ESTUDO DO ÓLEO DE MAMONA COMO ADITIVO EM BANHOS DE ELETRODEPOSIÇÃO DE ZN. J. V. R. Muniz; M. E. P Souza; J. P. Sousa. Universidade Federal do Maranhão

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1 ESTUDO DO ÓLEO DE MAMONA COMO ADITIVO EM BANHOS DE ELETRODEPOSIÇÃO DE ZN J. V. R. Muniz; M. E. P Souza; J. P. Sousa. 1 Universidade Federal do Maranhão 2 Universidade Federal do Maranhão 3 Instituto Federal de Educação Ciência e Tecnologia do Maranhão Av. dos Holandeses, lote. 1 edifício Palazzo Verona, 403, Ponta do Farol, CEP , São Luís, Maranhão. jvrmuniz@hotmail.com RESUMO Este trabalho parte da problemática da corrosão e desgastes em materiais metálicos, empregando-se a técnica de eletrodeposição, a peça passou por um banho eletrolítico em solução de sulfato de zinco e fosfato de sódio, tendo sobre controle paramentos de ph, corrente e concentração da solução. Após isso, foi obtido resultado satisfatório ao depositar uma fina camada de zinco como revestimento do material. A adição do óleo de mamona ao banho de eletrodeposição resultou em melhorias nos aspectos físico químicos, como brilho, porosidade e resistência à corrosão, além disso se trata de um aditivo menos nocivo ao meio ambiente, podendo ser chamados de inibidores verdes. Na segunda parte do trabalho foi feita caracterização eletroquímica levando em consideração sua a resistência a corrosão. Ao termino dos experimentos obtivemos o cumprimento satisfatório do objetivo cientifico e acadêmico. Palavras-chave: Corrosão. Eletrodeposição. Óleo de Mamona. 5351

2 1. INTRODUÇÃO O aço AISI 1020 está entre os aços de baixo teor de carbono em sua composição, aproximadamente 0,25 %p C, possui baixa dureza e baixa resistência, mas, boa ductibilidade e tenacidade, sendo, portanto usinável e soldável [1]. Essas características garantem a este material larga utilização na indústria metal mecânica, como estruturas metálicas, tubos e chapas. Porém, problemas de corrosão são frequentes e ocorrem nas mais variadas atividades como na indústria naval, construção civil e em obras de artes, o que implica em perdas econômicas, contaminação de produtos e fatores de segurança. Diante desta problemática, os revestimentos metálicos são usados com diferentes finalidades como decorativo, resistência ao atrito e resistência à corrosão [1-2]. A eletrodeposição é um processo muito utilizado na indústria para a obtenção de revestimentos metálicos para as mais diferentes aplicações, pois se consegue um revestimento muito fino e relativamente livre de poros. Neste processo, o metal que se deseja proteger é colocado como catodo, onde o eletrólito contém o sal do metal a ser revertido. É economicamente importante porque se consegue proteção adequada com camadas bem finas, evitando excesso de deposição de metais caros. O zinco é largamente aplicado para este fim, sendo utilizado na proteção de aços e materiais ferrosos contra corrosão. No entanto, os revestimentos de zinco podem ser corroídos rapidamente, dependendo das condições de operação e da adição ou não de aditivos que visam aprimorar a eficiência deste processo. [3-4]. A espessura e propriedades da película dependem da densidade de corrente, concentração do sal, presença de aditivos e natureza do metal de base [1]. Os aditivos são compostos que contêm em sua composição nitrogênio, enxofre e oxigênio, que formam grupos funcionais como amino, carboxila e hidroxila. Seu emprego no processo de eletrodeposição irá influenciar no crescimento e na estrutura dos eletrodepósitos, tendo como principais benefícios o aspecto brilhante da superfície depositada, redução do tamanho dos grãos, nivelamento do filme e redução da corrosão. Dentre os aditivos mais empregados destacam-se os orgânicos, com larga aplicação industrial, como a gelatina, glicerol, manitol e sorbitol [5]. Os óleos vegetais são importantes fontes renováveis de matéria-prima para a indústria, pois além de oferecerem a possibilidade de um grande número de modificações estruturais, são materiais diversificados e de baixo custo [6]. Nessa 5352

