Componente de Química
3. Composição química de tintas e de vernizes
Uma tinta é constituída por quatro constituintes principais:
a. pigmentos – destacam a tonalidade e a intensidade da cor e conferem opacidade à
tinta (2 a 40 %/L);
b. ligantes – dão ligação aos pigmentos e fornecem a adesão ao filme da tinta (18 a 60
%/L);
c. solventes – são responsáveis pela consistência desejada (maior ou menor fluidez)
(30 a 80 %/L);
d. aditivos – melhoram ou aperfeiçoam uma série de características das tintas, sejam
elas à base de água ou de outro solvente.
3.1 Pigmentos
➫ Material particulado (PM) (partículas sólidas com diâmetros compreendidos entre 5 x 10-4 µm e 100 µm) usado para dar cor ou tornar opaco um
revestimento ou uma película (tinta, folha de plástico, folha de papel, material
cerâmico, tecido,...).
Um pigmento deve ser: ➫ Insolúvel no revestimento ➫ Estável ao calor e à luz
➫ Tão puro e consistente quanto possível para produzir coloração e evitar
contaminação
➫ A diferença entre um pigmento e um corante reside no facto do corante poder ser solúvel nalgumas aplicações (tingimento de tecidos e em produtos alimentares).
➫ Como exemplos típicos de pigmentos podemos referir:
➫ Óxidos de ferro (cuja fonte é a hematite) e outros existentes na crusta terrestre, e seus sintéticos análogos
➫ Compostos orgânicos complexos, como as ftalocianinas azuis e verdes ➫ Dióxido de titânio
Interacção da tinta com a radiação
➫ A interacção da tinta com a radiação é uma consequência da presença dos pigmentos.
➫ Os pigmentos são compostos químicos que reflectem apenas radiações de alguns comprimentos de onda da luz visível.
➫ Flores, corais e até a pele dos animais contêm pigmentos que lhes dão a cor.
➫ Devemos ter em atenção, para além da propriedade de reflexão de radiação, a
capacidade de absorção de radiações de determinados comprimentos de onda do espectro electromagnético.
www.ucmp.berkeley.edu/glossary/gloss3/pigments.html (endereço sobre pigmentos) Espectro electromagnético
• Conjunto de todas as radiações existentes, radiações essas caracterizadas por
uma frequência, a qual por sua vez está relacionada com o comprimento de
onda da radiação para uma dada velocidade, as quais transportam energia em
“pacotes” quantizados (quantificados), “grãos” de luz a que damos o nome de fotões.
• O espectro electromagnético engloba as radiações desde as ondas de rádio até aos raios gama.
• As ondas de rádio são as que são caracterizadas por possuírem a menor frequência, mas o maior comprimento de onda.
• Os raios gama são caracterizados por possuírem a maior frequência, mas o menor comprimento de onda.
• A frequência de uma radiação e o seu comprimento de onda, para uma dada velocidade da radiação num dado meio material, ou ausência deste, são inversamente proporcionais.
• Quanto maior é a frequência de uma radiação maior é a energia transportada pelos seus fotões. (A energia transportada pelos fotões de uma radiação e a sua frequência são directamente proporcionais).
• As radiações electromagnéticas, luz, propagam-se mesmo sem ser necessário um meio material como suporte, contrariamente às ondas mecânicas, como o som, que necessitam de suporte material para a sua propagação.
• A velocidade de propagação é a velocidade da luz no vazio. (c ≈ 3,0 x 108 m/s)
• A relação entre o comprimento de onda de uma radiação electromagnética que se propague no vazio e a sua frequência é:
f c
=
λ
• As radiações mais energéticas são associadas a “cores frias” pelo senso comum (violeta, azul ou verde).
• As radiações menos energéticas são associadas a “cores quentes” pelo senso comum (amarelo, laranja ou vermelho).
• Análise da decomposição da luz branca por um prisma (espectroscópio) • Análise da composição das diversas radiações em luz branca (disco de
Newton)
• Objectos brancos reflectem todas as radiações visíveis.. • Objectos pretos absorvem todas as radiações visíveis.
