BRPI0922299B1 - formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, à base de resinas epóxi, poliuretano, acrílico, alquídico, poliéster, e misturas das mesmas - Google Patents

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Abstract

tintas e revestimentos anticorrosivos contendo nanopartículas. a presente invenção refere-se a uma formulação para tintas e 5 revestimentos anticorrosão, à base de resinas de epóxi, poliuretano, acrílico, alquílico, poliéster e misturas das mesmas, dissolvida em solvente orgânico ou inorgânico e compreendendo uma grande quantidade de nanopartículas principalmente desenvolvidas de forma bidimensional, com algumas cente-nas e aproximadamente um nanômetro, respectivamente, como as dimensões laterais e a espessura, em que a viscosidade da formulação é menor que 55000 mpa.s.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para FORMULAÇÃO PARA TINTAS E REVESTIMENTOS ANTICORROSÃO, À BASE DE RESINAS EPÓXI, POLIURETANO, ACRÍLICO, ALQUÍDICO, POLIÉSTER, E MISTURAS DAS MESMAS.
[001] A presente invenção se refere a tintas e revestimentos anticorrosão, que contêm nanoplaquetas.
[002] Particularmente a presente invenção se refere a tintas e revestimentos anticorrosão que contêm nanopartículas que consistem em silicato de alumínio inorgânico que possuem um formato de plaqueta, a seguir definidas como nanoargilas.
[003] É sabido que as formulações de revestimento, pintura e primer se baseiam em polímeros que contêm particulados sólidos, pigmentos, agentes de plastificação e outros agentes de auxílio tecnológico dissolvidos em solventes orgânicos (revestimentos à base de reagentes orgânicos) ou água (revestimentos à base de água).
[004] É também sabido que, entre as tintas e os revestimentos anticorrosão disponíveis comercialmente hoje em dia, tintas e revestimentos de epóxi, poliuretano ou acrílico exibem excelentes propriedades de adesão e durabilidade e, particularmente, são extensivamente utilizadas para revestir estruturas de aço com a finalidade de retardar os efeitos de corrosão resultantes da atividade de combinação de oxigênio e umidade.
[005] Entretanto, como um resultado de composição inerente dos mesmos, estas tintas e revestimentos absorvem umidade e não representam uma barreira ótima para o oxigênio. A absorção de umidade e a passagem de oxigênio são a razão para o processo de corrosão de metais revestidos, resultando na formação de óxidos na interface de metal-revestimento. Tal fenômeno é então seguido pela separação do revestimento (descolamento) e pelo aumento da degradação do substrato metálico.
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2/10 [006] Para superar estas limitações das tintas e dos revestimentos conhecidos previamente, de acordo com a US 6,878,767 foi descrita uma formulação para tinta com permeabilidade reduzida, compreendendo um agente filmogênico, um pigmento e uma grande quantidade de nanopartículas tratadas quimicamente que possuem um formato de plaqueta, que é principalmente desenvolvido de forma bidimensional, com algumas centenas e aproximadamente um nanômetro como as dimensões laterais e a espessura, respectivamente. De acordo com a dita patente, a porcentagem de plaquetas (preferencialmente silicato de alumínio, em qualquer caso consistindo em material impermeável em água) dispersa dentro da formulação é de 1 até 10% em volume e as plaquetas são tratadas quimicamente com compostos orgânicos (como, por exemplo, silano terminado com amino ou epóxi) ou inorgânicos (como, por exemplo, um ácido alifático) com a finalidade de facilitar sua orientação de acordo com a direção paralela do substrato, a tinta é aplicada sobre as mesmas, aumentando assim as forças intermoleculares das plaquetas. Através da disposição de acordo com a direção paralela da superfície do substrato, as plaquetas reduzem os espaços de passagem disponíveis para moléculas de líquidos ou de gases corrosivos e aumentam a distância que será percorrida com a finalidade de atingir a interface da camada de revestimento e do substrato, reduzindo assim a possibilidade de formação de óxido na interface e o descolamento sucessivo do revestimento.
