Efecto del cobalto sobre nano-partículas de óxido de zinc en el desempeño anticorrosivo de un imprimante alquídico

Santiago Floresa,*, Oscar Chumpitaza

aInstituto de Corrosión y Protección, Pontificia Universidad Católica del Perú, Av. Universitaria 1801, San Miguel, Lima 32, Perú

(*Autor para la correspondencia: sflores@pucp.edu.pe)

 

RESUMEN

El objetivo de esta investigación ha sido estudiar el efecto inhibidor del CoO en ZnO obtenidos por síntesis por combustión de solución (SCS) cuando son incorporados a formulaciones alquídicas. ZnO y óxidos mixtos del tipo Zn1-xCoxO (donde x = 0,05-0,10-0,15-0,20) fueron obtenidos por SCS y caracterizados por XRD, ICP-OES, SEM y TEM. Los pigmentos fueron incorporados a imprimantes alquídicos medios en aceite en tres proporciones de 5%, 10% y 20% en peso pigmentos/resina. Probetas de acero protegidas con las formulaciones alquídicas fueron ensayadas en cámaras de niebla salina y dióxido de azufre. Asimismo, la eficiencia inhibidora de los pigmentos fue estimada mediante ensayos electroquímicos (método de Tafel) en solución 0,1 M de NaCl. Los resultados mostraron que el CoO mejora las propiedades inhibidoras de los nano-pigmentos base ZnO obtenidos por SCS.

 

ABSTRACT

Effect of cobalt on zinc oxide nanoparticles in the anticorrosive performance of an alkyd primer. The objective of this research was to study the inhibitory effect of CoO in ZnO obtained by solution combustion synthesis (SCS) when they are incorporated into alkyd formulations. ZnO and mixed oxides of the type Zn1-xCoxO (where x = 0.05-0.10-0.15-0.20) were obtained by SCS and characterized by XRD, ICP-OES, SEM and TEM. The pigments were incorporated into alkyd primers in three proportions, 5%, 10% and 20% by weight pigments / resin. Steel probes protected with the alkyd formulations were tested in salt spray and sulfur dioxide chambers. Likewise, the inhibiting efficiency of the pigments was estimated by electrochemical tests (Tafel method) in 0.1 M NaCl solution. The results showed that CoO improves the inhibitory properties of the ZnO based nano-pigments obtained by SCS.

 

Enviado: 4 Julio 2018; Aceptado: 13 Febrero 2019; Publicado on-Line: 03 Abril 2019

Citar como/Citation: Flores, S.; Chumpitaz, O. (2019). “Efecto del cobalto sobre nano-partículas de óxido de zinc en el desempeño anticorrosivo de un imprimante alquídico”. Rev. Metal. 55(1): e139. https://doi.org/10.3989/revmetalm.139.

PALABRAS CLAVE: Corrosión; Nanopartículas; Óxido de cobalto; Óxido de zinc; Protección anticorrosiva; Síntesis por combustión de solución;

KEYWORDS: Cobalt oxide; Corrosion; Corrosion protection; Nanoparticles; Solution combustion synthesis, Zinc oxide

ORCID: Santiago Flores (https://orcid.org/0000-0001-5683-7182); Oscar Chumpitaz (https://orcid.org/0000-0003-3268-2854)

Copyright: © 2019 CSIC. Este es un artículo de acceso abierto distribuido bajo los términos de la licencia de uso y distribución Creative Commons Reconocimiento 4.0 Internacional (CC BY 4.0).


 

CONTENT

1. INTRODUCCIÓNTOP

La protección anticorrosiva mediante recubrimientos orgánicos (pinturas anticorrosivas) actúa por diferentes mecanismos: efecto de sacrificio (pinturas ricas en Zn), efecto barrera y efecto inhibidor.

