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tratamentos de superfícies pintura em peças de plástico
do Brasil TRATAMENTOS DE SUPERFÍCIES PINTURA EM PEÇAS DE PLÁSTICO do Brasil Curso de formação em plásticos, seus processos de transformação e técnicas de acabamento. Índice 1. Introdução 2. A Tinta 2.1. Os aglutinantes. 2.2. A secagem. 3. Gamas de Pintura 4. Propriedades da tinta 4.1 Preparação da mistura: propriedades físicas. 4.2 Características de aplicação da tinta. 4.3 Realização do serviço: propriedades mecânicas e químicas. 4.4 Provas do controle de qualidade. 5. Técnicas de preparado dos suportes 5.1 Limpeza das peças. 5.1.1 Desengordurar com solventes. 5.1.2 Desengordurar alcalina 5.1.3 Desengordurar ácida. 5.2 Tratamentos de superfície de aderência Plástico / Tinta. 5.2.1 Flamejado. Tratamento com chama. 5.2.2 Tratamento por radiação UVA. 5.2.3 Tratamento por plasma. 5.3 Preparação das proteções 6. Técnicas de aplicação da tinta. 6.1 A tinta com pistola. 6.1.1. Pistolas pneumáticas. 6.1.2. Outras técnicas com pistola. 6.2 Outras técnicas de aplicação. 7. Pintura de diferentes tipos de plásticos. 7.1. Pintura de espumas de poliuretano (PUR) 7.1.1. Pintura de espumas de poliuretano dentro do molde IMC. 7.1.2. Pintura de espumas de poliuretano fora do molde. 7.2. Pintura de poliéster termo-endurecido (SMC) (BMC) 7.3. Pintura de PC/PBT PC/ABS (bayblend) 7.4. Pintura de Poliamida. (PA) 7.5. Pintura de Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) 7.6. Pintura de polipropileno. 8. Pintura de diferentes tipos de plástico. do Brasil 1. Introdução A decoração de materiais plásticos por meio de tintas na atualidade constitui uma operação vital no acabamento de numerosas peças de plástico. Entende-se por pintura todo revestimento de peças modeladas em plástico por questões de aspeto e funcionalidade. De forma geral, pode-se dizer que as tintas permitem decorar, proteger contra rachaduras e envelhecimento e também permitem melhorar as características da superfície protegida. A pintura das peças de material plástico permite segundo os casos: Obter um aspeto e brilho de superfície, similar ao metal. Harmonizar e homogeneizar a cor e o brilho de diferentes peças modeladas, como peças modeladas a partir de diferentes materiais e que formam parte de um conjunto comum, como o painel de controle de um carro. Harmonizar a cor das peças plásticas com carroceria de lata, como no caso dos pára-choques. a cor das peças da Ocultar falhas de modelagem em peças injetadas com forma complexa. Melhorar o envelhecimento das peças de material plástico quando estão expostas ao exterior, protegendo-as da luz e dos agentes externos. Aumentar a resistência aos riscos das peças com uma película de tinta resistente. Obter diferentes qualidades de superfície ao tato e aspectos particulares. Os materiais que costumam ser submetidos a tratamentos de pintura podem ser termoplásticos e também os termo-endurecíveis em todas as suas variedades. Podem pintar-se desde polipropilenos, polimetacrilatos, poliamidas até compostos de poliéster e fibra de vidro ou poliuretanos. Cada um deles, mediante técnicas diferentes, devido a diversas dificuldades que têm alguns desses polímeros de serem pintados. 2.- A Tinta Uma tinta é uma mistura mais ou menos complexa de diferentes compostos em cuja formulação encontram-se: Aglutinantes: resina, polímeros em dissolução que conferem à tinta a maior parte de suas características. Corantes ou pigmentos; em forma de pó são envolvidos pela resina (líquida) e são os encarregados de proporcionar a cor da peça. do Brasil Cargas: em forma de pó também são recobertas pela resina, encarregando-se de melhorar as propriedades físicas, condicionando também o aspecto final. Solventes: são os encarregados de regular a viscosidade do produto ao método de aplicação. Aditivos: Conferem propriedades ausentes na resina, e em muitos casos são compatíveis com os componentes da tinta. Conferem propriedades umectantes entre o pigmento e o produto. Ceras: melhoram o tato e orientam as partículas metálicas como o alumínio. Silicones: em alguns casos, melhoram as propriedades de superfície como o tato e a ausência de aspereza. Uma fórmula, que contenha estes compostos, forma uma suspensão dos pigmentos e cargas (pó) na resina, com a qual são insolúveis, estando por sua vez em solução com um solvente. Esta mistura, após a sua aplicação e endurecimento, forma uma película de tinta fosca que pode ser apagada, sem brilho ou brilhante. 2.1. Os aglutinantes (ou resinas) Os aglutinantes são resinas termoplásticas ou termo-endurecíveis. As diferentes características das tintas, propriedades e âmbitos de aplicabilidade distinguem-se pela natureza dos aglutinantes utilizados na sua preparação. Estes aglutinantes podem ser: Acrílicos, poliésteres saturados, vinílicos, celulósicos, acrilatos, aminoplastos, epóxidos poliuretanos, etc. A escolha do aglutinante pode vir a ser influenciada por: O tipo de suporte plástico: termoplástico ou termo-endurecível sobre o qual será aplicada a tinta. A lista de condições que irão influenciar a escolha do tipo de revestimento de superfície dependendo das características desejadas para a peça, como resistência a riscos, aspecto estético ou resistência aos raios ultravioletas. Além do mais, o preço de custo também pode influenciar na escolha do aglutinante. A diferença mais importante entre os aglutinantes é o tipo de camada de tinta que forma sobre o suporte plástico. Isto vem diferenciado pelo tipo de secagem a qual são submetidos cada um deles e que influencia na formação da película de tinta. do Brasil 2.2.