ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE NANOPARTÍCULAS DE Ag-SiO COMO ADITIVOS EM REVESTIMENTOS ANTICORROSIVOS

Transcrição

1 ESTUDO DA EFICIÊNCIA DE NANOPARTÍCULAS DE Ag-SiO COMO ADITIVOS EM REVESTIMENTOS ANTICORROSIVOS Pletsch, R.O (1)*.; Bouchonneau, N. (1) ; Vieira, M.R.S. (1) ; Alves, K.G.B. (1) ; Melo, C. P. De (2) ; Urtiga Filho S.L. (1). (1) Centro de Tecnologia e Geociências, Departamento de Engenharia Mecânica/UFPE, Laboratório de Materiais Compósitos e Integridade Estrutural. Recife, PE Brasil; CEP: ; (2) Centro Ciências Exatas e da Natureza, Departamento de Física/UFPE Laboratório de Polímeros Não-Convencionais. Recife, PE Brasil; CEP: ; *E- mail: romulopletsch2@gmail.com RESUMO No presente trabalho avaliou-se a influência da adição de nanopartículas de Ag-SiO, na concentração de 0,5% e 1,0% em massa, em uma tinta industrial com base epóxi, na proteção anticorrosiva de metais. Corpos-de-prova do aço ABNT 1020 foram revestidos com e sem a adição de Ag-SiO na composição da tinta epóxi. A caracterização das partículas foi feita através de microscopia eletrônica de transmissão e espalhamento dinâmico de luz. Foram realizados ensaios eletroquímicos de potencial de circuito aberto (PCA) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) para avaliação do comportamento do anticorrosivo dos revestimentos investigados quando expostos a uma solução salina de NaCl 3% m/v. 3092

2 Palavras chave: Ag-SiO; corrosão; ensaios eletroquímicos; tintas. INTRODUÇÃO A corrosão, destruição ou deterioração de um material devido à reação com o ambiente representa uma elevada perda econômica. O custo global da corrosão é avaliado em aproximadamente 4% do PNB (Produto Nacional Bruto) dos países industrializados. (1) Assim, a busca por materiais cada vez mais resistentes à de deterioração tem sido crescente. Dentre as diversas técnicas de proteção anticorrosiva existentes, a aplicação de tintas através de processo de pintura é uma das mais utilizadas. Aproximadamente 90% de todas as superfícies metálicas são revestidas por tintas e fatores como, a multiplicidade dos tipos de pintura, os processos de aplicação e a possibilidade de combinação das tintas com revestimentos metálicos, tem aumentado o interesse por esse tipo de revestimento na proteção anticorrosiva. (2,3) As condições do ambiente ao qual o material está exposto é um dos fatores que mais influencia no processo corrosivo. Dentre os meios corrosivos existentes, o ambiente marinho merece destaque, pois devido à grande quantidade de sais dissolvidos, atua como um eletrólito forte, além da presença de agentes microbiológicos e sólidos suspensos presentes, que contribuem para o processo de degradação do material. Devem ser considerados, também, fatores como ph, temperatura e ações mecânicas sobre o material exposto. (4) Técnicas eletroquímicas são bastante utilizadas no estudo de corrosão. A técnica de monitoramento do potencial de circuito aberto (PCA) é uma das mais simples em termos de aparato experimental para aquisição de dados, contudo para sistemas mais complexos, como o caso de metais revestidos pode apresentar ambiguidades nas interpretações de seus resultados, sendo interessante seu uso associado a outras técnicas. Uma das técnicas mais utilizadas na avaliação da degradação de revestimentos poliméricos é a Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE) por permitir uma caracterização mais completa para estudos de deterioração e dos processos corrosivos nos sistemas metal/revestimento, possibilitando identificar 3093

