A seguir há trechos de um artigo que foi publicado na edição de janeiro de 2022 do European Coatings Journal escrito pela Dra. Cathy Cooper, cientista de aplicações na Lubrizol.
A corrosão de superfícies metálicas pode ser um problema significativo para a sustentabilidade, reduzindo o ciclo de vida do produto e desperdiçando a energia e os recursos que foram investidos na produção da estrutura metálica. Isso tem um impacto econômico direto: um relatório pela Associação Nacional de Engenheiros de Corrosão (NACE) estima o custo mundial de corrosão em US$ 2,5 trilhões, totalizando 3,4 % do produto interno bruto global(1). Os custos podem ser divididos em dois tipos: corretivos e preventivos. Custos corretivos incluem horas de trabalho e materiais para substituição de itens corroídos, bem como produtos perdidos como resultado de vazamentos ou acidentes envolvendo infraestrutura corroída. Custos preventivos incorporam métodos para reduzir a corrsão de superfícies de metal, incluindo a opção de aplicar um revestimento de superfície.
Corrosão é um processo químico ou eletroquímico entre um metal e o ambiente circundante, que causa deterioração da superfície(2). As informações a seguir têm como foco as superfícies de aço em que o ferro age como o ânodo.
O papel de um revestimento de proteção é fornecer uma barreira entre o ânodo e o cátodo ou eletróito circundante. Um sistema de revestimento ideal precisa ser impermeável a água e oxigênio e não permitir transporte de íons pela camada de revestimento. Uma vez que um revestimento de proteção é projetado para formar uma barreira entre a superfície de metal e o ambiente circundante, a natureza deste ambiente também deve ser considerada. Tradicionalmente, revestimentos de proteção para áreas com as condições mais rigorosas eram proporcionados por sistemas de base solvente de múltiplas camadas, mas tem havido um aumento nas pesquisas sobre revestimentos alternativos que possuem um conteúdo orgânico volátil (VOC) menor(3). Uma forma de reduzir o VOC de um revestimento é empregar um sistema de base de água.
A necessidade de dispersão superior
Cientistas da Lubrizol investigaram como revestimentos direto no metal (DTM) à base de água podem ser otimizados para aumentar seu uso por toda a gama de ambientes de corrosão e para desenvolver uma tecnologia inovadora para aplicações de revestimento DTM à base de água.
Os principais componentes de uma formulação de revestimento à base de água são o ligante de resina polimérico, o pigmento e um dispersante para garantir que o pigmento permaneça estabilizado o suficiente no sistema. Otimizar o dispersante renderá um filme seco sem defeitos e uniforme no qual o pigmento tem um tamanhho de partícula adequado e não é aglomerado. Um revestimento no qual o pigmento está bem disperso o suficiente é essencial para entregar desempenho de corrosão aceitável.
Para investigar o desenvolvimento de uma tecnologia de dispersante de revestimento à base de água DTM inovadora, os cientistas da Lubrizol aplicaram seu conhecimento profundo de vias de corrosão e dispersão. O objetivo era desenvolver dispersantes para a linha de produtos Solsperse™ Hyperdispersants que equilibrariam desempenho de dispersão com resistência à corrosão inerente.
A avaliação
Cientistas produziram várias fórmulas à base de água. Para avaliar o desempenho, o impacto de um dispersante em propriedades de corrosão foi avaliado por meio de espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) e exposição a maresia. Um pigmento de dióxido de titânio rutílico foi utilizado, com uma carga de pigmento de base de fresagem de 63,3 % e um agente dispersante em peso de pigmento (AOWP) de 2,7 %, a menos que estipulado em contrário. A concentração volumétrica de pigmento foi de 11 % e o brilho desta formulação foi de aproximadamente 85 a 60°.
