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Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
At present, there are an increasing interest at industrial level by the N-methyl pyrrolidone (NMP)
free polyurethane aqueous dispersion, due to the limitations posed to this solvent in the latest
years in Europe. Among the several applications of coatings, the protection and decoration of
objects is one of the most used. Decoration requires color control and new ways to generate
long-lasting colors. However, these products are traditionally based on synthetic dyes, which
have a lack of compatibility with the aqueous medium resulting in phase separation or
agglomerations phenomena. Herein, the use of hydrophilic natural dyes can be envisaged as a
viable alternative, once these dyes nature increases their compatibility with the aqueous medium,
leading to the increasing of the final product stability along the time. In this context, the present
work was devoted to the development of new eco-coatings based on natural dyes and in
polyurethanes aqueous dispersions exempt of NMP.
For this study, a polyurethane aqueous dispersion based on isophorone diisocyanate and
propylene glycol polyol was synthesized. After, the dispersion properties like solids content,
viscosity, pH and particle size were evaluated. Then, coatings added with carminic acid and
spirulina blue dyes were produced by solvent casting, by incorporating dyes contents of 0.2, 0.5,
1.0, 1.5 and 2.0% (w/w) into the dispersion. The films obtained after drying were characterized
in terms of chemical structure by Fourier Transform Infrared Spectroscopy, which showed the
lack of influence of the dyes chemical structure on the polyurethane films, even for the higher
content tested. Differential Scanning Calorimetry evidenced the effect of the dye on the films
thermal behavior, once when 2% of dyes were added, the values of melting temperature (Tm)
and the melting enthalpy variation (ΔHm) increased for values higher than the base film.
Thermogravimetric Analysis showed an increase of the film’s thermal stability as the dyes
content was increased. The colorimetric analysis was made in order to inspect the color variation
due to the dye type and content used. By comparing the base film color with the dyed films, an
increasing on the color variation was detected for both dyes. However, for the films containing
Spirulina blue this increased with the dye content rising, reaching a maximum value of 65.58 for
2%Sp. In opposition, for carminic acid, the color variation reached a maximum value of 70.62
for 1.0%Cr, being constant for the higher dye contents. In a general way this study evidences the
positive effect of the utilization of natural dyes together with friendly polyurethane aqueous
dispersions for the production of innovative coatings.
Atualmente, a nível industrial regista-se um interesse crescente na utilização de dispersões aquosas de poliuretano isentas de N-metil pirrolidona (NMP), devido às limitações impostas a este solvente na Europa, nos últimos anos. Entre as diversas aplicações dos revestimentos, a proteção e decoração de objetos é uma das mais utilizadas. A decoração requer o controlo das cores e novas formas de gerar cores duradouras. No entanto, estes produtos são tradicionalmente baseados em corantes sintéticos, os quais apresentam falta de compatibilidade com o meio aquoso, resultando em fenómenos de separação de fases ou de aglomeração. Neste contexto, o uso de corantes naturais hidrofílicos pode ser considerado como uma alternativa viável, uma vez que a natureza destes aumenta a sua compatibilidade com o meio aquoso, incrementando a estabilidade do produto final ao longo do tempo. Neste contexto, o presente trabalho foi dedicado ao desenvolvimento de novos eco-revestimentos baseados em corantes naturais e em dispersões aquosas de poliuretanos isentas de NMP. Neste estudo, procedeu-se à síntese de uma dispersão aquosa de poliuretano baseada em diisocianato de isoforona e propilenoglicol. Seguidamente avaliaram-se as seguintes propriedades da dispersão: teor de sólidos, viscosidade, pH e tamanho de partícula. Na etapa seguinte produziram-se filmes base (sem corantes) e modificados através a adição dos corantes ácido carmínico e azul da spirulina, pelo método de solvente casting, incorporando os seguintes teores 0,2, 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0 % (m/m). Os filmes obtidos após a secagem foram caracterizados em termos de estrutura química por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier, que mostrou a ausência de contribuições da estrutura química dos corantes nos filmes do poliuretano, mesmo para o maior teor testado. Através da Differential Scanning Calorimetry verificou-se que o efeito do corante no comportamento térmico dos filmes resultou no incremento de temperatura de fusão (Tm) e entalpia de fusão (ΔHm), dado que quando se incorporou 2% dos corantes estes aumentaram para valores superiores aos obtidos para o filme base. A análise termogravimétrica mostrou um aumento da estabilidade térmica dos filmes com o incremento do teor de corantes. Através da análise colorimétrica avaliou-se a variação de cor devido ao tipo de corante e ao teor utilizado. Ao comparar a cor dos filme de base com a dos filmes modificados com o corante, verificou-se um aumento da variação de cor, para os dois corantes testados. No entanto, para os filmes contendo azul da spirulina, esta variação aumentou com o incremento do teor do corante, atingindo um valor máximo de 65,58 para a amostra 2% Sp. Em oposição, para o ácido carmínico, a variação de cor atinge um valor máximo de 70,62 para 1,0% de Cr, sendo constante para os teores mais elevados.
