Desenvolvimento de um sensor crômico para monitoramento indireto de temperatura

Abstract

Os materiais ditos inteligentes são materiais funcionais projetados para servir com propósitos específicos de uma forma controlada, como para atuação em ambientes especiais ou de difícil acesso. Entre os materiais funcionais, em específico, a classe dos compostos termocrômicos, permite o desenvolvimento de aplicações para o monitoramento visual da temperatura. Neste trabalho, foi desenvolvido um verniz termocrômico a base de poliuretano acrílico incorporado com a molécula 1,3,3-trimetilidolino-beta-naftoespiropiran (comercialmente denominada de Spyropiran T0423) para o desenvolvimento de um sensor com resposta crômica para indicação de mudança de temperatura aplicado ao monitoramento de temperatura em diversos tipos de processos. Esse verniz foi analisado com e sem a presença dos fotoestabilizantes e antioxidante. As mudanças de temperatura foram monitoradas fazendo alguns estudos iniciais para caracterização deste sensor, sendo realizadas análises de ciclo de resistência térmica, envelhecimento em câmara de intemperismo, salt spray, aderência, fotodegradação, análises térmicas e espectroscopia de infravermelho. As amostras foram analisadas em câmara de intemperismo usando radiação UVA e UVB para monitorar a degradação, foram realizadas análises de reflectância e análises de infravermelho para verificar as possíveis mudanças de coloração. Para monitorar a diferença de coloração foram obtidas imagens da superfície das placas nos tempos de 24, 48 e 72 horas. As análises de intemperismo mostraram total degradação de uma das amostras sem a presença de antioxidante e fotoestabilizante perdendo sua propriedade termocrômica, já a amostra contendo esses aditivos estabilizantes conservou as características termocrômicas do revestimento. As análises de reflectância demonstraram que o revestimento sofre mais amarelamento na ausência de aditivos estabilizantes, por outro lado a análises de infravermelho para os revestimentos sem aditivos demonstrou o desaparecimento de bandas características do isocianato que estavam presentes na composição antes da exposição à luz UVA e UVB. A ausência do grupo isocianato sugere que durante o envelhecimento ocorre a reação de uretanização com a molécula termocrômica, justificando o amarelamento. Foi desenvolvido um software no ambiente LabVIEW para análise das cores aditivas (RGB) correlacionando com a variação de temperatura, aplicado na indústria petroquímica.<br>

Abstract: Smart materials are functional materials designed to serve specific purposes in a controlled manner. Among functional materials, specifically, class of thermochromic compounds are enables to applications in temperature visual monitoring. In this work a thermochromic acrylic polyurethane with trimetilidolino-1,3,3-beta-naftoespiropiran (Spyropiran T0423) was used for developing a new sensor with chromic response in terms of temperature in different types of processes. Thermochromic acrylic polyurethane was analyzed with and without the presence of fotoestabilizers and antioxidant. The temperature were monitored doing some initial studies to characterize this sensor, analysis of thermal cycle resistance, aging chamber weathering, salt spray, adhesion, photodegradation, thermal analysis and infrared spectroscopy was performed. The samples were analyzed using weathering chamber UVA and UVB to monitor degradation, and infrared reflectance analysis were performed to verify the color changes. The difference in color image surface of the plates were analyzed at 24, 48 and 72 hours. The analyzes showed complete weathering degradation of sample without antioxidant and fotoestabilizers losing the thermochromic property, since the sample containing stabilizing additives such retained characteristics of the thermochromic coating. The reflectance analysis showed that the coating undergoes more yellowing in the absence of stabilizing additives, on the other hand the infrared analysis for coatings without additives showed the disappearance of the isocyanate characteristic bands that were present in the composition before exposure to UVA and UVB light. The absence of isocyanate group suggests that during the reaction urethanization with thermochromic molecule occurs, justifying yellowing. LabVIEW software environment for analysis of additive colors (RGB) correlating with temperature variation, applying for a section of pipe typically used in the oil and gas industry was developed.