[007] Por outro lado, foi demonstrado que as formulações de acordo com a US 6,878,767 não permitem uma orientação ótima de plaquetas, reduzindo assim o efeito à prova de água para o qual as plaquetas são adicionadas. Através de análise microscópica, particularmente Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM) e medidas de permeação foi possível verificar que a ordem e o alinhamento no nível de nanômetros das nanoargilas são perturbados devido à viscosidade
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3/10 excessiva da formulação, resultando em um efeito de barreira menor para a umidade e o oxigênio e consequentemente em uma maior corrosão. Estes resultados provenientes de tal fato, devido ao seu formato com uma superfície particularmente estendida em relação à espessura (alta razão aparente), as plaquetas adicionadas nas resinas poliméricas de tintas são facilmente imobilizadas por moléculas de polímeros. [008] Considerando o que foi descrito anteriormente, é evidente a necessidade de fornecer uma formulação para tintas e revestimentos anticorrosão que contêm plaquetas com tamanho nanométrico que supera as limitações das formulações de acordo com a US 6,878,767. [009] Neste contexto é oferecida a solução dos problemas de acordo com a presente invenção, que visa o fornecimento de uma formulação para tintas e revestimentos anticorrosão que contêm nanoargilas, em que as ditas nanoargilas são tratadas quimicamente e a viscosidade é controlada de tal maneira que favorece o alinhamento de nanoargilas paralelo ao substrato sobre o qual a formulação é aplicada.
[0010] O objetivo da presente invenção é, portanto, fornecer uma formulação para tintas e revestimentos anticorrosão que contêm nanoargilas e um processo para a produção da mesma permitindo que as limitações das soluções de acordo com a tecnologia conhecida sejam eliminadas que os resultados técnicos descritos anteriormente sejam obtidos.
[0011] Um objetivo adicional da invenção é que a dita formulação e o dito processo podem ser realizados a custos tanto de produção quanto de operação substancialmente reduzidos.
[0012] Não por último, o objetivo da invenção é propor uma formulação e um processo substancialmente simples, seguro e confiável.
[0013] É, portanto, um primeiro objetivo específico da presente invenção uma formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, com
Petição 870190086813, de 04/09/2019, pág. 6/19
4/10 base em epóxi, poliuretano, acrílico, alquídico, poliéster e misturas dos mesmos, dissolvida em solventes orgânicos ou inorgânicos e compreendendo uma grande quantidade de nanopartículas principalmente desenvolvidas de forma bidimensional, com algumas centenas e aproximadamente um nanômetro como as dimensões laterais e a espessura, respectivamente, em que a viscosidade rotacional da formulação a 10 rpm, medida de acordo com ASTM D4212, é inferior a 55000 mPa-s, e, preferencialmente, é inferior a 40000 mPa-s.
[0014] Em particular, de acordo com a invenção, a quantidade das ditas nanopartículas é inferior a 2% em peso, com base no peso total da formulação, preferencialmente é inferior a 1% em peso, com base no peso total da formulação e mais preferencialmente é igual a 0,5% em peso, com base no peso total da formulação.
[0015] Particularmente, de acordo com a invenção, as ditas nanopartículas consistem em materiais que contêm íons disponíveis para reações de troca iônica, tratados previamente através da reação de troca iônica com íons de moléculas de cadeia longa, preferencialmente de pelo menos 16 carbonos com a finalidade de atingir: tanto uma boa intercalação das nanopartículas de Na+ quanto uma compatibilidade física com éter diglicídico da matriz A de bis-fenol.
[0016] Sempre de acordo com a invenção, preferencialmente as ditas nanopartículas consistem em materiais à base de sílicoaluminato, ainda mais preferencialmente montmorilonita.
