Efeito dos aspectos morfológicos do pigmento TiO2 nas propriedades ópticas de tintas base água

Abstract

O dióxido de titânio, TiO2, é o pigmento branco mais importante na indústria de tintas devido à sua capacidade de refletir o espectro da radiação solar nas regiões do visível e do infravermelho. Ao refletir os comprimentos de onda da região do visível, o observador percebe a cor branca. A região do infravermelho é percebida pelo ser humano na forma de calor e a radiação ao ser refletida pelo pigmento diminui o aquecimento da superfície pintada. Neste trabalho foram investigados os aspectos morfológicos do TiO2 e avaliado o seu impacto nas propriedades ópticas de tintas base água. Quatro tipos de TiO2 foram utilizados, um de tamanho nanométrico, dois pigmentos comercias com diferentes tamanhos de partículas e o quarto obtido da calcinação do pigmento nanométrico. A calcinação objetivou a alteração da estrutura cristalina da fase anatase para rutilo do TiO2 nanométrico. Os pigmentos e carga (CaCO3) utilizados foram caracterizados através de análises morfológicas (tamanho e formato das partículas, estrutura cristalina, área superficial), absorção de óleo e espectroscopia de refletância difusa (regiões do ultravioleta, visível e infravermelho próximo). Foram produzidas tintas com diferentes teores de pigmentos (5%, 10%, 15% e 20%) As tintas foram caracterizadas através dos seguintes ensaios: viscosidade, espessura do filme seco, determinação de cor e brilho e espectroscopia de refletância difusa. Constatou-se que as propriedades ópticas das tintas são fortemente dependentes do tamanho de partícula do pigmento TiO2. A refletância da região do visível (400 a 700 nm) apresentou valores ótimos nas tintas produzidas com 15 e 20% dos pigmentos comerciais com tamanho médio de partícula entre 140 e 600 nm, produzindo um filme branco com elevada opacidade. A tinta com TiO2 nanométrico (15 a 60 nm para as partículas unitárias) apresentou baixos valores de refletância difusa nas regiões do visível e do infravermelho. As tintas produzidas com TiO2 calcinado, com elevado tamanho de partícula, refletiram mais eficientemente a região do infravermelho (700 – 2500 nm). O tratamento térmico do TiO2 nanométrico resultou num pigmento com tamanho de partícula adequado para aplicação de tintas reflexivas ao calor.

Titanium dioxide, TiO2, is the most important white pigment in coating industry due to its ability to reflect solar radiation spectrum in visible and infrared regions. When TiO2 reflects the light wavelengths in the visible region, the observer perceives the white color. The infrared region is perceived by human being in the form of heat and when the radiation is reflected by pigment decreases the heating of painted surface. In this work, the morphological aspects of TiO2 were investigated and evaluated their impact on optical properties of waterborne paints. Four types of TiO2 were used; one nanosized pigment, two commercial pigments with different particle sizes and the last one was obtained from the calcination of nanoparticles pigments. The main objective of calcination was to alter the crystalline structure of anatase phase to rutile phase of nanometric TiO2. The pigments and filler used (CaCO3) were characterized by morphological analysis (particle size distribution and shape analysis, crystalline structure, surface area), oil absorption and diffuse reflectance spectroscopy (ultraviolet, visible and near-infrared regions) Paints were prepared using different pigments concentrations (5%, 10%, 15% and 20%). The followings tests were carried out to characterize the paints: viscosity, dry film thickness, color and brightness determination and diffuse reflectance spectroscopy. It was observed that the optical properties of the paints are strongly dependent on TiO2 pigment particle size. The reflectance of the visible region (400 to 700 nm) showed better results in the paints produced with 15% and 20% of commercial pigment whose average particle size ranges were between 140 and 600 nm, producing a white film with high opacity. The paint with nanosized TiO2 showed lowest values of diffuse reflectance in visible and infrared regions. The paints formulated with calcined TiO2, pigment showing higher particle sizes, reflected more efficiently the infrared region (700 to 2500 nm). Thermal treatment of nanometric TiO2 resulted in a pigment with particle size suitable for application of heat reflective paints.