Tratamento Superficial de
Borrachas e Plastômeros para
Adesão a Vários Substratos
Engº Luis A. Tormento
LT Químicos
Tratamento Superficial de Borracha
e Plastômeros
• O trabalho relata as várias formas de modificação superficial de
elastô...
Tratamento Superficial de Borracha
e Plastômeros
• Finaliza relatando o processo TACK-TREAT AS3000 que utiliza luz
ultravi...
O que é uma Superfície/Interface?
• Uma superfície é a “concha” de um
objeto macroscópico (a parte interna) em
contato com...
• A superfície de um objeto determina sua
aparência ótica, adesividade, molhabilidade e
reatividade química. Exemplo:
• Em...
Notas importantes 1
• Em um sólido a densidade de átomos é
da ordem de 1023
átomos por cm3
,mas há
um pequeno número de át...
Representação esquemática de
uma superfície
• Tridimensionalmente, a estrutura estende-se para um lado da
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O que é a Estrutura de uma
Superfície?
• A morfologia de uma superfície é uma
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O que é a Estrutura de uma
Superfície?
• A estrutura de uma superfície é dada
pela composição atômica e molecular e
pelo a...
O que é a Estrutura de uma
Superfície?
• A topografia de uma superfície é seu
perfil determinados por “vales”, “planos” e
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O que é Interface?
O que é Interface?
• A borda de um líquido ou sólido em
contato com vapor, normalmente não
apresenta variação abrupta na d...
Diferentes superfícies e cenários
Panela de Teflon
PTFE – Teflon é obtido por polimerização
de radical livre do tetrafluoroetileno.
PTFE possui baixa energi...
Importantes propriedades das
superfícies
• Material da superfície (composição química)
 Determina a característica químic...
Exemplos de Aplicação da Ciência
da Superfície
• Desenho de catalisadores (automóveis)
• Inibidores de corrosão (navios, c...
Energia Superficial
• O trabalho W11 para obter duas superfícies ideais idênticas juntas
no vácuo, está relacionada com a ...
Tensão Superficial
• A tensão superficial γ é definida pelo trabalho infinitesimal dW
requerido para aumentar a superfície...
Coesão
• A força de coesão atua dentro de um material condensado (líquido,
sólido) para mantê-lo junto
Adesão
• A força de adesão atua entre as superfícies de dois diferentes
corpos sólidos em contato.
 este processo pode se...
Medição da adesão
Tipos de interação (1)
Tipos de interação (2)
Interações intramoleculares
Interações de Van der Waals
• Coleção de interações atrativas entre
moléculas baseadas em dipolo/dipolo,
dipolo/dipolo-ind...
Forças de Van der Waals em
escala macroscópica
Tipos de estruturas com superfícies
poliméricas
Estratégias gerais de modificação
Transformação/modificação de
superfície – Tratamento por chama
Transformação/modificação de
superfície – Tratamento corona
Transformação/modificação de
superfície – Plasma
Transformação/modificação de
superfície – Tratamento Químico
Transformação/modificação de
superfície – UV
• Tratamento por irradiação com luz UV de onda curta (~180-250
nm) para ativa...
Tack Treat AS 3000
Como o sistema funciona?
Tack-Treat AS 3000 - Esquema
Tack Treat AS 3000 – Fluxograma
do Processo
Limpeza Secagem a
65ºC
AS 3000
40m/40mm
Adesivo/secagem
7 m /55ºC
Lâmpada IR
1...
Tack Tread - Adesão
Resultados de Teste
Material Adesivo F (kN/mm)
SBS SB
WB
8,7
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WB
6,9
9,3
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WB
6,9
9,3
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Redução de VOC
Redução de VOC
% Produto S/ AS 3000 C/ AS 3000 Total
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Tack Treat AS 3000 - Aplicações
• A ativação superficial com Uv é aplicada na colagem de:
– Borracha de silicone a diferen...
Tack Treat AS300 – Aplicações (1)
Tack Treat AS300 – Aplicações (2)
Tack Treat AS300 – Aplicações (3)
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Tack Treat AS300 – Aplicações (5)
Sumário
• Quase todos os tipos de materiais
utilizados na indústria da borracha podem
ser ativados com o sistema Tack Trea...
