COMPORTAMENTO À CORROSÃO DO AÇO CARBONO 1006 REVESTIDO COM TINTA EM PÓ CONTENDO PET PÓS-CONSUMO
O. A. Neuwald1, J. C. Pagnusati1, D. Piazza1, A. J. Zattera1, L. C. Scienza2 1 Centro de Ciências Exatas e Tecnologias - Universidade de Caxias do Sul 2 Departamento de Engenharia de Materiais - Universidade Federal do Rio Grande
do Sul – Av: Bento Gonçalves, 9500, Agronomia, Porto Alegre, RS - Brasil – CEP 91509-900 - lisete.scienza@ufrgs.br
RESUMO
Um método comum e simples de reutilização de PET (poli(tereftalato de etileno)) pós-consumo é através reciclagem mecânica e de seu reuso em produtos com maior valor agregado. No presente estudo flakes de PET, provenientes de garrafas plásticas descartadas, foram moídos criogenicamente e incorporados a uma formulação comercial de uma tinta em pó de base poliéster, substituindo parte (5 e 10% m/m) da resina empregada em sua formulação. Painéis de aço carbono pintados foram avaliados quanto ao desempenho à corrosão em meio salino. As amostras foram submetidas a ensaios de imersão com monitoramento do potencial de circuito aberto, deslocamento catódico e espectroscopia de impedância eletroquímica. Os resultados obtidos demonstraram que não houve alterações significativas entre a tinta isenta de PET e àquelas contendo PET. Foi concluído que PET pós-consumo pode ser usado como substituto parcial da resina em uma tinta a pó base poliéster, mantendo boas propriedades de proteção à corrosão e adesão ao substrato.
Palavras-chave: PET pós-consumo, tintas em pó, poliéster, aço carbono, corrosão. INTRODUÇÃO
O PET, poli(tereftalato de etileno), vem conquistando um grande espaço na sociedade devido as suas características como leveza, razoável resistência mecânica e moldabilidade à baixa temperatura, aliadas ao preço baixo e à transparência. Utilizado para obtenção de embalagens, entrou no mercado brasileiro nos anos 90, sendo utilizado principalmente para bebidas carbonatadas, embalagens de aguardente, detergente, xampu, entre muitos outros(1-3).
Devido ao seu alto volume de consumo e subsequente geração de resíduos deste material, o PET tem se tornado um grande problema em aterros sanitários, o que tem estimulado a sua reciclagem. Contudo, apenas uma pequena fração de PET pós-consumo é reciclada devido ao custo relativamente alto do produto
reciclado. No Brasil, o maior impedimento para o crescimento da reciclagem é a alta carga tributária que incide sobre a matéria-prima reciclada, superior a cobrada sobre a resina virgem. Assim, a reutilização de materiais poliméricos também é um importante meio de minimizar a geração de resíduos sólidos, possibilitando a obtenção de novos produtos. No caso de resíduos de PET, pesquisadores tem considerado sua incorporação em diferentes produtos incluindo concreto(4), asfalto(5), espumas(6), tintas(7,8), estruturas organo-metálicas para catálise(9), compósitos termoplásticos(10), fios têxteis(11) e outros.
Um mercado em ascensão para aplicação de PET é a fabricação de resinas alquídicas, usadas na produção de tintas e também resinas insaturadas para produção de adesivos e resinas poliéster(11). Devido à ampla utilização das tintas em diferentes áreas, incluindo os setores automotivo, naval, construção civil e indústrias têxteis, é importante para as empresas o desenvolvimento de novos revestimentos, utilizando na sua composição fontes alternativas capazes de reduzir o custo do produto final(12,13). Porém, a despolimerização do PET para obtenção de resinas tem um custo considerável. No que diz respeito tintas em pó, Tsubuku(7) propôs uma formulação de tinta com base no PET pós-consumo sem qualquer tratamento químico e resina de poliéster, obtendo revestimentos com boas propriedades mecânicas. Em estudos prévios realizados pelo nosso grupo(8), foi constatado redução no brilho e na flexibilidade de tintas poliéster contendo PET pós-consumo em sua composição, fatores que poderiam comprometer a estética e/ou funcionalidade do revestimento.
A proteção à corrosão é uma de suas principais funcionalidades de uma tinta para evitar a ação direta de agentes agressivos a um substrato metálico. A película de tinta atua como uma barreira física entre o eletrólito corrosivo e substrato de aço. No entanto, é as tintas são permeáveis à água, oxigênio e íons corrosivos presentes nomeio corrosivo. Diferentes parâmetros, incluindo as forças de adesão ao substrato, o número de poros, a resistência iônica contra a difusão eletrólito e a densidade de reticulação do revestimento podem afetar a resistência à corrosão providenciada pelo revestimento(14).
