Aditivo para revestimentos em pó

Atualmente, existem poucos estudos sistemáticos comparando o desempenho de revestimento de TGIC e HAANeste estudo, foram testados revestimentos produzidos com diferentes agentes de cura, utilizando métodos como fervura em água, cura em alta temperatura, limpeza com solvente e intemperismo acelerado. Os resultados mostraram que, quando a mesma resina de poliéster foi curada com TGIC e HAA, respectivamente, o revestimento de poliéster-TGIC apresentou melhor desempenho em resistência à ebulição da água e ao amarelamento sob condições de cura em alta temperatura. Em contrapartida, o revestimento de poliéster-HAA apresentou melhor resistência à lavagem com solventes e melhor desempenho em relação às intempéries. Como um tipo de material polimérico, o desempenho do revestimento em pó termofixo depende principalmente da estrutura e do estado de agregação da resina utilizada. O agente de cura desempenha um papel fundamental na determinação desse estado de agregação. O isocianurato de triglicidila (TGIC) e a hidroxialquilamida (HAA) são os dois principais agentes de cura para revestimentos em pó termofixos para uso externo. Os revestimentos em pó curados com TGIC normalmente apresentam excelente estabilidade à luz e ao calor, resistência à abrasão e desempenho excepcional em relação às intempéries. Consequentemente, o TGIC permanece altamente utilizado desde o seu lançamento. No entanto, com a melhoria do padrão de vida e o aumento da conscientização ambiental, o TGIC passou a ser alvo de crescente escrutínio devido à sua toxicidade inerente e aos danos ambientais causados ​​durante seu processo de fabricação. Já em 1998, a Europa e a Austrália haviam proibido o uso do TGIC. Como a alternativa mais ideal ao TGIC, o HAA evoluiu rapidamente na indústria desde seu desenvolvimento bem-sucedido. Em 2003, substituiu oficialmente o TGIC, tornando-se o principal agente de cura mundial para revestimentos em pó resistentes às intempéries. Com exceção de algumas propriedades em que seu desempenho não é tão bom quanto o dos revestimentos em pó curados com TGIC, o desempenho geral dos revestimentos em pó curados com HAA é comparável ao dos sistemas curados com TGIC. Este estudo centra-se no desempenho de revestimentos em pó para uso externo ao longo do tempo. Revestimentos em pó Foram preparadas amostras utilizando TGIC e HAA, respectivamente, e as vantagens e desvantagens de cada uma em termos de desempenho de envelhecimento foram comparadas e investigadas.  1. Seção Experimental1.1 Matérias-primas experimentaisResina de poliéster super resistente às intempéries (doravante denominada poliéster); agente de cura TGIC; agente de cura HAA; dióxido de titânio; sulfato de bário; agente nivelador; benjoim; intensificador de brilho.  1.2 Preparação para Revestimento em Pó Tabela 1 Formulação de Revestimentos em PóMatéria-primaFormulação de revestimento tipo TGIC /gFormulação de revestimento tipo HAA /gResina de poliéster279285TGIC/HAA2115Dióxido de titânio (TiO₂)102102Sulfato de bário (BaSO₄)9090Agente Nivelador44Benjoim22Clareador—2.2 Os revestimentos em pó foram preparados de acordo com a formulação básica apresentada na Tabela 1. As etapas do processo foram as seguintes: dosagem → pré-mistura → extrusão → compressão em tabletes → moagem → peneiramento → produto final. Os revestimentos em pó preparados foram aplicados por aspersão eletrostática e, em seguida, curados a 200 °C por 10 minutos para obtenção dos revestimentos. 1.3 Testes e Condições Experimentais1.3.1 Teste de cura isotérmicaOs testes de cura isotérmica dos revestimentos em pó foram conduzidos utilizando calorimetria diferencial de varredura (DSC). As condições de teste foram as seguintes: N₂ como gás protetor a uma vazão de 50 mL/min; taxa de aquecimento de 300 K/min, aquecimento rápido até 200 °C e manutenção dessa temperatura por 20 min. 1.3.2 Teste de ebulição da águaOs testes de fervura em água foram realizados utilizando uma panela de pressão esterilizada com água deionizada a 120 °C. Após o teste de fervura, a superfície do revestimento foi seca e a diferença de cor e o brilho foram medidos. 1.3.3 Teste de Taxa de Absorção de ÁguaA taxa de absorção de água do revestimento foi calculada com base na diferença de massa antes e depois da absorção de água. A massa do revestimento após a secagem a vácuo foi registrada como m₁, e a massa após imersão em água ou fervura, com a superfície seca com papel, foi registrada como m₂. A taxa de absorção de água ω = [(m₂ − m₁)/m₁] × 100%. 1.3.4 Teste de CozimentoOs testes de cozimento foram realizados em um forno de ar forçado, com um tempo de cozimento de 2 horas. Após o cozimento, foram medidas a diferença de cor e o brilho do revestimento. 