3 conjuntura, está o óleo de mamona, também chamado de óleo de rícino pois é obtido da semente da planta Ricinus Communis que é encontrada em regiões tropicais, sendo muito abundante no Brasil. É um liquido viscoso, obtido pela compressão das sementes ou por extração com solvente [6]. Sua aplicabilidade é conhecida desde a era colonial, onde era usado para lubrificar os engenhos de cana-de-açúcar. Atualmente, o óleo de mamona tem sido extensivamente utilizado para fins industriais, devido às suas características físico-químicas, uma vez que suporta grandes e bruscas variações de temperatura, além da utilizado na fabricação de cosméticos e na indústria de medicamentos. Este óleo apresenta elevada resistência à hidrólise, devido às suas longas cadeias hidrófobas, por isso a a importância de estudar a viabilidade de sua aplicação como aditivo de banhos de eletrodeposição [7]. O principal constituinte do óleo de mamona é o triacilglicerol do ácido ricinoléico, um ácido graxo incomum, que apresenta 18 carbonos na sua estrutura, com uma insaturação cis no carbono 9 e uma hidroxila no carbono 12, como é mostrado na Figura 1 [8]. Figura 1: Ligações químicas do óleo de mamona [8]. Este trabalho busca fazer um estudo sobre a utilização do óleo de mamona como aditivo em banhos de eletrodeposição, a escolha deste óleo pode ser justificada por se tratar de uma opção ambientalmente favorável, além corroborar com outros trabalhos que fazem diferentes estudos sobre o emprego industrial deste óleo. 5353

4 2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. Preparação das amostras As amostras utilizadas eram de aço carbono ABNT 1020, com área de 2,27 cm 2, ambas as superfícies foram lixadas com o objetivo de retirar imperfeições que interferissem na qualidade e uniformidade do filme. O fio de contato utilizado no ensaio de eletrodeposição foi soldado em uma das superfícies da amostra e coberto com fita de eletrodeposição para evitar infiltração durante o ensaio, Figura 2a. Em seguida, as amostras foram embutidas com resina a frio e por fim foram polidas até a lixa 1200, de forma que a superfície ficasse sem riscos ou arranhões, como é observado na Figura 2b. As amostras foram numeradas e pesadas, para que após a eletrodeposição fossem novamente pesadas e mensurado o peso do filme formado. a) b) Figura 2: a) Amostra com fio elétrico e embutida. b) Amostra após polimento Ensaio de eletrodeposição A eletrodeposição foi realizada utilizando uma fonte de corrente contínua (POWERBRAS) que alimentava o sistema montado como pode ser observado na Figura

5 Figura 3: Montagem do experimento de eletrodeposição. Nos ensaios iniciais foi utilizada uma placa de platina observada na Figura 4a, como contra eletrodo, contudo foi observado que durante o experimento a placa não possuía um posicionamento satisfatório de forma que ocasionava a formação de um filme irregular, sendo assim, substituiu-se a platina por um béquer de aço inoxidável que garantiu um filme igual por toda a superfície da amostra. O béquer exercia a função de ânodo ligada ao polo positivo e a amostra de cátodo, no polo negativo. A solução empregada foi ZnSO4 (2 g/l), em 300 ml de água destilada. O óleo de mamona foi adicionado em três concentrações 0,28 g/l, de 2 g/l e 2,8 g/l. O ph da solução foi ajustado para 3, por meio da adição de H2SO4 (1 M). 5355

6 a) b) Figura 4: a) Experimento inicial com placa de platina e solução de ZnSO4 (0,1M) e Na2HPO4 (0,2M). b) Modelo montado com béquer de aço. Antes da eletrodeposição as amostras foram decapadas por 5 minutos em ácido sulfúrico a 1 M. As condições da eletrodeposição foram: 5 minutos a uma corrente de 0,2 A e tensão de 0,09 V, em seguida a fonte foi desligada por 1 minuto, sendo novamente aplicada uma corrente de 0,5 A à tensão de 0,12 V, sob constante agitação. Dessa forma, os valores de densidade de corrente ficaram próximos de 22,7 A/dm 2, valores estes que podem comparado com o estudo de Tomachuk [9], que apresenta densidades de corrente próximas. A amostra foi lavada e pesada ao término do experimento. 2.3 Ensaios eletroquímicos Os ensaios eletroquímicos de polarização potenciodinâmica e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) foram realizados em um aparelho Potenciostato fabricado pela empresa Autolab, modelo PGSTAT 302N, e os resultados foram obtidos pelo software Nova, versão 2.1. A Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) é a principal técnica eletroquímica onde é aplicado um potencial de corrente alternada com diferentes valores de frequência, assim possibilita estudar reações de corrosão e medir taxas de corrosão em meios de baixa condutividade [10]. Já a técnica de polarização potenciodinâmica, consiste na aplicação de pequenas 5356