El óxido de Zinc (ZnO) es un pigmento blanco convencional al cual se le atribuye diferentes propiedades, tales como su capacidad de absorción de radiación UV (protegiendo la resina) y sus mecanismos de inhibición catódica y pasivante (Koleske, 1995). Asimismo, es utilizado junto con pigmentos inhibidores activos convencionales como cromato de zinc o borosilicato de calcio aumentando la densidad de entrecruzamiento y dureza de películas de pintura (Koleske, 1995).

Por otro lado, los pigmentos de tamaño convencional para pinturas pueden generar problemas tales como pobre adhesión, flexibilidad reducida, reducción de la resistencia al impacto, a la abrasión o al rayado, y deslaminación prematura. Para superar tales inconvenientes y mejorar su comportamiento el uso de nanopigmentos se ha convertido en una práctica reciente. Debido a su tamaño inherentemente pequeño y a su morfología de partícula muchos de los problemas arriba mencionados pueden ser superados (Cayton y Sawitowski, 2005).

Las nanopartículas más comúnmente usadas en recubrimientos de protección son el SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3, Fe2O3, CaCO3, etc.

De acuerdo con Dhoke et al. (2009) se incorporó, a diferentes niveles de carga, nanopartículas de ZnO en pinturas alquídicas base agua. Los investigadores evaluaron el comportamiento anticorrosivo de los sistemas alquídicos aplicados sobre acero en ensayos de corrosión acelerada en cámara de humedad, niebla salina y exposición a la radiación UV. Asimismo, evaluaron el efecto de las nanopartículas en las propiedades físicas de la película de pintura (dureza, flexibilidad, adhesión e impacto). Dhoke et al. (2009) encontraron que una extremadamente pequeña concentración de nanopartículas de ZnO puede mejorar la resistencia a la corrosión, al rayado y a la abrasión de la película de pintura. Cabe señalar que en este estudio se utilizaron nanopartículas de ZnO (< 50 nm) obtenidas comercialmente. Un estudio paralelo del mismo grupo de investigación con nanopartículas de Fe2O3 reportó resultados similares (Dhoke y Kanna, 2009a; Dhoke y Kanna, 2009b).

El efecto de nanopartículas de ZnO sobre la protección anticorrosivas de otros tipos genéricos de pinturas, diferentes a los sistemas alquídicos ha sido estudiado recientemente. Ramenzazadeh et al. (2011) estudiaron el efecto de diferentes cargas (2; 3,5; 5 y 6,5 %) de nanopartículas de ZnO sobre la protección anticorrosiva brindada por una película de pintura epoxi-poliamida. Probetas de acero protegidas con el sistema epóxico fueron sumergidas en solución NaCl 3,5% en peso, durante 1344 h. El comportamiento anticorrosivo fue monitoreado aplicando espectroscopía de impedancia electroquímica (IES). Los resultados indicaron que, a pesar de la reducción del entrecruzamiento del sistema epóxico debido a la presencia de las nanopartículas de ZnO, las propiedades anticorrosivas de la película epóxica fue considerablemente mejorada. Esto fue atribuido a dos razones. Primero, el tamaño de las partículas de ZnO mejora la protección por efecto barrera contra la difusión de los agentes agresivos hacia el sustrato. Segundo, las nanopartículas pueden aumentar la resistencia contra la degradación hidrolítica (Ramenzanzadeh et al., 2011) y la hidrofobicidad (Ammar et al., 2016a). Rashvand y Ranjbar (2013) realizaron un estudio similar en pinturas de poliuretano base agua. Las nanopartículas de ZnO, obtenidas comercialmente e incorporadas al 3% en peso en el recubrimiento de poliuretano, mejoraron la resistencia a la corrosión en 2 órdenes de magnitud en condiciones de inmersión en NaCl 3,5% cuando es evaluado mediante EIS. Finalmente, (Ammar et al., 2016b) estudiaron la incorporación de nanopartículas de ZnO en un recubrimiento a base de resinas acrílica y de silicona, para lo cual fue comprobado su muy destacado efecto barrera y superior habilidad anticorrosiva.