- A secagem A secagem da camada de tinta é a passagem do estado líquido para o sólido pelo aumento da viscosidade progressiva até o estado duro. O sistema de secagem depende do tipo de aglutinante. A secagem pode ser de tipo físico, químico ou misto. A seqüência de pintura estará condicionada pelo tipo de secagem. Secagem física: A película de tinta é formada pela evaporação do solvente, originando o aumento da viscosidade da película de tinta. Os aglutinantes que costumam receber este tratamento são os de tipo termoplástico, tintas celulósicas, acrílicas, ou poliésteres saturados. Secagem química: A película de tinta é formada pelo aumento da viscosidade causada pela ação de determinados agentes que provocam a polimerização do aglutinante, ou seja, o endurecimento da capa de tinta. Os aglutinantes, neste caso, são os de tipo termo-endurecíveis como poliuretanos e epóxidos. Os agentes que atuam neste processo são: Oxigênio do ar: Provocando-se a polimerização da resina por oxidação. Calor: A polimerização é dada pela reação química acelerada pelo calor. Agentes químicos: Neste caso trata-se de tintas bicomponentes, que misturadas reagem quimicamente, sendo a reação acelerada pelo calor. Estes agentes químicos são, na realidade, os catalisadores. Podem ser percebidas diferentes fases na secagem da tinta aplicada sobre uma peça de plástico: Ponto de gelidificação ou viscosidade: é o tempo que uma tinta necessita, após da sua aplicação, para passar do estado líquido para o pastoso momento no qual já não pinga mais. Fora do pó: é o tempo que demora a película de tinta em não reter o pó na sua superfície. Seco de manipulação: é o tempo que demora a película de tinta antes de ser manipulada com precaução. Secagem completa: é o tempo que demora a película de tinta em fazer possível a manipulação sem necessidade de precauções especiais, endurecimento progressivo e completo. do Brasil 3. Gamas de Pintura Os diferentes revestimentos ou camadas que se adicionam sobre o polímero formam o que acostuma-se chamar gama de Pintura. Estas camadas podem ser classificadas em diferentes categorias: . Camadas de superfície ou de colocação de massa: destinadas a ocultar as irregularidades da superfície das peças, aplicadas geralmente sobre polímeros termoendurecíveis. . Camadas de imprimação: garantem a aderência da tinta ao polímero ou permitem pintar este com processos adaptados à chapa ou lâmina (impressão construtora). Geralmente são a base de poliolefinas, podendo evitar-se o flamejado em algumas classes de polipropileno. . Aprestos: são o suporte perfeito para uma camada de acabamento e em alguns casos melhoram a aderência. No geral, a sua função é proteger o material polimérico de agressões externas de tipo mecânico ou químico. Também melhoram o poder de cobertura da camada de acabamento. Existem aprestos formados por poliésteres saturados. . Acabamentos: fala-se de lacas ou esmaltes, bases metalizantes ou vernizes. Estes componentes dão o aspeto e a cor final da peça, oferecendo também proteção frente a agentes externos. - As bases metalizantes podem ser fabricadas à base de poliéster saturado e micropartículas de alumínio; às vezes, também adicionam-se outros compostos como a mica. - As lacas ou esmaltes podem ser de tipo acrílico com secagem física, epoxi, bicomponentes de endurecimento por policondensação (reticulação) ou também bicomponentes poliuretanos com secagem química. - Os vernizes podem ser do tipo acrilatos polimerizáveis por ultravioletas ou bicomponentes poliuretanos (polioles + acrilato + isocianato) de secagem química. Alguns exemplos de gamas de pintura e composição das diferentes camadas no setor automotivo seriam dadas por: - Revestimentos interiores: laca acrílica. Pára-choques de polipropileno: imprimação de poliolefinas base metálica de poliéster insaturado do Brasil - Spoiler de ABS: - Calota de PA: laca de poliéster insaturado verniz em bicomponente PUR primer em bicomponente PUR laca em bicomponente PUR base de poliéster monocomponente verniz em bicomponente. base em bicomponente PUR verniz em bicomponente PUR Portões traseiros de BMC: primer condutor em poliéster saturado Estes exemplos são meramente ilustrativos, já que a fórmula usada na elaboração de uma tinta é muito complexa, podendo conter mais de quinze componentes e a aplicação sucessiva de cada uma das camadas varia de uns processos produtivos a outros, dependo das instalações. 4. Propriedades da Tinta Uma tinta caracteriza-se por um conjunto de propriedades de grande importância, como são as propriedades físicas no momento da preparação da mistura, as suas características na hora de ser aplicada, e as propriedades de tipo mecânico e químico toda vez que a peça está em serviço. 4.1. Preparação da mistura: propriedades físicas A preparação da mistura está determinada por três fases fundamentalmente: o empastamento, a pré-mistura e a mistura propriamente dita. - Empastamento: mistura por chacoalho dos diferentes componentes que se deseja moer, geralmente resina, pigmentos, cargas e aditivos. Os aditivos que são incorporados neste processo são os responsáveis por igualar a tensão superficial entre a resina e o pigmento, para assim conseguir uma pasta homogênea. - Pré-mistura: nesta fase, são esperadas duas funções importantes, dispersar o pigmento no sólido-base e obter o tamanho de partícula adequado. Este processo realiza-se em um moinho onde são introduzidos os agentes dispersivos, que geralmente são bolas de vidro ou aço, cujo tamanho será definido pelo tipo de resina, pigmento utilizado e tipo de carga. O tamanho de partícula obtido será dado pela velocidade do moinho, pelo tipo de bola utilizado, e pelo tempo de moenda. - Mistura: é o passo seguinte à moenda. A pasta ou material obtido é introduzida no reator onde realiza-se a mistura, além do mais, introduzem-se neste novos elementos que constituirão a tinta definitiva. do Brasil As propriedades físicas de uma tinta são os parâmetros importantes no desenvolvimento da mesma e são determinados no momento de realizar a mistura dos diferentes componentes. A seguir, enumeram-se as mais importantes: 4.2. - Densidade: relação da massa de um determinado volume com a massa do mesmo volume de