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Espessamento e tixotropia

Sílica pirogênica AEROSIL® para resinas poliésteres insaturadas

A sílica pirogênica AEROSIL® comprovou ser um excelente agente espessante para vários fluidos de baixa viscosidade e, consequentemente, está encontrando ampla aplicação na conversão de sistemas Newtonianos em sistemas pseudoplásticos e tixotrópicos.

No entanto, nem todo tipo de AEROSIL® é o melhor indicado em todos os tipos de fluido!

Qual é o mistério (a mágica) por trás disso?

Se a sílica pirogênica AEROSIL® é dispersada em um líquido, que possui boas propriedades de umidificação diante da superfície do produto AEROSIL®, então as partículas absorvem moléculas do líquido até que a energia da superfície é minimizada em relação ao ambiente. As partículas que são densamente cobertas por uma película molecular idêntica ao fluido circundante tendem a flutuar no meio de modo bastante independente umas das outras, resultando apenas em um aumento pequeno na viscosidade da dispersão em comparação com o líquido puro.

Em consequência disso, as partículas seguem a gravidade e se sedimentam rapidamente. Isso pode ser observado com a sílica pirogênica AEROSIL® em fluidos hidrofílicos, p. ex., alcoóis, acetona, solventes polares.

A sílica pirogênica AEROSIL® hidrofílica, no entanto, dispersa em fluidos apolares como solventes (mineral spirit) converte facilmente o fluido em um gel.

A sílica pirogênica AEROSIL® hidrofóbica, portanto, espessa fluidos polares, formando géis.

Nesses casos, as moléculas do líquido não podem adsorver sobre a superfície dos produtos AEROSIL® e privá-lo de sua verdadeira natureza. Em consequência, as partículas da sílica pirogênica AEROSIL® tendem a ficar unidas umas às outras o mais próximo possível a fim de minimizar a energia livre da superfície. Assim, uma rede (grid) de sólidos aleatoriamente distribuída se forma no meio fluido.

Essa estrutura tridimensional exibe propriedades viscoelásticas que resultam em maior viscosidade e, dependendo da concentração, “limites de escoamento” mais ou menos pronunciados.

A sedimentação é inibida uma vez que as partículas sólidas já não são livres para se moverem para baixo no campo gravitacional. (Mesmo partículas maiores, mais grossas, com densidades mais altas que os produtos AEROSIL® são mantidas em suspensão pela rede de sílica pirogênica AEROSIL®, p. ex., pigmentos de dióxido de titânio ou pó de zinco. A sílica pirogênica AEROSIL® é ideal para uso em gelcoats, adesivos e massas como espessante para manter a uniformidade das misturas de outro modo muito heterogêneas).

Quando ocorre cisalhamento, a resistência da rede de sílica pirogênica AEROSIL® é vencida e ela se quebra em domínios menores que flutuam na matéria corrente. A redução na (aparente) viscosidade é muito grande, mas, na medida em que o cisalhamento é reduzido, imediatamente a rede de sílica pirogênica AEROSIL® se rearranja e a viscosidade aparente volta a aumentar.

Esse comportamento tixotrópico é de grande importância quando se aplicam líquidos a substratos com pincel ou borrifo ou em substratos porosos. A natureza hidrofílica dos produtos AEROSIL® é caracterizada pelos grupos hidroxílicos presentes na superfície, enquanto os tipos hidrofóbicos se caracterizam por uma variedade de grupos orgânicos permanentemente ligados à superfície por meio de tecnologia exclusiva da Evonik.

Conceitos reológicos como espessamento, pseudoplasticidade, tixotropia e limite de escoamento podem ser obtidos mediante o uso do tipo e da quantidade corretos de sílica pirogênica AEROSIL®.

Produtos recomendados para espessamento e tixotropia em resinas líquidas

Resinas poliésteres insaturadas são compostas por uma resina polimérica e um monômero, que atua como diluente durante o processamento e como co-monômero durante a reação de endurecimento. A resina geralmente é composta por glicóis e ácidos ftálicos com certo percentual de ácidos alifáticos insaturados como o ácido maleico ou o fumárico. Na região da NAFTA, o diclopentadieno também pode ser associado à cadeia polimérica. Como diluente reativo, comumente se opta pelo estireno que, na maioria dos casos, deixa a resina poliéster insaturada relativamente apolar.

Por essa razão, a sílica pirogênica AEROSIL® é o agente espessante preferido. O AEROSIL® 200 é amplamente usado em resinas para laminação, enquanto que para gelcoats, o AEROSIL® 300 e o AEROSIL® 380 podem oferecer vantagens.

Algumas resinas especiais poliésteres e vinil-ésteres, no entanto, que possuem mais caráter polar requerem produtos AEROSIL® hidrofóbicos como agente tixotrópico. O AEROSIL® R 202 exibe excelente desempenho nesses tipos de formulações, enquanto a sílica pirogênica hidrofílica AEROSIL® não confere o efeito desejado.

As resinas epóxi, polares por natureza, também necessitam do AEROSIL® R 202 como agente tixotrópico.

Durante a formulação de adesivos ou revestimentos, há inúmeros aditivos incorporados na formulação. Dependendo da quantidade e da polaridade desses aditivos, a eficácia de espessamento de determinado tipo de sílica pirogênica AEROSIL® pode ser alterada significativamente em comparação com os resultados encontrados na resina por si. Por isso, o tipo e a quantidade de produtos AEROSIL® devem ser selecionados experimentalmente a fim de encontrar a fórmula ideal.

thickening-effect-of-aerosil-fumed-silica
thixotropy