Nano-sílica funcionalizada (Sil-2)

Foi identificado no âmbito do trabalho de Mestrado Integrado efetuado pela autora da presente tese [25] que a nano-sílica Sil-2 pode ser dispersada em água com o auxílio do Emulsionante 1 (tensioativo não iónico do tipo álcool etoxilado). Foi assim testada a combinação desta dispersão aquosa de Sil-2 com dispersões vinílicas, de forma a testar a viabilidade de obtenção de revestimentos vinílicos nanocompósitos.

Prepararam-se dispersões com 20 a 25 % (m/m) de Sil-2 e 3,5 a 10 % (m/m) de Emulsionante 1 (álcool etoxilado), que se combinaram com duas resinas vinílicas comerciais, VD e VA, que estudos anteriores revelaram serem indicadas para a formulação de tintas intumescentes. Na adição à resina VA (58 % de dispersão de Sil-2 / 42 % de resina (m/m)) obteve-se um produto estável e de baixa viscosidade. As imagens de STEM demonstraram que a nano-sílica ficou dispersa no meio aquoso e em redor das partículas poliméricas, como se pode observar pela Figura 2. 27.

Figura 2. 27 – Imagem de STEM da resina VA modificada com Sil-2 (escala: 500 nm).

Esta emulsão foi adicionada a uma formulação de uma tinta intumescente. A tinta coalesceu sem problemas de fissuração e obteve-se um filme de tinta seca bem disperso com alguns pequenos aglomerados. Seriam necessários mais testes de otimização, pois a tinta não formou

uma espuma intumescente, possivelmente por ter sílica a mais na sua constituição (5 %/100 % tinta (m/m)).

Por outro lado, combinações da dispersão de nano-sílica Sil-2 com a resina VD, nas mesmas percentagens utilizadas com a resina VA, levaram sempre à solidificação da dispersão resultante, provavelmente devido a incompatibilidade dos tensioativos usados nas duas dispersões. Para ultrapassar este problema, testaram-se outros tensioactivos mas, no entanto, o resultado foi sempre equivalente.

Como já foi visto no estudo desenvolvido com a nano-sílica sil-1 e conhecendo da literatura a sensibilidade da nano-sílica a alterações de pH [22] testou-se este fator. Preparou-se uma dispersão de Sil-2 a pH ácido e outra a pH básico, sendo ambas adicionadas à resina VD. Na adição a pH ácido deu-se a solidificação da resina comercial; no entanto, a adição a pH básico foi viável obtendo-se um produto líquido. Porém, observou-se a ocorrência de sedimentação ao fim poucos dias (aproximadamente uma semana). Testou-se também fazer a mistura das dispersões a pH básico e seguidamente acidificar para pH 5 – valor original da emulsão VD – mas detetou- se, igualmente, sedimentação significativa.

2.5.

Conclusões

Os principais objetivos do estudo apresentado ao longo deste capítulo foram a obtenção de um método de dispersão estável das nano-sílicas fumadas em água, de forma a permitir a posterior incorporação numa emulsão polimérica e a consequente formação de filmes nanocompósitos orgânicos/inorgânicos. No final deste estudo, conclui-se que este objetivo foi atingido através do método de estabilização da nano-sílica a baixo pH e adição direta na formulação da tinta intumescente.

Uma das principais dificuldades encontradas consistiu no facto de as dispersões aquosas de sílica fumada não funcionalizada (Sil-1) formarem um gel tixotrópico quando são atingidas concentrações de 13 % (m/m), inviabilizando o seu processamento. Verificou-se, no entanto, que dispersões estáveis com concentrações ainda mais elevadas (até 28 %) podem ser obtidas recorrendo a dispersão ultra-sónica em meio ácido. As dispersões permanecem estáveis durante algum tempo (até 6h), acabando depois por gelificar.

nanométrico, possuem baixa viscosidade e são estáveis (pelo menos até um mês). Foi estabelecido um mecanismo explicativo do efeito conjugado do pH e da 4VP na estabilidade destas dispersões, baseado na solvatação da sílica pela 4VP, assegurando a estabilização eletrostática das partículas mantendo a dispersão fluída e estável.

A polimerização em emulsão de um copolímero vinílico na presença de uma dispersão de sílica fumada (com ou sem funcionalização) em concentrações inferiores a 5 % (m/m água) conduz a uma dispersão estável com presença de nanopartículas de sílica na superfície do polímero. Não houve evidência de encapsulação das nanopartículas na matriz polimérica. Concentrações de sílica superiores conduzem a um elevado aumento de viscosidade, impossibilitando o processamento da dispersão.

Pode ser obtida uma encapsulação vinílica da sílica fumada não funcionalizada polimerizando a 4VP utilizada como estabilizante da dispersão. A estabilidade e o caráter nanométrico da dispersão aquosa não são afetados por este encapsulamento. Foram testadas com sucesso razões de polímero/sílica até 50 %.

No método de incorporação pós-síntese, a mistura de uma dispersão aquosa de sílica fumada (funcionalização metacrilato), estabilizada com um tensioactivo não iónico não permite combinar a sílica fumada funcionalizada com algumas dispersões de polímero vinílico, ocorrendo precipitação devido a incompatibilidade dos sistemas emulsionantes. A combinação da dispersão de nano-sílica Sil-1 com a resina VD também não é um método viável, levou ao aumento de viscosidade tornando difícil /impossível a sua adição à tinta.

O método de incorporação pós-síntese de uma dispersão de nano-sílica sil-1 na formulação de uma tinta intumescente parece ser o mais eficiente. O tamanho de partícula é garantido previamente com o recurso a dispersão ultrasónica, que provou ser um método expedito, não existindo aumento de viscosidade durante a adição da emulsão polimérica VD no fabrico da tinta.

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