Agradecimento
• Agradeço a todos pela presença e tenham
uma Boa Tarde.
Luis AntonioTormento
Gerente Técnico
LT Quimicos Lt...
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  1. 1. Tratamento Superficial de Borrachas e Plastômeros para Adesão a Vários Substratos Engº Luis A. Tormento LT Químicos
  2. 2. Tratamento Superficial de Borracha e Plastômeros • O trabalho relata as várias formas de modificação superficial de elastômeros e plastômeros, utilizadas na preparação para adesão a vários substratos, sejam eles: borrachas, metais, plásticos ou fibras, em substituição ao demorado processo de preparação superficial que utiliza tratamentos físico (lixamento) e químico. • Cita as várias técnicas de modificação superficiais atualmente utilizadas tais como: modificação do substrato (externa); modificação superficial interfacial (superfície e interface); ativação de moléculas na superfície do substrato; ativação superficial por partículas discretas.
  3. 3. Tratamento Superficial de Borracha e Plastômeros • Finaliza relatando o processo TACK-TREAT AS3000 que utiliza luz ultravioleta, oxigênio e calor para modificar superfícies a serem coladas em processos de adesão. Explica a interação entre o oxigênio e o UV e a formação de ozônio que, com o calor, irão ativar os íons OH na superfície do substrato, permitindo com isto a adesão de solados a substratos diferentes como outros tipos de borracha, couro e plásticos. Relata ainda estudos que estão sendo feitos para a ativação da superfície de mangueiras para sua adesão a fibras como poliéster e aramida e a outros materiais como plásticos, borrachas e metais; relata trabalhos na adesão de correias transportadoras e correias dentadas com poliéster e aramida aumentando desta maneira sua vida útil; relata trabalho com perfis flocados para automóveis onde o tratamento superficial do perfil principalmente em EPDM, aumenta sua capacidade adesiva e aumenta com isso a velocidade do processo (produtividade); seu uso em retentores ativando superfícies tratadas com zinco ou superfícies de aço inoxidável, melhoram a adesão entre a borracha NBR e o metal; e finalmente, trabalhos recentes sobre ativação da superfície de vidros para sua colagem com borracha.
  4. 4. O que é uma Superfície/Interface? • Uma superfície é a “concha” de um objeto macroscópico (a parte interna) em contato com o ambiente (a parte externa). • Uma interface é a ligação entre as duas fases
  5. 5. • A superfície de um objeto determina sua aparência ótica, adesividade, molhabilidade e reatividade química. Exemplo: • Em objetos grandes com pequena área superficial (A) em relação ao volume (V) – Relação A/V. As propriedades físicas e químicas são definidas primariamente pela “massamassa” (bulk) (interior) • Em objetos pequenos com grande relação A/V as propriedades são fortemente influenciadas pela superfície.
  6. 6. Notas importantes 1 • Em um sólido a densidade de átomos é da ordem de 1023 átomos por cm3 ,mas há um pequeno número de átomos na superfície comparado ao número de átomos da massa. • A dispersão (A/V) é a relação entre o número de átomos na superfície e o número total de átomos na partícula.
  7. 7. Representação esquemática de uma superfície • Tridimensionalmente, a estrutura estende-se para um lado da superfície na massa. • FN é a força normal atuando no elemento de superfície através da massa, devido a elementos perdidos no exterior. • WS é o trabalho para transferir um elemento de superfície para a fase gasosa.
  8. 8. O que é a Estrutura de uma Superfície? • A morfologia de uma superfície é uma propriedade macroscópica que define a forma e tamanho desta.
  9. 9. O que é a Estrutura de uma Superfície? • A estrutura de uma superfície é dada pela composição atômica e molecular e pelo arranjo dos átomos no espaço.
  10. 10. O que é a Estrutura de uma Superfície? • A topografia de uma superfície é seu perfil determinados por “vales”, “planos” e “montanhas”.
  11. 11. O que é Interface?