Sin embargo, el efecto beneficioso del ZnO puede ser mejorado mediante su modificación con otros óxidos, como el óxido de cobalto. Rasouli y Danaee (2011) prepararon un óxido mixto de Zn y Co, Zn0,9Co0,10, mediante un procedimiento de síntesis cerámico y otro método de síntesis por combustión en solución (SCS). Los pigmentos, caracterizados por XRD y FTIR, fueron incorporados a un recubrimiento alquídico en un porcentaje del 2% empleando agitación mecánica seguido de ultrasonificación. Los sistemas alquídicos fueron aplicados sobre sustratos de acero, y evaluados en condiciones de inmersión en NaCl 3,5% mediante técnicas de polarización electroquímica e impedancia electroquímica. Concluyeron que la combinación de los óxidos de cobalto y zinc mejoran las propiedades anticorrosivas del pigmento obtenido. Los investigadores encontraron que el método de preparación de los pigmentos de ZnO-CoO pueden influenciar las características de las partículas obtenidas tales como el tamaño de partícula y la forma. Así, el nanopigmento preparado mediante síntesis por combustión en solución (SCS) logro una mejor resistencia a la corrosión respecto al pigmento sintetizado mediante reacciones de estado sólido (métodos cerámicos).

Los óxidos de color verde obtenidos fueron considerados interesantes por ser más respetuosos del medio ambiente que los pigmentos a base de cromo (Rasouli y Danaee, 2011). La USEPA (United States Environmental Protection Agency) ha elaborado una lista de contaminantes del aire (USEPA, 2018), entre ellos el cobalto (USEPA, 2000a) y cromo (USEPA, 2000b), donde es clara la menor peligrosidad del cobalto según datos de exposición a la inhalación.

Ahmed y Selim (2005) realizaron un estudio en sistemas alquídicos probando varias relaciones de óxidos en el pigmento ZnO-CoO (5, 10, 15 y 20% de CoO) elaborados por procedimientos cerámicos. Los ensayos de corrosión acelerada e impedancia electroquímica revelaron que la presencia de cobalto mejora la acción de óxido de zinc en una mutua interacción que conduce a una mejor inhibición de la corrosión del sustrato de acero.

Resumiendo, según los estudios realizados, por un lado, se tiene que existe un creciente interés por evaluar el efecto de las nanopartículas de ZnO sobre las propiedades anticorrosivas de diferentes tipos de pinturas (alquídicas, epóxicas, poliuretano). Por otro lado, se ha encontrado un efecto beneficioso del cobalto (CoO) al modificar el ZnO cuando es elaborado el óxido mixto nanométrico mediante SCS. La SCS es un proceso versátil, simple y rápido que permite la elaboración efectiva de una variedad de nanomateriales uni o multicomponentes con morfología prediseñada (Patil, 1993; Patil et al., 1997; Abu Ayana et al., 1997; Patil et al., 2008; Aruna y Mukasyan, 2008).

Por ello, la propuesta de la presente investigación busca estudiar el efecto anticorrosivo de nanopigmentos mixtos de ZnO-CoO, obtenidos mediante SCS en varias relaciones ZnO/CoO, en imprimantes alquídicos evaluados mediante ensayos de corrosión acelerada.

2. MATERIALES Y MÉTODOSTOP

2.1. Síntesis de los óxidos por combustión en soluciónTOP

Los óxidos fueron sintetizados en base a nitrato de zinc (Zn(NO3)2.6H2O) y nitrato de cobalto (Co(NO3)2.6H2O) como oxidantes, y Glicina (NH2CH2CO2H) como combustible. Todos fueron reactivos Sigma-Aldrich.

Las sales fueron pesadas en un vaso de precipitados. Posteriormente, fueron mezcladas con calor y agua hasta que la solución formada muestre una consistencia viscosa.

