Como escolher pigmentos de dióxido de titânio para revestimentos em pó
Joe•
O artigo discute a seleção de pigmentos de dióxido de titânio para revestimentos em pó, enfatizando propriedades como tipo, tratamento de superfície, tamanho de partícula, pH e teor de umidade. Destaca a importância do dióxido de titânio no aprimoramento do desempenho do revestimento, incluindo cobertura, brilho e resistência às intempéries, e fornece diretrizes para avaliar sua adequação em diversas aplicações.
Resumo
Os revestimentos em pó possuem excelentes propriedades ambientais e efeitos de revestimento superiores. Este artigo apresenta como selecionar pigmentos de dióxido de titânio adequados para revestimentos em pó, sugerindo a consideração das seguintes propriedades do dióxido de titânio:
- Tipo de dióxido de titânio;
- Tratamento de superfície do dióxido de titânio;
- Distribuição do tamanho das partículas de dióxido de titânio;
- Valor de pH do dióxido de titânio;
- Teor de umidade do dióxido de titânio.
Introdução
Os revestimentos em pó, como representantes de revestimentos isentos de solventes e com alto teor de sólidos, apresentam emissões de compostos orgânicos voláteis (COVs) significativamente menores em comparação com os revestimentos tradicionais à base de solventes, com alguns produtos atingindo emissões zero de COVs.
Os revestimentos em pó são compostos por polímeros como resina de poliéster, poliuretano, ácido poliacrílico e resina epóxi, misturados uniformemente com pigmentos e aditivos. Os revestimentos em pó são fáceis de aplicar, muitas vezes exigindo apenas uma demão para atender aos requisitos de uso. Com um bom controle de processo, a película de revestimento geralmente é isenta de poros e apresenta excelente resistência a ácidos e álcalis, bem como resistência à corrosão.
Os setores que utilizam principalmente revestimentos em pó incluem a fabricação de móveis, a fabricação de eletrodomésticos e utensílios de cozinha, a indústria de tubos de aço, a indústria automotiva, a indústria de máquinas agrícolas, equipamentos de combate a incêndio, a indústria elétrica e a indústria da construção civil.
Propriedades do dióxido de titânio
O principal componente do dióxido de titânio é o TiO2, que atualmente é o pigmento branco mais eficaz. Devido ao seu alto índice de refração, o dióxido de titânio possui melhor capacidade de dispersão da luz do que outros pigmentos brancos, proporcionando excelente cobertura em aplicações de revestimento.
Os índices de refração de pigmentos brancos comuns são mostrados na Tabela 1. Os revestimentos à base de dióxido de titânio têm a função de cobrir, embelezar e proteger substratos, prevenindo ferrugem e corrosão causadas por luz, calor e umidade. Em resumo, as funções básicas do dióxido de titânio na indústria são “cobrir, embelezar e proteger”.”
| Substância | Índice de refração | Substância | Índice de refração |
|---|---|---|---|
| Dióxido de titânio rutilo | 2.71 | Carbonato básico de chumbo | 2 |
| Dióxido de titânio anatase | 2.52 | Sulfato básico de chumbo | 1.93 |
| Sulfeto de zinco | 2.37 | Sulfato de bário | 1.64 |
| Óxido de zinco | 2.02 | Talco | 1.87 |
Tabela 1: Índices de refração de pigmentos brancos comuns
A importância do dióxido de titânio em revestimentos em pó
No desenvolvimento de formulações de revestimentos em pó, a combinação de resina e agente de reticulação é frequentemente considerada o principal fator que afeta o desempenho, o que leva a esforços significativos no desenvolvimento de resinas e agentes de reticulação. No entanto, isso não significa que o dióxido de titânio seja menos importante ou que possa ser ajustado arbitrariamente. O dióxido de titânio impacta significativamente a produção, a aplicação e as propriedades do filme de revestimentos em pó.
Durante a produção, a dispersibilidade do dióxido de titânio afeta diretamente a eficiência da mistura e a dispersão da massa fundida durante a extrusão, bem como a capacidade de produção. Durante o processo de cura, as propriedades da superfície do dióxido de titânio influenciam a fluidez da massa fundida, a velocidade de cura e o amarelamento durante a cura excessiva.
Em termos de desempenho do filme, o dióxido de titânio afeta a cobertura, o brilho e a resistência às intempéries do revestimento. Portanto, selecionar o dióxido de titânio apropriado é crucial no desenvolvimento de revestimentos em pó.
