Estudo Reológico de Tinta para acabamento interior e exterior de paredes residenciais.

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Terceira Aula Prática: 
 
Estudo Reológico de Tinta para acabamento 
interior e exterior de paredes residenciais. 
 
 
 
Disciplina: Ciência e Tecnologia de Polímeros. 
Prof. Dr Alex da Silva Sirqueira. 
Aluna: Hellen Regina Oliveira de Almeida. 
Seropédica, 21 de setembro de 2018. 
 
 
Campus Seropédica. 
Mestrado em Engenharia Química 
Ciencia e 
Tecnologia de 
polímeros 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Tinta é uma composição líquida, geralmente viscosa, constituída de um 
ou mais pigmentos dispersos em um aglomerante líquido que, ao sofrer um 
processo de cura quando estendida em película fina, forma um filme opaco e 
aderente ao substrato. Esse filme tem a finalidade de proteger e embelezar 
as superfícies. (TRAMONTIM, 2005) 
As tintas são fabricadas utilizando-se quatro grupos de matérias-primas: 
solventes, resinas, pigmentos e aditivos. 
Os Solventes são compostos totalmente voláteis que devem possuir 
ação de solvência, ou seja, a capacidade de dissolver outros materiais, sem 
alterar suas propriedades químicas. Após secagem ou cura completa da tinta 
os solventes devem ter deixado totalmente a película. Assim, os solventes 
auxiliam na fabricação e na aplicação da tinta, mas não tem participação na 
sua vida útil. (TRAMONTIM, 2005; CASTRO, 2009) 
A resina é a parte não-volátil da tinta, que serve para aglomerar as 
partículas de pigmentos. Antigamente as resinas eram a base de compostos 
naturais, vegetais ou animais. Hoje em dia são obtidas através da indústria 
química ou petroquímica por meio de reações complexas, originando 
polímeros que conferem às tintas propriedades de resistência e durabilidade 
muito superiores às antigas. (TRAMONTIM, 2005; CASTRO, 2009) 
Os pigmentos são partículas extremamente pequenas e totalmente não-
voláteis, pois se trata de materiais sólidos microdivididos. São divididos em 
pigmentos orgânicos e inorgânicos. Sendo que, pigmentos orgânicos, são 
substâncias orgânicas, corantes insolúveis no meio em que estão sendo 
utilizadas. Todos os pigmentos orgânicos apresentam na sua estrutura 
química grupamentos chamados cromóforos, que são os responsáveis pela 
cor. Apresentam ainda grupamentos chamados auxocromos que são aqueles 
que modificam e/ou intensificam as propriedades de cor como a intensidade, 
a tonalidade e a limpeza. Já os pigmentos inorgânicos, são considerados 
todos os pigmentos brancos, cargas e uma grande faixa de pigmentos 
coloridos, sintéticos ou naturais, de classe química de compostos inorgânicos. 
(TRAMONTIM, 2005; CASTRO, 2009) 
Os aditivos são substância que, adicionada às tintas, proporciona 
características especiais às mesmas ou melhorias nas suas propriedades. 
Tendo influência significativamente na manufatura, estabilidade, 
aplicabilidade, qualidade e aspecto do filme aplicado. (TRAMONTIM, 2005; 
CASTRO, 2009) 
O entendimento e o controlo das propriedades reológicas é fundamental 
em processos, na fabricação e manuseamento de uma grande variedade de 
materiais, desde borrachas, plásticos, alimentos, cosméticos e tintas. 
(OLIVEIRA, 2008) 
Mesmo os conhecimentos de reologia sendo datados desde o século 
XVII, por Newton e Hooke, somente em 1929, com o surgimento da Sociedade 
de Reologia e o interesse no comportamento mecânico de matérias industriais 
que passaram a ser estudados pela física, mecânica e matemática, que se viu 
a necessidade do estudo da reologia. Em 1929, Bingham definiu a palavra 
reologia como o estudo da deformação e fluxo da matéria, sendo derivada dos 
vocabulários gregos rheo = deformação e logia = ciência ou estudo. Portanto, 
reologia é a ciência que estuda como a matéria se deforma ou escoa quando 
está submetida a esforços originados por forças externas. 
Seu estudo contribuiu muito para esclarecer ideias a respeito da 
natureza de sistemas coloidais. Entre as quais se discutem a viscosidade de 
soluções e dispersões diluídas, o fluxo não-newtoniano, e as propriedades 
viscoelásticas de sistemas semissólidos. (TRAMONTIM, 2005) 
A viscosidade é a propriedade reológica mais comumente conhecida, a 
viscosidade de um material no estado líquido pode ser verificada pela menor 
ou maior resistência que o mesmo tem de forças mecânicas que provoca o 
escoamento. Os componentes utilizados nas tintas (pigmentos, resinas, 
aditivos e solventes) têm efeito direto na viscosidade de uma tinta. 
(FERNADES; FILHO, 2015) 
Os fluidos dividem-se em ideais e reais. Os ideais são os que possuem 
viscosidade igual a zero e são hipotéticos. Num escoamento ideal não existem 
tensões cisalhantes. Os fluidos reais são divididos em newtonianos e não-
newtonianos, sendo estes últimos divididos em três classes: os independentes 
do tempo, os dependentes do tempo, e os viscoelásticos, conforme 
demostrado na Figura 1. 
Figura 1 - Classificação dos Fluidos segundo seu comportamento reológico. 
 