Considerando o que foi exposto acima, o presente trabalho consistiu em avaliar o aproveitamento do PET pós-consumo através de sua incorporação em um produto com maior valor agregado, sendo incorporado em tintas em pó de base poliéster
EXPERIMENTAL
Preparação do PET e das tintas
PET pós-consumo foi fornecido granulado e limpo pela Sulpet Plásticos Ltda. Após a separação manual as impurezas (partículas de PET de colorações distintas e outras) contidas na amostra de PET e procedeu-se à moagem criogênica com nitrogênio líquido em um moinho de laboratório da marca IKA® modelo A11.
A formulação comercial de tinta em pó de base poliéster utilizada nos ensaios foi adquirida junto à empresa Pulverit do Brasil, sendo adaptada com a substituição de parte da resina por quantidade equivalente de PET pós-consumo nas quantidades de 5 e 10%(m/m). Após a pesagem e homogeneização manual de todos os componentes de cada tinta, foi realizada a extrusão da mistura utilizando uma extrusora duplarrosca (L/D = 35) co-rotante MH-COR-20-32-LAB, com rotação de 200 rpm, primeira zona de temperatura definida em 90°C, a segunda em 105°C e as demais em 120°C.
Preparação do substrato e pintura
Foram empregados como substratos painéis de aço carbono AISI 1006, que foram lixados manualmente (lixas 320#, 400#, 600# - série Tyler), lavados com água corrente e secos com fluxo de ar frio. Os painéis foram fosfatizados com fosfato de zinco por imersão, empregando os produtos comerciais fornecidos pela empresa Klintex Insumos Industriais Ltda, conforme as seguintes etapas: 1-Desengraxe (Saloclean 679 RZ) a 60°C por 10 minutos; 2-Lavagem com água corrente; 3- Refinador (Salocoloide 507) por 1 minuto; 4-Fosfatização (Salofos 715, Solatex 903) a 30°C por 10 minutos; 5-Lavagem com água corrente; 6-Passivação (Salomix 307) por 90 segundos; 7-Secagem com fluxo de ar frio.
A aplicação da tinta em pó sobre o substrato de aço carbono foi realizada através do sistema eletrostático, em uma cabine de tinta utilizando uma pistola corona para tinta em pó da marca Tecnoavance. As amostras foram curadas em uma estufa convencional a uma temperatura de 220°C durante 20 minutos.
As amostras utilizadas nos ensaios apresentaram espessura média de 60 µm. A medida de espessura foi realizada pelo método magnético, baseando-se na norma ASTM D7091, com um medidor da marca Elcometer 345 para substratos ferrosos.
Ensaios de corrosão
O potencial de circuito aberto (OCP) foi avaliado pela exposição de 4 cm2 da amostra em 150 mL de solução de NaCl 3,5% (m/v) durante 30 dias. As bordas da amostra foram protegidas com cera de abelha. As medidas de OCP foram realizadas utilizando um sistema de dois eletrodos: o eletrodo de trabalho (amostra) e o eletrodo de referência (eletrodo de calomelano saturado com KCl (ECS)), sendo as medidas realizadas com o auxílio de um multímetro Minipá.
Para o ensaio de descolamento catódico (CD) foi introduzida uma falha no revestimento com 0,6 cm de diâmetro expondo o substrato. Um potenciostato da marca EGG instrumentos modelo 362 foi utilizado para aplicar a corrente de modo que o potencial da célula fosse mantido em -1,5 V(ECS). Um fio de platina foi usado como contraeletrodo. A delaminação foi medida pelo aumento do diâmetro do furo em função do tempo.
A espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS) foi realizada utilizando uma célula de três eletrodos (eletrodo de calomelano saturado com KCl (ECS) posicionado em um capilar de Luggin, contraeletrodo (fio de platina) e eletrodo de trabalho (painel de aço carbono revestido com a tinta em pó) posicionada no interior de uma gaiola de Faraday. As medidas de EIS foram realizadas expondo uma área de 78 mm2 da amostra em 150 mL de uma solução de NaCl 3,5%(m/v), empregando um potenciostato/galvanostato IviumStat da Ivium Technologies, auxiliado pelo software IviumSoft, aplicando uma faixa de frequência de 100 MHz a 0,1 Hz e amplitude de perturbação senoidal de 10 mV em torno do potencial de circuito aberto. As amostras permaneceram imersas na solução por 48 h antes do ensaio. Todos os ensaios foram conduzidos em duplicatas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Fig. 1 mostra as curvas de potencial a circuito aberto com o tempo, obtidas para os sistemas em estudo. O potencial de corrosão em função do tempo para as amostras de tinta em pó mantiveram-se estáveis variando entre 0,3 e -30 mV(ECS), evidenciando a permanência de um filme protetor na superfície.