Ao selecionar o dióxido de titânio, considere as seguintes propriedades:
- Tipo de dióxido de titânio;
- Tratamento de superfície do dióxido de titânio;
- Distribuição do tamanho das partículas de dióxido de titânio;
- Valor de pH do dióxido de titânio;
- Teor de umidade do dióxido de titânio.
(1) Tipo de dióxido de titânio
O dióxido de titânio comercial pode ser dividido em dois tipos principais: anatásio e rutilo. As características cristalinas e as constantes físicas do dióxido de titânio são mostradas na Tabela 2.
Devido às diferenças na estrutura química, embora ambos sejam dióxido de titânio, seu desempenho varia. Revestimentos feitos com dióxido de titânio anatase são propensos ao esbranquiçamento sob a luz solar, enquanto aqueles feitos com dióxido de titânio rutilo apresentam melhores propriedades antiesbranquiçamento. Portanto, o dióxido de titânio rutilo é recomendado.
| Propriedade | Rutilo | Anatase |
|---|---|---|
| Sistema Cristalino | Tetragonal | Tetragonal |
| Formato de cristal | Semelhante a uma agulha | Em forma de cone |
| d (μm) | 0.2-0.5 | 0.1-0.5 |
| Densidade Relativa | 4.2-4.3 | 3.8-3.9 |
| Índice de refração | 2.71 | 2.52 |
| Dureza de Mohs | 6-7 | 5.5-6 |
| Ponto de fusão | 1858℃ | Transforma-se em rutilo |
| Calor específico Cal/°C.g | 0.17 | 0.17 |
| Taxa de absorção UV% | 90 | 67 |
| Cobertura m²/kg | 30.1 | 23.6 |
| Força de coloração (Reynolds) | 1650 | 1270 |
| Constante da rede | α=0,459 | α=0,378 |
| c=0,296 | c=0,95 |
Tabela 2: Características cristalinas e constantes físicas do dióxido de titânio
(2) Tratamento de superfície do dióxido de titânio
Para que o dióxido de titânio desempenhe funções específicas em diferentes sistemas de revestimento em pó, diversos tratamentos de superfície são aplicados durante a produção. Por exemplo, alumina hidratada (hidróxido de alumínio) é utilizada para melhorar a dispersibilidade e o brilho, enquanto sílica hidratada e zircônia hidratada são utilizadas para aumentar a resistência às intempéries.
Tratamentos de superfície orgânicos, como polióis, aminas ou silanos, são usados para melhorar a molhabilidade e a fluidez. A brancura do dióxido de titânio depende do teor de TiO₂; níveis mais altos de agentes de tratamento de superfície reduzem o teor de TiO₂, afetando a brancura. Portanto, para obter maior brancura em revestimentos, o dióxido de titânio com níveis mais baixos de agentes de tratamento de superfície é preferível.
O brilho da película de revestimento depende não apenas da resina e da formulação, mas também do tratamento superficial do dióxido de titânio. O tratamento superficial com alumina ajuda a dispersar o dióxido de titânio no sistema de resina, melhorando propriedades ópticas como brilho e cobertura. A cristalinidade da alumina também contribui para a melhoria do brilho.
Para revestimentos semibrilhantes ou foscos, pode-se optar pelo dióxido de titânio com tratamento superficial de sílica. O dióxido de titânio comercial geralmente possui tratamentos superficiais tanto de alumina quanto de sílica, categorizados em tipos de alto brilho, brilhante e fosco, com base na funcionalidade.
O tratamento de superfície com sílica pode ser realizado por adsorção frouxa ou precipitação. O tratamento por adsorção frouxa resulta em uma estrutura de superfície mais esponjosa, partículas maiores, aumento da área de superfície efetiva e maior absorção de óleo. Essa estrutura contribui para melhorar a cobertura da película seca, evitando aglomeração excessiva e efeitos espaciais.
O tratamento por precipitação consiste em envolver firmemente as partículas de TiO2 com sílica, como uma cobertura de chocolate. Essa estrutura compacta reduz a interação entre os íons de titânio ativos na superfície do TiO2 e os polímeros externos, prevenindo o amarelamento, o desbotamento ou o esbranquiçamento.
Assim, o dióxido de titânio pode ser categorizado em tipos para uso externo com alta resistência às intempéries e tipos para uso interno, com base na resistência às intempéries, com diferentes aplicações mostradas nas imagens TEM na Figura 1.
