MODIFICAÇÃO DE ARGILA BENTONITA E APLICAÇÃO COMO NANOCARGA EM REVESTIMENTO ANTICORROSIVO

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Materiais

Autores

Isidorio, D.K.M. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Pinto, L.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Souza, T.D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI) ; Rodrigues, A.W.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CARIRI)

Resumo

A utilização de polímeros como revestimento anticorrosivo tem recebido atenção especial devido aos inúmeros resultados positivos obtidos. Além disso, a mistura desses com cargas inorgânicas para formação de nanocompósitos tem chamado atenção para essa área. Com isso, o trabalho busca avaliar a influência das argilas bentonitas nacional e importada nas propriedades anticorrosivas da resina epóxi. Para tanto, realizou-se a modificação da argila nacional por técnica de troca de íons, essa e a importada foram caracterizadas e incorporadas no epóxi, os ensaios de corrosão foram realizados por câmara de névoa salina. Os resultados apontaram que a argila modificada apresenta bom potencial como nanocarga, porém, a adição de ambas as argilas não influenciou nas propriedades anticorrosivas do epóxi.

Palavras chaves

Argilas bentonitas; Nanocompósitos; Corrosão.

Introdução

Dentre as inúmeras possibilidades de proteção contra os processos corrosivos atualmente em materiais, os métodos de revestimento anticorrosivo com polímeros constituem-se como uma solução fácil e de baixo custo, tornando-se bastante atraente para essa aplicação. Nos últimos anos os materiais poliméricos têm sido amplamente utilizados em aplicações industriais, especialmente em revestimentos de tubulações (GUERMAZI et al., 2008; NIU e CHENG, 2008). Mais recentemente, a utilização de nanocompósitos poliméricos tem despertado grande interesse científico e tecnológico, isso por que a presença de nanoreforços em pequenas concentrações, geralmente ente 1 e 5% provocam melhorias consideráveis nas propriedades físico-químicas da matriz polimérica, além de promover a redução do peso final quando comparado com compósitos tradicionais, o que possibilita criação de novas aplicações para os polímeros (FIEDLER et al., 2006; KIM et al., 2010). Os nanocompósitos formados por matrizes poliméricas e argilas modificadas, como a bentonita, têm recebido atenção especial devido às inúmeras vantagens obtidas, tais como: aumento de resistência à tração e ao impacto, resistência à chama e resistência à permeação de gases, que podem ser alcançados com quantidades pequenas de argila organofílica, enquanto que as cargas convencionais, minerais ou fibras de vidro, necessitariam de quantidades maiores em massa. A melhoria das propriedades está relacionada com a grande interação das moléculas de polímero na interface polímero/argila (VAIA et al., 1996). Para obter argilas compatíveis com as matrizes poliméricas, devem ser transformadas em organofílicas. Geralmente, pode-se obter a organofilização através de diversas rotas de modificação da argila. A síntese de argilas bentoníticas organofílicas é geralmente realizada há décadas pela técnica de troca de íons. Por meio dela, é feita a modificação superficial da argila com a substituição dos cátions presentes nas galerias da argila, geralmente o Na+. Estes cátions monovalentes são mais facilmente trocáveis por cátions orgânicos de sais quaternários de amônio ou mesmo outros tipos de sais, em solução aquosa. A intercalação de espécies orgânicas em esmectitas é um modo de se construir conjuntos inorgânico-orgânicos com microestruturas únicas que são controladas por interações hospedeiro-hóspede e hóspede-hóspede (KAKEGAWAA e OGAWA, 2002; SAUJANYA e RADHAKRISHNAN, 2001). Dessa maneira a argila bentonitínica passa de hidrofílica para organofílica. Quando se tem uma efetiva organofilização a argila torna-se compatível com grupos poliméricos, assim podendo ser usada como nanocargas para a fabricação de nanocompósitos. Uma das resinas utilizadas como revestimento anticorrosivo são as epoxídicas, essas apresentam excelente resistência química na presença de solventes, alta resistência à tração e compressão, baixa retração pós-cura, baixo custo e facilidade no processamento. Todavia, devido à formação de estruturas altamente reticuladas após a cura são consideradas frágeis. Na buscar de contornar esses inconvenientes são utilizados reforços dispersos no seu interior (RAFIEE et al., 2009; DA SILVA et al., 2013). Nesse sentido, o presente trabalho tem como objetivo principal a avaliação da adição e do tipo de argila bentonita (nacional e importada) como nanocarga na resina epóxi, com intuito de desenvolver nanocompósitos poliméricos para utilização como revestimento anticorrosivo. Faz parte também do trabalho a modificação e caracterização da argila bentonita nacional utilizando tensoativo para torná-la organofílica.