[0017] Além disso, novamente de acordo com a presente invenção, os ditos íons de moléculas de cadeia longa são obtidos através da protonação de aminas ou outros compostos compatíveis com outros componentes da formulação.
[0018] Ainda é outro objetivo específico da presente invenção uma formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, à base em resinas epóxi, poliuretano, acrílico, alquídico, poliéster e misturas das
Petição 870190086813, de 04/09/2019, pág. 7/19
5/10 mesmas, compreendendo uma grande quantidade de nanopartículas principalmente desenvolvidas de forma bidimensional, com algumas centenas e aproximadamente um nanômetro, respectivamente, como as dimensões laterais e a espessura, em que as ditas nanopartículas consistem em materiais que contêm íons disponíveis para reações de troca iônica, previamente tratadas através de reação de troca iônica com íons de moléculas de cadeia longa que possuem pelo menos 16 átomos de carbono.
[0019] A invenção será descrita agora através de uma maneira ilustrativa, mas não limitante, particularmente com referência às modalidades preferidas e a alguns exemplos ilustrativos.
[0020] De acordo com a presente invenção, as plaquetas das quais a formulação é feita são tratadas quimicamente com a finalidade de facilitar sua orientação de acordo com direção paralela do substrato sobre o qual a tinta é aplicada, aumentando assim as forças intermoleculares das plaquetas. Além disso, a viscosidade é controlada com a finalidade de não atingir valores prevenindo que as plaquetas se movam facilmente dentro da matriz que consiste em tinta polimérica, isto é, alinhar em paralelo ao substrato metálico (e, portanto, oferecer uma proteção contra corrosão maior possível) como um resultado da ação mecânica realizada por dispositivos utilizados para espalhar a camada de tinta sobre o substrato. Ainda, com a finalidade de obtenção de viscosidades baixas o suficiente é possível adicionar solventes à tinta (que são evaporados durante a secagem) ou reduzir o conteúdo de sólidos do epóxi (como: carbonato de cálcio, óxidos metálicos e outros sólidos que são utilizados em tintas convencionais).
Exemplo 1. Tratamento preliminar com nanoargilas [0021] 50 g de nanoargilas de Cloisite Na (NC-Na), CAS N. 131893-0; 95 Meq/100 g, da Southern Clay Products, foram dispersos em 1500 mL de água à temperatura ambiente durante 30 minutos e a dis
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6/10 persão resultante foi então aquecida a 85°C e mantida em repouso durante 2 horas.
[0022] À parte, uma segunda solução, obtida através da dissolução em 1300 mL de água, à temperatura de 85°C, 19 g de octadecilamina (ODA), C18H39N, CAS N. 124-30-1, FW=269,51, da Fluka, cat N. 74752, foram preparados. Então o ácido clorídrico (HCl) a 37% foi adicionado até pH 4,5, FW=36,5 e a solução agitada durante 0,3 hora.
[0023] Então esta solução foi adicionada à dispersão de nanoargila em água através da mistura a 85°C durante 1 hora, permitindo subsequentemente que resfriasse.
[0024] Nestas condições, um precipitado de coloração branca foi formado, então separado do líquido clarificado e sucessivamente lavado, primeiramente com etanol e então, três vezes, com água.
[0025] O precipitado sólido foi então coletado e seco através do aquecimento a 80°C durante 15 horas e sucessivamente a 110°C durante 2 horas.
[0026] O precipitado seco consistindo em nanoargilas funcionalizadas com Cloisite Na com formato de plaquetas está pronto para ser adicionado nas tintas.
[0027] O princípio do tratamento com nanoargilas é permitir que seja realizada a troca de íons Na+ (ou outro íon que ocorre dentro das nanoargilas que serão tratadas) com uma cadeia longa que contém íon. Desta maneira, a distância entre as plaquetas que formam a estrutura de nanoargilas de cerâmica é aumentada, facilitando assim a separação de lâminas das nanoargilas resultando em nanoargilas isoladas (1 nm de espessura).
