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Formulação de negro de fumo em adesivos e selantes

01 / 07 / 2021 pelo Dr. Reuben Correia

Birla Carbon Triangle Main

O negro de fumo é tipicamente um ingrediente chave em adesivos e selantes em todos os produtos químicos abrangendo PoliUretanos, Acrílicos, Epóxis, Polissulfetos, Butílicos, Silicones e Híbridos. Ao qualificar um novo negro de fumo em um novo produto ou como uma compensação potencial, é fundamental entender o Triângulo de Desempenho observando a seleção, formulação e dispersão do negro de fumo.

Seleção de negro de fumo

Conhecer o papel do negro de fumo ajudará no processo de seleção. Quando o negro de fumo é usado principalmente como um pigmento de cor preta, pode ser usado em cerca de 2% em peso da formulação. Para aumentar a profundidade de cor de um produto com a mesma carga de negro de fumo, um negro de fumo inteiramente novo com área de superfície maior pode ser necessário. Onde propriedades de desempenho adicionais são necessárias, que podem incluir UV e condutividade térmica, aumento da resistência à tração e alongamento, controle de reologia e viscosidade, resistência verde mais rápida, adesão melhorada e, em alguns casos, absorção de dióxido de carbono, o negro de fumo é normalmente usado em mais de 10% em peso da formulação.

Formular com negro de fumo

Vários formuladores tratam o negro de fumo como um sólido inerte e, quando usado como pigmento em 2% da formulação, geralmente não cria problemas. No entanto, quando o negro de fumo é usado em mais de 10% da formulação, o desenvolvimento de um novo produto ou a qualificação de uma compensação em potencial pode muitas vezes ser desafiador ou mesmo frustrante. Isso se deve principalmente ao fato de que não existem dois negros de fumo de origem separada idênticos, embora possam ter a mesma aparência no papel no que diz respeito às propriedades coloidais. Portanto, o formulador precisa ser paciente para compreender o desempenho do novo negro de fumo e, idealmente, ver algumas vantagens com ajustes geralmente menores do processo ou da formulação.

Em apenas alguns casos, os formuladores podem ver uma incompatibilidade do novo negro de fumo em sua formulação. Isso pode ser visto imediatamente ou após envelhecimento térmico de alguns dias. Quando isso acontece, os formuladores geralmente ficam ansiosos para trocar o negro de fumo para eliminar a incompatibilidade, em vez de entender por que isso está acontecendo. É importante para você e para o fornecedor entender por que existe essa incompatibilidade. Essas informações podem levar a uma solução benéfica e permanente. Quando necessário, também oferecemos produtos de negro de fumo Ultra clean que podem minimizar ou eliminar a incompatibilidade entre o negro de fumo e sua formulação.

Dispersão do negro de fumo explicada

Se você está tentando aumentar a profundidade da cor da formulação no mesmo carregamento de negro de fumo, você pode tentar um novo negro de fumo com área de superfície mais alta, mas é fundamental entender se ambos são comparados usando o mesmo processo de dispersão. Se o processo de dispersão for o mesmo, é possível que o negro de fumo com área de superfície mais alta tenha o mesmo desempenho ou tenha um desempenho inferior na profundidade de cor, embora a macro-dispersão, isto é, aparência/grão ou moagem de Hegman seja idêntica. Se isto ocorrer, a micro-dispersão final com o negro de fumo de área superficial mais alta ainda não foi alcançada, isto é, todos os aglomerados de negro de fumo com área superficial mais alta não estão completamente quebrados em seus agregados ao longo da matriz do sistema polimérico. Isso se deve ao tempo de residência insuficiente fornecido com a mesma quantidade de cisalhamento ou cisalhamento maior necessário para o novo negro de fumo.

Birla Carbon Improved Dispersion

Equipamentos de alto cisalhamento, como uma extrusora de rosca dupla com um tempo de residência de cisalhamento relativamente fixo, geralmente não é a peça certa de equipamento para avaliar o desempenho de uma variedade de negros de fumo diferentes em avaliações de laboratório, mesmo se a macrodispersão em todas as formulações for idêntica. Além disso, ao comparar os negros de carbono no laboratório usando misturadores de lote de alto cisalhamento, é preciso ter cuidado para não usar lâminas de dispersão, pois embora sejam de alto cisalhamento, são ótimos para formulações de revestimento ou tinta de baixa viscosidade, mas criam um vórtice, ou seja, apenas misturar ar ao redor da(s) lâmina(s) quando usado para formulações de selantes de alta viscosidade. Idealmente, essas lâminas devem ser substituídas por lâminas borboleta que funcionam muito bem para quebrar os aglomerados de negro de fumo em agregados bem dispersos em toda a formulação. Alternativamente, se alguém tiver um misturador planetário duplo, isso também funciona muito bem a este respeito, desde que seja fornecido tempo de residência suficiente.

Finalmente, se comprar um novo misturador de lote para produção de selante, concentre-se na relação altura/diâmetro ideal que seja específica para suas necessidades e na capacidade de resfriamento mais eficiente, uma vez que alguns polímeros são mais sensíveis a temperaturas mais altas do que outros, normalmente atingidos durante o processamento. Alternativamente, se comprar uma nova extrusora de parafuso duplo para produção de selante, concentre-se no equilíbrio certo na variedade de elementos da extrusora para fornecer mais cisalhamento e tempo de residência do que o necessário para as formulações atuais no planejamento de futuras formulações mais exigentes.

Quando você estiver procurando por um novo negro de fumo para atender aos requisitos de seus novos produtos ou apenas procurando uma fonte alternativa de negro de fumo, venha falar com a Birla Carbon, onde nossos especialistas têm décadas de experiência em adesivos e selantes e negro de fumo e temos uma ampla gama de produtos de alto desempenho com soluções completas.

Dr. Reuben Correia

O Dr. Reuben Correia é Gerente de desenvolvimento de novos produtos para o mercado de nicho, adesivos, selantes e tintas gráficas da Birla Carbon e trabalha no centro de tecnologia de última geração da Birla Carbon em Marietta, no estado da Georgia (EUA). Ele lidera a inovação de produtos em adesivos e tintas usando o processo Stage-Gate. O Dr. Correia tem cerca de duas décadas de experiência na formulação de adesivos e selantes. Ele desenvolveu os melhores produtos globais da classe que permitiram aos clientes obter adesão sem primer a uma ampla variedade de substratos de metal, pintura, plástico e vidro, rápido desenvolvimento de adesão mesmo em baixas temperaturas e cura rápida. Ele também tem experiência na fabricação eficiente de selantes usando extrusoras de duplo parafuso contínuas e uma variedade de misturadores de lote. Antes de sua função atual, o Dr. Correia ocupou cargos de Gerenciamento de Tecnologia, Químico Sênior e Six Sigma Black Belt na GE Silicones e Momentive. Ele recebeu seu título de Doutorado em Metodologia Orgânica Sintética e Química Mecânica pela Universidade de Maryland, College Park em 2003.

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