Teor de sólidos

Látices com alto teor de sólidos e propriedades reológicas aceitáveis são desejáveis em muitas aplicações industriais, tais como adesivos, revestimentos e selantes (CHERN, 2008). Quanto maior seu valor, maior será a produtividade da reação. Verificam-se também ganhos significativos com a redução de custos de armazenagem e transporte. Emulsões com alto teor de sólidos apresentam um tempo menor de secagem e de formação de filmes (PALMA e GIUDICI, 2006).

Porém, o aumento da concentração de sólidos é limitado pela estabilidade do látice e pela viscosidade. Conforme se aumenta o teor de sólidos, mais próximas ficam as partículas aumentando assim a viscosidade e desestabilizando a emulsão, pois as partículas podem coalescer se não houver carga de emulsificante suficiente para manter o equilíbrio da emulsão (MARINANGELO, 2010). É importante salientar que em altas concentrações, pequenas perturbações no processo, poderão provocar o rápido aumento da viscosidade, gerando produtos

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com grande quantidade de resíduos (polímeros coagulados) e gerando necessidade de parada para limpeza do reator (BOUTTI et al, 2005). Nesta condição o aumento da viscosidade dificulta a homogeneização do meio interferindo também na troca térmica do sistema, podendo acarretar problemas de segurança no processo.

GUYOT et al, 2002, cita que, de acordo com seus trabalhos com emulsões, para se obter látices com teores mais altos que 55-60 %, a técnica mais adequada é a de forçar de alguma forma o aparecimento de uma distribuição multimodal de tamanhos de partículas, mas que a distribuição de tamanhos de partículas afeta sensivelmente a viscosidade do látex, sendo impossível saber de que forma a distribuição do tamanho de partículas pode afetar essa propriedade quando a quantidade de sólidos está próxima de seu limite superior, pois o efeito torna-se exponencial.

Na Figura 1 é apresentado o comportamento esperado da viscosidade em função do teor de sólidos. Na curva “a” tem-se diâmetro de partículas menores e na curva “b” tem-se diâmetro de partículas maiores. É possível verificar, portanto, que quanto maior o teor de sólidos maior a viscosidade, porém este efeito é acentuado para diâmetro de partículas menores.

Figura 1 – Viscosidade da emulsão de acordo com o teor de sólidos e diferentes perfis de tamanho de partícula: (a) tamanho de partículas menores (b) tamanho de partículas maiores.

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Sendo assim, uma técnica que tem sido utilizada para aumento do teor de sólidos em emulsões é a manipulação de variáveis reacionais para controlar com precisão a distribuição de tamanho de partículas de látex.

SCHNEIDER et al (apud CHERN, 2008) propuseram métodos de obtenção de látex com alto teor de sólidos (acima de 65 %) obtendo para tal, uma emulsão de metacrilato de metila, acrilato de butila e pequena quantidade de ácido acrílico com distribuição de tamanho de partículas bimodal e trimodal. Para a obtenção da distribuição de tamanho de partículas trimodais, foi necessário utilizar uma mistura de tensoativos aniônicos e não iônicos, pois ao utilizar somente surfactantes aniônicos nesta concentração seria esperada formação excessiva de coágulos.

BOUTTI et al (2005) conduziram diversos estudos relativos à produção de látex com alto teor de sólidos. Seus trabalhos focaram na produção de látex em processos sem sementes intermediárias (sem a utilização de pré-polímeros). Inicialmente, realizaram estudos para produção de látex com distribuições de tamanho de partículas monomodais, a partir da copolimerização em emulsão de monômeros acrílicos em processo semi-batelada. No início do processo foram utilizados um iniciador eletrostaticamente neutro e baixas concentrações de uma mistura de tensoativos aniônicos e não aniônicos. Foi demonstrado que durante a etapa de crescimento do polímero é necessário determinar uma taxa de dosagem de tensoativos para evitar seu acúmulo e garantir a nucleação homogênea. Neste estudo foi possível obter látices com teor de sólidos de 60 %. Em um trabalho seguinte, BOUTTI et al (2005) demonstram que é possível produzir latices com distribuições de tamanho de partículas bimodais a partir da combinação entre controle da carga de iniciador e mistura de emulsificantes ricos em tensoativos não aniônicos. Com estas alterações, neste estudo foi possível obter látices com teor de sólidos de quase 77 % e viscosidade de 1.5 Pa·s.

PALMA e GIUDICI (2006) investigaram também a influência da concentração de uma mistura dos tensoativos iônicos e não iônicos e a concentração de protetor coloidal, poli (álcool vinílico) na estabilidade coloidal de látices do copolímero acetato de vinila /acrilato de butila com alto teor de sólidos. Foi verificado que são necessárias maiores quantidades relativas de emulsificantes e de protetor coloidal para se obter látices estáveis com teores de sólidos de 70 e 73 % (m/m). Os tamanhos médios das partículas no final de cada ensaio foram relativamente

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elevados (800 a 1000 m) e as viscosidades a 20°C relativamente baixas (0,5 Pa.s) para teor de sólidos de 67 % (m/m); para teor de sólidos de 70 % (m/m) as viscosidades variaram de 5 a 10 Pa.s e para teor de sólidos de 73 % (m/m) a viscosidade foi de 365 Pa.s

CHERN et al (2006) demonstraram que a adição controlada de emulsificante no meio da reação induz uma segunda distribuição na emulsão, tendo como resultado um látex com distribuições de tamanho de partículas bimodais.

MACEDO et al (2008) apresentaram um estudo sobre o desenvolvimento de um processo de polimerização em emulsão de acrilonitrila, butadieno e ácido carboxílico, em escala piloto com o objetivo de produzir látex nitrílico carboxilado com alto teor de sólidos durante o processo de polimerização. Porém, foi necessária a substituição do surfactante não-iônico utilizado inicialmente por um co-surfactante aniônico, para atingir a conversão mais alta do estudo, 57,1 % de teor de sólidos. A viscosidade foi mais baixa, porém houve também diferenças no perfil cinético e na distribuição de tamanhos de partícula, modificando as propriedades do produto final.

Assim, para se aumentar o teor de sólidos a valores acima de 55 %, é necessário estudar diferentes distribuições de tamanhos de partículas, alterar taxas de dosagem e concentração de tensoativos e iniciadores. Diferentemente destes estudos, o trabalho proposto terá a aborgadem de não alterar o processo de dosagem ou concentrações de iniciadores e tensoativos, pois, como foi visto, ao realizar estas alterações a distribuição de tamanho de partículas é alterada e, consequentemente, seriam necessários testes laboratoriais de aplicação para comprovar a mesma utilidade do polímero. A proposta do trabalho é verificar os limites de aumento do teor de sólidos, mantendo as mesmas características de aplicação final do produto escolhido.