Estudo da eficiência de proteção contra a corrosão em aço AISI 1020 utilizado na indústria petroquímica empregando revestimentos inteligentes : incorporação de trocadores iônicos do tipo HDL-BTA em matriz epoxídica

Abstract

Resumo: A aplicação de tintas anticorrosivas é um dos métodos mais utilizados na proteção contra corrosão dos metais na indústria petroquímica, devido ao seu excelente custo benefício e a grande efetividade de seus mecanismos de proteção. No entanto, esses revestimentos apresentam um tempo de vida útil relativamente curto quando comparado às necessidades dessa indústria, exposta à ambientes altamente corrosivos. Estudos de proteção ativa, através de revestimentos inteligentes (smart coatings), estão mundialmente em expansão nos últimos anos, visto as limitações no uso das tintas anticorrosivas convencionais. Este tipo de revestimento é aditivado com material ativo, como inibidores de corrosão, encapsulado ou intercalado em micro ou nanopartículas. Os hidróxidos duplos lamelares (HDLs) apresentam eficiente propriedade de troca iônica e têm sido utilizados como "armadilhas" para íons agressivos como os cloretos e, como nanoreservatórios para inibidores de corrosão. Assim, este trabalho teve como objetivo estudar o comportamento anticorrosivo de HDLs, contendo inibidor de corrosão benzotriazol (BTA), adicionados à matriz epoxídica de revestimento anticorrosivo comercial que atende norma PETROBRAS N-2630, em aço AISI 1020. Esse revestimento comercial é formado por resina epóxi curada com endurecedor poliamida e contém inibidor de corrosão fosfato de zinco. Os HDL-BTA foram caracterizados pelas técnicas de microscopia óptica, de varredura e de transmissão. A fim de analisar sua composição foi realizada a técnica de espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier e difração de raios X. A troca iônica entre o inibidor de corrosão, BTA, e os íons agressivos, Cl- , foi evidenciada por espectroscopia de absorção no ultravioleta visível. Para avaliar a proteção contra corrosão do aço carbono AISI 1020 foram realizadas as técnicas eletroquímicas de Potencial de Circuito Aberto (ECA) e Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIE). Os resultados para o revestimento intacto (sem simulação de defeito artificial), com espessura em torno de 290 ?m mostraram que não houve reação/ interação do HDL-BTA com a resina epoxídica e a adição dos nanocontentores lamelares na forma de pasta seca atuou de forma ativa na proteção contra corrosão quando adicionados ao revestimento. O processo de troca iônica foi evidenciado a partir de 25 dias de imersão em meio salino (NaCl 3,5%). Após 100 dias de imersão, a amostra com adição de HDL-BTA apresentou potencial de equilíbrio de - 0,047 V e a resistência de polarização na magnitude de 108 ?. cm², conferindo substancial resistência e proteção contra a corrosão. Ao se avaliar revestimentos com defeito artificial, a ação ativa do HDL-BTA foi evidenciada após 24 h de imersão. Os testes de longa duração, usuais na indústria petroquímica, revelaram que a adição dos HDL-BTA aumentou a proteção ativa do sistema, reduzindo os processos corrosivos à longo prazo. A adição dos nanocontentores conferiu multi função ao revestimento inteligente, proporcionando além da proteção física (resina epóxi) e química (fosfato de zinco) já existente, uma proteção ativa por meio da troca iônica.

Abstract: The application of anticorrosive coatings is one of the most used methods in the protection against corrosion of metals in the petrochemical industry, due to its excellent cost-effectiveness and the great effectiveness of its protection mechanisms. However, these coatings have a relatively short life when compared to the needs of the industry exposed to highly corrosive environments. Active protection studies, through smart coatings, have been expanding worldwide in recent years, given the limitations in the use of conventional anticorrosive paints. This type of coating is added with active material such as corrosion inhibitors, encapsulated or intercalated in micro or nanoparticles. Layered double hydroxides (LDHs) have an efficient ion exchange property and have been used as "traps" for aggressive ions such as chlorides and as nanocontainers for corrosion inhibitors. The objective of this study was to evaluate the anti-corrosion behavior of LDHs containing benzotriazole corrosion inhibitor (BTA), added to the commercial anticorrosion epoxy coating, that meets the PETROBRAS N-2630 standard requirements. Epoxy resin is cured with polyamide hardener and contains zinc phosphate as corrosion inhibitor. LDH-BTA were characterized by optical microscopy, scanning and transmission techniques. To analyze its composition, the technique of infrared spectroscopy with Fourier transform and X-ray diffraction was performed. The ion exchange between the corrosion inhibitor, BTA, and the aggressive ions, Cl-, was evidenced by absorption spectroscopy in the visible ultraviolet light. To evaluate the corrosion protection of AISI 1020 carbon steel, electrochemical Open Circuit Potential (OCP) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) techniques were performed. The results for the intact coating (without artificial defect simulation) with a thickness around 290 ?m showed no reaction / interaction of LDH-BTA with the epoxy resin and the addition of the nanocontainers as dry paste active in corrosion protection when added to the coating. The ion exchange process was evidenced after 25 days of immersion in saline medium (NaCl 3.5%). After 100 days of immersion, the sample with addition of LDH-BTA presented equilibrium potential of - 0,047 V and the polarization resistance in the magnitude of 108 ?.cm², giving substantial resistance and protection against corrosion. For coatings with artificial defect, the active function of LDH-BTA was evidenced after 24 h of immersion. Long-term tests, common in the petrochemical industry, have shown that the addition of LDH-BTA has increased the active protection of the system, reducing corrosive processes in the long run. The addition of nanocontainers gives multi-function to the intelligent coating, providing in addition to the existing physical protection (epoxy resin) and chemical (zinc phosphate), an active protection through ion exchange.