplicação de polimerização em miniemulsão em tintas industriais

Abstract

Esta tese de doutorado apresenta a obtenção de resinas acrílicas base-água para uso em tintas anticorrosivas obtidas através de polimerização em miniemulsão de metacrilato de metila (MAM), acrilato de butila (AB) e ácido acrílico (AA) utilizando uma resina hidrocarbônica (RHC) como agente osmótico. A técnica de polimerização em miniemulsão difere da polimerização em emulsão convencional em vários aspectos, principalmente no que se refere ao local de onde ocorre a polimerização. Na polimerização em miniemulsão não há transferência de monômero pelo meio contínuo ao longo da polimerização. As gotas de monômeros (inicialmente formadas) são suficientemente pequenas e estáveis de forma que a nucleação e crescimento da cadeia polimérica ocorrem nas próprias gotas, que agem como “nano-contêineres”. O sistema é obtido por alto cisalhamento e a alta estabilidade das gotas é garantida pela combinação do componente anfifílico (surfactante) e o agente osmótico, que é solúvel e homogeneamente distribuído na fase descontínua. O agente osmótico tem baixíssima solubilidade na fase contínua e, portanto, cria uma pressão osmótica dentro das gotas, anulando a pressão de Laplace e prevenindo o efeito de Ostwald ripening, que é a difusão de massa das gotas menores para as maiores em razão da diferença de pressão. Nesta tese, uma resina hidrocarbônica (RHC) foi utilizada como agente osmótico. RHC é um polímero de baixo custo largamente utilizado em tintas e adesivos base-solvente. A sua utilização em látex pode aumentar a hidrofobicidade do filme e age como agente osmótico na polimerização em miniemulsão, levando a látices com distribuições, tamanhos de partícula e estabilidade similares quando usado n-hexadecano (HD) como agente osmótico. Entretanto, quando RHC é utilizado, menor conversão de monômeros e menor massa molar indicam a ocorrência de reação de transferência de cadeia. Análise de microscopia de força atômica (AFM) do filme do látex com RHC demonstrou uma morfologia lisa, porém com separação de fases. Testes em uma formulação de tinta anticorrosiva mostraram maior desenvolvimento de dureza quando utilizado RHC quando comparado com HD. Comparando com uma resina padrão de mercado tanto RHC quanto HD tiveram aderências similares sobre painel de aço, porém durezas mais altas. Entretanto, brilho mais baixo foi obtido quando usado RHC. A xix visualização do filme através de AFM mostrou separação de fases quando RHC é utilizada, o que pode explicar o menor brilho alcançado. As tintas anticorrosivas preparadas foram submetidas a ensaio de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). Resultados similares foram obtidos comparando a resina de mercado com os látices com RHC e HD em concentrações padrão de surfactante. Quando utilizado um látex com RHC com menor concentração de surfactante melhores resultados foram obtidos.

Waterborne acrylic resins suitable for anticorrosive coatings were obtained by miniemulsion polymerization of methyl methacrylate (MAM), butyl acrylate (AB) and acrylic acid (AA) using a hydrocarbon resin (RHC) as osmotic agent. Miniemulsion polymerization is powerful technique that allows the incorporation of preformed solventborne polymers in a waterbased matrix. It consists of small, stable, and narrowly distributed droplets in a continuous phase, which acts as “nanocontainers” were the polymerization takes place. The system is obtained by high shear and the high stability of the droplets is ensured by the combination of the amphiphilic component, the surfactant, and the osmotic agent, which is soluble and homogeneously distributed in the droplet phase. The osmotic agent has a lower solubility in the continuous phase and therefore builds up an osmotic pressure in the droplets counteracting the Laplace pressure, preventing the so called Ostwald ripening. RHC is a cheap polymer widely used for solventborne coatings and pressure sensitive adhesives. Using the as osmotic agent in the miniemulsion polymerization can lead to a higher hydrophobicity for the acrylic latex film, leading to latexes with particle sizes, size distributions and stability comparable to those obtained using n-hexadecane (HD) as osmotic agent. However, when using RHC, the monomer conversion and molecular weight were lower indicating the occurrence of a chain transfer reaction. Atomic force microscopy (AFM) analysis demonstrated that a smooth film surface with phase separated morphology was formed when using RHC. Tests in an anticorrosive paint formulation showed fast hardness development for RHC comparing to HD. Comparing with a market resin reference both RHC and HD had equivalent adhesion results on steel panels but higher final hardness. However lower gloss were found when using RHC which supports the AFM phase separation observations. The anticorrosive paints formulations were submitted to electrochemical impedance spectroscopy (EIS) analysis. Similar results were achieved for the market resin compared to RHC and HD with standard surfactant levels. When using RHC latex with less surfactant concentration better results in anticorrosive performance were achieved.