La mezcla fue llevada a una mufla precalentada a 500 °C para que, después de 2 min aproximadamente, se lleve a cabo la combustión. En dicho instante la temperatura en la vecindad de la reacción supera los 1000 °C; debido a la forma porosa, de mayor volumen aparente que toma el producto de reacción, son formadas nanopartículas muy puras de óxidos.

Los óxidos mixtos sintetizados por combustión en solución tuvieron la siguiente estequiometría: Zn0,95Co0,05O, Zn0,90Co0,10O, Zn0,85Co0,15O y Zn0,80Co0,20O. Asimismo, fue elaborado ZnO puro por SCS.

2.2. Análisis de los óxidos mixtos por Difracción de Rayos XTOP

Cinco muestras de óxidos (1–1,5 g) fueron analizadas: ZnO producido por SCS, óxidos mixtos producidos por SCS con la siguiente estequiometría: Zn0,95Co0,05O, Zn0,90Co0,10O, Zn0,85Co0,15O y Zn0,80Co0,20O.

El análisis fue realizado en un Difractómetro marca BRUKER, modelo D8-FOCUS. Se empleó un tubo de Cu cuya longitud de onda, correspondiente a Ka1-Cu, es l=1.5406 A. Las condiciones de medición fueron las siguientes: Rango angular de análisis (2θ); tiempo por paso: 2 segundos; voltaje de salida del tubo= 40 kV; corriente de salida del tubo = 40 mA; detector con contador de centelleo.

2.3. Análisis químico de los óxidosTOP

Fueron cuantificados el zinc y cobalto mediante ICP-OES, inductively coupled plasma optical emission spectrometry, según método basado en “Método EPA 200.7, 1994, Rev. 4.4”. Para la realización de los ensayos las soluciones formadas a partir de las muestras fueron diluidas doscientas veces.

2.4. Análisis de los óxidos por Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM)TOP

Las muestras fueron estudiadas mediante TEM utilizando un microscopio marca Philips, modelo CM20-Ultra Twin, el cual es operado a 200 kV. La preparación de muestra consistió en colocar gotas de solución de nanopartículas en un portamuestra de oro que estaba recubierto de carbono.

2.5. Formulación de imprimantes alquídicosTOP

El recubrimiento alquídico utilizado estuvo basado en una formulación convencional en la cual el talco fue reemplazado, de manera parcial, por los pigmentos estudiados (Tabla 1).

Tabla 1. Pigmentos utilizados en las formulaciones alquídicas
Pigmento
Óxido de zinc commercial
ZnO sintetizado por SCS
Zn0,95Co0,05O sintetizado por SCS
Zn0,90Co0,10O sintetizado por SCS
Zn0,85Co0,15O sintetizado por SCS
Zn0,80Co0,20O sintetizado por SCS

Todas las formulaciones estuvieron basadas en una resina alquídica media en aceite. Las pinturas fueron divididas en tres grupos de 5% (a), 10% (b) y 20% (c) en peso de pigmento estudiado respecto del peso de la formulación. Cada grupo estuvo formado por 05 pinturas formuladas con el pigmento ZnO sintetizado por SCS y los óxidos mixtos Zn1-xCoxO, donde x = 0,05; 0,10; 0,15 y 0,20 (Tabla 1); el ZnO comercial solo fue utilizado al 10% en peso. Finalmente, los pigmentos estudiados fueron incorporados a 15 formulaciones y 01 formulación blanco con ZnO comercial.

Al ser incorporados a la formulación, los pigmentos sintetizados fueron ultrasonificados por 8 min en agua (100g / 150 mL H2O). El equipo utilizado fue el VCX 500 Vibracell de Sonics & Materials Inc. Posteriormente, el agua fue eliminada por evaporación lenta.

