Estudo de revestimento anticorrosivo polimérico aditivado com nanoplaquetas de grafeno e óleo essencial de manjericão

Abstract

Os prejuízos causados com processos de corrosão afetam diversos setores industriais e o meio ambiente. No Brasil, são gastos aproximadamente 10 bilhões de dólares com reparos em estruturas metálicas que foram acometidas com a corrosão. A corrosão é um processo espontâneo, em que a degradação do material ocorre por meio de reações de oxirredução com o meio que está exposto. Existem diversos métodos de proteção e inibição ao processo de corrosão, eles podem ser modificações em superfícies e ambientes, uso de inibidores ou ainda uso de revestimentos orgânicos, inorgânicos e metálicos. Sendo assim, esse trabalho tem foco no uso de revestimentos orgânicos como proteção anticorrosiva por meio da a incorporação de uma nanoemulsão contendo óleo essencial de manjericão e nanoplaquetas de carbono. As tintas à base epóxi são muito utilizadas na indústria, mas essas podem ainda ser combinadas a outros materiais como os nanomateriais a base de carbono e óleos essenciais como inibidores de corrosão a fim de potencializar o efeito anticorrosivo. Foram avaliadas concentrações de nanoaditivação de 10% e 20% (m/m). As caracterizações utilizadas nesse trabalho envolveram ensaios para estudo da morfologia, da estabilidade da emulsão, das propriedades térmicas, molhabilidade e de comportamento anticorrosivo. Os revestimentos obtidos foram caracterizados por técnicas físico-químicas, morfológicas e térmicas, incluindo espectroscopia no infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), microscopia eletrônica de varredura (MEV), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise termogravimétrica (TGA). A estabilidade da emulsão foi avaliada por Microscopia óptica (MO) e o tamanho das partículas da nanoemulsão foram avaliadas por espalhamento dinâmico de luz (DLS), enquanto as propriedades superficiais dos revestimentos foram investigadas por medidas de ângulo de contato. A eficiência anticorrosiva foi analisada por meio de ensaios eletroquímicos, como potencial de circuito aberto (OCP) e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS), em solução aquosa de NaCl 3,5% (m/v). Os resultados demonstraram que a nanoaditivação da tinta epóxi promoveu alterações significativas nas propriedades do revestimento, destacando-se o aumento da hidrofobicidade, evidenciado pelo incremento do ângulo de contato, especialmente para a formulação com 20% (m/m) de nanoaditivo. O ensaio de FTIR mostrou picos característicos de tinta epóxi para as amostras analisadas, mostrando que a nanoaditivação não alterou a estrutura principal da matriz. Os resultados de MEV referente a morfologia, confirmaram o ensaio de FTIR, com a matriz prevalecendo, enquanto na maior quantidade de nanoaditivação (20% m/m) pode-se observar estruturas que sugerem a presença de nanoplaquetas na superfície do filme. A emulsão se manteve estável mesmo após os 24 dias, com tamanho de partículas de 910 ± 70 nm com índice de polidispersão (PDI) de 0,698, medidos por DLS. O ensaio de TGA indicou que a nanoaditivação de 10% e 20% (m/m) não alterou significativamente o conteúdo geral do sistema, mantendo todos os gráficos com similaridade, já no DSC a nanoaditivação aumentou os valores de picos endotérmicos sugerindo alteração do comportamento térmico, aumentando a energia necessária para a reorganização à medida que aumenta a carga do nanoaditivo. Os ensaios eletroquímicos indicaram uma melhora no desempenho anticorrosivo dos revestimentos aditivados, associada à maior resistência à transferência de carga e à formação de uma barreira mais eficiente contra a penetração de espécies agressivas. Assim, conclui-se que a incorporação de nanoplaquetas de grafeno e óleo essencial de manjericão em revestimentos epóxi à base de água representa uma estratégia promissora para o desenvolvimento de sistemas anticorrosivos sustentáveis e de alto desempenho.

Abstract: The damage caused by corrosion affects various industrial sectors and the environment. In Brazil, approximately 10 billion dollars are spent on repairs to metallic structures affected by corrosion. Corrosion is a spontaneous process in which material degradation occurs through redox reactions with the environment to which it is exposed. There are several methods for protection against and inhibition of corrosion, including surface and environmental modifications, the use of inhibitors, and the application of organic, inorganic, or metallic coatings. Therefore, this study focuses on the use of organic coatings as anticorrosive protection. Epoxy-based paints are widely used in industry, but they can be combined with other materials to enhance their anticorrosive effect, such as carbon-based nanomaterials and essential oils as inhibitors. In this work, the incorporation of a nanoemulsion containing basil essential oil and carbon nanoplatelets was investigated to enhance the anticorrosive effect of epoxy paint, evaluating nanoaditive concentrations of 10% and 20% (w/w). The characterizations used in this study involved tests to analyze morphology, emulsion stability, thermal properties, wettability, and anticorrosive behavior. The obtained coatings were characterized using physicochemical, morphological, and thermal techniques, including Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM), Differential Scanning Calorimetry (DSC), and Thermogravimetric Analysis (TGA). Emulsion stability was evaluated by Optical Microscopy (OM), and nanoemulsion particle size was measured by Dynamic Light Scattering (DLS), while the surface properties of the coatings were investigated through contact angle measurements. Anticorrosive efficiency was analyzed by electrochemical tests, such as Open Circuit Potential (OCP) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), in 3.5% (w/v) NaCl aqueous solution. The results demonstrated that nanoaditive incorporation into the epoxy paint promoted significant changes in coating properties, particularly increased hydrophobicity, evidenced by the rise in contact angle, especially for the formulation with 20% (w/w) nanoaditive.FTIR analysis showed characteristic epoxy paint peaks for all analyzed samples, indicating that nanoaditive incorporation did not alter the main structure of the matrix. SEM morphology results confirmed the FTIR findings, with the matrix remaining predominant, while at the higher nanoaditive content (20% w/w) structures suggesting the presence of nanoplatelets on the film surface were observed. The emulsion remained stable even after 24 days, with particle size of 910 ± 70 nm and a Polydispersity Index (PDI) of 0.698 measured by DLS. TGA analysis indicated that nanoaditive incorporation of 10% and 20% (w/w) did not significantly change the overall system content, with all curves showing similarity. In DSC, however, nanoaditive incorporation increased endothermic peak values, suggesting changes in thermal behavior and indicating that more energy was required for reorganization as nanoaditive content increased. Electrochemical tests showed improved anticorrosive performance of the modified coatings, associated with greater charge transfer resistance and the formation of a more efficient barrier against the penetration of aggressive species. Thus, it is concluded that the incorporation of graphene nanoplatelets and basil essential oil into water-based epoxy coatings represents a promising strategy for developing sustainable, high-performance anticorrosive systems.