Material e métodos

As argilas utilizadas foram a argila nacional comercial BRASGEL PA (sódica ativada) com capacidade de troca de cátions (CTC) de 90 meq/100g. E a internacional comercial Cloisite 20 A, naturalmente sódica e CTC de 92,6 meq/100g de argila. A matriz polimérica utilizada foi a resina epoxídica, comercialmente conhecida por Araldite-1556, um agente de cura anidrido e um acelerador/iniciador de reação. Além disso, foi utilizado um tensoativo para organofilização. A argila comercial BRASGEL PA organofílica (BRASGEL PA ORG WB) foi obtida com o tensoativo iônico utilizando a metodologia de RODRIGUES, (2006). Para tanto, foram preparadas dispersões contendo 500 mL de água destilada e 20,08g de argila, mantida por 20 minutos sob agitação. Em seguida, adicionou-se uma solução contendo água destilada e tensoativo e mantido também sob agitação por mais 30 minutos. Após término, a solução foi mantida à temperatura ambiente em repouso por 24 h. Logo após o material obtido foi lavado com água destilada e filtrado. Os aglomerados obtidos foram secos em estufa a 60ºC, por 48 h, desagregados e peneirado com malha n° abertura de 0,074mm para posteriormente serem caracterizados. Foram confeccionados 6 corpos de prova com teores de 1, 2 e 3% de argila para cada uma das misturas: epóxi/ BRASGEL PA ORG WB e epóxi/argila Cloisite 20A, as quais foram expostos ao ensaio de câmara salina. Para a confecção dos mesmos, as argilas passaram por ajuste de granulometria para apresentarem 2µm. Posteriormente, realizada a mistura em agitador mecânico, por 30 minutos. Chapas metálicas de aço 1006 foram revestidas com nanocompósitos epóxi/argila. Antes da aplicação dos revestimentos, foi realizada uma limpeza nas superfícies metálicas com intuito de remover a “carepa” de laminação, ferrugem ou vestígios de graxas ou óleos. As superfícies foram lixadas com lixas de 400 e 600 mesh, seguido de polimento com pasta de diamante de 3 e 1 microns. Posteriormente aplicado solvente acetona P.A. ((CH3)2CO) e aplicando o revestimento do nanocompósito epóxi/argila com espessura de 5 mm. A caracterização seguiu análises de Difração de Raio-X - DRX as quais foram conduzidas em aparelho XRD-6000 Shimadzu utilizando radiação Cu K do cobre, tensão de 40KV, corrente de 30mA, varredura entre 2 a 30 graus e velocidade de varredura de 2º/min. As análises químicas das argilas foram realizadas por fluorescência de raios-X pelo método semi- quantitativo, em forma de pó, sob atmosfera de hélio em equipamento EDX 720 da Shimadzu. As análises de Espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier -FTIR das argilas bentonitas foram realizadas em um espectrômetro de infravermelho de marca AVATAR TM 360ESP Nicolet e com varredura de 4000 a 400 cm-1. O ensaio de névoa salina foi realizado no equipamento SS600G1, Câmara Salina de Corrosão Acelerada Cíclica da Equilam. A câmara estava internamente a temperatura ambiente e as amostras foram expostas a névoa com concentração de 5% de NaCl, durante 120 h.