  12. 12. O que é Interface? • A borda de um líquido ou sólido em contato com vapor, normalmente não apresenta variação abrupta na densidade, mas apresenta uma transição mais ou menos contínua, de alta para baixa densidade. A interface consiste de material evaporando da massa ou condensando da fase gasosa.
  13. 13. Diferentes superfícies e cenários
  14. 14. Panela de Teflon PTFE – Teflon é obtido por polimerização de radical livre do tetrafluoroetileno. PTFE possui baixa energia superficial (não aderente) ; é apolar , possui alta resistência química e apresenta baixa fricção. Se nada adere ao Teflon, como explicamos a adesão do Teflon à frigideira?
  15. 15. Importantes propriedades das superfícies • Material da superfície (composição química)  Determina a característica química (reativa/inerte)  Características físicas do material (condutivo/isolante)  Polaridade (hidrofílico/hidrofóbico)  Estrutura da superfície em uma escala molecular • Topografia (“vales e colinas” )  Determina a reatividade química/cinética (reação rápida/lenta, sítios reativos)  Característica física da superfície (refletiva, molhabilidade efetiva)  Característica tribológica (fricção na superfície (“rugos” ou “lisa)  Morfologia da superfície em escala microscópica à macroscópica)
  16. 16. Exemplos de Aplicação da Ciência da Superfície • Desenho de catalisadores (automóveis) • Inibidores de corrosão (navios, carros, prédios) • Modificação de propriedades de superfície, como: – Fricção (pneumáticos, selos) – Desgaste ( lentes poliméricas para óculos) – Adesividade (frigideira, fita adesiva) – Molhabilidade, condensação (óculos de mergulho, tinta de impressora (inkjet) – Anti-reflexão (painéis, placas de sinalização) – Cor (tinta) • Fabricação de chip / microeletrônica • Discos rígidos (anti-fricção, ultra-liso) • Superfícies biológicas (biocompatibilidade) • Sensores (químicos, biológicos) • Micro-fluidos
  17. 17. Energia Superficial • O trabalho W11 para obter duas superfícies ideais idênticas juntas no vácuo, está relacionada com a energia superficial γ1 do material: W11 = - 2 γ1 • W11 corresponde ao trabalho de coesão em um caso ideal e é normalizado para as áreas das superfícies. O trabalho deve ser idêntico para a separação de um corpo em duas partes. Na realidade o processo de separação é irreversível (devido à dissipação da energia); assim, o trabalho de separação/coesão é maior que a energia superficial → alta energia superficial ↔ forte coesão → alto ponto de ebulição → altas energias superficiais tendem a reduzir a energia pela adsorção de contaminantes do ambiente
  18. 18. Tensão Superficial • A tensão superficial γ é definida pelo trabalho infinitesimal dW requerido para aumentar a superfície por uma área infinitesimal dσ: dW = γdσ → trabalho deve ser aplicado para aumentar a superfície, já que os líquidos tendem a minimizar sua superfície (gotas esféricas) → balanço de força → tensão superficial dos líquidos corresponde à energia superficial dos sólidos → tensão superficial / energia superficial corresponde a entalpia de evaporação ΔHvap. (aproximadamente)
  19. 19. Coesão • A força de coesão atua dentro de um material condensado (líquido, sólido) para mantê-lo junto
  20. 20. Adesão • A força de adesão atua entre as superfícies de dois diferentes corpos sólidos em contato.  este processo pode ser dividido em duas etapas hipotéticas: a) gerando uma nova superfície para os materiais 1 e 2: W = γ1 + γ2 b) gerando duas novas superfícies no contato (trabalho de adesão) : W12 → já que todos os meios se atraem ,assumindo carga total neutra, o trabalho de coesão (W11) e o trabalho de adesão (W12) são sempre positivos - é necessário trabalho para separar o material.