Atualmente, a nível industrial regista-se um interesse crescente na utilização de dispersões aquosas de poliuretano isentas de N-metil pirrolidona (NMP), devido às limitações impostas a este solvente na Europa, nos últimos anos. Entre as diversas aplicações dos revestimentos, a proteção e decoração de objetos é uma das mais utilizadas. A decoração requer o controlo das cores e novas formas de gerar cores duradouras. No entanto, estes produtos são tradicionalmente baseados em corantes sintéticos, os quais apresentam falta de compatibilidade com o meio aquoso, resultando em fenómenos de separação de fases ou de aglomeração. Neste contexto, o uso de corantes naturais hidrofílicos pode ser considerado como uma alternativa viável, uma vez que a natureza destes aumenta a sua compatibilidade com o meio aquoso, incrementando a estabilidade do produto final ao longo do tempo. Neste contexto, o presente trabalho foi dedicado ao desenvolvimento de novos eco-revestimentos baseados em corantes naturais e em dispersões aquosas de poliuretanos isentas de NMP. Neste estudo, procedeu-se à síntese de uma dispersão aquosa de poliuretano baseada em diisocianato de isoforona e propilenoglicol. Seguidamente avaliaram-se as seguintes propriedades da dispersão: teor de sólidos, viscosidade, pH e tamanho de partícula. Na etapa seguinte produziram-se filmes base (sem corantes) e modificados através a adição dos corantes ácido carmínico e azul da spirulina, pelo método de solvente casting, incorporando os seguintes teores 0,2, 0,5, 1,0, 1,5 e 2,0 % (m/m). Os filmes obtidos após a secagem foram caracterizados em termos de estrutura química por Espectroscopia de Infravermelho com Transformada de Fourier, que mostrou a ausência de contribuições da estrutura química dos corantes nos filmes do poliuretano, mesmo para o maior teor testado. Através da Differential Scanning Calorimetry verificou-se que o efeito do corante no comportamento térmico dos filmes resultou no incremento de temperatura de fusão (Tm) e entalpia de fusão (ΔHm), dado que quando se incorporou 2% dos corantes estes aumentaram para valores superiores aos obtidos para o filme base. A análise termogravimétrica mostrou um aumento da estabilidade térmica dos filmes com o incremento do teor de corantes. Através da análise colorimétrica avaliou-se a variação de cor devido ao tipo de corante e ao teor utilizado. Ao comparar a cor dos filme de base com a dos filmes modificados com o corante, verificou-se um aumento da variação de cor, para os dois corantes testados. No entanto, para os filmes contendo azul da spirulina, esta variação aumentou com o incremento do teor do corante, atingindo um valor máximo de 65,58 para a amostra 2% Sp. Em oposição, para o ácido carmínico, a variação de cor atinge um valor máximo de 70,62 para 1,0% de Cr, sendo constante para os teores mais elevados.
Descrição
Palavras-chave
Natural dyes Aqueous polyurethane