Revestimentos de pectina reticulada com íons Ca2+ e Ba2+ para proteção contra corrosão de ligas de magnésio

Abstract

As ligas de magnésio são leves e possuem propriedades mecânicas interessantes, por isso estão encontrando crescente aplicações em várias indústrias, como a automobilística, a de produtos portáteis e biomédica com os implantes biodegradáveis. O principal obstáculo para a aplicação do magnésio é a sua pouca resistência a corrosão. Os métodos mais conhecidos empregados para controlar a degradação do magnésio utilizam substâncias que são conhecidas por terem efeitos prejudiciais ao meio ambiente e à saúde humana. Com o objetivo de desenvolver revestimentos ambientalmente amigáveis e que possuam propriedades anticorrosivas, quando aplicadas em ligas de magnésio, soluções de pectina - um dos principais constituintes da parede celular de plantas - foram expostas a superfície do metal para a preparação de revestimentos anticorrosivos. Os filmes de pectina foram reticulados utilizando-se os sais CaCl2, Ca(C2H3O2)2, BaCl2 e Ba(C2H3O2)2, impedindo a dissolução do filme em meio aquoso. Os íons bivalentes interagem com a cadeia polimérica da pectina. Essas interações são mais fortes com os íons Ba2+ que com os íons Ca2+. O grau de intumescimento dos filmes de pectinato depende do grau de reticulação das cadeias poliméricas e da solubilidade do sal utilizado na reticulação - Quanto maior a solubilidade maior a absorção de água. Na presença de íons bário há uma rápida reticulação superficial tornando o filme mais áspero, enquanto que os íons cálcio conseguem alcançar maior profundidade no filme. O aumento da força de interação entre as cadeias poliméricas da pectina e os íons divalentes tem um efeito positivo na proteção das ligas AZ31 contra corrosão, assim as amostras reticuladas com íons bário apresentaram melhores resultados de acordo com os dados de impedância. É possível afirmar também que de acordo com os dados de impedância os contra íons não influenciam significativamente na atividade anticorrosiva do revestimento. A amostra revestida com pectina reticulada apresentou menor potencial de corrosão em relação a amostra pré-tratada e menor tendência termodinâmica à corrosão comparado com valores descritos pela literatura para revestimentos de quitosana. Em situações práticas a ação anticorrosiva do revestimento é inversamente proporcional a solubilidade do sal reticulante, assim as amostras que apresentaram melhores resultados foram aquelas reticuladas com cloreto de bário e acetado de cálcio. O método utilizado na fabricação dos revestimentos (dip coating) produz um acumulo de pectinato de sódio na parte inferior as amostras, cuja rigidez é proporcional a solubilidade do reticulante, causando rachaduras no filme e a consequente entrada de eletrólito, o que explica a diferença entre os resultados obtidos dos dados de impedância e a simulação do ambiente prático. O ângulo de contato encontrado para as amostras é pequeno, ou seja, a superfície do revestimento é hidrofílica, o que ajuda a diminuir a propriedade de barreira do revestimento. Entretanto a propriedade anticorrosiva de um revestimento é determinada por muitos fatores mutualmente dependentes, a total proteção contra corrosão deve ser vista como a performance do revestimento como um todo.

Abstract: Magnesium alloys are lightweight materials and have interesting mechanical properties, which is why they are finding increasing applications in various industries, such as the automobile, portable and biomedical products with biodegradable implants. The main obstacle to the application of magnesium is its low resistance to corrosion. The best known methods used to control the degradation of magnesium use substances that are known to have harmful effects on the environment and human health. In order to develop environmentally friendly coatings that have anti-corrosion properties, when applied to magnesium alloys, pectin solutions - one of the main constituents of the plant cell wall - were exposed to the metal surface for the preparation of anti-corrosion coatings. The pectin films were cross-linked using the salts CaCl2, Ca(C2H3O2)2, BaCl2 e Ba(C2H3O2)2, preventing the film from dissolving in an aqueous medium. The divalent ions interact with the polymeric chain of pectin. These interactions are stronger with Ba2+ ions than with Ca2+ ions, due to the larger size of the barium ion. The degree of swelling of the pectinate films depends on the degree of crosslinking of the polymer chains and the solubility of the salt used in the crosslinking - The greater the solubility the greater the water absorption. In the presence of barium ions, there is a rapid superficial cross-linking, making the film rougher, while calcium ions can reach greater depth in the film. The increase in the interaction strength between the polymeric chains of pectin and the divalent ions has a positive effect on the protection of AZ31 alloys against corrosion, so the crosslinked samples with barium ions showed better results according to the impedance data. It is also possible to state that, according to the impedance data, counter ions do not significantly influence the anticorrosive activity of the coating. The sample coated with crosslinked pectin showed less potential of corrosion compared to the pre-treated sample and less thermodynamic tendency to corrosion compared with values described in the literature for chitosan coatings. In practical situations the anticorrosive action of the coating is inversely proportional to the salt solubility crosslinker, so the samples that showed the best results were those crosslinked with barium chloride and calcium acetate. The method used in the manufacture of the coatings (dip coating) produces an accumulation of sodium pectinate at the bottom of the samples, whose rigidity is proportional to the solubility of the crosslinker, causing cracks in the film and the consequent entry of electrolyte, which explains the difference between the results obtained from the impedance data and the simulation of the practical environment. The contact angle found for the samples is small, that is, the surface of the coating is hydrophilic, which helps to decrease the barrier property of the coating. However, the anticorrosive property of a coating is determined by many mutually dependent factors, the total protection against corrosion must be seen as the performance of the coating as a whole.