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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2022.tde-26082022-073500
Documento
Autor
Nome completo
Brunela Pereira da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2022
Orientador
Banca examinadora
Aoki, Idalina Vieira (Presidente)
Dick, Luís Frederico Pinheiro
Cotting, Fernando
Ferreira, Jane Zoppas
Melo, Hercilio Gomes de
Título em português
Síntese e caracterização de nanocontainers mesoporosos de SiO2, TiO2 e ZrO2, e encapsulamento de inibidor de corrosão neles para uso em revestimentos com poder de autorreparação.
Palavras-chave em português
Autorreparação
Conteineres
Corrosão
Dodecilamina
Inibidores de corrosão
Resumo em português
A corrosão é uma das principais causas de perdas ambientais, humanas e econômicas. Formas de proteger a superfície metálica se tornam extremamente importantes, por meio da aplicação de revestimentos orgânicos. Uma maneira de tornar a proteção passiva dos revestimentos em ativa é desenvolvendo revestimentos autorreparadores. Nestes, utilizam-se nanocontainers ou microcápsulas com inibidor de corrosão/formador de filme encapsulados e à medida que o revestimento é danificado, os materiais encapsulados são liberados do interior dos reservatórios para proteção da superfície metálica. O objetivo deste trabalho consiste na síntese de partículas porosas de óxido de silício (SiO2), óxido de titânio (TiO2) e óxido de zircônio (ZrO2) como potenciais containers carregados com inibidor de corrosão dodecilamina, e a posterior aplicação destes materiais em tintas para o desenvolvimento dos revestimentos autorreparadores. Na síntese dos containers, foi desenvolvido o método de obtenção em uma etapa (one-pot synthesis) utilizando o surfactante CTAB, o catalisador hidróxido de amônio (NH4OH), o solvente álcool etílico e a dodecilamina como inibidor de corrosão. Os precursores utilizados foram TEOS (sílica), TBOT (titânia) e Zr(BuO)4 (zircônia). As imagens obtidas por MEV revelaram que os containers de sílica, titânia e zircônia se encontram na escala nanométrica, possuindo formato esférico, e análises por EDS confirmaram a obtenção dos respectivos óxidos de sílica, titânio e zircônio. Por meio de MET, foi verificada a presença de estruturas porosas e não-densas. A técnica de FTIR confirmou a presença de picos relacionados ao grupo funcional amino de aminas primárias alifáticas, indicando o encapsulamento do inibidor nos containers. Ainda, por meio da técnica de DRX confirmaram-se as estruturas amorfas para os materiais. A técnica de adsorção-dessorção de N2 detectou estruturas mesoporosas com isotermas do tipo IV. Análises de TGA/DTG confirmaram o encapsulamento do inibidor em valores de cerca de ~15%, para os três containers. A cinética de liberação foi realizada com as técnicas de EIE e UV-vis, e foi obtida uma maior facilidade de liberação do inibidor em meio ácido, comparativamente aos meios básico e neutro. Posteriormente, as chapas de aço carbono foram pintadas com tinta à base de resina epóxi, aditivadas com sistema de nanocontainers contendo inibidor encapsulado, ou não. Em relação às amostras pintadas com tinta epóxi, o efeito de autorreparação foi avaliado por EIS e SVET, sendo que o módulo de impedância em baixa frequência foi maior para as amostras pintadas e aditivadas com containers contendo o inibidor, para todos os tempos de imersão (1h,4h,8h e 24h). Nos mapas de correntes iônicas por meio da técnica SVET, observou-se que menores densidades de corrente iônica foram obtidas nas amostras pintadas carregadas com containers encapsulados, além da formação de menor quantidade de produto de corrosão nos locais do defeito provocado, para todos os três containers sintetizados. O teste acelerado, em câmara névoa salina, revelou que os sistemas contendo dodecilamina encapsulada em containers possuíram menor quantidade de produtos de corrosão nos defeitos provocados nas chapas e corrosão sob o filme de tinta. Conclui-se, portanto, que os containers foram sintetizados com sucesso, caracterizados e aplicados em revestimento epóxi produzindo os sistemas de pintura com poder de autorreparação.
Título em inglês
Synthesis and characterization of mesoporous SiO2, TiO2 and ZrO2, nanocontainers with encapsulation of corrosion inhibitor to be used in selfhealing coatings.
Palavras-chave em inglês
Corrosion
Corrosion inhibitor
Dodecylamine
self-healing
Silica
Titania
Zirconia nanocontainers
Resumo em inglês
Corrosion is one of the main causes of environmental, human and economic losses. Due to this, the effort to protect the metallic surface becomes extremely important. In this context, organic coatings are one of the most widely used corrosion protection technologies. In order to transform the passive protection into an active on the concept of self-healing coatings was used. In these coatings, nanocontainers or microcapsules with an encapsulated corrosion inhibitor/film former are used and as the coating is damaged, the encapsulated materials are released from the inside of the reservoirs to the outside, protecting the metallic surface. The aim of this work is the synthesis of porous particles of silicon oxide (SiO2), titanium oxide (TiO2) and zirconium oxide (ZrO2) as potential containers loaded with dodecylamine (DDA) corrosion inhibitor, and the subsequent application of these materials in commercial paints for the development of self-healing coatings. The one-pot synthesis method was used, with the CTAB as a surfactant, the ammonium hydroxide as catalyst (NH4OH), the solvent being ethyl alcohol and dodecylamine as the corrosion inhibitor. As precursors, TEOS (silica), TBOT (titania), and Zr(BuO)4 (zirconia) were used. The images obtained by SEM showed that the silica, titania and zirconia containers are on a nanometer scale, with a spherical shape. From EDS results, it was possible to conclude about the successful synthesis of silica, titanium, and zirconium oxides. By TEM, the presence of porous and non-dense structures was confirmed. The FTIR technique showed the presence of peaks related to the amino group in the aliphatic primary amines, indicating the encapsulation of the inhibitor inside the containers. Moreover, the XRD proved amorphous structures for the three containers. By the N2-sorption technique, mesoporous structures with isotherms type IV were detected for all the oxides. TGA/DTG analyses confirmed the encapsulation of the inhibitor at about ~15% of loading. By the inhibitor release kinetics techniques, EIS and UV-vis, it is noticed an easy release in acidic media compared to basic and neutral. Subsequently, the carbon steel sheets were painted with epoxy paint, loaded with containers with an encapsulated corrosion inhibitor, or not. The self-healing properties of the coatings were analyzed by EIS and SVET, and the impedance modulus at low frequency was higher for samples painted and loaded with containers containing the inhibitor, for all times of immersion. Lower ionic current densities were observed by SVET in samples loaded with DDA-containers and a smaller amount of corrosion products at the defect site. The salt spray tests allowed the conclusion that the systems containing dodecylamine encapsulated in containers had fewer corrosion products in the provoked defects and minor corrosion under the film. In general, the containers were successfully synthesized, characterized and applied in epoxy coating developing the self-healing systems.
 
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Data de Publicação
2022-08-26
 
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