Todas las pinturas, elaboradas con dispersora de laboratorio, son presentadas en la Tabla 2, con los contenidos de resina, solvente, cargas, pigmentos y aditivos. La viscosidad de las pinturas alquídicas (Tabla 3) fue determinada en base al método descrito en la norma ASTM D 562-10 (2014) utilizando el Viscosímetro KU-2 de BYK.

Tabla 2. Formulaciones de pinturas con los óxidos mixtos Zn1-xCoxO, donde x = 0,05; 0,10; 0,15 y 0,20 basados en resina alquídica media en aceite
Componente (%) Formulaciones
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Resina de Soya 30,0
Aguarrás 27,2
Bentone 0,3
Dióxido de titanio 11,0
Disperbyk 108 0,1
Talco 20,5 25,5 20,5 10,5 25,5 20,5 10,5 25,5 20,5 10,5 25,5 20,5 10,5 25,5 20,5 10,5
Óxido de zinc comercial 10,0 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
ZnO -- 5,0 10,0 20,0 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
Zn0,95Co0,05O -- -- -- -- 5,0 10,0 20,0 -- -- -- -- -- -- -- -- --
Zn0,9Co0,10O -- -- -- -- -- -- -- 5,0 10,0 20,0 -- -- -- -- -- --
Zn0,85Co0,15O -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 5,0 10,0 20,0 -- -- --
Zn0,80Co0,20O -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 5,0 10,0 20,0
Octoato de plomo 0,4
Secante a base de cobalto 0,1
Secante a base de calcio 0,2
Aditivo Antipiel 0,2
Total 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100
Tabla 3. Viscosidad, según la norma ASTM D 562-10 (2014), de las pinturas alquídicas medias en aceite
  Formulaciones
  1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Temperatura en la medición (°C) 31 33 32 31 32 31 30 32 32 30 31 32 30 30 30 30
Viscosidad (KU) 87,0 80,3 79,1 81,2 83,5 84,3 76,8 87,3 80,3 82,7 85,7 79,7 86,3 88,3 80,1 83,8

2.6. Ensayos de corrosión aceleradaTOP

Probetas de 10×15 cm de acero estructural fueron desengrasadas y chorreadas hasta metal blanco (Asa3) de acuerdo con la norma ISO 8501-1. Las probetas chorreadas fueron recubiertas empleando pincel con las pinturas alquídicas medias en aceite formuladas con ZnO y óxidos mixtos Zn1-xCoxO elaborados por SCS, además de ZnO comercial. Los espesores de película seca, según la norma ASTM B 499-09 (2014), de los imprimantes alquídicos son presentados en la Tabla 4.

Tabla 4. Espesores de película seca, según la norma ASTM B 499-09 (2014), de los imprimantes alquídicos aplicados sobre probetas chorreadas de acero estructural
% wpig./wpaint Pigmento Espesor (µm) Desviación estándar (µm)
5 ZnO 59,44 3,397
  Zn0,95Co0,05O 60,31 3,658
  Zn0,90Co0,10O 62,77 3,044
  Zn0,85Co0,15O 63,57 4,727
  Zn0,80Co0,20O 69,04 4,591
10 ZnO comercial 57,05 3,137
  ZnO 57,28 4,681
  Zn0,95Co0,05O 58,98 3,809
  Zn0,90Co0,10O 64,64 6,889
  Zn0,85Co0,15O 63,05 3,689
  Zn0,80Co0,20O 75,32 3,142
20 ZnO 66,75 5,308
  Zn0,95Co0,05O 58,78 3,720
  Zn0,90Co0,10O 57,62 3,727
  Zn0,85Co0,15O 56,15 3,114
  Zn0,80Co0,20O 69,46 6,545

Las probetas pintadas fueron ensayadas usando: i) exposición en cámara de niebla salina basada en la norma ASTM B 117-16 (2016) por 863 h; y ii) exposición en cámara de dióxido de azufre basada en la norma ISO 3231 por 3528 h. A lo largo de cada ensayo el grado de corrosión fue evaluado según las normas ASTM D 610-08 (2012) y ASTM D 714-02 (2009).