• Objectos transparentes incolores transmitem todas as radiações visíveis. • Incidência de luz branca e absorção de luz vermelha → ciano
• Incidência de luz branca e absorção de luz azul → amarelo
• Incidência de luz branca e absorção de luz verde → magenta
• Incidência de luz branca e absorção de luz vermelha e de luz azul → verde • Incidência de luz branca e absorção de luz vermelha e de luz verde → azul
• Cores primárias (dependendo da aplicação e do contexto em causa)
• RGB (Red, Green Blue) – tecnologias que envolvem a
transmissão de luz, como a televisão
• CMY (Ciano, Magenta, Yellow) – tecnologias que envolvem a
luz reflectida, como as tintas de impressão
• YRB (Yellow, Red, Blue) – cores primárias para pintores e
artistas
• Cor complementar é aquela que é o oposto da cor da
radiação absorvida.
www.dana.ucc.nau.edu/~cab68/Master’s_portfolio/Final%20project%20ETC667/additi ve_examples.html (endereço interactivo para a adição e subtracção de cores)
www.website.lineone.net/~peter.saw/lessons/colchart.html (endereço para visualizar diferentes tonalidades)
APL 1.1 – “Extracção de pigmentos de plantas por cromatografia em coluna”
o Separação e identificação dos constituintes de uma mistura
o Componentes adsorvidos (i.e., retidos à superfície de um sólido, quando em
contacto mútuo) de maneira diversa pelo material do suporte, de acordo com a maior ou menor afinidade existente entre eles
o Fase estacionária (líquido impregnado num sólido inerte) e Fase móvel
(eluente; líquido que é um solvente ou uma mistura de solventes com a qual se faz correr a mistura a separar)
Assim:
o Os componentes da mistura são adsorvidos à superfície do sólido (alumina),
por interacções dipolo-dipolo, com diferente rapidez, à medida que a fase móvel os desloca ao longo da fase estacionária
o Existe afinidade de substâncias com os solventes utilizados (fase móvel) e
Classificação de pigmentos
Os pigmentos classificam-se em:
• Pigmentos base – são aqueles que dão cor à tinta ( dióxido de titânio,…) o Têm um índice de refracção superior a 1,5
• Pigmentos inertes – são materiais que conferem maior durabilidade à tinta, não afectando a cor ( carbonato de cálcio, argila, …)
o Têm um índice de refracção próximo de 1,5
Mas o que é o índice de refracção?
O índice de refracção é uma medida da capacidade que um material transparente apresenta de desviar a luz proveniente de outro meio transparente. É uma constante para um dado par de materiais e pode ser definido como:
Índice de refracção relativo entre dois meios: 2 1 1 2 1 , 2 θ θ sen sen n n n = = 1 , 2
n representa o índice de refracção do material 2 relativamente ao material 1,
dado que o raio de luz incidente atravessa o material 1 e refracta-se na superfície de separação dos dois meios, no ponto de incidência I, i.e., sofre um desvio na sua trajectória, o que explica o fenómeno visualizado na figura do lado.
Se o raio incidente se encontrar no vazio (cujo índice de refracção é 1), o valor de n 2,1
designa-se por índice de refracção absoluto para o material 2 (n2) e os seus valores encontram-se tabelados no quadro abaixo.
Meio Índice de refracção
Ar 1,0008 Água 1,33
Óleo de linhaça 1,48
Diamante 2,42
Quadro 1 – Valores de índice de refracção para alguns materiais
Como o ar quase não interfere na refracção da luz pode assumir-se, para o valor do índice de refracção absoluto, que a luz se encontra no vazio.
Quanto maior for o índice de refracção, maior refracção sofrerá a luz, ou seja, maior desvio sofrerá o raio de luz incidente relativamente à trajectória que inicialmente trazia.
Considera-se um revestimento opaco quando as partículas do pigmento que o constituem impedem a refracção da luz, dão que a opacidade de um pigmento se baseia no tamanho das partículas que o constituem e no índice de refracção pois quanto maior for o índice de refracção do cristal puro, maior será a opacidade oferecida quando reduzido a pó.
O óxido de magnésio, MgO , é mais branco que o dióxido de titânio, TiO2, mas como possui um índice de refracção inferior significa que é necessário usar mais MgO do que
2
TiO para obter o mesmo grau de opacidade.
De uma forma geral quem oferece o maior grau de opacidade é o pigmento base e não o pigmento inerte, uma vez que, devido ao baixo índice de refracção que este apresenta, pois pode ficar transparente no final da aplicação. Os pigmentos inertes são no entanto responsáveis pela viscosidade e fluidez de uma tinta.