água. - Viscosidade: velocidade de fluxo de um volume determinado através de um orifício calibrado. Com o aumento da temperatura, diminui a viscosidade. - Finura: a finura da trituração dos pigmentos condiciona o brilho, o poder de recobrir e o poder de coloração. - Resistência à sedimentação: aptidão das partículas sólidas para ficar em suspensão no verniz. - Poder de recobrir: condiciona a cor fosca da tinta. Pode-se medir aplicando a tinta sobre um papel preto e branco e, no momento em que não aparecerem contrastes, teremos obtido a espessura da cobertura. - Extrato seco, em peso: porcentagem em peso de materiais não voláteis. - Aspeto: O fator mais importante é o tamanho de partícula, sendo também importantes a limpeza e a transparência em vernizes incolores. - Tato: o aspecto táctil depende também do tamanho da partícula, porém, há também outros fatores de relevante importância como a incorporação de certos aditivos cuja única função é conferir o ótimo tato na finalização da pintura. - Brilho: depende da resina ou família de resinas que se utilizem e também do índice de absorção de óleo das cargas e pigmentos. - Cor: é analisada mediante medidores de cor (colorimetrias) em relação ao padrão de cores. A utilização dos diversos pigmentos e as suas combinações dará a obtenção das cores apropriadas. Um parâmetro também de vital importância na cor da tinta é o tamanho da partícula. Para obter um controle simples da cor da tinta é importante fixar um dos parâmetros. Usualmente, fixase o tamanho de partícula, de forma tal que possa obter o aspeto adequado e também procuram-se as combinações entre a gama de pigmentos. Características de aplicação da tinta. No momento de aplicar a tinta sobre a peça de plástico, esta deve ter uma série de características bem definidas, igualmente bem definidos devem estar os parâmetros do processo de aplicação. Taxa de Diluição: é o índice de diluente necessário para obter a viscosidade de aplicação de um produto. Normalmente mede-se com CF4 a 20º C (Copo Ford 4, indicando o número do diâmetro de saída, sendo o copo de 100 cm3) do Brasil Secagem por oxidação: após a evaporação dos solventes, o oxigênio dissolve-se através da película de tinta, permitindo o endurecimento da mesma. Se a camada for fina, o resultado, neste caso, será bom, já que camadas grosas secarão mal, podendo provocar defeitos superficiais como rugas, fendas ou escamas. Secagem por estufa: o tempo de exposição à estufa dependerá da composição da camada de tinta aplicada. Antes da estufa, deve permitir-se um tempo para a evaporação dos solventes. Depois da exposição à estufa e resfriamento, a camada de tinta está perfeitamente seca e dura. Espessura da camada seca: as propriedades da camada de tinta dependem sempre da espessura da mesma. A comparação entre dois produtos tão somente pode fazer-se com uma espessura idêntica, por isso, é importante o controle da espessura da camada. - Período de segunda camada: tempo no qual pode-se aplicar um acabamento sobre um apresto ou sobre uma segunda camada sem perigo de diluição da primeira. 4.3.- Realização do serviço: propriedades mecânicas e químicas Para garantir a qualidade e durabilidade da tinta aplicada, é necessário que esta tenha determinadas características de tipo químico e mecânico principalmente que permitam que a peça possua alguns mínimos parâmetros frente às agressões externas. Entre os parâmetros mais importantes a serem controlados, encontram-se: dureza da camada de tinta, aderência, resistência às batidas (deformação brutal), resistência ao embutido (deformação lenta), dobra (fendas no sentido das dobras), resistência a riscos, resistência à intempérie e resistência aos agentes químicos. 4.4 Provas de controle de qualidade Dentro dos laboratórios de qualidade, efetua-se uma série de provas que permitem garantir e melhorar a qualidade das peças plásticas pintadas, mediante a análise de todos os parâmetros e propriedades, características físicas, mecânicas ou químicas que foram mencionadas anteriormente. Controle da aderência da camada de tinta. O controle da camada de tinta obtém-se com o teste de aderência. Risca-se a peça pintada com um pente normalizado e aplica-se uma fita sobre a superfície riscada. Após de ter sido retirado o adesivo, obtém-se a qualidade da aderência, calculando a porcentagem de superfície descolada. Este teste também recebe o nome de descascado. do Brasil Espessura da camada de tinta. O meio para obter este valor é o micrômetro, também podem obter-se valores de espessuras da camada de tinta mediante microscópios eletrônicos. Dureza da superfície: Um método tradicional é o pêndulo de Persoz, também o uso de um porta lápis com pontas de diferentes durezas em escala, podendo dar um excelente valor da dureza superficial da camada de tinta. Colorimetria ou Medição da cor. A espectrocolorimetria permite um preciso controle das cores da camada de tinta mediante a comparação de desvio dos padrões de cor entregues pelo fabricante de automóveis. Escamado. As resistências das tintas também medem-se por provas de gravilhonagem e granalhagem ( granulação ). Estas provas caracterizam a aptidão do par suporte – tinta para resistir ao impacto de projéteis de pequena dimensão. Envelhecimento climático. Estuda-se a evolução das diferentes propriedades da camada de tinta como a cor, o brilho, o aspecto e a aderência depois de submeter a peça a variações de tipo climático: variação de temperaturas e grau de umidade. Para isto, as peças são colocadas em recintos climáticos programáveis que simularão condições adversas. Provas de manchas: Permitem avaliar o comportamento da tinta frente aos agentes químicos. A mancha consiste em manchar a peça com um algodão molhado no agente químico e depois avaliar a evolução da dureza da superfície. 