ACOMPANHAMENTO DA SECAGEM DE FILMES DE LÁTEX POR ULTRAMICROSCOPIA

Amauri J. Keslarek (PG) e Fernando Galembeck (PQ) –

Departamento de Físico-química - Instituto de Química – Universidade Estadual de Campinas- UNICAMP

Palavras chaves: látex, filme, ultramicroscopia

Filmes de látexes são formados por secagem, um processo que envolve mecanismos complexos e sujeito a vários fatores: os tipos de agentes surfactantes utilizados, as composições químicas e as morfologias das partículas, os substratos, as condições ambientais, etc. O assunto é muito abrangente e tem sido abordado por vários pesquisadores que utilizaram técnicas variadas como a gravimetria, a microscopia eletrônica de transmissão, a microscopia de força atômica, etc. Uma revisão do estado da arte foi feita por J.L.Keddie [1,2].

Podemos dividir a formação do filme em pelo menos três etapas distintas: i) Evaporação rápida da água com consequente aumento na concentração das substâncias não voláteis (íons, surfactantes, etc) presentes no meio. Ao final desta etapa, as partículas ficam mais próximas entre si e muitas vezes se auto-ordenam. ii)Deformação das partículas, se a temperatura for superior à TMFF (temperatura mínima de formação de filme), adquirindo formas hexagonais, paralelamente a uma diminuição da velocidade de perda de água. Este estágio é associado com a perda de opacidade do filme. iii)Coalescência, quando ocorre o desaparecimento das fronteiras entre as partículas, com a consequente diminuição da área superficial, quando em temperaturas superiores à Tg. Nesta fase a perda de água ocorre por difusão na superfície polímero/ar bem como através dos canais entre partículas, ou pela difusão do próprio polímero. A redução na velocidade da perda de água ocorre devido ao fechamento dos canais de transporte [3].

Este trabalho tem como objetivo demonstrar por ultramicroscopia, aspectos do processo de secagem de látexes que não são observáveis com técnicas de microscopia óptica convencional, eletrônica ou de força atômica. A principal vantagem da ultramicroscopia é o fato de as partículas, mesmo tendo diâmetros inferiores ao comprimento de onda da luz, poderem ser vistas como pontos iluminados. Não se pode fazer afirmações sobre suas dimensões e formas, mas pode-se verificar sua movimentação e, pela diminuição da intensidade do espalhamento da luz, sua coalescência.

Filmes foram obtidos secando um látex copolimérico de acrilato de butila/estireno de caráter aniônico, com Tg próxima de 10^o C, contendo 46,6% de sólidos e diâmetro médio de partículas de 136 nm (por PCS), sob condições controladas de temperatura (18-20^o C) e umidade relativa (40-60%). Foram espalhados entre 0,030-0,040 gramas das dispersões em lamínulas, mantidas em posição horizontal e suspensa. Para tal, utilizou-se três tipos de dispersões: i) a original; ii) a mesma após diálise (para remoção de eletrólitos e impurezas de baixas massas molares); ii) esta após adição de sal (obtendo-se a mesma força iônica do original).

A observação ultramicroscópica foi feita com uma fonte de laser de diodo de 3 mW, 670 nm (RS Components), incidindo na amostra em pequeno ângulo, quase que paralelamente à superfície. Um microscópio óptico operando com aumento de 50 vezes foi utilizado, acoplado a uma câmera CCD (Sony SSC-C350) e esta a um monitor de televisão de alta resolução (Sony PVM-1350) e um aparelho de vídeo cassete (JVC HR-S7200U). Após a gravação, as imagens foram capturadas e tratadas utilizando-se o software Image-Pro Plus 4.0.

Observou-se a redução de movimentos Brownianos das partículas do látex dialisado em tempos de secagem inferiores dos demais látexes, como conseqüência de maior alcance eletrostático da dupla camada elétrica em dispersão com menor força iônica; verificou-se também, por imagem de reflexão, a formação de filme coalescido em sua superfície, resultado da maior repulsão eletrostática entre as partículas e o substrato.

Os filmes apresentam domínios com velocidades diferentes de secagem.

Observa-se a formação de adensamentos de partículas em determinadas regiões, o que causa aumento da intensidade da luz espalhada. No látex original o adensamento ocorre no centro da dispersão e no látex dialisado e com adição de sal ocorre em toda a extensão, de forma ordenada junto à superfície do substrato

O filme seco mais uniforme foi obtido com o látex e o filme obtido com o látex dialisado tem uma superfície irregular. A adição de sal ao látex dialisado torna a área periférica do filme mais plana e regular, porém na região central ocorre a presença de partículas sem coalescer, o que é minimizado por uma pós adição de surfactante à dispersão.

As irregularidades no filme são devidas principalmente à formação de estruturas de adensamento de partículas ainda na fase dispersa. Este adensamentos já foram observados em dispersões com baixas frações em volume e com partículas mais rígidas (PS, com Tg de100^o C) [4], porém sua consequência na textura de filmes secos ainda não havia sido relatada na literatura.

Os diferentes domínios observados na dispersão podem ser devidos a heterogeneidade de composição das partículas ou a uma transição gás-sólido.

Portanto a composição do soro altera profundamente o mecanismo de secagem, e a qualidade do filme depende criticamente da composição da fase líquida do látex.

[1] J.L.Keddie, Materials Science and Engineering Reports: A Review Journal, 1997/98, R21, 3, 101-170.

[2] J.R.Feng, M.A.Winnik, Current Opinion in Colloid and Interface Sci., 1997, 2, 192-199.

[3] J.W.Vanderhoff, E.B. Bradford, W.K.Carrington, J.Polym.Sci:Symposium, 1973, 41, 155,

[4] K.Ito, H.Nakamura, H.Yoshida, N.Ise, J.Am.Chem.Soc., 1988, 110, 6955-6963.

FAPESP, Pronex/Finep/MCT, CNPq