  21. 21. Medição da adesão
  22. 22. Tipos de interação (1)
  23. 23. Tipos de interação (2)
  24. 24. Interações intramoleculares
  25. 25. Interações de Van der Waals • Coleção de interações atrativas entre moléculas baseadas em dipolo/dipolo, dipolo/dipolo-induzido e interação dipolo induzido/dipolo induzido (Keeson, Debye, energias de dispersão London)
  26. 26. Forças de Van der Waals em escala macroscópica
  27. 27. Tipos de estruturas com superfícies poliméricas
  28. 28. Estratégias gerais de modificação
  29. 29. Transformação/modificação de superfície – Tratamento por chama
  30. 30. Transformação/modificação de superfície – Tratamento corona
  31. 31. Transformação/modificação de superfície – Plasma
  32. 32. Transformação/modificação de superfície – Tratamento Químico
  33. 33. Transformação/modificação de superfície – UV • Tratamento por irradiação com luz UV de onda curta (~180-250 nm) para ativar a superfície do polímero ou para decompor impurezas na superfície  Energia da luz para induzir a reação química na e próximo à superfície (estruturando por irradiação, através de uma possível fotomáscara) • Parâmetros de processo: – Comprimento de onda (energia do fóton), dose (energia por área), espécies/meios envolventes  Possíveis reações: a) Ablação (ex, Ativação do oxigênio a ozônio  produtos oxid. Voláteis b) Transformação de grupos superficiais (ex. eliminação) c) Introdução de grupos funcionais por reação fotoquímica com espécies do ambiente/meio (ex. –COOH por oxid.)
  34. 34. Tack Treat AS 3000 Como o sistema funciona?
  35. 35. Tack-Treat AS 3000 - Esquema
  36. 36. Tack Treat AS 3000 – Fluxograma do Processo Limpeza Secagem a 65ºC AS 3000 40m/40mm Adesivo/secagem 7 m /55ºC Lâmpada IR 1 seg / 80ºC Prensagem EVA Esponja --- EVA injetado Cleaner 4 EPDM Cleaner 4 NBR S/cleaner
  37. 37. Tack Tread - Adesão Resultados de Teste Material Adesivo F (kN/mm) SBS SB WB 8,7 9,1 SBR SB WB 6,9 9,3 TPU SB WB 6,9 9,3 NBR SB WB 11,0 7,5 EPDM SB WB 12,0 11,0 Engage SB WB 8,2 8,7 Tecido Nylon/ Tecido poliéster SB WB 10,0 7,9
  38. 38. Redução de VOC
  39. 39. Redução de VOC % Produto S/ AS 3000 C/ AS 3000 Total Limpador +100 +35 25 Redução -- -65% 16,25% 25 Limpador +100 0 Redução -- 100 25% 50 Adesivo +85 0 Redução -- 84% 42,6% Total % Redução 83,25%
  40. 40. Tack Treat AS 3000 - Aplicações • A ativação superficial com Uv é aplicada na colagem de: – Borracha de silicone a diferentes substratos – EPDM a tecido de PE para mangueiras – Hypalon em diferentes aplicações automotivas – Hypalon a poliéster, poliamida e poliaramida – Perfis de EPDM – flocagem – Hypalon a poliéster em correias transportadoras – NBR a metal – NR a poliéster em correias transportadoras – Pintura de TPU – Poliamida a vidro – EVA a EPDM, NBR, Silicone e Engage – EVA/Engage a EPDM, NBR, Silicone, Engage
  41. 41. Tack Treat AS300 – Aplicações (1)
  42. 42. Tack Treat AS300 – Aplicações (2)
  43. 43. Tack Treat AS300 – Aplicações (3)
  44. 44. Tack Treat AS300 – Aplicações (4)
  45. 45. Tack Treat AS300 – Aplicações (5)
  46. 46. Sumário • Quase todos os tipos de materiais utilizados na indústria da borracha podem ser ativados com o sistema Tack Treat AS 3000 ou AS 3030 (versão de laboratório). O resultado vai depender do tempo e intensidade da irradiação UV.
  47. 47. Agradecimento • Agradeço a todos pela presença e tenham uma Boa Tarde. Luis AntonioTormento Gerente Técnico LT Quimicos Ltda Tel +55 (11) 5581-0708 E-mail: luistormento@ltquimicos.com.br

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