5. Técnicas de preparado dos suportes Ë necessário, na maior parte dos materiais a serem pintados, efetuar uma preparação prévia destes materiais ou suportes antes de realizar o processo de pintura. Concretamente falando, algumas classes de materiais plásticos são muito difíceis de pintar, já que a aderência entre plástico & tinta é muito baixa. Para minimizar este problema, é necessário que os suportes a serem pintados, sejam submetidos a um ou vários tratamentos de superfície, cujo objetivo será permitir a aderência da tinta sem alterar as prestações do material plástico. Os tratamentos que se utilizam de forma geral e dependendo dos tipos de materiais ou instalações são : Tratamentos de desengordurar: utilizados para conseguir uma perfeita limpeza da peça a ser pintada. Entretanto, é necessário que a peça, antes do tratamento, esteja limpa superficialmente, já que em algumas ocasiões ou zonas da peça o tratamento não é completamente eficaz, ficando restos de sujeira ou pó , que danificam ostensivamente o aspecto final da peça. Também é importante considerar que o desengordurar não eliminará elementos que estejam aderidos à peça, como acontece em alguns casos quando a peça é lixada e depois flamejada, as pequenas farpas provenientes do do Brasil lixamento ficam soldadas à peça e as mesmas não serão removidas, produzindo ao final do processo peças pintadas imperfeitas. - Tratamento de superfície para permitir a aderência plástico / tinta. - Preparação das proteções: evita que certas partes da peça não sejam pintadas durante a operação de pintura. Nem todas as peças necessitam destas proteções. 5. 1. Limpeza das peças Como regra geral, as peças de plástico obtidas por injeção contem agentes de fluxo e desenforme. Ao mesmo tempo, podem estar sujas de pó, graxa, suor, fazendo-se necessária uma limpeza das mesmas. As operações de limpeza das peças podem ser efetuadas por meio de três tipos diferentes de tratamento, que são mencionados a seguir. Um problema generalizado é a atração de partículas de pó, devido às características eletro-estáticas dos materiais plásticos. O pó é um elemento muito prejudicial para os processos de pintura e pequenas quantidades destas partículas de pó podem produzir imperfeições, que diminuem a qualidade da peça, dando lugar a impurezas. Portanto, é importante prestar especial atenção à limpeza da peça, mesmo entre os mais escondidos cantos, onde os tratamentos de desengordurar têm dificuldade de chegar. Portanto, é de vital importância efetuar uma limpeza minuciosa de tipo manual das peças a serem pintadas antes de passar para os tratamentos físicos ou químicos. 5. 1. 1.- Desengordurar com solventes A aplicação de solventes sobre a peça para sua limpeza é um sistema pouco utilizado, que pode ser realizado mediante dois métodos diferentes: Com pano: esta operação pode ser mais penalizante do que eficaz se é realizada de forma incompleta , podendo-se estender em toda a peça uma poluição que em princípio era local. - Com solvente em fase vapor: tratamento rigoroso e eficaz a uns 48 ºC, que apresenta o inconveniente do uso de produtos voláteis. do Brasil 5.1. 2. – Desengraxe alcalino Este método é o mais usado. É feito por aspersão de água alcalina e combina um efeito mecânico de arraste com efeito químico não agressivo perante os suportes. Normalmente um desengordurar do tipo alcalino supõe uma série de fases que se realizam dentro da instalação de pintura: • • • • • Uma fase de desengordurar a 60º – 70º C. Duas fases de clareamento em água industrial a frio. Um clareamento em água desionizada reciclada. Um sopro. Colocação na estufa de 80º a 100º C entre 5 a 10 minutos. 5.1. 3. – Desengraxe Ácido É utilizado em novos materiais quando o desengordurar alcalino não é eficaz devido aos agentes de desenforme utilizados, o método de operação é o mais similar ao de um desengordurar do tipo alcalino. Aqui os agentes químicos utilizados serão de tipo ácido. O emprego deste método, embora mais eficaz que o alcalino, não é generalizado, pois os ácidos empregados são capazes de atacar determinados materiais e o processo em si é delicado já que o ácido se consome em reação e a salinidade do banho não é estável. 5.2. – Tratamentos de superfície de aderência plástico/tinta A aderência da camada de tinta sobre o suporte plástico será muito influenciada pelo tipo de material de que se trate. O peso molecular e a tensão superficial do polímero tratado são fatores de importância na qualidade da aderência da tinta. Um aumento da tensão superficial, ou energia de superfície, aumentará a umectabilidade da tinta sobre o polímero, isto fará que aumente a força de aderência entre o polímero e a tinta, o que não implica que um polímero com alta tensão superficial tenha boa aderência, porém, significa que, aumentando a tensão superficial, aumenta a aderência. Por outro lado, a existência de grupos funcionais na superfície a ser pintada faz com que aumente a força de aderência, porque os enlaces formados entre o suporte e a tinta serão de tipo co-valente, contando com o oxigênio como ponto de união, muito mais fortes que os enlaces devido às forças de Van der Waals de fácil eliminação que ocorreriam de outra maneira, realmente este é o ponto diretamente mais importante para se obter uma boa aderência. O polipropileno é um material que apresenta graves problemas de aderência e sobre o qual não se pode pintar diretamente depois do desengordurar se se deseja obter a aderência adequada. O polipropileno é um polímero que não possui grupos funcionais. do Brasil Polímero Tensão superficial (dinas / cm2) PP (polipropileno PE (polietileno) PS (poliestireno) ABS (Acrilo Butadieno estireno) PVC rígido (cloreto de polivinila) PET (polietileno tereftalato) PA 66 (poliamida 66) PC (policarbonato) PES (polieter sulfonado) 29 31 38 39 41 41 46 47 50 Os tratamentos superficiais que permitem melhorar a aderência da tinta sobre o suporte plástico buscam o aumento da tensão superficial e sobre tudo o aparecimento de grupos funcionais, grupos reativos na superfície do polímero que permitam a criação de enlaces químicos mais fortes. Variando de composição do material ou as condições de elaboração também se melhorará a qualidade da aderência. O polipropileno, pela grande importância e peso que está adquirindo na indústria automotiva, é o material mais pesquisado e sobre o qual se tem desenhado complexos sistemas, em alguns casos, de tratamentos prévios que melhorem a aderência da tinta ao suporte. Principalmente, há três processos que podem ser utilizados em suportes de polipropileno: - Tratamento com chama ou flamejado. Tratamento por radiação UVA. Tratamento por plasma. 