Os pigmento podem, todavia, ser classificados de outra forma: • Pigmentos orgânicos
• Pigmentos inorgânicos
A – Pigmentos orgânicos
• Moléculas com carbono, produzidas a partir de compostos derivados do petróleo, de ácidos e de outros produtos, a temperatura e pressão elevadas
o Pigmentos sintéticos
• Ao átomos de carbono podem ligar-se a uma variedade enorme de outros elementos químicos, devido à sua flexibilidade química, produzindo inúmeras combinações
o Grande variedade de moléculas que originam cores intensas e com boas propriedades para actuarem como corantes
• Maior parte dos pigmentos orgânicos sintéticos deriva de corantes solúveis em água
o Ligam-se quimicamente a materiais de forma a evitar o seu desaparecimento após aplicação
o Alguns materiais não aceitam um corante sem a presença de um terceiro elemento, designado mordente, que estabelece a ligação entre o corante e a fibra, como é o caso da celulose
Alúmen (sulfato de alumínio e potássio) e a alumina hidratada
B – Pigmentos inorgânicos
o Combinações de elementos minerais com o oxigénio e outros elementos (enxofre, silício ou carbono) e que, por isso, fazem parte das classes químicas dos óxidos, hidróxidos, sulfuretos, sulfatos, silicatos, cromatos e carbonatos o Protegem as superfícies onde são aplicados do calor, da luz e das agressões
climatéricas, sendo por isso bons para as tintas
o Pigmentos brancos o Óxidos de ferro coloridos
Pigmentos inorgânicos brancos
o Incluem TiO2, ZnO, ZnS, Sb2O3, CaCO , sílica, talco, caulino,… 3
o Um dos mais importantes é o TiO2
O titânio é um metal conhecido pela sua resistência à corrosão e baixa densidade, encontrado em diferentes minerais
95 % do titânio é usado na forma TiO2, o qual: • se assemelha à areia branca
• é utilizado para conferir brancura, luminosidade e opacidade a uma ampla gama de produtos, incluindo tintas e revestimentos
• tem boa dispersão e bom comportamento óptico, sendo por isso muito utilizado nas tintas
• é muito abundante na crusta terrestre, mas apesar disso é caro
• encontra-se basicamente sob a forma de rútilo (mais compacto, maior densidade, maior índice de refracção, o que confere maior opacidade e durabilidade exterior, sendo usado em tintas de exterior, tonalidade amarela) e
anátese (cristal que confere uma tonalidade azulada,
usado para tintas de interior, em plásticos e em cerâmica)
Óxidos de ferro
o óxidos de ferro naturais têm boa cor e podem ser usados como primários
o óxidos de ferro sintéticos têm boa dispersabilidade e elevado grau de pureza; são usados como revestimentos protectores e como substitutos de vernizes
3.1.1 Nomenclatura de algumas substâncias inorgânicas
As substâncias inorgânicas podem agrupar-se em: o ácidos binários e oxoácidos
o bases, entre as quais estão os hidróxidos o sais
o óxidos e peróxidos
A escrita das fórmulas químicas dos compostos supracitados, bem como o nome que lhes deve ser atribuídos, obedecem a regras da Nomenclatura de Química Inorgânica, elaboradas por comissões específicas da IUPAC (International Union of Puré and Applied Chemistry).
Ácidos
Os ácidos manifestam as suas características quando em solução aquosa.
A – ácidos binários
São as substâncias que possuem na sua constituição hidrogénio e um elemento não metálico.
Fórmula química Nome da substância / Nome do ácido HF Fluoreto de hidrogénio / ácido fluorídrico
l
HC Cloreto de hidrogénio / ácido clorídrico
HBr Brometo de hidrogénio / ácido bromídrico
HI Iodeto de hidrogénio / ácido iodídrico
S
H2 Sulfureto de hidrogénio / ácido sulfídrico
B – oxoácidos
São as substâncias que possuem na sua constituição hidrogénio, um elemento não metálico e oxigénio.