3 fenômenos de permeação da película, processos difusionais e entupimento de poros. (5,6) O presente trabalho busca avaliar sistemas de pintura e desenvolver revestimentos orgânicos a base de resina epóxi, reforçados com nanopartículas de Ag-SiO através de PCA e EIE a fim de se obter características anticorrosivas. MATERIAIS E MÉTODOS As nanopartículas de Ag-SiO, foram produzidas pela empresa TNS nanotecnologia LTDA, e caracterizadas por Microscopia Eletrônica de Transmissão (MET) visando observar a geometria e distribuição das partículas. O microscópio utilizado foi o TECNAI G2 Spirit (FEI Company, EUA). Foi realizado um Espalhamento Dinâmico de Luz (DLS) para obter a distribuição do tamanho das partículas. O equipamento utilizado foi um Zetasizer Nano ZS90 (Malvern Instruments, Reino Unido). Utilizou-se um aço 1020 como substrato para a avaliação da corrosão sem revestimento, com revestimento polimérico sem pigmentos anticorrosivos e com a adição de Ag-SiO nas concentrações de 0,5% e 1,0% m/m. Para monitoramento de ensaio eletroquímico do metal não revestido, foram fabricados corpos-de-prova de aço carbono 1020 com dimensões de 10mmx10mmx3mm. Cada corpo-de-prova foi conectado a um fio de cobre, e posteriormente embutidos em resina epóxi, visando delimitar uma área exposta para ensaio de 1cm 2. Os corpos-de-prova a serem revestidos foram submetidos ao processo de jateamento abrasivo e após, por processo de pistola à gravidade foram depositadas: uma tinta de fundo comercial à base de epóxi sem carga anticorrosivas industriais do fornecedor Sherwin Williams com nome comercial de Sher-tile. Esta tinta foi testada com e sem a adição das nanopartículas do compósito Ag-SiO nas concentrações de 0,5% e 1,0% m/m. Foram avaliadas as espessuras dos revestimentos utilizando um equipamento de medição de espessura de camada para substratos ferrosos. 3094

4 Para avaliação da ação anticorrosiva dos revestimentos foram realizados ensaios eletroquímicos de potencial de circuito aberto (PCA) e de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIE) utilizando uma solução aquosa de NaCl 3% m/v, simulando o eletrólito marinho. RESULTADOS E DISCUSSÃO Na Figura 1 é apresentada a distribuição do tamanho de partícula obtida pelo DLS. A distribuição apresentada pelo DLS mostra uma diferenciação no tamanho das partículas que pode estar relacionada ao processo de formação de aglomerados. Esta afirmação é confirmada pela micrografia obtida pelo MET que pode ser observada na Figura 2. Na Figura 2(a) pode ser evidenciada a morfologia das partículas, de caráter amorfo. Na Figura 2(b) salienta-se às aglomerações de partículas presentes. Figura 1: Resultado do ensaio de DLS para as nanopartículas de Ag-SiO. (a) (b) Figura 2: Microscopia Eletrônica de Transmissão: (a) Morfologia das nanopartículas e (b) Detalhe das aglomerações. As medidas de espessura de película seca da tinta foram monitoradas a partir de 5 medições em 3 corpos-de-prova de cada amostra. Obteve-se uma média de 142,67 µm com um desvio padrão de 15,28 µm. 3095

5 A Figura 3 apresenta a evolução dos valores de resistência e de capacitância em função do tempo para os revestimentos investigados. Os dados foram obtidos através dos ensaios de EIE. Figura 3: Evolução (a) da resistência e (b) da capacitância em função do tempo para os revestimentos investigados Através da Figura 3 (a), pode ser observado que de forma geral ocorre uma diminuição da resistência à polarização em função do tempo, indicando que o revestimento sofreu processo de deterioração ao longo do tempo de exposição ao meio corrosivo. É possível observar que os valores de resistência à polarização dos revestimentos com carga foram superiores aos obtidos para o revestimento sem carga, de forma intensa no tempo zero de imersão ao eletrólito, sugerindo uma atuação da carga no processo proteção anticorrosiva. Contudo, com a evolução do tempo, observa-se que a resistência à polarização tende a diminuir e aproximar-se dos valores observados para o revestimento sem carga, indicando possível permeação da película em função do tempo. Para o gráfico de capacitância, Figura 3 (b), observa-se de forma geral o aumento da capacitância em função do tempo de imersão. O aumento da capacitância indica permeação da película pelo eletrólito. Os valores de resistência mais elevados para o revestimento com 1% m/m de carga e menores capacitâncias, para os tempos de exposição de 16 e 24h, podem indicar o entupimento de poros da película de tinta por produto de corrosão, o que elevaria a resistência à polarização do revestimento e retardaria a permeação do eletrólito, provocando uma redução dos valores de capacitância. 3096