[0028] Uma vez que uma cadeia longa que contém íon pode ser utilizada como uma amina, protonada com tal quantidade de ácido que permite que a protonação seja realizada, isto é, um íon de amônio que é trocado por íon Na+ (especificamente, por exemplo, 1 octadecilamiPetição 870190086813, de 04/09/2019, pág. 9/19
7/10 na é protonada com ácido clorídrico).
[0029] Quando a solução de amina protonada é adicionada na dispersão em água de nanoargilas de cerâmica ocorre a troca iônica. O precipitado resultante consiste em nanoargilas tratadas com ODA (que é hidrofóbica).
Exemplo 2. Preparação de uma formulação de primer (primer) que contém nanoargilas funcionalizadas [0030] As nanoargilas obtidas de acordo com o exemplo 1 foram adicionadas a uma formulação de primer de epóxi (primer), dependendo de várias composições como é relatado na tabela 1 e misturadas até que uma dispersão uniforme fosse obtida.
[0031] Várias composições de primer obtidas foram aplicadas individualmente a substratos metálicos idênticos, então analisadas, com os resultados relatados na tabela 1.
Tabela 1
% de NC Viscosidade mPaS Espessura pm N° de bolhas Resistência Ω cm2
0 27000 150 4 9x107
0,5 32000 140 0 8x109
1,0 37100 140 2 5x109
2,0 52400 142 2 1x109
[0032] Particularmente, na tabela 1, a % de NC mostra a porcentagem de nanoargilas no total da formulação, a viscosidade é a viscosidade de rotação a 10 rpm, medida de acordo com ASTM D4212, o número de bolhas foi medido após 700 horas de exposição a sprays salinos (teste de spray de sal : ASTM B117) e a resistência foi medida após 700 horas de exposição e a espessura de 80 pm de acordo com Electrochemical Impedence Sprectoscopy: ISO 16773-3:2009.
Exemplo 3. Preparação de uma formulação de tinta contendo nanoargilas funcionalizadas
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8/10 [0033] As nanoargilas obtidas de acordo com o exemplo 1 foram adicionadas a uma formulação de tinta de epóxi, dependendo das várias composições como relatado na tabela 2 e misturadas até que uma dispersão uniforme fosse obtida.
[0034] Várias composições de tinta obtidas foram aplicadas individualmente a substratos metálicos idênticos, então analisadas, com os resultados relatados na tabela 1.
Tabela 2
% de NC Viscosidade mPaS Espessura pm N° de bolhas Resistência Ω cm2
0 26600 160 20 2x1010
0,5 39000 130 0 1x1012
1,0 51400 135 3 8x1011
2,0 85700 130 5 1x1011
[0035] Particularmente, na tabela 2, a % de NC mostra a porcentagem de nanoargilas no total da formulação, a viscosidade é a viscosidade de rotação a 10 rpm, medida de acordo com ASTM D4212, o número de bolhas foi medido após 700 horas de exposição a sprays salinos (teste de spray de sal : ASTM B117) e a resistência foi medida após 700 horas de exposição e a espessura de 150 pm de acordo com Electrochemical Impedence Sprectoscopy: ISO 16773-3:2009.
Exemplo 4. Avaliação comparativa da resistência à separação da formulação de tinta contendo nanoargilas funcionalizadas [0036] As nanoargilas obtidas de acordo com o exemplo 1 e outras nanoargilas de closite (30 B closite) não submetidas ao mesmo tratamento, foram adicionadas a uma formulação de tinta de epóxi, de acordo com várias composições como relatado na tabela 3 (a primeira linha da tabela se referindo a uma formulação sem adição de nanoargila); individualmente aplicada a substratos metálicos idênticos (para formar um revestimento de espessura inferior) e sucessivamente sub
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9/10 metida a testes de adesão, através de análise de pull-off, com resultados como relatado na tabela 3.