2.7. Ensayos ElectroquímicosTOP

Para los ensayos fueron utilizadas probetas de acero dulce JIS G3141 (0,15% en Carbono, 0,60% en Manganeso, 0,05% en Azufre y 0,10% en Fósforo), SPCC grade (2 cm × 6 cm × 3 mm), las cuales fueron preparadas superficialmente con el uso de una pulidora, modelo METASERV™ y con papeles abrasivos 120, 140, 400 y 600 y, finalmente, desengrasadas con etanol. Un área de 1 cm2, aproximadamente, fue delimitada con parafina.

Fue utilizada una celda electroquímica de tres electrodos: un electrodo de cloruro de plata (Ag/AgCl/KCl 3M) como referencia, una probeta de acero dulce (ver párrafo anterior) como el electrodo de trabajo y un contraelectrodo de Platino como placa de 0,8 × 0,8 cm. Las mediciones fueron realizadas en suspensiones del pigmento (1 g de pigmento / 100 mL de solución). El electrolito utilizado fue una solución de NaCl 0,1M. La amplitud del barrido fue desde –250 mV hasta 250 mV versus OCP, a una velocidad de barrido de 1mVs-1.

Fue utilizado el método de Tafel para la determinación de las densidades de corriente (Icorr) de probetas de acero en suspensiones de los pigmentos estudiados. Los ensayos fueron realizados después de 24 h de inmersión en agitación constante. Posteriormente, fue calculada la eficiencia de inhibición de cada pigmento (ηp) con ensayos adicionales de muestras blanco (sin pigmento) y en base a la ecuación (1):

3. RESULTADOSTOP

- Análisis de los óxidos por difracción de rayos X:

Los difractogramas de Rayos X presentados en las Figs. 1 y 2 para los óxidos ZnO y Zn1-xCoxO, muestran que los valores de ángulo de difracción, 2θ, y raíz cuadrada de la intensidad relativa, √I/I0, permiten identificar dos fases cristalinas, ZnO y Co3O4, en los óxidos mixtos.

Figure 1. Difractogramas XRD para los pigmentos ZnO (a), Zn0,95Co0,05O (b) y Zn0,90Co0,10O (c) obtenidos por SCS.

 

Figure 2. Difractogramas XRD para los pigmentos Zn0,85Co0,15O (a) y Zn0,80Co0,20O (b) obtenidos por SCS.

 

- Análisis químico de los óxidos:

Fueron comparados los contenidos teóricos, de zinc y cobalto en los óxidos según la estequiometría, con los resultados obtenidos por ICP-OES en los óxidos sintetizados. En la Tabla 5 es presentada la relación teórica molar Zn/Co (p.e. 0,95/0,05 = 19) y la relación real molar Zn/Co obtenida a partir del análisis mediante ICP-OES.

Tabla 5. Relación teórica molar Zn/Co y relación real molar Zn/Co obtenida a partir del análisis mediante ICP-OES
Óxido Teórica Real
Zn0,95Co0,05O 19 20,07
Zn0,90Co0,10O 9 9,21
Zn0,85Co0,15O 5,67 5,77
Zn0,80Co0,20O 4 4,12

- Análisis de los óxidos por microscopía electrónica de transmisión:

El estudio por microscopía electrónica de transmisión permitió establecer, como puede ser apreciado en la Fig. 3, el tamaño y la morfología de las partículas (en este caso del ZnO).

Figure 3. Morfología de ZnO obtenido por SCS. a) Morfología irregular, pero cuasi esférica del ZnO; b) partículas de ZnO donde se observa la homogeneidad en el tamaño de las partículas que están por debajo de los 100 nm.