Uma vez que as formulações tenham sido produzidas, elas foram revestidas em painéis de aço "QPanel" S-46 com o auxílio de um aplicador de reservatório de 10 ml. Isso rendeu um revestimento final de aproximadamente 85 μm de espessura, com 0,85 % de dispersante no filme após ter secado em temperatura ambiente por uma semana. Esses painéis foram utilizados intactos para medições de EIS realizadas em temperatura ambiente com uma solução de cloreto de sódio de 5 % por peso.
Uma formulação de triagem, na qual a resina de acrílico não foi otimizada para resistência à corrosão, foi utilizada para os estudos de EIS. Esses experimentos forneceram dados sobre em que medida o revestimento nos painéis proporcionou uma barreira ao transporte iônico. Essa técnica mede a resistência elétrica do revestimento em diferentes frequências e aplica-se modelagem matemática para obter um valor de resistividade, Rp. Um Rp maior denota um revestimento melhor.
O painel sem dispersante apresentou algum crescimento de marcas e bolhas ao redor das marcas, mas também bolhas e defeitos de filme significativos na área do campo.
A análise dos dados da EIS também revelaram que o dispersante inovador rendeu uma resistividade de 4,35 x 106 ohm/cm2 após 10 dias de exposição à solução salina, comparado ao valor padrão de mercado de 7,21 x 105 ohm/cm2. Isso indica significativamente menos transporte de íons através do revestimento que continha o dispersante e, portanto, menos corrosão.
Para a melhor resistência à corrosão, a otimização da estrutura do dispersante é necessária em adição à otimização do nível de carregamento. Observou-se que a tecnologia de dispersante inovadora permitiu fresagem do dióxido de titânio a 5 % de agente em peso de pigmento na formulação de triagem de corrosão, rendendo uma resistividade de 7,95 x 106 ohm/cm2. O impacto de tal inibição de transporte iônico no filme no desempenho de corrosão pode ser claramente observado nas imagens abaixo, que mostram o filme após quatro dias de exposição à solução salina. O padrão de mercado exibe bolhas e óxido superficial significativos, mesmo após a otimização do carregamento.
Excelente resistência à corrosão
Os resultados dos painéis de corrosão totalmente formulados foram analisados após quatro semanas de exposição à maresia. O painel sem dispersante mostrou algum crescimento de marcas e bolhas ao redor das marcas, mas também bolhas e defeitos de filme significativos na área do campo. Isso se deveu à estabilização insuficiente da dispersão do pigmento neste sistema e não renderia um filme de tinta adequado para uma aplicação direto ao metal. O painel com o dispersante padrão de mercado mostra uma deterioração significativa do desempenho de corrosão com relação ao painel sem qualquer aditivo de dispersante. Isso potencialmente se deve à natureza hidrofílica dos grupos estabilizadores de um dispersante. A qualidade do filme melhorou muito comparado ao painel sem dispersante, mas as bolhas se estenderam para longe das marcas. A marca em si cresceu como resultado da corrosão durante o curso da exposição de quatro semanas, rendendo um crescimento de marca final de 2,19 mm.
O painel com o dispersante inovador mostra uma melhora significativa comparado ao padrão de mercado em termos de corrosão e comparado ao painel sem dispersante em termos de propriedades de filme. Apesar de haver algumas bolhas ao redor da marca, essas são menos numerosas que para o padrão de mercado. O crescimento da marca foi de somente 0,90 mm e não houve efeitos adversos nas propriedades de filme. No geral, o dispersante inovador gerou um bom equilíbrio de propriedades de filme adequadas e resistência à corrosão.
(1) Estudo de Medidas Internacionais de Prevenção, Aplicação e Economia de Tecnologias de Corrosão de março de 2016
(2) Revie, R. Winston. Corrosion and corrosion control: an introduction to corrosion science and engineering. John Wiley & Sons, 2008
(3) Faccini, Mirko, et al. Environment ally Friendly Anticorrosive Polymeric Coatings, Applied Sciences 11.8 , 2021, 3446
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