Filmes híbridos modificados com agentes flexibilizantes para uso como revestimento barreira e como pré-tratamento de folha de flandres para aplicação de tinta UV

Abstract

Um dos principais problemas da folha de flandres utilizada no setor de embalagens é a adesão dos revestimentos UV sobre o substrato devido à presença de óxidos na superfície. Dessa forma, o emprego de pré-tratamentos superficiais se faz necessário, e o uso de revestimentos híbridos tem sido proposto para melhorar a aderência e a resistência à corrosão. Contudo, esses revestimentos tendem a serem frágeis e não suportam deformação mecânica. No presente trabalho, os filmes híbridos foram depositados sobre a folha de flandres a fim de avaliar o seu desempenho como revestimento protetor e como pré-tratamento para posterior aplicação do revestimento UV. Visando melhorar o efeito barreira, as folhas de flandres foram revestidas com um filme híbrido obtido a partir de um sol constituído pelos precursores: 3-(trimetoxisililpropil)metacrilato (TMSM) e tetraetoxisilano (TEOS) e Ce(NO3)3 0,01M com adição do plastificante di-isodecil adipato (DIDA) em diferentes concentrações: (0,5, 1, 2 e 4%). Utilizou-se o processo de dip-coating com velocidade de retirada de 10 cm.min-1, com aplicação em monocamada e bicamada, e curados por cura térmica empregando-se duas diferentes temperaturas de cura, 60 °C e 90 °C. Com o objetivo de analisar um pré-tratamento para posterior aplicação do revestimento UV, as folhas de flandres foram revestidas com um filme híbrido obtido a partir de um sol com a mesma formulação citada, substituindo o plastificante DIDA pelo flexibilizante polietilenoglicol (PEG) em diferentes concentrações: (20, 40, 60 e 80 g.L-1). Os filmes foram obtidos e curados conforme descrito anteriormente, além disso, após o pré-tratamento com filme híbrido, a folha de flandres foi submetida ao processo de pintura com tinta uretânica alifática acrilada curada por radiação ultravioleta (UV). Foram empregadas como técnicas para caracterização quanto ao comportamento eletroquímico: monitoramento do potencial de circuito aberto, curvas de polarização potenciodinâmicas, medidas de impedância eletroquímica e svet. O comportamento físico-químico dos filmes foi avaliado por ângulo de contato, termogravimetria, espectroscopia de infravermelho e ressonância magnética nuclear. A resistência ao desgaste foi avaliada pela técnica de esfera sobre plano. Os sistemas de pintura curada por radição ultravioleta foram analisados quanto à adesão, flexibilidade e molhabilidade. Os resultados obtidos, mostraram que a adição de 2% do plastificante di-isodecil adipato melhorou a resistência à corrosão e a cura a 90 °C e com aplicação da bicamada otimizou o efeito barreira do filme. Adição de PEG na concentração de 20 g.L-1 contribuiu para melhorar a flexibilidade do filme retardando a cinética da reação de reticulação e consequentemente evitando a formação de fissuras. Nesta concentração, e curado a 60 °C, o filme melhorou a resistência mecânica para os sistemas com pós-tratamento em tinta UV.

One of the main problems of the tinplate for the packaging sector is the coating adherence of UV coatings on the substrate, due to the presence of oxides on the surface. Thus, it makes necessary the use of surface pretreatments, and the use of hybrid coatings has been proposed to improve the adherence and corrosion resistance. However, these hybrid films tend to be fragile and do not hold on mechanical deformation. In this work, the tinplate was coated with hybrid films aiming to evaluate its performance as protective coating and as pre-treatment for further UV coating application. In order to improve the barrier effect, the tinplate were coated with a hybrid film obtained from a sol constituted by the precursors 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (TMSM) and tetraethoxysilane (TEOS), 0.01 mol.L-1 cerium nitrate (Ce(NO3)3) and diisodecyl adipate (DIDA) in different concentrations (0.5, 1, 2 and 4%) as plasticizer. Dip-coating was the process for applying the films with removal rate of 10 cm.min-1. The films were applied in one or two layers and, then, thermally cured at 60 °C or 90 °C. As a pretreatment for further UV coating, the tinplate were coated with a hybrid film with the aforementioned formulation, but replacing the plasticizer DIDA for polyethylene glycol (PEG) in different concentrations (20, 40, 60 e 80 g.L-1). The films were obtained and cured through the same dip-coating process and, after, the samples were painted with aliphatic acrylic urethane coating with ultraviolet radiation curing. The characterization techniques for electrochemical behavior were open circuit potential monitoring, potentiodynamic polarization curves, electrochemical impedance spectroscopy (EIS) and scanning vibrating electrode technique (SVET). The physicochemical behavior of the films was evaluated by contact angle measurement, thermogravimetric analysis, infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance. Wear resistance was evaluated by using a ball-on-plate test. The systems with UV-radiation-cured ink were analyzed regarding adherence, flexibility and wettability. Results showed that adding 2% of DIDA plasticizer improved the corrosion resistance and that curing a bilayer film at 90 °C optimizes the film barrier effect. Adding PEG in a concentration of 20 g.L-1 improved the flexibility of the film, making the cross-linking reaction kinetics slower and, in consequence, avoided cracks. With this concentration and curing at 60 °C, the film had better mechanical resistance for systems post-treated with UV ink.