Figura 1: Imagens TEM de dióxido de titânio
As propriedades do dióxido de titânio podem ser diferenciadas pelo tratamento de superfície, mas as características químicas e estruturais detalhadas exigem discussão com pessoal técnico para selecionar o dióxido de titânio apropriado para o projeto do produto.
(3) Distribuição do tamanho das partículas de dióxido de titânio
O tamanho das partículas de dióxido de titânio determina a tonalidade da cor do filme de revestimento. Para obter o desempenho óptico ideal, o dióxido de titânio é normalmente fabricado com um tamanho de partícula em torno de 0,2 mícron, com uma curva de distribuição de 0,15 a 0,3 mícron.
Partículas menores dispersam mais luz azul, resultando em uma tonalidade “branco-azulada”, enquanto partículas maiores tendem a uma tonalidade “branco-amarelada”. A relação entre o tamanho da partícula e o poder de dispersão é mostrada na Figura 2. No entanto, o amarelamento no pó de dióxido de titânio pode ocorrer devido a íons residuais de vanádio ou ferro provenientes de purificação incompleta durante a fabricação.
Portanto, ao especificar uma tonalidade de cor específica em revestimentos em pó, deve-se atentar para o tamanho e a distribuição das partículas de dióxido de titânio. Além da dispersibilidade, o tamanho das partículas também afeta a cobertura, como mostrado na Figura 3.
(4) Valor de pH do dióxido de titânio
O valor do pH do dióxido de titânio geralmente tem um impacto mais significativo em revestimentos à base de água, afetando o desempenho de dispersantes e espessantes. Em revestimentos em pó, o valor do pH deve ser considerado com base na concentração de ácido livre na resina ou no tipo de acelerador utilizado.
Em processos catalisados por ácido, o dióxido de titânio com pH elevado pode neutralizar o catalisador, levando à cura incompleta e à redução da dureza do filme. O dióxido de titânio com pH baixo pode acelerar a catálise ácida, causando cura excessiva e defeitos superficiais. Um valor de pH entre 7 e 8 é geralmente recomendado.
(5) Teor de umidade do dióxido de titânio
O pó de dióxido de titânio pode adsorver umidade do ambiente, aumentando seu teor de umidade. Um teor de umidade elevado pode levar a uma dispersão deficiente, redução da fluidez, entupimento de tubulações e defeitos superficiais, como rugas, poros e olhos de peixe na película de revestimento.
O grau de adsorção de umidade está relacionado à concentração de agentes de tratamento de superfície; geralmente, níveis mais altos de agentes de tratamento aumentam a adsorção de umidade. Portanto, é essencial controlar a temperatura e a umidade do ambiente de armazenamento. A temperatura recomendada para o armazém é inferior a 27 °C, com umidade relativa não superior a 75%. Para evitar "tempestades de poeira", a ventilação deve ser reforçada para manter a circulação de ar e reduzir a concentração de poeira no interior.
O teor de umidade dos pós, incluindo dióxido de titânio e cargas, não deve exceder 0,5%.
4. Métodos de avaliação da adequação do dióxido de titânio em revestimentos em pó
Assim como outras matérias-primas, o dióxido de titânio não atende a todos os requisitos de projeto. Ele pode apresentar excelentes propriedades, mas ter efeitos negativos em outras. Portanto, as características do produto devem ser consideradas na seleção do dióxido de titânio.
A avaliação da adequação do dióxido de titânio é normalmente dividida em três propriedades principais:
- Propriedades do pó: distribuição de finura, fluidez do pó e atividade gelificante.
- Desempenho óptico do revestimento: cor, cobertura, brilho (20°, 60°) e amarelamento durante o sobreaquecimento.
- Propriedades mecânicas do revestimento: dureza, resistência a solventes, flexibilidade e resistência ao impacto.
5. Conclusão
No desenvolvimento de formulações para revestimentos em pó, ajustes são frequentemente feitos com base em diferentes requisitos. A formulação básica normalmente inclui resina, agente de reticulação, pigmento, carga e outros aditivos. O dióxido de titânio é um componente essencial dos revestimentos em pó.
Este artigo visa fornecer uma perspectiva adicional para a pesquisa e o desenvolvimento nas indústrias de revestimentos e dióxido de titânio. Ele oferece informações relevantes para a produção de dióxido de titânio, o desenvolvimento de novos produtos à base de dióxido de titânio e a aplicação do dióxido de titânio em revestimentos em pó.