5.2.1.- Flamejado. Tratamento com chama É a solução mais comum e mais antiga, o método consiste em varrer com uma chama a superfície a ser pintada.. O tratamento com chama é ineficaz se os parâmetros não forem cuidadosamente fixados, podendo chegar a danificar a superfície plástica. O sucesso do processo está em obter a concentração de radicais suficientes na superfície do polímero para que conduza a uma boa aderência. Através da aplicação da chama, consegue-se uma combustão das camadas de superfície da peça e uma posterior reação de oxidação dos radicais das novas camadas expostas na superfície. Os parâmetros mais importantes no processo de flamejado são: do Brasil - A riqueza da chama, relação de gás e pressão de ar. O gás utilizado geralmente é uma mistura de propano – ar sendo a relação estequiométrica 1: 1 a mais adequada, posto que a concentração de radicais [OH] na combustão é maior e também porque são os responsáveis pela oxidação da superfície. É realmente o parâmetro mais importante de cujo correto ajuste dependerá o grau de aderência obtido. - A velocidade de varredura: fixa o tempo de exposição à chama e o número de passagens. O tempo de exposição é o parâmetro que indica o número de radicais [OH] recebidos pela superfície plástica. O tempo de exposição por cada passagem depende da velocidade de passagem da peça e do diâmetro do queimador. O tempo total será dado pelo total de passagens. Deste tempo total dependerá o grau de reação de radicais alcançado e, portanto, a quantidade e o tipo de radicais na superfície da peça, que darão uma maior ou menor aderência. O aumento destes radicais na superfície do suporte plástico faz aumentar a polaridade e, portanto, a sua capacidade para ser pintado corretamente. O mecanismo de formação destes radicais é produzido por cisões ou rompimentos da cadeia, secção ou série, onde o hidrogênio terciário separa-se da cadeia, sendo ocupada sua vaga pelo oxigênio. Portanto, este processo, de fato, é um mecanismo de oxidação. A distância da chama à peça. Na medida em que a distância que separa o queimador da superfície da amostra aumenta, a concentração em radicais [ OH ] diminui, tendo isto incidência direta na eficácia do tratamento. A temperatura alcançada pela superfície da peça durante seu contato com a chama é a origem da diminuição da polaridade superficial e, portanto, da força de aderência possível. Para um mesmo tempo de exposição, consegue-se maior polaridade realizando várias passagens do queimador, posto que a superfície plástica terá recebido a mesma concentração de [ OH ], mas a temperatura conseguida por ela terá sido menor. Em geral, o processo de flamejado é um processo difícil, já que a exposição à chama deve ser em toda a superfície da peça equivalente para conseguir uma aderência na superfície toda de características análogas. A utilização de um robot permite garantir um flamejado de qualidade. Para peças complexas e para garantir a aderência nas superfícies de difícil aceso, completa-se o tratamento com a aplicação de imprimações de aderência que, nestes casos, são complementos do flamejado, sendo esta operação também de tipo complexo. do Brasil 5.2.2 - Tratamento por radiação UVA O tratamento de imprimação por ultravioletas (UVA) tem a vantagem de poder realizar-se de forma continuada. Sobre a peça tratada tão somente é modificada a composição do material plástico na camada superficial até um máximo de 0,0002 mm, não sendo as camadas inferiores modificadas. O tratamento, geralmente, realiza-se em três fases: Aplicação de uma imprimação transparente muito fina sobre a superfície da peça. Sendo este um produto com conteúdos em sólidos muito baixo (3 – 5 %), a aplicação realiza-se por médio de pulverização aerográfica ou por imersão, até chegar a uma espessura de película de 3 a 5 mm. Na realidade, o que está sendo aplicado à peça é uma solução fotoativante, composta por um ativador e um solvente que pode ser do tipo acetona ou xilol. Evaporação do excesso de solvente e difusão do ativador na massa do suporte plástico. Depois de haver-se evaporado o excesso de solvente, é obtida uma rede fechada entre o ativador e a fase plástica. Irradiação UVA sobre a peça. Esta irradiação realiza-se por meio de lâmpadas de radiação ultravioleta de uma potência de entre 80 – 100 W/cm2, situadas de forma tal que a radiação alcance de forma efetiva toda a superfície da peça. O tempo de exposição pode variar em função do número de lâmpadas e da velocidade da corrente, mas oscila entre 1 e 1.5 minutos. A radiação provoca uma reação fotoquímica entre o fotoativador e o polímero, chamada em alguns casos reação de reticulação, ficando a superfície quimicamente ativada. Depois desta reticulação, o suporte plástico está preparado para receber a camada de tinta, chegando-se a obter muitos bons resultados com respeito à aderência. A escolha do solvente é importante, sendo o xilol um dos mais efetivos, tal como demostra o gráfico experimental 5.2. Outros parâmetros importantes na eficácia do processo são o número e o ângulo de radiação das lâmpadas, posto que a radiação para obter uma boa qualidade no tratamento deve chegar por igual à toda superfície. A longitude de onda mais comumente usada, dentro do espectro ultravioleta, é 200 – 400 mm. do Brasil 5.2.3.