6 Potencial (V) x EAg/Ag/Cl (sat) 21º CBECIMAT - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais O resultado de PCA, apresentado na Figura 4, revelou que ao longo das 24h de ensaio, o revestimento com 0,5% m/m da nanopartícula, apresentou valores de potenciais superiores aos observados para o revestimento com 1% m/m. Com o passar do tempo, ambos os revestimentos tendem a ter uma estabilização nos valores de potenciais e no final o revestimento com maior percentual de nanopartículas apresenta potenciais que tendem a se aproximar dos valores observados para o revestimento com menor teor. Os resultados observados sugerem que o melhor desempenho associado ao revestimento com menor proporção cargas, deva-se ao fato de uma maior quantidade de carga propiciar maior índice de aglomeração de partículas e consequentemente aumento da porosidade do revestimento. - 0,5% m/m de Ag-SiO - 1,0 % m/m de Ag-SiO Tempo (s) Figura 4: Potencial de Circuito Aberto em função do tempo para as amostras de revestimento com nanopartículas nas proporções de 0,5 e 1% m/m. CONCLUSÃO A partir da caracterização das partículas de Ag-SiO pode-se observar que além do caráter amorfo, houve grande aglomeração das nanopartículas durante os ensaios de DLS e observações MET. Com base nos resultados eletroquímicos, conclui-se que os revestimentos foram efetivos contra proteção anticorrosiva do metal sem revestimento. Entretanto, a possível aglomeração das nanopartículas de Ag- 3097

7 SiO proporcionou um aumento da porosidade do revestimento e com isso uma baixa na efetividade da proteção anticorrosiva em comparação com a tinta industrial sem adição de nanopartícula. AGRADECIMENTOS Ao CNPq, ao Programa de Bolsas de Iniciação Científica da UFPE, pelo apoio financeiro. A empresa TNS Nanotecnologia Ltda pelo fornecimento das nanopartículas. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. De França, F. P. Um pólo nacional de pesquisa sobre os biofilmes. França Flash N 45, Fevereiro de Disponível em: < Acesso em: 07/08/ Vieira, M.R.S. Avaliação de Ensaios Simulativos de Corrosão e Biocorrosão em Sistemas Estátivos e Dinâmico de Revestimentos Aplicados em Aço Carbono, Dissertação de Mestrado. Universidade Federal de Pernambuco, Recife. 3. Fazenda, J.M.R. Tintas e Vernizes: Ciência e Tecnologia. 2.ed. São Paulo: ABRAFATI, 2.v Gentil, V. Corrosão. 6.ed. Rio de Janeiro: Livros técnicos e científicos Wolynec, S. Técnicas eletroquímicas em corrosão. Editora da Universidade de são Paulo, São Paulo, vol Margarit, I. C. P. Aplicação da técnica de Impedância Eletroquímica no Estudo de Tintas sob forma de filmes livres e aplicadas sobre aço-carbono, Dissertação de Mestrado em Ciências em Engenharia Metalúrgica e de Materiais Universidade Federal do Rio de Janeiro. Rio de Janeiro. 7. Jeon H.-J., Yi S.-C., Oh S.-G. Preparation and antibacterial effects of Ag SiO2 thin films by sol gel method. Biomaterials

8 8. Le Y.; Hou P.; Wang J.; Chen J.-F. Controlled release active antimicrobial corrosion coatings with Ag/SiO2 core shell nanoparticles. Materials Chemistry and Physics Nunes, L.de P.; Lobo, A.C.O. Pintura Industrial na Proteção Anticorrosiva. Editora Interciência Ltda. Rio de Janeiro, 2ª Ed STUDY ON THE EFFICIENCY OF Ag-SiO NANOPARTICLES AS ADDITIVES IN ANTICORROSION COATINGS In this study the effect of adding nanoparticles of Ag-SiO, at the mass fractions of 0.5% and 1.0% in an industrial epoxy based paint, to improve corrosion protection of metals was evaluated. The specimens of ABNT 1020 steel were coated with and without the addition of Ag-SiO nanoparticles. The characterization of the nanoparticles was performed by dynamic light scattering and transmission electron microscopy. Electrochemical tests of open circuit potential (OCP) and impedance spectroscopy (EIS) were realized to evaluation of anticorrosive behavior of the investigated coatings when exposed to 3% w/w NaCl saline solution. Key-words: Ag-SiO; corrosion; electrochemical tests; paint 3099