Investigação de revestimentos à base de resina epóxi e hidróxidos duplos lamelares na prevenção à corrosão de aço carbono 1010 expostos a intemperismos artificial e natural

Orientador: Prof. Dr. Kleber Franke PortellaCoorientadora: Prof.a. Dr.a Mariana d’Orey Gaivão Portella BragançaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais – PIPE. Defesa : Curitiba, 08/03/2021Inclui referências: p. 117-132Resumo: Ligas de aço carbono possuem uma vasta gama de utilização, pois apresentam baixo custo de produção. Porém, essas ligas são suscetíveis a corrosão, quando expostas a atmosfera. O processo corrosivo depende de uma série de fatores, como o tempo de superfície úmida, o pH do eletrólito, a temperatura ambiente e demais condições de exposição, os poluentes atmosféricos, entre outros. Uma estratégia utilizada no controle da corrosão é a utilização de revestimentos orgânicos, pois funcionam como uma barreira entre o metal e o meio. As propriedades de barreira (proteção passiva) também funcionam inibindo o deslocamento de íons agressivos até a superfície metálica. Durante a vida útil do sistema, no entanto, essa propriedade pode ser alterada, levando a falhas no revestimento, consequentemente expondo o substrato metálico e iniciando o processo corrosivo. A fim de estender a vida útil desses materiais e melhorara a eficiência de proteção, vem sendo estudados revestimentos que permitem a proteção ativa de superfícies metálicas. São adicionados a esses revestimentos, nano e microrreservatórios que possuem, intercalados em suas lamelas, um inibidor de corrosão. Os hidróxidos duplos lamelares (LDH) são denominados compostos do tipo hidrotalcita, que são permutadores de íons. Estruturalmente, consistem em lamelas de hidróxido de metais misturados, separadas por ânions e moléculas de água. Com a exposição a meios agressivos, os LDHs tendem a trocar íons com o meio, capturando o íon agressivo e liberando o inibidor de corrosão intercalado nas lamelas. Assim, essa pesquisa teve como objetivo investigar o multiestressamento de origem ambiental, natural e artificial, de revestimentos epoxídicos, contendo LDH intercalado com inibidor de corrosão nitrito. Foram investigados LDH do tipo Zn-Al-NO2. Quando livre em solução proporcionou a formação de um óxido compacto e insolúvel na superfície do aço carbono, o que não ocorreu na amostra de referência, que apresentou um óxido solúvel, que ocasionou na perda de massa do metal. Os LDH foram, então, adicionados em revestimentos epoxídicos na proporção de 5% (m/m). Esses revestimentos foram expostos em solução de NaCl, com diferentes espessuras, e avaliados pela técnica de EIS, quanto as suas propriedades de barreira. Foram expostas, também, placas de aço carbono revestidas com resina epóxi e resina epóxi com LDH de Zn-Al-NO2 em câmara de nevoa salina, sulfato e weather O-meter, para avaliar o comportamento desses materiais em campo e para adicionar os dados em um modelo de rede neural artificial (ANN). As placas, também, foram expostas em cinco localidades no Pará e no Maranhão, obtendo-se dados para alimentar a ANN, juntamente com os parâmetros meteorológicos obtidos para cada localidade. Pela análise dos resultados obtidos pela técnica de EIS, (laboratório e campo) constatouse que a adição de LDH no revestimento aumentou a proteção ativa do sistema de pintura. O resultado do modelo de ANN, mostrou que a adição de LDH em revestimento epoxídico foi viável e que o LDH proporcionou um aumento da vida útil de 1,1 vez, quando comparado com a amostra de referência, desses materiais em campo. Palavras-chave: Proteção Contra a Corrosão. Aço Carbono 1010. Espectroscopia de Impedância Eletroquímica. Hidróxidos Duplos Lamelares. Nitrito.Abstract: Carbon steel alloys have a wide range of use, because they present a low production cost. However, these alloys are corrosion susceptible when exposed to the atmosphere. The corrosion process depends on a series of factors such as time of wet surface, electrolyte pH, temperature, exposure condition, atmospheric pollutants, among others. An utilized strategy on the corrosion control is the application of organic coatings, because they work as a barrier between the metal surface and the environment. The barrier properties (passive protection) also limit the reaching of aggressive ions until to the metallic surface. However, during lifetime of these materials, their properties can be altered, leading to coating failure, consequently exposing the metallic substrate and starting the corrosion process. In order to extend the lifetime and improve the protection efficiency of these materials, coatings that allow the active protection to metallic surfaces have been studied. Nano and microcontainers that possess corrosion inhibitors intercalated between layers are added to this coating. The double layered hydroxides (LDH) are denominated hydrotalcite-like compounds and they are ions exchangers. Their structure consists in layers of mixed metal hydroxides, separated by anions and water molecules. In aggressive environments, the LDHs exchange ions with the media, capturing the aggressive ions and releasing the corrosion inhibitor. Thus, the present research has as objective investigation of natural, artificial and environmental multistressing of coating with and without LDH intercalated with nitrite corrosion inhibitors (Zn-Al-NO2). Were investigated LDH Zn-Al- NO2 like. The free LDH in solution provided the formation of a compact and insoluble oxide on carbon steel surface, which did not occur in the reference sample. In this case, a soluble oxide was found instead, leading to mass loss. The LDH were added to epoxy matrix in the proportion 5 wt%. This coating was exposed to a NaCl solution, with different coating thicknesses, and evaluated by the EIS technique, as for their barrier properties. Plates of coated carbon steel with epoxy resin and epoxy resin with LDH Zn-Al-NO2 were also exposed in salt spray, sulfate and weather o-meter chambers, to evaluate the behavior of these materials in conditions close to field conditions and to add data in an artificial neural network (ANN) model. The samples were also exposed in five locations on Pará and Maranhão and these data were also used to feed the ANN, together with the meteorological data, obtained for each location. The data obtained by EIS technique (laboratory and field) revealed that the addition of LDH to the coating increased the active protection of the painting system. The ANN results showed that the LDH addition to an epoxy coating was feasible and that the LDH provided a 1.1 time increase in the useful life of these materials in the field. Keywords: Corrosion Protection. 1010 Carbon Steel. Electrochemical Impedance. Spectroscopy. Layered Double Hydroxides. Nitrite