Fonte: http://www.setor1.com.br/analises/reologia/cla_ssi.htm 
 
 Fluidos newtonianos, ou seja, que respeite as Leis de Newton são 
sistemas que alteram a viscosidade de acordo com a pressão ou temperatura. 
No entanto, sua viscosidade é inalterada quando submetida à taxa e tensões 
de cisalhamento, sendo assim, nomeada de viscosidade absoluta. 
(FERNADES; FILHO, 2015) 
Porem existem materiais que, sob escoamento dirigido por 
cisalhamento, apresentam comportamento distinto do previsto por Newton. 
Um fluido é dito não-newtoniano quando a relação entre a tensão e a taxa de 
cisalhamento não é linear. Neste caso, uma viscosidade, denominada 
viscosidade aparente, é obtida para cada taxa de cisalhamento considerada. 
Quando o assunto é tinta, estes são líquidos que na maioria dos casos 
apresentam comportamento não newtoniano. (FERNANDES; FILHO, 2015) 
Estes fluidos, em geral, encontram-se divididos em três grupos, 
classificados de acordo com o seu comportamento: 
• fluidos independentes do tempo - são aqueles cuja viscosidade 
depende somente da taxa de cisalhamento; 
• fluidos dependentes do tempo - a viscosidade depende não só da taxa, 
mas também do tempo de cisalhamento; 
• fluidos viscoelásticos - apresentam características tanto de sólidos 
(elasticidade) quanto de líquidos (viscosidade) e exibem uma recuperação 
elástica parcial após a deformação. 
No caso das tintas, seu comportamento é dependente do tempo. Ou 
seja, os fluidos que possuem este tipo de comportamento apresentam 
propriedades que variam, além da tensão de cisalhamento, com o tempo de 
aplicação desta tensão, para uma velociade de cisalhamento constante. Este 
grupo pode ser subdividido em: 
i- Tixotrópicos: Esta classe de fluidos tem sua viscosidade diminuída com 
o tempo de aplicação da tensão de cisalhamento, voltando a ficar mais 
viscosos com quando esta cessa. 
ii- Reopéticos: Já este tipo de fluido apresenta um comportamento inverso 
ao dos tixotrópicos. Desta forma, a viscosidade destes fluidos aumenta 
com o tempo de aplicação da tensão, retornando à viscosidade inicial 
quando esta força cessa. 
A figura 2 mostra um resumo dos comportamentos reológicos variáveis 
com a taxa de cisalhamento vistos até agora e suas misturas com os 
comportamentos reológicos variáveis com o tempo. 
A tixotropia é muito importante na indústria de tintas, pois deseja-se que 
a tinta escorra somente enquanto está sendo aplicada ao substrato (alta taxa 
de cisalhamento), e imediatamente após a aplicação para proporcionar o 
nivelamento, devendo recuperar a estrutura tão logo cesse o trabalho de 
transferência. (FELTRIN, 2004) 
Em sua condição de uso, as tintas normalmente apresentam-se com 
baixa viscosidade, estando em tal situação, prontas a umectar os espaços 
vazios entre as cerdasde um pincel ou penetrar as porosidades superficiais 
de um rolo onde se fixará, uma vez atingido o equilíbrio das tensões superficial 
e capilar. (FELTRIN, 2004) 
 
Figura 2 – Comportamento reológico dos fluidos. 
 
