Desarrollo de un sistema de protección superhidrofóbico y anticorrosivo a partir de polifenoles de fuentes naturales

Abstract

Recientemente, el desarrollo de nuevos revestimientos amigables para el medio ambiente destinados para la protección contra la corrosión de las superficies metálicas ha atraído la atención de la comunidad científica y de la industria. Estos recubrimientos también llamado funcionales o inteligentes, tales como los superhidrofóbicos y auto sanables, poseen ciertas características que potencian la protección del material frente a los agentes corrosivos del medio. En esta investigación se desarrolló un sistema de protección superhidrofóbico y anticorrosivo a partir de polifenoles de fuentes naturales (tanino de pino) incorporando materiales nanoestructurados de ZnO sin modificar y modificados superficialmente con grupos silanos. La síntesis de los materiales nanoestructurados se realizó por dos métodos físicos distintos para obtener dos tipos de nanoestructuras diferente (nanoalambres y nanopartículas de óxido de zinc), la modificación superficial o funcionalización se realizó por un método químicos con reflujo en presencia de tolueno como solvente y 3-aminopropiltrietoxisilano (APTES) como molécula modificadora. Por otra parte, la reacción de polimerización se estudió utilizando los taninos como poliol y entrecruzándolo con grupos isocianatos para producir un recubrimiento de poliuretano, de la misma manera se evaluó su desempeño como inhibidor de la corrosión al ser incorporado en una resina epóxica. Se emplearon distintas técnicas de caracterización para estudiar la parte estructural, morfológica, térmica, anticorrosivas y superhidrofóbica, así como normas estandarizadas para evaluar las propiedades mecánicas de los recubrimientos. Los resultados arrojaron que los métodos de síntesis física son reproducible, económico y tienen un porcentaje de producción cercanos las 95 %. En cuanto a la reacción de funcionalización de la molécula de silano con los óxidos metálicos, se pudo verificar por medio de FTIR y Raman que no se dio la reacción de acoplamiento con los nanoalambres de óxido de zinc (ZnO-NWs) producto de las impurezas que queda de la síntesis, sin embargo, se pudo demostrar por estas mismas técnicas que la molécula de APTES interacciona con superficie de las nanopartículas de óxido de zinc (ZnO-NPs), esto se pudo determinar al identificar los modos vibracionales que se expresan y los que desaparecen cuando las dos especies interaccionan, lo que permitió proponer que tal interacción se debe probablemente a un tipo de enlace Si-O-Zn y no dos o tres, debido a la tensión que se genera cuando interaccionan tres de estos enlaces y al impedimento estérico de las cadenas laterales del APTES. Los resultados de la reacción de polimerización entre el tanino (soluble e insoluble) y los grupos isocianato mostraron que el isocianato alifático fue descartado por la incompatibilidad con el DMSO, mientras que para el MDI la relación rNCO/OH que dio mejor resultados fue la que contó con un r= 0.85. Aunque se pudo verificar la reacción de polimerización entre los dos tipos de tanino con el MDI, y complementar los resultados midiendo las propiedades térmicas y observando su morfología, se llegó a la conclusión de descartar el tanino insoluble para ser usado como poliol. El recubrimiento de poliuretano se formuló empleando solo el tanino soluble como poliol, entrecruzándolo con MDI y las nanopartículas de óxido de zinc funcionalizadas y no modificadas con los grupos silanos.Los resultados de la evaluación de las propiedades anticorrosivas de la formulación del recubrimiento de poliuretano a partir de polifenoles arrojaron que el recubrimiento con partículas de óxido de zinc sin tratar presentó la mayor resistencia a la corrosión, sin embargo, las diferencias no fueron tan grandes y los valores de los módulos de la impedancia obtenida fueron semejantes a los que se obtienen para el sustrato sin pintar. De otra parte, las imágenes SEM mostraron una combinación de poros grandes y pequeños que se distribuyen homogéneamente en el recubrimiento. Dicha superficie rugosa, indirectamente desempeña un papel para que se dé la propiedad de hidrofobicidad del revestimiento compuesto. Al descartar el uso de los taninos como poliol en la formulación de un recubrimiento anticorrosivo, por las pobre propiedades de barrera y por los resultados obtenidos en las evaluaciones electroquímicas, se estudió el uso del tanino como inhibidor de la corrosión al incorporarlo en una resina epóxica en presencia de nanopartículas de óxido de zinc funcionalizadas y sin modificar, con el propósito de potenciar las propiedades anticorrosivas y atribuirle propiedades superhidrofóbicas. En base a los resultados y análisis de éstos anteriormente expuestos, se concluye que los taninos efectivamente forman una capa protectora de tanatos de hierro, lo cual fue confirmado mediante FTIR. Asimismo, los estudios de polarización también revelaron que la densidad de corriente de corrosión (icorr) decrece notablemente con la adición del extracto sin afectar la disolución anódica activa. Además, hubo un cambio en el desplazamiento anódico de los valores de Ecorr.