- Tratamento por plasma Este método consiste em criar uma atmosfera ou plasma de moléculas de gás que oxidam a superfície do polímero. A mistura de gás em geral está composta principalmente por uns 20 % de ar e uns 80 % de oxigênio, embora outros gases também possam participar no processo, como o hélio, óxidos nítricos ou tetra flurometanos. A este gás é acrescentada uma quantidade de energia adicional, por meio de um gerador de alta freqüência (categoria ou classe entre 13-27 kHz), que faz com que seja ionizado, carregado eletricamente, dando como resultado o plasma. Na composição do plasma, percebe-se que é um gás ionizado, extremamente reativo, que contém elétrons, íons, espécies neutrais e vários níveis de excitação. Já que a maior parte deste gás é oxigênio (que além do mais é a base do tratamento, uma vez que os radicais de oxigênio serão os que atacarão a superfície plástica), a reação que se produz em maior medida é a seguinte: O2 + e- + alta freqüência à O . +O . +eO tratamento realiza-se situando as peças dentre de uma câmara de vácuo, estabelecendo baixa pressão e excitando eletricamente o ambiente para ionizar o gás e formar o plasma. Os radicais oxigênio (O.), são os que atacam a superfície plástica dando lugar aos grupos carbônicos ( [-C-OH], [- C-O ] e [ -C-OOR] ) que serão capazes de interagir com as resinas componentes das tintas, conseguindo-se muitos bons resultados de aderência. Por exemplo, no caso do polipropileno, mediante tratamento com plasma aumenta-se a energia superficial das 29 dinas / cm2 habituais até 73 dinas / cm2 em alguns poucos segundos, permitindo que possa ser pintado posteriormente de forma direta com uma tinta bicomponente. 5.3.- Preparação das proteções Quando as peças são pintadas parcialmente, é conveniente realizar uma proteção das peças ocultando as parte que não devam aparecer pintadas. Uma das técnicas utilizadas é o mascaramento ou disfarce, processo prévio aos anteriores. O mascaramento ou disfarce é realizado mediante fitas adesivas, que são retiradas depois de pintada a peça. Estas operações são delicadas e custosas e para elas tenham uma boa realização, devem ser contempladas no desenho original da peça, já que caso contrário, poderia resultar altamente complicada a colocação do elemento adesivo. Em alguns casos, esta operação é eliminada mediante o desenho da peça original em duas partes separadas que são encaixadas depois da pintura de uma delas. do Brasil 6.- Técnicas de aplicação da tinta A qualidade do revestimento de superfície e a decoração da peça dependem da técnica de aplicação utilizada. O método mais empregado é a projeção mediante pistola. Outras técnicas importantes como a eletrostática estão começando a adquirir importância na indústria. 6.1.- A tinta com pistola A técnica empregada depende do tipo de pistola utilizada e nem sempre as funções desta estão em consonância com a complexidade que apresenta a peça, sendo necessário utilizar cada uma delas para a aplicação para as quais foram criadas. Na realidade, a pistola é o ponto chave do sistema de acabamento. A pistola encarrega-se de atomizar a tinta ou materiais pulverizáveis e de aplicá-los sobre o suporte. 6.1.1.- Pistolas Pneumáticas Existem principalmente duas classes de pistolas pneumáticas, as de sucção sob pressão e as de alimentação do produto sob pressão. Dentro destas, a mistura pode ser externa ou interna, ou de passagem contínua ou descontínua ou interrompida. A pistola pneumática mistura o ar e a tinta e se encarrega de pulverizá-los contra o suporte. O rendimento obtido é por volta de 30 %. Pistola de sucção. É uma pistola na qual uma corrente de ar comprimido cria um vácuo no tubo de ar, produzindo uma ação de sifão. A pressão atmosférica sobre o material na caneca (recipiente que contém a tinta ) de sucção empurra o material para o tubo de ar da pistola. A tampa da caneca tem orifícios de respiração. Este tipo de pistola é utilizado com bandejas ou vasilhas de pouca capacidade, sendo estas incorporadas à pistola como demostra a seguinte figura. Costumam ser utilizadas para tarefas que necessitam de muitas cores e pequenas quantidades de material. Identificam-se facilmente porque o bico ou bocal prolonga-se além da superfície do tubo de ar. Pistola de alimentação por pressão. Neste tipo de pistola, o bico ou bocal de fluído está no mesmo nível da superfície do tubo de ar e com isso não se cria vácuo algum. do Brasil O fluído é empurrado até o tubo de ar pela pressão que efetua sobre o material contido na caneca remota, no tanque ou na bomba. Este sistema é utilizado quando se empregam grandes quantidades de material, quando o material é demasiado pesado para ser sugado de um recipiente ou quando é requerida uma rápida aplicação. Pistolas de passagem contínua: Uma pistola pulverizadora de passagem contínua não tem válvula de ar. O ar passa continuamente através da pistola. Costuma usar-se com pequenos compressores de capacidade e pressão limitadas os quais não possuem dispositivos para controlar a pressão. A passagem do fluído é controlada pelo gatilho. Pistola de passagem descontínua ou interrompida. Este tipo de pistola possui uma válvula pneumática que fecha o fluxo de ar no momento em que o gatilho é segurado, sendo este que controla o fluxo de ar e o líquido. É usado em compressores que possuem dispositivos para controlar a pressão. Pistola de mistura externa. Este tipo de pistola mistura e atomiza o ar e o fluído fora do tubo de ar. Pode ser utilizado para a aplicação de todo tipo de material e ele é conveniente para a pulverização de tintas de secagem rápida, como as lacas. Em geral, conseguem-se acabamentos de grande qualidade. Pistola de pintura interna. Este tipo de pistola mistura o ar e o líquido dentro do casquilho de ar antes de expulsá-los. Costuma-se utilizá-los quando existe ar à baixa pressão em quantidade pequena ou quando se pulveriza com materiais de secagem lenta. 