Resultado e discussão

A composição química das argilas Brasgel PA e Closite 20A, estão mostradas na figura 1a. Através desse resultado, observa-se que as argilas apresentaram um teor de SiO2 similar. Para o Al2O3, a argila Brasgel PA apresenta teor inferior em relação à Cloisite 20A a qual apresenta-se com 23,34% de Al2O3. Para o Fe2O3, pode-se observar diferenças significativas entre as duas argilas, a Brasgel PA apresenta teor elevado, evidenciado visualmente pela cor mais escura e a Closite 20A apresentando uma cor mais clara (creme). Para os teores de CaO, esta última apresenta-se com valores baixos, diferentemente da Brasgel PA. Os teores de MgO apresentam-se similares em ambas. Observa-se ainda a presença do sódio nas duas argilas. Para a Brasgel PA o Na2O deve-se ao processo industrial de aditivação com carbonato de sódio tornando-a sódica, pois a mesma apresentava uma natureza policatiônica; já a Closite 20A apresenta-se na forma sódica em sua composição naturalmente. O K2O, outros óxidos e PR encontram-se em concentrações baixas e presentes nas amostras de forma similar. De maneira global verificam-se que as argilas estudadas possuem composição química típica das argilas bentoníticas (SANTOS, 1992; CAMPOS, 2007). Os espectros de absorção na região do infravermelho das argilas: Brasgel PA e BRASGEL PA ORG WB com o tensoativo iônico, estão apresentados na Figura 1b. Pode-se observar que as amostras das argilas Brasgel PA apresentaram absorções a 3425 e a 3637 cm-1, características da presença de hidroxilas; a 1633 cm-1, características de água adsorvida; a 1007 cm-1, característica das ligações Si-O-Si e nas faixas de 900, 767 e 441 cm-1, características das camadas octaédricas. Para as amostras modificadas com os tensoativo iônico, observa- se também absorções entre 2836 e 2920 cm-1, referente à presença do grupo CH2 e a 1461 cm-1 referentes a deformação angular assimétrica de grupos (CH3)4N+. Estes resultados estão de acordo com os resultados obtidos por outros autores que utilizaram a mesma argila e o mesmo método de organofilização (RODRIGUES, 2006). A Figura 1c apresenta os difratogramas das argilas não modificadas e a modificada. Os resultados mostram que populações com diferentes espaçamentos basais são observadas para as diferentes argilas bentonitas, e que o espaçamento basal pode aumentar de acordo com o tensoativo utilizado na síntese da argila. Para a argila BRASGEL PA ORG WB foi observado três populações de espaçamentos basais, na argila Cloisite 20A pode-se verificar apenas duas populações. Pode-se notar também que o tipo de tensoativo utilizado na organofilização da Brasgel PA influenciou diretamente no valor do espaçamento basal e está relacionada ao comprimento da cadeia alquílica do tensoativo. Isso porque o mesmo tem em sua estrutura química: 2 caudas com predominância de 18 átomos de Carbono; 2 grupos CH3. A Figura 2 apresenta o aspecto visual das amostras de revestimentos de nanocompósitos epóxi/ BRASGEL PA ORG WB e Epóxi/ Closite com teores de argila de 1 a 3%, após 120 horas de exposição em câmara de névoa salina. Observou-se um comportamento semelhante em ambos os sistemas obtidos com as argilas, ou seja, apresentaram grau de corrosão nas superfícies metálicas entre 10 e 5, que segundo classificação ASTM D 610 (1989), corresponde a um grau de enferrujamento de 0 a 3% de suas superfícies corroídas. Verificando assim, que não houve influência do tipo de argila utilizado na confecção dos nanorevestimentos, bem como, o teor de argila utilizado nas propriedades anticorrosivas.

a) Composição química da Brasgel PA e Closite, b) Espectros no infravermelho das argilas Brasgel PA e organofílica, c) Difratograma das três argilas.


Aspecto visual do revestimento de nanocompósitos a) Epóxi/ BRASGEL PA ORG WB, b) Epóxi/Cloisite com teor de argila de 1, 2 e 3%.

Conclusões

Com base nos resultados desse trabalho pode-se verificar que a metodologia utilizada para organofilização das argilas mostrou-se eficiente, o que permitiu a intercalação do tensoativo nos espaços interlamelares da argila Brasgel PA tornando-a organofílica, resultado comprovado pelos ensaios de difração de raios e espectroscopia de absorção no infravermelho. Através do ensaio de corrosão em câmara de névoa salina concluiu-se que não houve influência do tipo de argila utilizado na confecção dos nanorevestimentos, bem como, o teor de argila utilizado nas propriedades anticorrosivas.

Agradecimentos

Referências

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fluidos de poços de petróleo. Tese de Doutorado apresentada ao Curso de
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