48º CBQ - OBTENÇÃO DE POLÍMERO-HETEROCÍCLICO POR REAÇÃO DE MODIFICAÇÃO QUÍMICA DA PAN E SUA APLICAÇÃO COMO INIBIDOR DE CORROSÃO

ÁREA: Materiais

TÍTULO: OBTENÇÃO DE POLÍMERO-HETEROCÍCLICO POR REAÇÃO DE MODIFICAÇÃO QUÍMICA DA PAN E SUA APLICAÇÃO COMO INIBIDOR DE CORROSÃO

AUTORES: THIAGO, S. C. (UERJ) ; GOMES, H. B. M. A. (UERJ) ; GUIMARÃES, P. I. C. (UERJ)

RESUMO: Atualmente um dos métodos mais utilizados para se obter novos polímeros é através da modificação química de polímeros comerciais. Nesse trabalho foi realizada a modificação química da poliacrilonitrila (PAN) pela incorporação de grupos tetrazóis em sua cadeia polimérica e avaliada sua aplicação como inibidor de corrosão para aço-carbono em meio ácido. Os copolímeros estatísticos de acrilonitrila e 5-vinil-tetrazol foram obtidos com sucesso e apresentaram eficiência na inibição da corrosão para o sistema estudado. Verificou-se também que a taxa de inibição aumentou com o aumento do teor de heterocíclico incorporado na cadeia do polímero.

PALAVRAS CHAVES: polímero; 5-vinil-tetrazol; corrosão

INTRODUÇÃO: Polímeros-heterocíclicos podem ser definidos como quaisquer macromoléculas contendo unidades repetitivas heterocíclicas na cadeia principal, cadeia lateral ou na terminação do polímero (KATRITZKY & REES, 1984). A poliacrilonitrila (PAN) pode ser modificada com heterocíclicos azóicos devido à presença do grupo nitrila em sua estrutura química. Assim grupos tetrazol podem ser incorporados a esse polímero quando alguns grupos nitrila da PAN reagem com NaN3 em presença de NH4Cl, gerando um copolímero estatístico de acrilonitrila e 5-vinil-tetrazol (PVT) (HUNG et al., 2004). A corrosão é um processo químico que acarreta vários problemas ambientais e econômicos. Uma forma de evitar ou retardar a corrosão é o uso de inibidores de corrosão. Em geral, compostos orgânicos possuem uma boa eficiência na proteção anticorrosiva para metais e ligas (GENTIL, 2003). Segundo a literatura (ZUCCHI et al., 1996), tetrazóis são eficientes inibidores para a proteção anticorrosiva de metais e ligas em meio ácido. Isto leva a crer que polímeros contendo esse heterocíclico nitrogenado em sua estrutura química possam ser empregados com bons resultados na inibição de corrosão para operações industriais que empreguem ácidos. Assim, o desenvolvimento e emprego desse novo tipo de inibidor de corrosão poderá resultar em benefícios com uma nova filosofia de uso, principalmente quanto às vantagens da dissolução controlada, da facilidade de embalagem, estocagem, manuseio, transporte e segurança. O objetivo deste trabalho foi estudar a modificação química da poliacrilonitrila pela incorporação de grupos tetrazóis na sua estrutura química nos teores de 1%; 2,5%; 5% e 10%, além de avaliar o desempenho desses polímeros-heterocíclicos como inibidores de corrosão para aço-carbono em meio ácido.