6.1.2- Outras técnicas com pistola Pistola airless - Esta pistola conta com um cano de baixa pressão e a liberação da tinta cria a pulverização. Pistola eletrostática - A tinta é carregada eletricamente antes de ser colocada regularmente sobre o objeto. Obtém-se um rendimento de 90 %. 6.2.- Outras técnicas de aplicação Imersão: Consiste em dar um banho na peça a ser pintada e deixá-la pingar antes da secagem. Costuma-se utilizar no tratamento de carrocerias de carros. Eletroforese (cataforese): Esta técnica é utilizada na proteção anti-corrosão e principalmente em corpos ocos pela facilidade de aplicação. do Brasil Flow Coating. A peça a ser tratada passa por vários itens de aplicação de tinta .Depois, dentro de um túnel de ar saturado de vapores de solventes, permite-se que a peça pingue e que também se estenda a camada de tinta. É utilizado em peças que não têm exigências de aspecto. Eletrostática. Instalações automáticas baseadas nesta técnica de aplicação começam a adquirir importância dentro das técnicas mais modernas e confiáveis. A peça plástica deve receber um flash primeiro tipo condutor como primeira camada, após ter passado pelas diferentes seções de preparação do suporte. Nas camadas sucessivas, a tinta é carregada eletricamente na cabeça de atomização de pistola. A ponta ou cabeça de atomização é um dispositivo que gira a grande velocidade (1000 a 40000 RPM) e que atomiza e pulveriza finalmente a tinta ao mesmo tempo que a recarrega. A camada primeira condutora atrai esta tinta por diferença de potencial do campo elétrico criado, não produzindo em momento algum projeção da pintura da peça. Deste modo, obtém-se uma boa qualidade de cobertura, uma boa deposição da tinta sobre a peça, diminuindo os problemas de defeitos superficiais e, portanto, as reoperações a se realizarem ao final da linha de produção. Também melhora-se mediante uso deste sistema a aderência plástico / tinta, assim como a capacidade de produção das instalações onde é aplicada. Em peças de geometria complicada, um acabamento final de tipo manual poderia ser necessário para garantir uma qualidade adequada. Consegue-se uma alta eficiência de materiais, sendo além do mais, cômoda a mudança de cor já que a cabeça ou ponta atomizadora praticamente não fica manchada com a cor usada em cada aplicação. Na atualidade, existem poucas instalações que utilizam esta técnica, sendo os resultados até agora excelentes. É importante destacar que o uso desta técnica pode ir acompanhado pela robotização completa das instalações, permitindo obter um maior proveito desta técnica, alcançando uma maior qualidade no produto final. 7.- Pintura de diferentes tipos de plásticos Dentro dos materiais plásticos que podem ser pintados, tanto os termoplásticos quanto os termoindurecíveis, merece especial atenção concentrar-se nos que possuem um uso mais comum como elemento pintado. São: espumas de poliuretano, poliéster, fusões de PC/PBT e PC/ABS, poliamidas, ABS e polipropileno, não sendo estes os únicos capazes de serem pintados. 7.1. – Pintura de espumas de poliuretano ( PUR ou PU) Para pintar as espumas flexíveis de poliuretano, deve recorrer-se a produtos de alta elasticidade. As tintas mais comuns são as baseadas em poliésteres ou acrilatos hidroxilados que reagem com os isocianatos componentes do poliuretano, para permitir a formação de películas flexíveis que se aderem perfeitamente à superfície da espuma. Um dos problemas que normalmente aparecem nas peças fabricadas com este material é a existência de poros dificilmente ocultáveis com a pintura. Para resolver este problema, desenvolveu-se o método de pintura no molde IMC (In Mould Coating). Embora o método de pintura fora do molde também seja muito utilizado. do Brasil 7.1.1.- Pintura de espumas de poliuretano dentro do molde IMC Muito utilizado nos processos RIM (Reaction Injection Moulding) método usado para a modelagem de direções de automóveis, por exemplo. Sobre o interior do molde quente (40–45ºC), pulveriza-se o agente desenformante e a continuação aplica-se a camada de tinta. Após um tempo de espera de 30 – 60 segundos, introduzem-se no molde os elementos constituintes da reação e efetua-se a espumação. Transcorrido o tempo de reação (dependendo do tamanho da peça), abre-se o molde e retira-se a peça já pintada. No caso de peças exteriores do automóvel que tenham que ser pintadas na cor da carroceria, este método é utilizado para dar uma camada de imprimação. Com este sistema, são evitados os poros típicos destas espumas. 7.1. 2 . – Pintura de espumas de poliuretano fora do molde O processo aplicado nos elementos de carroceria PUR-RIM consta de uma camada de imprimação e outra de acabamento. A camada de imprimação deve ter uma boa aderência e uma boa cobertura no que diz respeito aos defeitos superficiais. Em alguns casos, dependendo dos poros, é necessário dar várias demãos de camadas de tinta, até eliminá-los completamente. Além disso, deve ter uma secagem rápida e um lixamento fácil. Estas camadas de imprimação são secadas em um forno durante 30 – 40 minutos a uns 90º C. As camadas de acabamento costumam ser sistemas de dois componentes, baseados em resinas de poliéster altamente elásticas combinadas com isocianatos alifaliticos (sólidos à luz). As coberturas obtidas são de grande flexibilidade na categoria de 120 % em lacas transparentes e de 100 % em lacas pigmentadas. Não sendo necessária tanta elasticidade, pode-se recorrer as combinações de acrilatos mais duros que encurtarão os tempos de secagem e diminuirão a elasticidade. 7.2.