[0037] O teste de Pull-Off é um método direto, de acordo com EN
ISO 4624, que tem como objetivo verificar a qualidade de um revestimento e é realizado através de um teste destrutivo que permite que a força de separação da camada de revestimento de tinta seja avaliada. Para cada formulação dois testes de adesão em condições secas um em condições úmidas foram realizados.
Tabela 3
Adesão a seco (MPa) Adesão úmida (MPa)
valor 1 valor 2 média
Sem nanoargilas 17,0 17,0 17,0 12,0
1% do Exemplo 1 13,4 15,0 14,2 16,4
1% de Closite 30 B 5,2 6,0 5,6 3,6
2% do Exemplo 1 15,0 17,0 16,0 19,0
2% de Closite 30 B 5,0 5,0 5,0 4,8
[0038] Os exemplos permitem verificar que a nova formulação que é descrita na presente invenção inibe a permeação de umidade e de oxigênio através dos revestimentos protetores sobre a superfície metálica, de forma a minimizar os efeitos de corrosão. Tal inibição ocorre como um resultado da orientação ordenada e paralela de nanoargilas inorgânicas estendidas na superfície obtidas através do tratamento de acordo com o exemplo 1.
[0039] Além disso, os exemplos mostram maior eficiência de formulações anticorrosão com nanoargilas funcionalizadas adicionadas de acordo com a presente invenção do que formulações sem nanoargilas funcionalizadas adicionadas.
[0040] Com referência à quantidade de nanoargilas adicionadas
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10/10 na formulação para tintas e revestimentos anticorrosão de acordo com a presente invenção, a quantidade de nanoargilas que será utilizada tem que ser tal que não resulte em um aumento indesejado da viscosidade. Para que os objetivos de viscosidade sejam atingidos, a formulação de tinta pode ser convenientemente diluída com reagentes não reativos (orgânicos ou à base de água) reduzindo o nível de viscosidade e evaporando após a cura do revestimento.
[0041] A presente invenção foi descrita através de uma maneira ilustrativa, mas não limitante, de acordo com as modalidades preferidas da mesma, mas deve ser entendido que variações e/ou modificações poderiam ser realizadas pelos versados na técnica sem se afastar do âmbito da mesma, como é definido nas reivindicações em anexo.

Claims (8)

1. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, à base de resinas epóxi, poliuretano, acrílico, alquídico, poliéster, e misturas das mesmas, caracterizada pelo fato de que compreende uma grande quantidade de nanopartículas principalmente desenvolvidas de forma bidimensional, com algumas centenas e aproximadamente um nanômetro, respectivamente, como as dimensões laterais e a espessura, sendo que as ditas nanopartículas consistem em materiais que contêm íons disponíveis para reações de troca iônica, tratados previamente através de reação de troca iônica com íons de moléculas de cadeia longa que possuem pelo menos 16 átomos de carbono, a viscosidade rotacional da formulação a 10 rpm sendo inferior a 55000 mPa-s.
2. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a viscosidade da formulação é inferior a 40000 mPa-s.
3. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a quantidade das ditas nanopartículas é inferior a 2% em peso, com base no peso total da formulação.
4. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a quantidade das ditas nanopartículas é inferior a 1% em peso, com base no peso total da formulação.
5. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a quantidade das ditas nanopartículas é igual a 0,5% em peso, com base no peso total da formulação.
6. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com a reivindicação 4 ou 5, caracterizada pelo fato de que as
Petição 870190086813, de 04/09/2019, pág. 14/19
2/2 ditas nanopartículas consistem em materiais à base de sílicoaluminato.
7. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que as ditas nanopartículas consistem em montmorilonita.
8. Formulação para tintas e revestimentos anticorrosão, de acordo com qualquer uma das reivindicações 5 a 7, caracterizada pelo fato de que os ditos íons de moléculas de cadeia longa são obtidos através da protonação de aminas ou outros compostos compatíveis com outros componentes da formulação.
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