MATERIAL E MÉTODOS: Materiais: Poliacrilonitrila (Mw: 69.000 g/mol); soluções de HCl a 0,5 mol/L, 10% e 0,01 N; solução de NaOH 0,01 N; solução de Clarke; fenolftaleína; NaN3 P.A.; NH4Cl P.A.; NaCl P.A.; acetona P.A.; DMF P.A. Espectrofotômetro de Infravermelho (FTIR) modelo Spectrum One da Perkin-Elmer.
Reação: Em balão de 1 L, contendo 500 mL de DMF, adicionou-se 10 g de PAN. A mistura foi mantida sob agitação por 24 h. Após esse período, adicionou-se ao balão 1,2 g de NaN3 e 1,0 g de NH4Cl e o sistema foi aquecido 80ºC por 12 h. Após a reação, o produto foi precipitado em 1200 mL de água gelada. Em seguida adicionou-se 18 g de NaCl para separar as fases, sendo o sistema mantido sob refrigeração por 48 h. A mistura foi então centrifugada a 3000 rpm por 15 min; o sólido obtido filtrado a vácuo e lavado com 100 mL de HCl 0,5 mol/L e água em excesso. O copolímero obtido foi seco em estufa a 50oC por 24 h.
Ensaios de corrosão: Foram realizados de acordo com a norma técnica NBR 6210 (ABNT, 1987). Os corpos de prova (CP) de aço-carbono foram decapados em solução de Clarke, lavados com água, acetona e secos. As massas dos CP foram determinadas em balança analítica. O PVT, nas concentrações de 500, 1000 e 2000 ppm, foram solubilizados em 50 mL de DMF sob agitação por 24 h e em seguida gotejado sobre 500 mL de uma solução de HCl 10%. O volume da solução foi completado a 750 mL e o sistema deixado sob agitação por 12 h. No recipiente de ensaio, colocou-se 50 mL da solução ácida com PVT e os CP limpos, que foi então fechado e mantido na temperatura e tempo de ensaio. Ao fim do ensaio, o frasco foi aberto e os CP removidos, limpos da mesma forma que antes do ensaio e secos, sendo pesados imediatamente. Os ensaios de corrosão dos brancos foram realizados da mesma forma, mas sem a adição do polímero.

RESULTADOS E DISCUSSÃO: As modificações químicas da PAN foram realizadas em solução (DMF), após sua total solubilização sob agitação magnética por 24 h, sendo o sistema mantido a temperatura constante por 800C durante 12 h (Figura 1).

Figura 1 – Reação de modificação química da PAN

Os espectros de FTIR dos copolímeros obtidos apresentaram absorções semelhantes em todos os espectros. Verificou-se nos espectros, uma banda intensa em aproximadamente 3436 cm-1 referente ao estiramento da ligação -N-H existentes no heterocíclico. Além disso, também foram encontradas bandas em 1635 cm-1 e 1455 cm-1 que corresponde, respectivamente, aos estiramentos das ligações -C=N e -N-N, que são ligações características do anel do tetrazol. Foram observadas também bandas em 2941 cm-1 e 2244 cm-1, referentes às ligações -C-H de metileno e -CN do grupo nitrila, também comuns a PAN.
A Figura 2 mostra o comportamento do inibidor de corrosão polimérico com diferentes teores de grupos tetrazol incorporados. Apesar de não se constatar um comportamento linear para o efeito de inibição, verificou-se que a taxa de corrosão diminuiu à medida que se aumentou o teor do heterocíclico incorporado na PAN. Esses resultados indicaram que com 10% de incorporação de tetrazol se obteve o melhor sistema para inibir a corrosão no meio estudado, principalmente ao se aumentar a concentração de inibidor polimérico no meio.

Figura 2 – Taxa de corrosão para aço-carbono em meio ácido na presença do PVT

CONCLUSÕES: De acordo com os resultados obtidos foi possível verificar que a poliacrilonitrila foi modificada com sucesso incorporando grupos tetrazóis em diferentes teores. Os espectros de FTIR dos copolímeros obtidos confirmaram a reação de modificação química. Nesse estudo verificou-se que todos os copolímeros obtidos atuaram como inibidores de corrosão para aço-carbono em meio ácido a temperatura ambiente, apresentando taxas de corrosão inferiores ao do sistema sem inibidor. O aumento do teor do heterocíclico incorporado no copolímero, nas condições de ensaio estudadas, levou a uma maior eficiência de inibição da corrosão para aço-carbono em meio ácido.

AGRADECIMENTOS: A FAPERJ pelo apoio financeiro; a Sudamericana de Fibras Brasil Ltda. pela doação da PAN e ao CETREINA/SR-1/UERJ pela bolsa PIBIC de Iniciação Científica.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA: ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. 1987. Preparo, limpeza e avaliação da taxa de corrosão de corpos-de-prova em ensaios de corrosão. NBR 6210.
GENTIL, V. 2003. Corrosão. 4. ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos.
HUNG, M. R.; LI, X. G.; LI, S. X.; ZHANG, W. 2004. Resultful sunthesis of polyvinyltetrazole from polyacrylonitrile. Reactive and Functional Polymers, 59: 53-61.
KATRITZKY, A. R.; REES, C. W. 1984. Comprehensive heterocyclic chemistry: the struture, reactions, synthesis and uses of heterocyclic compounds. v. 5. Oxford: Pergamon.
ZUCCHI, F.; TRABANELLI, G; FONSATI, M. 1996. Tetrazole derivatives as corrosion inhibitors for copper in chloride solutions. Corrosion Science, 38: 11: 2019.