Fonte: http://www.freedom.inf.br/artigos_tecnicos/hc56/ricardopedro.asp 
 
São necessários vários dados de tensão de cisalhamento e as 
correspondentes taxas de deformação, para então avaliar o comportamento 
de um fluido e adotar um modelo reológico. Os equipamentos utilizados para 
medir as grandezas que definem o comportamento reológico de um material 
são chamados de viscosímetros ou reômetros. Segundo Van Wazer et al 
(1966), os reômetros são instrumentos projetados para medir propriedades 
viscoelásticas de sólidos, semi-sólidos, e fluidos, ao passo que os 
viscosímetros são instrumentos de aplicação mais limitada, uma vez que 
medem apenas os parâmetros viscosos do fluido sob cisalhamento contínuo. 
(VIDAL-BEZZERA, 2000) 
Os reômetros são os instrumentos mais amplamente utilizados para 
medir as propriedades reológicas dos fluidos. Tais equipamentos podem 
apresentar diferentes configurações, nas quais as mais comuns são: sistemas 
capilares e sistemas rotacionais (Klein, 1992). 
Nos sistemas capilares, o fluido escoa no interior de um tubo de seção 
circular, devido à diferença entre as pressões de entrada e saída do mesmo, 
que podem ser geradas pela gravidade ou por outros meios mecânicos (Vliet & 
Lyklema, 2005). Os sistemas rotacionais, por sua vez, baseiam-se na rotação 
de um corpo cilíndrico, cônico ou circular, imerso em um líquido, o qual 
experimenta uma força de resistência viscosa quando se impõe uma velocidade 
rotacional ao sistema (Schramm, 1998). 
 De acordo com Vidal-Bezzera (2000), as principais vantagens na 
utilização dos reômetros rotacionais quando comparados aos capilares, é que 
esses equipamentos permitem o uso de pequenas amostras de produtos e 
podem fornecer uma medida contínua da relação taxa de deformação e tensão 
de cisalhamento, e uma faixa mais ampla da taxa de deformação, permitindo 
também uma análise mais adequada de comportamentos dependentes do 
tempo. De um modo geral, os equipamentos rotacionais podem ser 
classificados em relação à variável controlada (tensão ou deformação 
controlada) e em relação à geometria do sensor (cilindros coaxiais, cone-placa 
e placa-placa, ilustrados na Figura 3). 
 
Figura 3- Diferentes geometrias apresentadas pelos reômetros rotacionais: a) 
cilindros coaxiais; b) cone-placa; c) placa-placa 
 
Cilindro concêntrico consiste em dois cilindros de raios diferentes (Figura 
4), um no formato de copo, onde se coloca a amostra, e o outro de menor raio 
que é colocado dentro do primeiro, sendo um dos cilindros móvel e o outro 
parado. O sensor detecta o comportamento da amostra através da parede do 
cilindro menor. Para melhores resultados o espaçamento entre a parede 
externa do cilindro menor e a interna do maior deve ser pequeno (Ri/R0>0,9), 
resultando em um fluxo similar ao encontrado em placas paralelas (Macosko, 
1993). 
Figura 4 - Representação esquemática da geometria de cilindros 
concêntricos 
 
 
2. OBJETIVO 
 
Estudar o comportamento reológico de uma tinta imobiliária. 
 
3. MATERIAS E REAGENTES 
 
Para a realização deste trabalho foi necessário a utilização de alguns 
matérias e reagente, as quais, são descritas abaixo: 
• Tinta acrílico premium fosco completo da marca Suvinil, sem cheiro; 
• Becker de 250mL.
 
4. EQUIPAMENTOS 
 
• Reômetro rotacional, modelo RheolabQC, marca Anton Paar. 
 
Especificações: Mede a viscosidade dinâmica de amostras, desde 
amostras com baixa viscosidade a amostras semi-sólidas. A elevada 
variedade de velocidades e torques permite a medição de uma grande 
variedade de amostras com um só instrumento. Desde amostras de tintas, 
revestimentos e de alimentos. 
 
Tabela 1 – Especificações do reômetro utilizado. 
Propriedade Faixa 
Velocidade 0,01 1/min a 1200 1/min 
Torque 0,20 mNm a 75 mNm 
Tensão de cisalhamento 0,5 Pa a 3 x 104 Pa 
Taxa de cisalhamento 10-2 1/s a 6500 1/s 
Faixa de viscosidade (dependendo do sistema 
de medição) 
1 mPas 109 mPas 
Faixa de temperatura de -20 °C a 180 °C 
Resolução angular 2 µrad 
Fonte: https://www.anton-paar.com/br-pt/produtos/detalhes/reometro-rotacional-
rheolabqc/ 
 
 
 
 
• Banho termostático, modelo Alpha Ra 8, marca Lauda. 
 