- Pintura de poliéster termoendurecível (SMC, BMC) Este material termo endurecivél carateriza-se pela sua rigidez e resistência à temperatura. Em peças da cor da carroceria, aplica-se uma imprimação condutora dentro do molde (IMC) ou fora dele, de forma tal que a peça possa ser pintada conjuntamente com o resto do carro nas instalações do construtor. Geralmente, é necessário colocar massa na peça nas zonas que possuam poros. No caso da peça possuir uma cor diferente à da cor da carroceria, costuma-se utilizar uma tinta de poliuretano de dois componentes que apresente uma boa aderência ao poliéster . do Brasil 7.3. – Pintura de PC/PBT e PC/ABS ( bayblend ) A aplicação sobre peças fabricadas com PC/PBT é determinada pela sensibilidade deste material aos solventes como hidrocarbonetos aromáticos, éteres e acetonas que podem chegar a produzir rachaduras por acumulação de tensões. Aplica-se normalmente um sistema de tinta flexível baseado em poliéster – acrilato e isocianato alifático. Costuma-se recorrer a uma camada de imprimação para cobrir defeitos superficiais e para melhorar o tom como seria no caso em que a peça tivesse um acabamento metalizado semelhante ao da carroceria. O PC/ABS (bayblend) possui caraterísticas similares ao anterior, mas com a diferença de que é mais fácil de ser atacado pelos solventes e, portanto, faz-se imprescindível o uso de uma imprimação aderência que não tenha solventes agressivos, evitando assim o rompimento por tensões. 7.4.- Pintura de poliamida ( PA) Este polímero tem boa resistência à temperatura assim como também aos solventes. O problema deste material encontra-se em sua capacidade para absorver a umidade do ambiente. Ë por este motivo que se aconselha a utilização de uma camada de imprimação aderência, evitando assim que com o tempo, a camada de tinta, que no começo tinha uma boa aderência, chegue a sair ou descascar. Pode-se usar uma imprimação baseada em poliéster/melamina secada a 140º C, que pode ser condutora no caso da peça ser pintada na cadeia de pintura da carroceria. Para o acabamento, pode usar-se uma tinta de poliuretano de dois componentes semi-rígida, baseada na combinação de acrilatos e isocianato alifático. 7.5.- Pintura de Acrilonitrilo Butadieno Estireno (ABS) O ABS é um polímero estável dimensionalmente até 80º C. Sendo atacado por determinados solventes, como hidrocarburos aromáticos, éteres e acetonas, podem produzir rachaduras. É aconselhável efetuar uma imprimação baseada em solventes fracos e polares como álcoois, e glicoles. Como tinta de acabamento, pode usar-se uma de dois componentes semirígidos. do Brasil 7.6. – Pintura de polipropileno ( PP ) O polipropileno, como foi comentado anteriormente, é um polímero com baixa afinidade por sistemas convencionais de pintura e fraca resistência à intempérie. A capacidade de pintura do polipropileno está condicionada pelo tipo. A melhor ou pior capacidade de pintura do polipropileno encontra-se na cristalinidade superficial e na adição de cargas e elastômeros. O grau de cristalinidade pode ser induzido na superfície do polímero por meio de agentes nucleantes. Comprovado experimentalmente que, aumentando a cristalinidade na superfície, aumenta a tensão superficial com o qual aumenta a força de aderência. A adição de cargas minerais (talco, fibra de vidro, mica) provoca um aumento da cristalinidade superficial e, portanto, aumenta a tensão da superfície. O uso de misturas de PP com EPDM melhora consideravelmente a força de aderência devido a diversas causas: O EPDM devido a seu caráter amorfo tem uma mobilidade de corrente muito maior do que o PP cristalino, fomentando desta forma os fenômenos de difusão entre as duas fases que estão em contato na superfície. O EPDM é mais sensível do que o PP aos solventes orgânicos, sendo desta forma mais facilmente atacado por estes. O EPDM é mais permeável aos gases e ao oxigênio fator este muito importante no caso em que a peça possa ser flamejada, processo no qual será quebrada a barreira de superfície do polipropileno. É importante que a distribuição do EPDM seja homogênea, para que estas propriedades possam cumprir-se de forma constante em toda a superfície da peça, não produzindo problemas pontuais. Estas propriedades aumentam consideravelmente quando a carga de EPDM é superior de 30%. O polipropileno é um material que normalmente deverá ser tratado antes de ser pintado, como já foi mencionado, por qualquer um dos métodos de tratamento prévio de superfície para permitir a aderência plástico / tinta. do Brasil 8.– Principio de uma cadeia de pintura de pára-choques de polipropileno Um pára-choque é pintado no tom da carroceria, dependendo das versões, pode levar duas camadas de laca, uma base metálica e um verniz de superfície. Antes de entrar na cadeia de pintura, o pára-choque será mascarado ou coberto para proteger as superfícies que não devem ser pintadas. Depois, o pára-choque mascarado será carregado na linha de produção e, mediante o transportador de cadeia, será submetido a todas as fases do processo. Em primeiro lugar, efetua-se o desengordurar da peça para garantir a completa limpeza da mesma. Depois de um processo de secagem, o pára-choque entra na cabine de flamejado, lembrando que o flamejado é a oxidação superficial da peça para permitir a aderência entre a tinta e o plástico. A cabine de flamejado pode contar com um carrossel de flamejado ou com diferentes postos para flamejado robotizado. Depois do flamejado, a peça entra nas cabines de pintura propriamente ditas. Na primeira cabine, a peça receberá uma camada de imprimação, um flash primeiro (segundo os casos), que garantirá a aderência. Depois, a peça passará por uma zona de evaporação de solventes (SAS) para limitar os solventes liberados pela camada de tinta e evitar que se formem bolhas ou escamas. Depois, a peça receberá a camada de cor ou base metálica na segunda cabine e, finalmente, um verniz transparente na terceira cabine para dar o brilho final ao produto. Depois de cada uma das cabines de pintura, há uma zona de SAS. Dali, a peça passará para o forno de secagem onde será permitida a secagem completa da tinta. Finalmente, as peças são descarregadas da corrente e são controladas uma a uma enquanto é realizado o desmascaramento se for necessário. Adaptado por Professor Daniel F Rossi Abril de 2008