Fórmula química Nome da substância / Nome do ácido 3
2SO
H Sulfito de hidrogénio / ácido sulfuroso
4 2SO
H Sulfato de hidrogénio / ácido sulfúrico
2
HNO Nitrito de hidrogénio / ácido nitroso
3
HNO Nitrato de hidrogénio / ácido nítrico
4 3PO
H Fosfato de hidrogénio / ácido fosfórico
O
HCl Hipoclorito de hidrogénio / ácido hipocloroso
2 O
HCl Clorito de hidrogénio / ácido cloroso
3 O
HCl Clorato de hidrogénio / ácido clórico
4 O
HCl Perclorato de hidrogénio / ácido perclórico
Quadro 3 – Fórmula química e nome de alguns oxoácidos
Hidróxidos (bases)
São compostos iónicos constituídos pelo anião OH (ião hidróxido) e por um catião −
metálico.
Fórmula química Iões Nome
LiOH Li ;+ OH− Hidróxido de lítio
NaOH Na ;+ OH− Hidróxido de sódio
KOH K ;+ OH− Hidróxido de potássio
CsOH Cs ;+ OH− Hidróxido de césio
2 ) (OH Mg Mg2+ ;OH− Hidróxido de magnésio 2 ) (OH Ca Ca2+ ;OH− Hidróxido de cálcio 2 ) (OH Ba Ba2+ ;OH− Hidróxido de bário 2 ) (OH
Cu Cu2+ ;OH− Hidróxido de cobre (II)
3
) (OH
Al A 3+ ;OH−
l Hidróxido de alumínio
Sais
São substâncias iónicas formadas por aniões (com a excepção do anião OH ) e catiões. −
Podem ser de várias naturezas, mas só nos vamos debruçar sobre os sais simples e os sais hidratados.
A – sais simples
A fórmula química dos sais simples obtém-se combinando os catiões e os aniões de forma a obter uma entidade química globalmente neutra, na qual figura em primeiro lugar, em linguagem química, o catião, apesar de em português figurar em primeiro lugar o nome do anião.
Fórmula química Iões Nome
3 LiNO + − 3 ; NO Li Nitrato de lítio l NaC + − l C Na ; Cloreto de sódio KBr K ;+ Br− Brometo de potássio
CsI Cs ;+ I− Iodeto de césio
3 MgCO + 2− 3 2 ; CO Mg Carbonato de magnésio 2 3) (HCO Ca + − 3 2 ; HCO Ca Hidrogenocarbonato de cálcio 4 BaSO + 2− 4 2 ; SO Ba Sulfato de bário 2 ) (SCN
Cu Cu2+ ; SCN− Tiocianato de cobre (II)
4 PO Al + 3− 4 3 ; PO Al Fosfato de alumínio
Quadro 5 – Fórmula química e nome de alguns sais
B – sais hidratados
São sais que contêm na sua estrutura moléculas de água. A forma destes sais sem água toma a designação de anidra.
O H
CuSO4.5 2 - sulfato de cobre pentahidratado
O H
NiCl2.6 2 - cloreto de níquel hexahidratado
O H
Óxidos e peróxidos
São compostos iónicos que contêm na sua constituição oxigénio e um metal ou moleculares que contêm na sua constituição oxigénio e um não metal.
A – óxidos e peróxidos metálicos
Fórmula química Iões Nome
O Li2 Li+ ; O2− Óxido de lítio O Na2 Na+ ; O2− Óxido de sódio O K2 K+ ; O2− Óxido de potássio O Cs2 Cs+ ; O2− Óxido de césio
MgO Mg2+ ;O2− Óxido de magnésio
CaO Ca2+ ; O2− Óxido de cálcio
BaO Ba2+ ; O2− Óxido de bário
CuO Cu2+ ; O2− Óxido de cobre (II)
3 2O
Al Al3+ ; O2− Óxido de alumínio
Quadro 6 – Fórmula química e nome de alguns óxidos metálicos
Fórmula química Iões Nome
2 2O Li + 2− 2 ; O Li Peróxido de lítio 2 2O Na + 2− 2 ; O Na Peróxido de sódio 2 2O K + 2− 2 ; O K Peróxido de potássio
Quadro 7 – Fórmula química e nome de alguns peróxidos metálicos
B – óxidos não metálicos
Fórmula química Nome
CO Monóxido de carbono 2 CO Dióxido de carbono 2 SO Dióxido de enxofre 3 SO Trióxido de enxofre
Quadro 8 – Fórmula química e nome de alguns óxidos não metálicos