1.3.5 Teste de Limpeza com SolventeO revestimento em pó foi pulverizado sobre um substrato de alumínio e curado a 200 °C por 10 minutos. Um teste de abrasão com metil etil cetona (MEK) foi realizado, com uma carga de 1000 g sobre o painel de teste e uma frequência de abrasão de 50 vezes por minuto. O número de abrasões necessárias para expor o substrato foi registrado. Cada espessura de revestimento foi abrasada três vezes e a média dos três resultados foi considerada. 1.3.6 Teste de intemperismo artificial aceleradoTestes acelerados de intemperismo artificial foram conduzidos utilizando um equipamento QUV-313. As condições de teste foram as seguintes: irradiância de 0,71 W/m², 4 horas de exposição à luz a 60 °C, seguidas de 4 horas de condensação a 50 °C. Após o teste, foram medidas a diferença de cor e o brilho da superfície do revestimento. 1.3.7 Teste de Espessura do RevestimentoO teste de espessura do revestimento foi realizado de acordo com a norma GB/T 4957. 1.3.8 Teste de Brilho do RevestimentoO teste de brilho do revestimento foi realizado de acordo com a norma GB/T 9754, com medição em um ângulo de incidência de 60°. 1.3.9 Teste de Diferença de Cor do RevestimentoO teste de diferença de cor do revestimento foi realizado de acordo com as normas GB/T 11186.2 e GB/T 11186.3.  2. Resultados e Discussão2.1 Teste de cura isotérmicaA Figura 1 mostra as curvas do processo de cura isotérmica do poliéster-TGIC e do poliéster-HAA a 200°C. A Figura 1 mostra as curvas do processo de cura isotérmica do poliéster-TGIC e do poliéster-HAA a 200 °C. Os resultados experimentais mostram que o tempo para atingir a taxa de reação máxima para o poliéster-TGIC durante a cura isotérmica foi de 21 segundos, enquanto para o poliéster-HAA foi de 15 segundos. Isso indica que a reação entre o poliéster e o TGIC é mais rápida. Enquanto isso, como pode ser visto na curva do grau de reação de cura (Figura 2), aos 600 segundos, o grau de reação do poliéster com o TGIC atingiu 98,82%, enquanto o do poliéster com o HAA atingiu 94,60%.A 200 °C, no mesmo período, a reação entre o poliéster e o TGIC foi mais rápida e atingiu um grau de reação maior em comparação com a reação entre o poliéster e o HAA. Isso pode ser devido à presença de um acelerador de cura no poliéster, que promove a reação com o TGIC, enquanto esse mesmo acelerador não apresenta efeito acelerador significativo na reação entre o poliéster e o HAA.De forma geral, sob a condição de cura de 200°C por 10 minutos, a diferença no grau de reação entre o poliéster-TGIC e o poliéster-HAA é relativamente pequena, o que tem pouco efeito nas diferenças gerais de desempenho dos revestimentos. 2.2 Teste de resistência à água A Figura 3 mostra as alterações na diferença de cor e na retenção de brilho do revestimento de poliéster-TGIC e do revestimento de poliéster-HAA sob diferentes tempos de fervura da água. Como pode ser observado na Figura 3, com o aumento do tempo de fervura da água, a diferença de cor dos revestimentos aumentou, enquanto a retenção de brilho diminuiu. Também é possível observar que as alterações na diferença de cor e na retenção de brilho do revestimento de poliéster-HAA foram maiores do que as do revestimento de poliéster-TGIC. Em particular, a retenção de brilho do revestimento de poliéster-HAA apresentou um declínio acentuado. Com o prolongamento do tempo de ebulição da água, a superfície do revestimento de poliéster-HAA apresentou perda acentuada de brilho e até mesmo esbranquiçamento. Esse fenômeno pode ser atribuído ao maior volume livre do revestimento de poliéster-HAA a 120 °C, o que facilita a penetração da água e sua reação durante o processo de ebulição. Além disso, para comparar a afinidade entre os revestimentos e a água, as taxas de absorção de água dos revestimentos foram investigadas sob diferentes condições. A Tabela 2 mostra as taxas de absorção de água dos revestimentos à temperatura ambiente e após fervura da água a 120°C por 2 horas. Pode-se observar que, à temperatura ambiente, a taxa de absorção de água do revestimento de poliéster-TGIC foi ligeiramente superior à do revestimento de poliéster-HAA.Tabela 2 Absorção de água do revestimento sob diferentes condiçõesRevestimentoPoliéster-TGICPoliéster-HAAAbsorção de água (temperatura ambiente (~30)℃))1,53%0,86%Absorção de água (120)℃/2h)9,54%31,2% Após a fervura da água a 120 °C por 2 horas, as taxas de absorção de água de ambos os revestimentos mudaram significativamente em comparação com as taxas à temperatura ambiente. Após a fervura, a taxa de