Desenvolvimento do revestimento epóxi/óxido de grafeno para aplicação em barra roscada
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Primeiro orientador
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Fernando Cotting
João Paulo Campos Trigueiro
João Paulo Campos Trigueiro
Resumo
O presente trabalho apresenta a investigação das propriedades anticorrosivas,
tribológicas e de hidrofobicidade promovidas pela adição de óxido de grafeno (GO) em
matriz epóxi para aplicação em barras roscadas. Neste contexto, o GO produzido pelo
CTNano/UFMG foi caracterizado quanto a suas características físico-químicas e
morfológicas e utilizado para preparar um nanocompósito com a resina derivada do
monômero diglicidil Éter de Bisfenol A (DGEBA). Foram testadas três concentrações de
GO no sistema epóxi (0,1; 0,25; 0,5% m/m) e os nanocompósitos foram preparados via
moinho de rolos. A presença de GO no epóxi promoveu um aumento de 23°C na
estabilidade térmica do sistema de referência (epóxi puro processado da mesma forma
que os nanocompósitos). No entanto, estudos através da técnica de calorimetria
exploratória diferencial (DSC) apontaram uma diminuição na temperatura de transição
vítrea do sistema com a incorporação do GO. As análises de XPS foram realizadas para
estudar a interação entre DGEBA e GO e confirmam a presença do nanomaterial na
formulação. O comportamento dos sistemas a partir de solicitações mecânicas de tração
e flexão foram avaliados e os resultados de tração mostram similaridade entre os sistemas
em estudo. Por outro lado, a formulação desenvolvida para o nanocompósito apresentou
um comportamento 52% mais tenaz em condições de flexão se comparado com o sistema
de referência. As barras roscadas revestidas foram incialmente avaliadas
morfologicamente e foi constatada a homogeneidade e integridade dos revestimentos. O
ensaio de molhabilidade feito sobre as superfícies revestidas mostrou um aumento de 26°
no ângulo de contato para o sistema nanoestruturado mais concentrado em relação a
referência. Os ensaios de corrosão acelerados em câmara de névoa salina também
apontaram o revestimento fabricado com 0,5% m/m de GO como o mais promissor na
proteção contra corrosão, demonstrando uma diminuição de 36% da área corroída em
relação ao revestimento de referência. O desgaste dos revestimentos foi estudado através
de um ensaio de microabrasão, no equipamento Calotest, sobre a superfície de chapas
planas e apontou uma diminuição de 31% no coeficiente de desgaste do sistema
nanoestruturado em comparação com a referência. Finalmente, o conjunto de resultados
reportados no presente trabalho indicou o sistema epóxi/GO como promissor em relação
a propriedades anticorrosivas, tribológicas e de hidrofobicidade.
Abstract
The present work presents the investigation of the anticorrosive, tribological and
hydrophobic properties promoted by the addition of graphene oxide (GO) in an epoxy
matrix for application in threaded bars. In this context, the GO produced by
CTNano/UFMG was characterized according to its physical-chemical and morphological
characteristics and used to prepare a nanocomposite with the resin derived from the
monomer diglycidyl Bisphenol A Ether (DGEBA). Three GO concentrations were tested
in the epoxy system (0.1; 0.25; 0.5% m/m) and the nanocomposites were prepared via
roller mill. The presence of GO in the epoxy promoted a 23°C increase in the thermal
stability of the reference system (pure epoxy processed in the same way as the
nanocomposites). However, studies using the differential scanning calorimetry (DSC)
technique have shown a decrease in the glass transition temperature of the system with
the incorporation of GO. XPS analyzes were carried out to study the interaction between
DGEBA and GO and confirm the presence of the nanomaterial in the formulation. The
behavior of the systems from traction and flexion mechanical requests were evaluated
and the traction results show similarity between the systems under study. On the other
hand, the formulation developed for the nanocomposite presented a behavior 52% more
tenacious in bending conditions compared to the reference system. The coated threaded
rods were initially morphologically evaluated and the homogeneity and integrity of the
coatings were verified. The wettability test performed on the coated surfaces showed an
increase of 26° in the contact angle for the more concentrated nanostructured system in
relation to the reference. The accelerated corrosion tests in a salt spray chamber also
indicated the coating manufactured with 0.5% m/m of GO as the most promising in terms
of corrosion protection, demonstrating a 36% decrease in the corroded area in relation to
the reference coating. The wear of the coatings was studied through a microscale abrasive
wear test, in the Calotest equipment, on the surface of flat plates and showed a 31%
decrease in the wear coefficient of the nanostructured system compared to the reference.
Finally, the set of results reported in the present work indicated the epoxy/GO system as
promising in terms of anticorrosive, tribological and hydrophobicity properties.
Assunto
Engenharia quimica, Óxido de grafeno, Resinas epoxi, Corrosão, Hidrofobicidade
Palavras-chave
Òxido de grafeno, Resina epóxi, Corrosão, Névoa salina, Hidrofobicidade, Microabrasão
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