Enferrujou, e agora?
Data: 24 de setembro de 2021.
Autores: Leonardo Ricardo Pereira Filho, Victória Vaz de Jesus e Jesus, Ana Paula Bernardo dos Santos e Lívia Tenório Vilela Cerqueira Crespo.
Ilustradores Marya Luísa Damasceno Oliveira, Leonardo Ricardo Pereira Filho.
Revisora: Lucineide Lima de Paulo.
Os metais e ligas metálicas são amplamente utilizados em objetos do nosso cotidiano, como ferramentas, cadeados e portões, mas também nas indústrias automobilística, petrolífera e naval. Devido à interação com o meio em que estão inseridos, esses materiais acabam sujeitos à corrosão, ou seja, à deterioração do material, devido à oxidação. A corrosão, chamada muitas vezes, inadequadamente, de "ferrugem" (termo específico para corrosão em peças feitas de ferro), é capaz de afetar a estética e diminuir a vida útil de um material. Estudos realizados pela USP e a International Zinc Association constataram que o combate à corrosão no Brasil custou o equivalente a 4% do PIB, o que corresponde a mais de 200 bilhões de reais advindos da economia nacional. Na economia dos EUA, a corrosão custa quase US$300 bilhões por ano. Um terço desses custos poderia ser reduzido pelo emprego mais amplo de materiais resistentes à corrosão e pela aplicação de melhores técnicas relacionadas ao seu combate.
Figura 1 e 2: Corrosão
Fonte: SULCROMO, 2020. / COUTINHO, 2021
A corrosão ocorre devido a um processo chamado oxidação, no qual uma espécie química perde elétrons para outra. A oxidação dos metais é responsável pela sua degradação, devido ao processo corrosivo de desgaste do metal, como exemplificado na reação abaixo de oxidação do ferro metálico:
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Figura 3: Equação de oxidação do ferro. O 2Fe(OH)3 é o hidróxido de ferro, responsável pela coloração castanha da ferrugem.
Usualmente, aplica-se um revestimento anticorrosivo para inibir a corrosão, o qual protege o material por meio da formação de películas entre o metal e o meio corrosivo.
Figura 4: Aplicação de revestimento anticorrosivo
Fonte: DFNI Revestimentos de alta performance, 2020.
O método mais comum de proteção anticorrosiva é a pintura, que utilizamos em portões de nossos lares, por exemplo. Esse método apresenta vantagens importantes como o custo, a facilidade de aplicação e manutenção e a estética; porém, como nem tudo são flores, todas as tintas falham, eventualmente, por causa da degradação, sobretudo em superfícies de ambientes externos. Problemas como escorrimento, mancha, pulverização deficiente, porosidades, entre outros, podem ainda encurtar o tempo de vida útil da proteção de forma significativa, o que torna este método pouco eficiente em relação às necessidades de uma indústria.
Figura 5: Tinta sendo aplicada como proteção anticorrosiva
Fonte: Fórum da Construção, 2021.
Os próprios metais podem ser usados como revestimento anticorrosivo em peças metálicas. Eles são depositados sobre a superfície em sua forma líquida e imediatamente solidificados, formando uma camada protetora, como utilizado em bijuterias banhadas a ouro, metal bastante inerte à corrosão.
A cromatização, revestimento com derivados de cromo, e fosfatização, revestimento com fosfato, são as técnicas mais utilizadas de revestimento anticorrosivo em indústrias. Contudo, esses compostos apresentam um risco elevado de toxicidade à saúde humana e ao meio ambiente, sendo necessário o desenvolvimento de substitutos menos agressivos.
Atualmente existe uma ampla variedade de revestimentos que empregam nanotecnologia de maneiras distintas a fim de potencializar suas propriedades de proteção com uma pequena diferença de custo. Algumas das principais vantagens dos nanorrevestimentos são a diminuição da permeabilidade ao ambiente corrosivo, boa resistência química, melhor aparência e facilidade de limpeza das superfícies, melhor retenção de brilho, propriedades como resistência a arranhões e boa aderência em diferentes tipos de materiais, além de proteção contra a proliferação microbiana.
Figura 6: Melhoria do efeito barreira nos
revestimentos com o uso de nanopartículas
Fonte: Uso promissor de nanopartículas em revestimentos anticorrosivos: uma abordagem da literatura, 2012.
O revestimento nanocerâmico consiste na formação de uma camada de proteção, como óxido de zircônio, de espessura nanométrica, sobre a superfície do substrato. Ele tem boa resistência à corrosão e ao desgaste, constituindo uma boa alternativa à cromatização, que é um dos métodos mais aplicados na proteção do aço contra a corrosão. Esta técnica é usada em arames agropecuários de aço galvanizado, por exemplo.
Até mesmo a tinta como revestimento é alvo de pesquisas relacionadas à nanotecnologia. A formulação de tintas com nanopartículas traz benefícios na resistência mecânica do revestimento, na proteção contra raios UV, além de ação anti-incrustação e microbicida. Sendo assim, a partir da vasta gama de nanomateriais que podem ser misturados às tintas, é possível escolher as propriedades que se deseja melhorar ou acrescentar, escolhendo o nanomaterial a ser utilizado na formulação, como os nanocompósitos, por exemplo.
Os nanocompósitos são híbridos de materiais que envolvem compostos orgânicos e inorgânicos. Eles apresentam alta resistência a solventes e estabilidade térmica, melhorando a resistência dos materiais de revestimento à corrosão.
Há também os nanorrevestimentos inteligentes, que são proteções ativas, ao contrário dos revestimentos tradicionais, que agem como uma barreira passiva impedindo o contato entre a superfície metálica e o meio corrosivo, mas que com a ação do tempo ou sua danificação podem perder essa barreira de proteção. Esses revestimentos possuem estruturas nanométricas de reservatório contendo inibidores de corrosão e têm uma proteção acionada no início do processo corrosivo, liberando de forma controlada substâncias que vão inibir ou diminuir a corrosão, sem intervenção ou monitoramento. Isso ocorre porque esses nanorrevestimentos são capazes de restabelecer a proteção do material mesmo após a ocorrência de alguma falha da barreira do filme de revestimento.
Recentemente, pesquisadores da Universidade Federal do Paraná testaram a utilização do molibdato (MoO4²-) como inibidor para nanorrevestimentos anticorrosivos. O teste utilizou nanorreservatórios, os quais consistem em lâminas sobrepostas separadas por molibdato que, ao entrar em contato com a solução salina (ambiente corrosivo), estimula as nanopartículas, liberando uma resposta que formará uma película protetora nos microporos do aço, removendo o cloreto (espécie corrosiva) do meio, para o nanorreservatório.
Figura 7: Representação do mecanismo de proteção ativa contra corrosão proporcionado pelo aditivo de revestimento com nanorreservatório.
Fonte: Traduzido de Zinc-Layered Hydroxide Salt Intercalated with Molybdate Anions as
a New Smart Nanocontainer for Active Corrosion Protection of
Carbon Steel, 2020.
Esta categoria de revestimento ainda está em estudo, porém já se destaca como um método promissor, pois pode ser facilmente sintetizada, utiliza materiais de baixa toxicidade, tem um bom custo-benefício e não precisa de equipamentos complexos.
A manipulação da matéria em escala nano é uma das façanhas mais admiráveis da história da humanidade pois, com ela, conseguimos melhorar as técnicas já existentes da nossa civilização e descobrir novos caminhos também! Se você quer saber mais sobre esse imenso mundo nanométrico, fique ligado nas próximas nanocuriosidades!
Fontes:
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