 

- Ensayos de corrosión acelerada:

En la Tabla 6 son presentados el grado de ampollamiento, según la norma ASTM D 714-02 (2009), y el grado de corrosión, según la norma ASTM D 610-08 (2012) de los sistemas evaluados para ensayos en niebla salina neutra (863 h) y dióxido de azufre (3528 h).

Tabla 6. Evaluación de probetas para ensayos en niebla salina neutra y dióxido de azufre
Formulación (wpigmento/wpintura × 100) Pigmento estudiado Niebla Salina Dióxido de Azufre
Ampollamiento Corrosión Foto Ampollamiento Corrosión Foto
5 ZnO 4M 5P 4MD 7G
  Zn0,95Co0,05O 4M 5P 4MD 8P
  Zn0,90Co0,10O 4M 7P 4MD 8G
  Zn0,85Co0,15O 4M 8G 4MD 7G
  Zn0,80Co0,20O 4M 8G 4MD 8P
10 ZnO comercial 4M 7G 8MD 7P
  ZnO 4MD 6G 4M 8G
  Zn0,95Co0,05O 6M 7P 8MD 8P
  Zn0,90Co0,10O 4M 7G 8MD 8P
  Zn0,85Co0,15O 6M 7G 8MD 8P
  Zn0,80Co0,20O 4F 7G 8MD 9P
20 ZnO 4F 8G 8M 8P
  Zn0,95Co0,05O 4F 8G 8MD 8P
  Zn0,90Co0,10O 4M 8G 8MD 8P
  Zn0,85Co0,15O 4F 7G 8MD 8P
  Zn0,80Co0,20O 8F 9P 8M 8P

- Ensayos electroquímicos:

En la Tabla 7 se puede apreciar los valores de Icorr y eficiencia de inhibición para los pigmentos estudiados.

Tabla 7. Icorr y eficiencia de inhibición de los pigmentos estudiados
Óxido Icorr (µA·cm–2) Eficiencia de Inhibición (%)
Blanco (sin pigmento) 86,70 --
ZnO comercial 31,76 63,36
ZnO 13,38 84,57
Zn0,95Co0,05O 12,70 85,35
Zn0,90Co0,10O 7,479 91,37
Zn0,85Co0,15O 6,669 92,31
Zn0,80Co0,20O 3,270 96,23

4. DISCUSIÓNTOP

- Análisis de los óxidos por difracción de rayos X:

La identificación de dos fases cristalinas, ZnO y Co3O4, en los óxidos mixtos no está de acuerdo con lo reportado por Ahmed y Selim (2005) quienes afirmaron que aproximadamente 20% de CoO puede ser retenido en la solución sólida de la fase Wurzita. Cabe señalar que el método de preparación utilizado por estos investigadores fue síntesis por calcinación. Sin embargo, Ahmed and Selim (2005) encontraron que el óxido 20% CoO.ZnO mostró la presencia de pequeñas líneas en los difractogramas relacionadas con la fase cristalina CoO, como ha sido observado en este estudio para todos los óxidos mixtos sintetizados por SCS.

- Análisis químico de los óxidos:

Los resultados confirmaron con buena aproximación los contenidos esperados de zinc y cobalto en los óxidos preparados.

- Análisis de los óxidos por microscopía electrónica de transmisión:

Los pigmentos sintetizados, de forma cuasi-rectangular, pueden ser considerados nanopartículas debido al tamaño que presentan, por debajo de los 100 nm.

- Ensayos de corrosión acelerada:

Como se puede apreciar, los sistemas alquídicos presentaron mejor desempeño con el aumento del contenido de los pigmentos (óxidos mixtos), con relación al peso de la pintura, para el ensayo de niebla salina neutra. Desde 5%, donde la corrosión es bastante visible, hasta 20%, donde la corrosión es menos apreciable. El aumento de la capacidad inhibidora del óxido mixto con el incremento del contenido de cobalto es evidente en los imprimantes alquídicos para cada porcentaje en peso de pigmento por peso de pintura. Por otro lado, algunas probetas presentan daños provenientes de sus bordes, lo cual influyó en los grados de herrumbre y ampollamiento. Esto fue observado en las probetas de 10 % en pigmento y contenidos de cobalto mayores.