Especificações: preparação de amostras para análises químicas e 
farmacêuticas, controle de qualidade, controle de temperatura em áreas 
sensíveis (como sorologia médica), controles termostáticos de amostras 
em biotecnologia. 
 
 
5. PROCEDIMETOS EXPERIMENTAIS 
 
Transferiu-se para um Becker, uma pequena alíquota da tinta. Em 
seguida, transferiu-a para o reômetro rotacional, modelo RheolabQC, marca 
Anton Paar; acoplado ao banho termostático, modelo Alpha Ra 8, marca Lauda. 
Programou-se o reômetro para o TESTE03, especificando o tempo de 300 
segundos e analisou-se o número de 20 pontos para as propriedades: tensão 
de cisalhamento (τ), Índice de cisalhamento (γ) e Viscosidade dinâmica (η). 
Os dados coletados foram analisados no Software R, com o objetivo de 
obter o perfil das curvas de fluxo e viscosidade, podendo-se assim, observar o 
tipo de comportamento reológico da tinta utilizada. 
 
6. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Após o tempo de 300 segundos, obteve-se 20 resultados para as 
propriedades de tensão de cisalhamento (τ), Índice de cisalhamento (γ) e 
Viscosidade dinâmica (η), descritos na tabela 1. 
 
Tabela 2 – Propriedades medidas pelo reômetro. 
Pontos 
analisados 
Tempo 
(s) 
Tensão de 
cisalhamento 
(τ) 
Taxa de 
cisalhamento 
(γ) 
Viscosidade 
dinâmica 
(η) 
1 15,0 30,60 Pa 1,00 1/s 30,6114 Pa.s 
2 30,0 203,59 Pa 53,59 1/s 3,7992 Pa.s 
3 45,0 235,98 Pa 106,17 1/s 2,2227 Pa.s 
4 60,0 250,20 Pa 158,74 1/s 1,5761 Pa.s 
5 75,0 261,50 Pa 211,32 1/s 1,2374 Pa.s 
6 90,0 272,85 Pa 263,90 1/s 1,0339 Pa.s 
7 150,0 282,90 Pa 316,48 1/s 0,8939 Pa.s 
8 120,0 291,21 Pa 369,06 1/s 0,7891 Pa.s 
9 135,0 298,58 Pa 421,63 1/s 0,7082 Pa.s 
10 150,0 304,64 Pa 474,21 1/s 0,6424 Pa.s 
11 165,0 311,09 Pa 526,79 1/s 0,5905 Pa.s 
12 180,0 318,21 Pa 579,37 1/s 0,5492 Pa.s 
13 195,0 325,04 Pa 631,95 1/s 0,5143 Pa.s 
14 210,0 331,77 Pa 684,53 1/s 0,4847 Pa.s 
15 225,0 338,03 Pa 737,11 1/s 0,4586 Pas 
16 240,0 344,12 Pa 789,69 1/s 0,4358 Pa.s 
17 255,0 350,02 Pa 842,26 1/s 0,4156 Pa.s 
18 270,0 359,50 Pa 894,85 1/s 0,4017 Pa.s 
19 285,0 364,90 Pa 947,42 1/s 0,3852 Pa.s 
20 300,0 369,07 Pa 1000 1/s 0,3691 Pa.s 
 
Os dados coletados foram tratados no Software R, com o seguinte script: 
# Modelamento reológico de tinta 
## Informações técnicas: Tinta acrílico premium fosco completo da marca 
Suvinil, sem cheiro. 
 
# Dados da corrida no reômetro de cilindros concêntricos 
## Tipo de corrida: Rampa de frequência 
## Tempo de corrida: 300s 
## Range de frequência: 1 a 1000Hz 
## Número de pontos coletados: 20 
 