7 variações de potencial para que se obtenham respostas em corrente o mais linear possível, para assim medir a resistência a corrosão de um material e a velocidade do processo [6]. Os ensaios eletroquímicos foram realizados em uma célula de vidro, com o eletrodo de trabalho (amostra que passou por eletrodeposição), o contra elétrodo de platina e de eletrodo de referência de Ag/AgCl como observado na Figura 5. Figura 5: Montagem do sistema para ensaios eletroquímicos Os ensaios eletroquímicos foram realizados em eletrólito de NaCl 0,1 M. Antes da realização de ambos experimentos foi medido o potencial a circuito aberto (OCP). A EIE foi realizada na faixa de frequência 10 5 e 10-2 Hz e amplitude de 10 mv. O ensaio de polarização foi realizado variando o potencial de -100 mv a +100 mv em relação ao potencial de circuito aberto, com uma taxa de varredura de 0,01 mv/s. 5357

8 3. RESULTADOS As amostras foram pesadas antes e após a eletrodeposição, e os valores obtidos são apresentados na Tabela 1. Amostra Tabela 1: Peso das amostras antes e após a eletrodeposição Concentração do óleo de mamona (g/l) Peso antes da eletrodeposição (g) Peso após eletrodeposição (g) Peso experimental do filme (g) 1 0,98 46,861 46,878 0, ,00 47,305 47,313 0, ,08 46,148 46,150 0,002 Sem aditivo - 47,816 47,819 0,003 Com esses resultados, é possível concluir que a menor concentração do óleo influenciou na deposição de zinco no filme, apresentando maior peso do filme (17 mg). No aspecto visual do filme, foi possível observar a formação do recobrimento mais uniforme quando se adicionava o óleo de mamona, iniciando a deposição da parte mais externa para o centro, fato este diferente de ensaios realizados anteriormente sem a adição do aditivo, onde o filme apresentava características não uniformes e se depositava primeiramente no centro da amostra, como observamos na imagem 6-a. Também é notória a formação de alguns glóbulos no filme com o aditivo, como é observado na figura 6-b. a) b) Figura 6: Superfície da amostra com aditivo 5358

9 Na figura 7, observamos os gráficos Bode modulus e phase, onde nas imagens 7-a é notório o deslocamento no gráfico que a presença do zinco ocasiona, se concentrando na primeira parte do gráfico a curva da amostra sem filme, ficando claro a presença apenas do ferro sem recobrimento. a) b) Figura 7: a) gráfico Bode Phase. b) gráfico Bode Modulus. Figura 8: Resultados de Polarização Potenciodinâmica Na figura 8 são apresentados os resultados dos ensaios de polarização potenciodinâmica. Como pode ser observado no gráfico, a menor concentração do óleo de mamona resulta em um revestimento com um potencial de corrosão mais 5359