Para el caso del ensayo en dióxido de azufre, el incremento del contenido de los pigmentos (óxidos mixtos) mejora el desempeño de los imprimantes alquídicos. En este caso, el aumento de la capacidad inhibidora del óxido mixto con el incremento del contenido de cobalto no fue tan marcado como en el ensayo en niebla salina neutra (5 y 20% de óxido mixto en la pintura); sin embargo, para 10 % en peso de pigmento (óxido mixto) fue apreciada una tendencia similar a la observada en el ensayo de niebla salina.

- Ensayos electroquímicos:

Se puede apreciar una diferencia mayor al 50 % entre los valores de Icorr del Blanco y del ZnO comercial, lo cual indica que el ZnO tiene propiedades inhibidoras de la corrosión del acero en el medio salino evaluado. Asimismo, se puede apreciar una diferencia mayor al 50% entre los valores de Icorr del ZnO comercial y el nano, lo cual demuestra que la capacidad inhibidora del ZnO es mayor para las partículas en tamaño nano. Por último, a medida que aumenta el contenido de cobalto en el óxido mixto los valores de Icorr tienden a disminuir.

De manera similar, la eficiencia de inhibición aumenta a partir del ZnO comercial (63,36%) hasta el pigmento con mayor contenido de cobalto (96,23%). Además, la eficiencia de inhibición aumenta en mayor proporción al pasar del ZnO comercial al ZnO nano.

5. CONCLUSIONESTOP

Los pigmentos sintetizados de óxidos de zinc y cobalto en tamaño nanométrico fueron evaluados en su capacidad anticorrosiva.

La estequiometría de los óxidos Zn0,95Co0,05O – Zn0,90Co0,10O – Zn0,85Co0,15O – Zn0,80Co0,20O obtenidos mediante síntesis por combustión en solución fue confirmada mediante análisis químico elemental del Zn y Co utilizando el equipo ICP-OES. Las fases ZnO y Co3O4 en los óxidos mixtos fueron identificadas mediante Difracción de Rayos X, mostrando cualitativamente en los espectros el incremento de la fase Co3O4 conforme aumenta el contenido de cobalto de 5 a 20% en el óxido mixto Zn1-xCoxO. Posteriormente, en los ensayos TEM pudo ser observado el tamaño nanométrico y la forma cuasi-rectangular de los pigmentos sintetizados.
Los ensayos de corrosión acelerada (niebla salina y dióxido de Azufre) realizados sobre probetas pintadas con imprimantes alquídicos que contienen los pigmentos Zn1-xCoxO sintetizados confirman el incremento de protección ofrecida por el óxido mixto con el aumento del contenido de cobalto. Las tendencias observadas en los ensayos de corrosión acelerada han sido confirmadas por los ensayos electroquímicos, según los cuáles la capacidad inhibidora de la corrosión del acero aumenta cuando el pigmento es usado en tamaño nanométrico y cuando es incrementado el contenido de cobalto en los mismos.

 

AGRADECIMIENTOSTOP

Los autores del presente trabajo de investigación deseamos agradecer a la Dirección de Gestión de Investigación de la Pontificia Universidad Católica del Perú (PUCP) por haber financiado parte del estudio. Asimismo, deseamos expresar nuestro agradecimiento al Instituto de Corrosión y Protección de la PUCP por proveer de los recursos necesarios en infraestructura, equipamiento y personal de apoyo para la ejecución del trabajo experimental. Por último, deseamos agradecer a la Dra. Maribel Guzmán (PUCP) y a la Universidad de Lovaina por los análisis de Microscopía Electrónica de Transmisión.

 

REFERENCIASTOP


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