Tintas intumescentes base água para proteção de estruturas em aço contra o fogo

Abstract

Na construção civil as tintas intumescentes são largamente utilizadas em estruturas de aço, pois em um incêndio, este material perde aproximadamente metade do seu módulo elástico à 500ºC. O uso deste tipo de revestimento é essencial para garantir a segurança estrutural da construção bem como dos seres humanos. O fenômeno de intumescência em tintas acontece quando estas são submetidas a altas temperaturas formando uma camada carbonosa que se expande na superfície do revestimento. Esta camada tem como objetivo principal servir como isolante térmico do substrato e para a sua formação é necessário que o revestimento contenha três componentes: fonte ácida, fonte de carbono e agente de expansão. O desenvolvimento de tintas com baixo impacto ao meio ambiente vem sendo estimulado devido as restrições de emissão de compostos orgânicos voláteis (COVs) imposta por órgãos governamentais. Sendo assim, o desenvolvimento de tintas intumescentes base água se tornou primordial para atender estas diretivas. No presente trabalho foi realizado o desenvolvimento de tintas intumescentes a base água utilizando as resinas epóxi, acrílica e alquídica, onde foram avaliadas quatro formulações diferentes para cada amostra, utilizando em todas o grafite expansível como agente de expansão e variando a fonte ácida entre o polifosfato de amônio e o polifosfato de melamina e a fonte de carbono entre a lignina e o pentaeritritol. As tintas foram aplicadas em substratos de aço e expostas a testes de queima para verificar a resistência contra o fogo, além de terem sido caracterizadas por microcalorimetria de combustão, análise termogravimétrica e pirólise acoplada à cromatografia gasosa e à espectrometria de massas. As camadas carbonosas foram caracterizadas por microscopia óptica, microscopia eletrônica de varredura juntamente com a espectroscopia de energia dispersiva, difração de raios-X e espectroscopia de Raman. Os resultados de microcalorimetria de combustão evidenciaram que as formulações contendo a lignina liberaram menor quantidade de calor em relação às demais. Não foram detectados gases tóxicos na pirólise das tintas do sistema epóxi e acrílico. As análises de difração de raios-X e Raman comprovaram a formação de compostos termicamente estáveis na camada carbonosa.

In civil construction, intumescent coating are widely used in steel structures, because in a fire, this material loses approximately half of its elastic modulus at 500ºC. The use of this type of coating is essential to ensure the structural safety of the construction as well as of human beings. The phenomenon of intumescent in coatings occurs when they are subjected to high temperatures forming a carbon char that expands on the surface of the coating. This char has as main objective to serve as a thermal insulator of the substrate and for its formation it is necessary that the coating contains three components: acid source, carbon source and blowing agent. The development of coating with a low impact on the environment has been stimulated due to restrictions on the emission of volatile organic compounds (VOCs) imposed by government agencies. Therefore, the development of water-based intumescent coatings has become essential to meet these guidelines. In the present work, the development of water-based intumescent coatings was carried out using epoxy, acrylic and alkyd resins, where four different formulations were evaluated for each sample, using in all the expandable graphite as an blowing agent and varying the acid source between the ammonium polyphosphate and melamine polyphosphate and the carbon source between lignin and pentaerythritol. The coatings were applied to steel substrates and exposed to burning tests to verify fire resistance. In addition, they were characterized by combustion microcalorimetry, thermogravimetric analysis and pyrolysis coupled with gas chromatography and mass spectrometry. The carbon char were characterized by optical microscopy, scanning electron microscopy together with dispersive energy spectroscopy, X-ray diffraction and Raman spectroscopy. The results of combustion microcalorimetry showed that formulations containing lignin released less heat than the others. No toxic gases were detected in the pyrolysis of epoxy and acrylic system paints. The X-ray diffraction and Raman spectroscopy analyzes confirmed the formation of thermally stable compounds in the carbon char.