Novas dispersões aquosas com morfologia controlada para revestimentos

O objetivo desta dissertação foi o desenvolvimento de dispersões poliméricas acrílicas, passíveis de serem usadas como ligantes em esmaltes aquosos que sejam capazes de conferir características especiais como elevada resistência ao empilhamento e à nódoa, assim como reduzir o impacto no ambiente quer através da utilização de matérias-primas de fontes renováveis, quer pela substituição de esmaltes de base solvente por esmaltes de base aquosa. Depois de uma introdução em que se contextualiza o conhecimento e as práticas nas áreas de polimerização em emulsão e revestimentos decorativos, são descritos e discutidos os resultados das várias etapas de desenvolvimento efetuadas ao longo do qual foram exploradas diferentes vias: - Funcionalização de polímeros acrílicos procurando melhorar as propriedades de superfície através da introdução de monómeros com grupos funcionais amina, epóxido e acetoacetoxilo; - Formulação de dispersões poliméricas com partículas de morfologia heterogénea, otimizando-se as suas propriedades de superfície em função da variação da composição monomérica das diferentes fases, da partição entre as duas fases poliméricas e diferentes níveis de monómero funcional. Complementaram-se os resultados com seleções afinadas baseadas em ensaios delineados através de planeamento de experiências. - Modificação dos produtos obtidos para melhoria de propriedades de resistência à nódoa, através da adição de aditivos específicos; - Teste de emulsionantes com origem em fontes renováveis quer aniónicos, quer não-iónicos. Todas as dispersões aquosas foram caracterizadas de acordo com as suas características mais relevantes entre as quais a temperatura mínima de formação de filme, o tamanho médio de partícula e a formação de grumos. As formulações mais promissoras foram também caracterizadas por 1H - NMR, FTIR, DSC, STEM e AFM). Seguidamente com essas dispersões foram preparados esmaltes com as dispersões aquosas mais promissoras que foram caracterizados exaustivamente em termos de propriedades de relevo para a aplicação decorativa em madeira. Os objetivos principais do trabalho foram atingidos, tendo sido desenvolvido um produto com morfologia heterogénea que apresenta elevada resistência ao empilhamento e propriedades antinódoa aceitáveis capaz de substituir os esmaltes de base solvente. A sua produção foi validada através do fabrico industrial (scale-up) e introdução no mercado. Relativamente à utilização de matérias-primas de fontes renováveis, esta carece ainda de otimizações futuras.

The objective of this work was the development of acrylic polymer dispersions to be used as binders in waterborne enamels with enhanced properties properties such as low tack and high stain resistance and to reduce the impact on the environment via the use of raw materials obtained from renewable resources as well as through the replacement of solventborne paints by waterborne ones. After reviewing the fundamentals of emulsion polymerization and decorative coatings, the results of this work are presented and discussed. These include the study of the following pathways: - Functionalization of acrylic polymer with the introduction of monomers with amine, epoxy and acetoacetoxy functional groups; - Development of polymer dispersions with particles of heterogeneous morphology, whose surface properties were optimized as a function of monomer composition of the different phases, partition between the two polymeric phases and different contents of functional monomer. The results were complemented through fine-tuning selections based on the design of experiments; - Modification of the products obtained for stain resistance properties via addition of specific additives; - Evaluation of the use of emulsifiers derived from renewable sources both anionic and non-ionic. The most relevant characteristics such minimum film forming temperature, particle size and grit content were assessed for all the aqueous dispersions prepared. The most promising formulations were further analysed by 1H - RMN, FTIR, DSC, STEM and AFM. Next, the best dispersions were used to prepare Enamels. These coatings were thoroughly characterized in terms of their relevant properties for wood application. Having developed a product with heterogeneous morphology which, due to its high blocking resistance and acceptable anti-stain properties, can replace solvent borne enamels, the main objectives of this work were attained. The industrial production was validated with an industrial batch (scale-up) and market introduction. As regards the use of raw materials from renewable sources, this requires further optimization.

Doutoramento em Química