# Dados experimentais 
t=c(15.0, 30.0, 45.0, 60.0, 75.0, 90.0, 105.0, 120.0, 135.0, 150.0, 165.0, 180.0, 
195.0, 210.0, 225.0, 240.0, 255.0, 270.0, 285.0, 300.0) 
tau=c(1.00, 53.59, 106.17, 158.74, 211.32, 263.90, 316.48, 369.06, 421.63, 
474.21, 526.79, 579.37, 631.95, 684.53, 737.11, 789.69, 842.26, 894.85, 947.42, 
1000.00) 
gama=c(1.00, 53.59, 106.17, 158.74, 211.32, 263.90, 316.48, 369.06, 421.63, 
474.21, 526.79, 579.37, 631.95, 684.53, 737.11, 789.69, 842.26, 894.85, 947.42, 
1000.00) 
eta=c(30.6114, 3.7992, 2.2227, 1.5761, 1.2374, 1.0339, 0.8939, 0.7891, 0.7082, 
0.6424, 0.5905, 0.5492, 0.5143, 0.4847,0.4586, 0.4358, 0.4156, 0.4017, 0.3852, 
0.3691) 
 
## Tratamento dos dados 
Lei_das_Potências= tau~(k*(gama^n)) 
Equação = nls('Lei_das_Potências', start=list(k=0.01, n=1)) 
> Equação 1 
Nonlinear regression model 
 model: tau ~ (k * (gama^n)) 
 data: parent.frame() 
 k n 
0.009246 1.109160 
 residual sum-of-squares: 0.08537 
 
Number of iterations to convergence: 5 
Achieved convergence tolerance: 2.716e-07 
 
Herschel_Bulkley= tau~taui+(k*(gama^n)) 
Equação2 = nls('Herschel_Bulkley', start=list(taui=0, k=0.01, n=1)) 
> Equação2 
Nonlinear regression model 
 model: tau ~ taui + (k * (gama^n)) 
 data: parent.frame() 
 taui k n 
0.054902 0.008788 1.116209 
 residual sum-of-squares: 0.07928 
 
Number of iterations to convergence: 6 
Achieved convergence tolerance: 6.649e-07 
 
 
#Plotagem dos gráficos 
par(mfrow=c(1,2)) 
plot(tau~gama, main="Curva de fluxo", xlab="Taxa de cisalhamento (Hz)", 
ylab="Tensão de cisalhamento (Pa)") 
par(new=T) 
x=gama 
curve((0.05492+0.008788*(x^1.116209)), axes=FALSE, xlab=NA, ylab=NA, 
add="T") 
plot(eta~gama, main="Curva de viscosidade", xlab="Taxa de cisalhamento (Hz)", 
ylab="Viscosidade (Pa.s)") 
 
 
 
Obtendo-se, as curvas de fluxo e viscosidade. Apresentadas a seguir: 
 
Figura 5 – Curvas obtidas no software R. 
 
 Com os gráficos obtidos, como demostrado na figura 2, pode-se observar 
o comportamento tixotrópico da tinta analisada. 
 
7. CONCLUSÃO 
 
O uso do reômetro se mostrou uma técnica rápida, barata e vantajosa na 
análise da reologia do fluido estudado, que, junto ao software R possibilitou a 
análise de dados possibilitando rápida obtenção dos gráficos de interesse. 
 
 
 
 
 
 
 
8. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS 
 
• VIDAL-BEZERRA, J. R. M. Comportamento reológico da polpa de 
manga. Campinas. 159p. Tese (Doutorado em Engenharia de Alimentos) 
– Faculdade de Engenharia de Alimentos, Universidade Estadual de 
Campinas, Campinas. 2000. 
• FRACASSO, F. M. Análise do comportamento do reômetro Bohlin 
Gemini II para amostras de baixa viscosidade. Rio Grande do Sul. p. 
44. Trabalho de conclusão de curso. Nov. de 2016. 
• FILHO, M. B. O.; FERNANDES, F. C. F. Propriedades Reológicas da 
Tinta Acrílica Econômica no Controle de Qualidade. Goiânia. p. 43. 
Trabalho de conclusão de curso. Jun. de 2015. 
• OLIVEIRA, F. A. L. Desenvolvimento do Instrumento Laboratorial 
ROBpaint: Estudos de Reologia. Porto. p. 60. Tese. Jul. 2008. 
• PUC-RIO. Revisão bibliográfica: Reologia. Certificação digital nº: 
1112033/CA. Acesso em: 21 de setembro de 2018. 
• ANTON PAAR. Disponível em: www.anton-paar.com Acesso em: 21 de 
setembro de 2018. 
• PUC-RIO. Revisão bibliográfica: Reômetro. Certificação digital nº: 
1112033/CA. Acesso em: 21 de setembro de 2018. 
• CASTRO, C. D. Estudo da Influência das Propriedades de Diferentes 
Cargas Minerais no Poder de Cobertura de um Filme de Tinta. Porto 
Alegre. p. 157. Tese. 2009.