Figura 1. Potencial de circuito aberto para a tinta em pó contendo 0%, 5% e 10% de PET pós-consumo durante 30 dias de imersão em NaCl 3,5%. (À esquerda a escala do potencial foi ampliada)
O descolamento catódico é uma importante causa de falha nos revestimentos orgânicos e propagação da corrosão sob o revestimento. Este tipo de falha ocorre quando o revestimento está sob uma proteção catódica numa solução aquosa aerada, com o propósito de prevenir a delaminação. A perda de aderência é observada na adjacência ao defeito do revestimento(14). Uma semana após serem submetidos ao ensaio de descolamento catódico, os revestimentos testados não apresentaram empolamento, apenas leve corrosão na circunferência, comprovando que a presença do PET não alterou a aderência do revestimento ao substrato e foi capaz de manter as características protetoras da tinta nas condições empregadas no ensaio. A Fig. 2 mostra o aspecto das amostras ao final do ensaio.
Figura 2. Aspecto dos painéis de aço carbono pintados com tinta em pó contendo (a) 0% PET, (b) 5% PET e (c) 10% PET, após 7 dias sob polarização catódica de -1,5 V(ECS) em solução de NaCl 3,5%.
O ensaio EIS foi realizado com as amostras de tinta em pó e os dados foram plotados em diagramas Nyquist apresentados na Fig. 3. Observou-se que os valores da impedância diminuíram com o tempo de imersão, indicando perda de resistência e, consequentemente, aumento da capacitância devido à absorção de água. Os diagramas se caracterizam por dois arcos capacitivos, que ainda não estão completamente fechados e com pontos que oscilam durante as altas freqüências, o qual caracteriza as propriedades de barreira do revestimento. Desta forma, observa-se que os revestimentos com uma concentração maior de PET apreobserva-sentam menores propriedades de barreira, verificados através da redução nos valores da resistência. Contudo, ao final do ensaio, as amostras não apresentaram empolamento e não houve evidência de ataque à superfície metálica abaixo do revestimento.
Figura 3. Resultado do ensaio de EIS em NaCl 3,5% para as amostras de tinta em pó em contendo: (a) 0% PET, (b) 5% PET, (c) 10% PET, e (d) para o aço carbono fosfatizado.
CONCUSÕES
No ensaio de potencial de circuito aberto foi observado que os potenciais mantiveram-se constantes entre 0,3 e -30 mV(ECS), o que demonstra um bom efeito barreira, impedindo que o eletrólito atingisse o substrato metálico. Também não houve formação de bolhas ou descolamento da película de tinta no ensaio de descolamento catódico, apenas leve incidência de corrosão na circunferência.
No ensaio de impedância não foram observadas alterações significativas da tinta isenta de PET em relação às com 5% e 10% de PET pós-consumo, comprovando que o material polimérico adicionado não altera de forma apreciável o desempenho das tintas. Embora fosse contatada uma redução na resistência do revestimento, não houve corrosão do substrato abaixo do filme.
Em todos os ensaios de corrosão, os filmes testados continuaram apresentando boa aderência ao metal. Assim, concluiu-se que PET pós-consumo pode ser usado como substituto parcial da resina em uma tinta em pó de base poliéster, permitindo a formação de uma camada uniforme e aderente sobre o substrato e com boas propriedades de proteção à corrosão, sendo assim, uma alternativa para o reuso e subsequente redução da disposição final de resíduos de PET em aterros sanitários.
AGRADECIMENTOS
Os autores são gratos a FAPERGS- Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul pela concessão de bolsas e de auxílio financeiro através do processo Nº 12/0008-0, e também às empresas Sulpet Plásticos Ltda., Klintex Insumos Industriais Ltda. e Pulverit do Brasil pela doação dos materiais utilizados neste estudo.
REFERÊNCIAS
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BEHAVIOUR AGAINST CORROSION OF THE CARBON STEEL 1006 COATED WITH POWDER PAINT CONTAINING POST-CONSUMER PET
ABSTRACT
A common and simple method for PET post consumer reusing (poly (ethylene terephthalate)) is through mechanical recycling and its reuse in products with higher value. In this study the PET flakes, from discarded plastic bottles were cryogenically milled and incorporated into a commercial formulation of a polyester-based powder paint by replacing part (5 and 10 wt%) of the resin used on its formulation. painted carbon steel panels were evaluated for corrosion performance in saline. The samples were subjected to immersion tests with monitoring of the open circuit potential, electrochemical impedance spectroscopy and cathodic disbonding. The results showed no significant changes between the paint free of PET and those containing PET. It was concluded that post-consumer PET can be used as a partial substitute the resin in polyester-based powder paints, maintaining good corrosion protective properties and adhesion to the substrate.
