Revestimentos inteligentes sustentáveis de quitosana e LDH carregados com inibidores naturais para proteção contra corrosão da liga de Mg AZ31

Abstract

O magnésio é um metal altamente atrativo para diversas áreas, com aplicações que vão desde a indústria automobilística até o campo biomédico. O maior desafio para o uso de ligas de magnésio está na sua baixa resistência à corrosão. Na indústria, é fundamental que essas ligas não corroam significativamente no ambiente de aplicação, enquanto em aplicações biomédicas é importante que a corrosão ocorra de forma controlada. Existem vários métodos comerciais que conseguem controlar a corrosão de ligas de magnésio de forma eficiente, mas é escassa a utilização de produtos sustentáveis que não causem prejuízo ao meio ambiente. Nesta tese foram desenvolvidos revestimentos inteligentes sustentáveis à base de quitosana e hidróxidos duplos lamelares (LDH), carregados com ácidos naturais, para aumentar a resistência à corrosão da liga de magnésio AZ31. O LDH foi sintetizado pelo método de co-precipitação, carregado com inibidores naturais (ânions vanilato, galato e citrato) por um processo de troca aniônica e caracterizado por várias técnicas, como microscopia eletrônica de varredura (MEV), espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), difração de raios X (DRX) e análise termogravimétrica. A cinética de liberação do inibidor foi investigada em diferentes pHs, e os resultados mostraram taxas de liberação maiores à medida que o pH aumentava. A resistência à corrosão oferecida pelos revestimentos inteligentes sustentáveis foi determinada por espectroscopia de impedância eletroquímica e testes de desprendimento de hidrogênio em ambiente marinho simulado e em urina artificial, enquanto a morfologia do revestimento antes e após os ensaios de corrosão foi analisada por MEV e microscopia óptica, respectivamente. Os resultados de impedância, em ambos os ambientes, demonstraram que a presença do LDH na matriz polimérica da quitosana aumentou a resistência à corrosão da liga de magnésio AZ31 e que a liberação controlada dos íons galato teve influência positiva no comportamento anticorrosivo do revestimento. Foi observado também que o revestimento possui maior eficiência em ambiente marinho simulado, com impedâncias iniciais chegando a 10^5 O cm², comparado com as amostras em urina simulada, que tiveram valores iniciais de impedância de 10^3 O cm².

Abstract: Magnesium is a highly attractive metal for various fields, with applications ranging from the automotive industry to biomedical uses. The main challenge for the use of magnesium alloys lies in their low corrosion resistance. In industry, it is essential that these alloys do not corrode significantly in the application environment, while in biomedical applications it is important that the corrosion occurs in a controlled manner. There are several commercial methods that efficiently control the corrosion of magnesium alloys, but the use of sustainable products that do not harm the environment is scarce. In this thesis, sustainable intelligent coatings based on chitosan and layered double hydroxides (LDH), loaded with natural acids, were developed to enhance the corrosion resistance of the AZ31 magnesium alloy. The LDH was synthesized by the co-precipitation method, loaded with natural inhibitors (vanillate, gallate, and citrate anions) through an anion exchange process, and characterized by various techniques, such as scanning electron microscopy (SEM), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), and thermogravimetric analysis. The inhibitor release kinetics were investigated at different pH levels, and the results showed higher release rates as the pH increased. The corrosion resistance provided by the sustainable intelligent coatings was determined by electrochemical impedance spectroscopy and hydrogen evolution tests in simulated marine environment and artificial urine, while the coating morphology before and after corrosion tests was analyzed by SEM and optical microscopy, respectively. The impedance results in both environments demonstrated that the presence of LDH in the chitosan polymer matrix increased the corrosion resistance of the AZ31 magnesium alloy and that the controlled release of gallate ions had a positive influence on the anticorrosive behavior of the coating. It was also observed that the coating has higher efficiency in a simulated marine environment, with initial impedances reaching 10^5 O cm², compared to samples in simulated urine, which had initial impedance values of 10^3 O cm².