10 positivo, sendo que há também uma diminuição na densidade de corrente de corrosão, ou seja, o revestimento obtido com a concentração de 2g/L do óleo de mamona resulta em um comportamento mais interessante em termos de corrosão. Concentração do aditivo Tabela 1: Valores obtidos pelo método de Tafel jcorr (A/cm 2 ) icorr (A) Taxa de corrosão (mm/ano) Resistencia a polarização (Ω) 0,93 g/l 2,151x10-5 4,8827 x10-5 0, ,85 2,00 g/l 1,988x10-5 4,5147 x10-5 0, ,29 2,80 g/l 1,824x10-5 4,1411x10-5 0, ,53 Sem aditivo 7,734x10-5 7,7342 x10-5 0, ,32 Sem filme 1,469 x10-5 3,3142x10-5 0, ,97 Na tabela 2, são apresentados valores de corrente, densidade de corrente, taxa de corrosão e resistência a polarização, que foram obtidos utilizando o método de extrapolação de Tafel. [10-11] 4. CONCLUSÕES A aplicação do óleo de mamona resultou em revestimentos com características interessantes nesses estudos preliminares, já que apenas uma solução foi empregada como fonte de zinco. Os resultados dos ensaios eletroquímicas mostraram que o óleo de mamona apresenta bom resultado como aditivo da eletrodeposição para de controle de corrosão aplicado sobre aço ABNT A partir dos resultados pode ser concluído que os melhores resultados de controle de corrosão foi com a amostra que possuia menor concentração do óleo de mamona. Além disso, a presença do óleo de mamona melhorou a aparência dos revestimentos contribuindo de forma satisfatória no banho de eletrodeposição. Outras soluções devem ser empregadas bem como outros parâmetros de processo de eltrodeposição a fim de melhor compreender a função do óleo de mamona na formação do filme eletrodepositado. 5360

11 REFERÊNCIAS [1] JESUS, Michele David de. Efeito do glicerol como aditivo para resistência à corrosão do revestimento de zinco obtido através de eletrodeposição [2] GENTIL, Vicente. Corrosão. 3a edição. Rio de Janeiro: Livros técnicos e Científicos Editora SA, [3] OLIVEIRA, José Anderson et al. Avaliação das propriedades da liga Zn-Ni-Fe obtida por eletrodeposição [4] PECEQUILO, Cristiane Vargas; PANOSSIAN, Zehbour. Estudo do mecanismo de eletrodeposição do cobre a partir do HEDP por meio da técnica eletroquímica de medição do potencial de circuito aberto [5] CARVALHO, Marcos Fernandes de et al. Estudo da influência dos aditivos manitol, EDTA e NTA no processo de eletrodeposição de zinco sobre aço 1010 e na morfologia dos eletrodepósitos [6] SILVA, Rosana Vilarim da. Compósito de resina poliuretano derivada de óleo de mamona e fibras vegetais Tese de Doutorado. Universidade de São Paulo. [7] MARINHO, Nelson P. et al. Caracterização física e térmica de compósito de poliuretano derivado de óleo de mamona associado com partículas de bambu. Embrapa Florestas-Artigo em periódico indexado (ALICE), [8] NUNES, Marta Regina dos Santos; MARTINELLI, Marcia; PEDROSO, Marcelo Monteiro. Epoxidação do óleo de mamona e derivados empregando o sistema catalítico VO (acac) 2/TBHP. Química nova. São Paulo. Vol. 31, n. 4 (jun. 2008), p , [9] TOMACHUK, CELIA R.; COSTA, ISOLDA. Revestimentos de zinco sobre aços e suas aplicações. Corrosão e Proteção. [10] NUNES, F. G. et al. EFEITO DA GELATINA COMO ADITIVO PARA ELETRODEPOSIÇÃO DE LIGAS Zn-Co A PARTIR DE CORRENTE PULSADA SIMPLES. Blucher Chemical Engineering Proceedings, v. 1, n. 2, p , [11] OSORIO, WRi et al. A influência da microestrutura da liga Pb-0, 85% Sb em seu comportamento eletroquímico. Matéria (Rio de Janeiro),

12 STUDY OF MAMONA'S OIL AS ADDITIVE IN ZN ELECTRODEPOSITION BATHS. ABSTRACT This paper starts from the problem of corrosion and detrition in metallic materials, using the electrodeposition technique. The material passed through an electrolytic bath in a zinc sulfate and sodium phosphate solutions, controlling the ph, current and concentration. After this, a satisfactory result was obtained by depositing a thin external layer of zinc. The addition of mamona s oil to the electrodeposition bath resulted in physical and chemical improvements, such as gloss, porosity and corrosion resistance. In addition, it is less harmful to the environment being denominated as green inhibitor. In the second part of the paper, an electrochemical characterization was carried out taking into account its resistance to corrosion. At the end of the experiments we obtained a satisfactory fulfillment of the scientific and academic objectives. Keywords: Corrosion. Electrodeposition. Mamona s Oil. 5362