absorção de água do revestimento de poliéster-HAA aumentou acentuadamente e foi muito maior do que a do revestimento de poliéster-TGIC. Os fatores que causam as alterações na absorção de água em diferentes condições podem ser atribuídos ao fato de que, à temperatura ambiente, a estrutura do revestimento permanece densa, dificultando a adsorção e a penetração da água, resultando em taxas de absorção relativamente baixas para ambos os revestimentos. No entanto, sob condições de ebulição da água a 120 °C, a estrutura do revestimento sofre alterações significativas, permitindo que uma grande quantidade de água penetre em seu interior, levando a um aumento acentuado na absorção de água. Em polímeros, abaixo da temperatura de transição vítrea, a estrutura interna apresenta "vazios" rígidos; acima da temperatura de transição vítrea, a estrutura interna apresenta "volume livre" flexível. A diferença na absorção de água entre o revestimento de poliéster-TGIC e o revestimento de poliéster-HAA a 120 °C pode ser atribuída à maior flexibilidade do revestimento de poliéster-HAA em comparação com o revestimento de poliéster-TGIC. O revestimento de poliéster-HAA apresenta um volume livre maior a 120 °C, permitindo a absorção de mais água.  2.3 Teste de resistência ao calor  A Figura 4 mostra as alterações na diferença de cor e na retenção de brilho do revestimento de poliéster-TGIC e do revestimento de poliéster-HAA após a cura em diferentes temperaturas. Observou-se que, com o aumento da temperatura de cozimento, a diferença de cor entre os dois revestimentos aumentou, sendo a variação da diferença de cor do revestimento de poliéster-HAA significativamente maior do que a do revestimento de poliéster-TGIC. Isso se deve principalmente à presença de elementos nitrogenados no próprio HAA e durante seu processo de produção, que são propensos à descoloração, bem como às impurezas nitrogenadas remanescentes do processo de fabricação do HAA. Em condições de alta temperatura, ocorre uma série de reações que geram grupos cromóforos responsáveis ​​pelo amarelamento. Durante o processo de cura, a retenção de brilho do revestimento de poliéster-TGIC permaneceu inicialmente inalterada, apresentando em seguida um declínio acentuado a 250 °C. Isso se deveu principalmente à fusão secundária do revestimento a 250 °C, resultando em um severo aspecto de casca de laranja na superfície. Em contraste, a retenção de brilho do revestimento de poliéster-HAA permaneceu inalterada ou apresentou um leve aumento sob as mesmas condições de teste, principalmente devido à redistribuição dos aditivos na superfície do revestimento. Comparando os experimentos com revestimentos de poliéster-TGIC e poliéster-HAA em diferentes temperaturas, observa-se que a resistência ao amarelamento do poliéster-TGIC é muito superior à do poliéster-HAA. No entanto, a 250 °C, o revestimento de poliéster-TGIC sofre fusão secundária, o que compromete seriamente seu uso normal. Portanto, temperaturas excessivamente altas também devem ser evitadas ao usar poliéster-TGIC.  2.4 Teste de resistência a solventes Tabela 3. Testes de fricção com solvente para revestimento com diferentes espessuras.RevestimentoPoliéster-TGICPoliéster-HAAEspessura (~45μm)1728Espessura (~55μm)3338Espessura (~65μm)4041  2.5 Teste de Intemperismo Artificial Acelerado  A Figura 5 mostra os resultados dos testes dos revestimentos de poliéster-TGIC e poliéster-HAA sob diferentes tempos de envelhecimento. Pode-se observar que, com o aumento do tempo de envelhecimento, a diferença de cor do revestimento de poliéster-TGIC aumenta gradualmente, enquanto a retenção de brilho diminui gradualmente. Da mesma forma, a diferença de cor do revestimento de poliéster-HAA também aumenta gradualmente e a retenção de brilho diminui gradualmente. Também se observa que, no mesmo período de envelhecimento, as alterações na diferença de cor e na retenção de brilho do revestimento de poliéster-HAA são menores do que as do revestimento de poliéster-TGIC. Isso indica que a resistência às intempéries do revestimento de poliéster-HAA é superior à do revestimento de poliéster-TGIC. Conclusão(1) Ao usar TGIC e HAA para curar a mesma resina de poliéster respectivamente, a reação entre poliéster e TGIC é mais rápida do que entre poliéster e HAA.(2) O revestimento de poliéster-TGIC apresenta melhor resistência à fervura da água e ao amarelamento sob cozimento em alta temperatura em comparação com o revestimento de poliéster-HAA.(3) O revestimento de poliéster-HAA apresenta melhor resistência à limpeza com solventes e resistência às intempéries em comparação com o revestimento de poliéster-TGIC.