Comportamento quanto à corrosão e efeito lubrificante de líquidos iônicos próticos

Abstract

Este trabalho abrange dois tópicos de potenciais aplicações para líquidos iônicos próticos. Os líquidos iônicos próticos (PILs) são sais orgânicos produto de reações de neutralização ácido – base de Brønsted, que são líquidos a temperaturas menores a 100 °C. Dentre suas propriedades vale mencionar a estendida faixa liquidus, condutividade térmica e elétrica, alta viscosidade, alto poder de solvatação e baixa toxicidade. Essas propriedades são responsáveis pelo amplo espectro de aplicações dos líquidos iônicos próticos. Dessa forma, visando avaliar o comportamento quanto à corrosão e o efeito lubrificante dos mesmos, realizou-se avaliação do comportamento eletroquímico do aço API 5L X-70 em contato com os líquidos formiato de 2-hidroxietilamina (2HEAF), propionato de 2-hidroxietilamina (2HEAPr) e butanoato de 2-hidroxietilamina (2HEABu), empregando-se as técnicas de monitoramento de potencial de circuito aberto (OCP), e espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS). A partir da avaliação do comportamento quanto à resistência à corrosão do aço API 5L X-70 em contato com os PILs 2HEAF, 2HEAPr e 2HEABu, foram observados fenômenos de adsorção, difusão e corrosão. Tendo sido observado que o líquido 2HEABu que apresenta maior comprimento de cadeia no ânion, apresentou maior adsorção ao substrato e menor grau de corrosão. Desta etapa, concluiu-se que o PIL 2HEABu poderia agir como inibidor de corrosão; e por isso avaliou-se o efeito da adição de pequena quantidade (500 ppm) do mesmo em eletrólitos de NaCl 0,01 mol.L-1 e de Na2SO4 0,01 mol.L-1 empregando-se curvas de polarização, monitoramento de OCP e EIS. A partir dos ensaios de corrosão, observou-se que, na concentração trabalhada, o PIL 2HEABu não teve efeito considerável para a inibição do processo de corrosão do aço API 5L X-70. Além disso, considerando-se que tem sido relatado na literatura o efeito lubrificante dos PILs, avaliou-se o efeito lubrificante dos líquidos 2HEAF e pentanoato de 2-hidroxietilamina (2HEAPe), os quais apresentam diferentes comprimentos de cadeia no ânion, em contato com substrato alumínio comercialmente puro e esfera de alumina a partir de ensaios de desgaste empregando-se um tribômetro com configuração ball-on-plate. Os dois PILs estudados promoveram uma redução do coeficiente de atrito e, consequente diminuição da largura da trilha formada durante o desgaste, comparativamente ao sistema sem lubrificação. Além disso, os resultados mostraram que, o PIL 2HEAPe foi aquele que promoveu maior diminuição do coeficiente de atrito evidenciando o efeito do tamanho da cadeia do ânion do PIL sobre o efeito lubrificante do mesmo.

This thesis deals with two topics regarding potential applications for protic ionic liquids. Protic ionic liquids are organic salts, obtained by Brønsted neutralization, liquid at temperatures lower than 100 °C. Among their properties, it is worth to mention their extended liquidus range, thermal and electrical conductivity, high viscosity and high solvation power and low toxicity. Those properties are responsible for their wide variety of applications. Aiming to evaluate their corrosion behavior and their lubricant effect, electrochemical behavior of API X-70 steel in contact with 2-hydroxyethylammonium formiate (2HEAF), 2-hydroxyethylammonium propionate (2HEAPr) and 2-hydroxyethylammonium butanoate (2HEABu) was evaluated. For this purpose, the techniques open circuit potential (OCP) monitoring and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were employed. Evaluation of corrosion resistance behavior of API 5L X-70 steel in contact with 2HEAF, 2HEAPr and 2HEABu allowed to observe adsorption, diffusion and corrosion phenomena. It was observed that 2HEABu, whose anion chain was the longest, had better adsorption on the substrate and less corrosion. Besides, it was concluded that PIL 2HEABu could work out as corrosion inhibitor. That is why, the effect of adding small amounts (500 ppm) of the liquid into a 0.01 mol.L-1 NaCl solution and into a 0.01 mol.L-1 Na2SO4 solution was evaluated via polarization curves, OCP monitoring and EIS. Corrosion tests showed that for the work concentration, 2HEABu had no relevant effect for the API X-70 corrosion process. In addition, and considering the lubricant effect of PILs reported in the literature, 2HEAF and 2-hydroxyethylammonium pentanoate (2HEAPe) lubricant effect was tested. These PILs have different anion chain length and were tested for commercially pure aluminum – alumina sphere contacts in wear tests. Wear tests were conducted in a ball-on-plate tribometer. Both PILs promoted the reduction of the coefficient of friction and consequent the reduction of width of the track formed during the wear test, compared to the dry, non-lubricated system. Results showed that 2HEAPe promoted the more significant coefficient of friction decrease, evidencing the effect of the PIL anion chain length on its lubricant effect.