CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata de um processo para obtenção de revestimento organometálico à base de zinco lamelar em solução aquosa, mais especificamente, a presente invenção diz respeito à obtenção de revestimento do tipo zinc flake contendo uma pequena percentagem de alumínio (contendo 10 a 20% de zinco metálico e 1 a 5% de alumínio metálico). Mais especificamente, a presente invenção ensina um processo para a obtenção de um revestimento para peças metálicas com dureza superficial melhorada e alto desempenho contra corrosão.

[002] A presente invenção também se refere aos revestimentos organometálicos obtidos por meio do referido processo e à aplicação dos mesmos em peças metálicas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] No campo dos revestimentos para peças metálicas, os revestimentos organometálicos se destacam com relação aos revestimentos eletrolíticos por não serem susceptíveis à fragilização por hidrogênio. No âmbito dos revestimentos organometálicos, há notáveis esforços direcionados ao desenvolvimento de tecnologias isentas de metais pesados e ambientalmente amigáveis. Nesse contexto, o estado da técnica revela revestimentos organometálicos de base aquosa como, por exemplo, o Geomet® 321/720, o qual consiste em uma dispersão aquosa compreendendo flocos de zinco e alumínio e outros agentes químicos específicos e é especialmente formulado para proteção de substratos de ferro, alumínio, zinco e suas ligas.

[004] Entretanto, revestimentos organometálicos convencionais, apesar da alta resistência à corrosão, apresentam baixas dureza superficial e resistência ao intemperismo. Em se tratando de revestimentos do tipo zinc flake, os flocos de zinco e alumínio propiciam um filme sem rigidez suficiente para oferecer resistência mecânica para determinadas aplicações. Destarte, a formação de poros provenientes do alinhamento entre as partículas de zinco e alumínio favorecem a penetração de intempéries. Esse problema técnico é evidente mesmo mediante a aplicação de várias camadas de revestimento e até mesmo mediante a utilização de top coats (selantes).

[005] Nesse âmbito, o estado da técnica engloba documentos que vislumbram o aprimoramento das propriedades mecânicas de revestimentos. Por exemplo, a tese Mora, L. V. avalia a incorporação de nanopartículas em revestimentos para estruturas metálicas. Esse documento revela a incorporação de nanopartículas de sílica funcionalizada e não funcionalizada em revestimento à base de sol-gel e matriz de polisiloxano. Foi demonstrado que a incorporação das referidas nanocargas na matriz polimérica possibilita a obtenção de revestimentos com propriedades mecânicas aprimoradas. Outrossim, esse documento menciona a relevância da dispersão das nanopartículas dentro da matriz para o alcance das propriedades mecânicas melhoradas. Entretanto, o documento em questão é silente sobre revestimentos organometálicos de zinco e alumínio e, por conseguinte, sobre revestimentos organometálicos de base aquosa dessa natureza.

[006] O documento CN102344738A trata de uma composição de revestimento compósito contra corrosão para estruturas de aço que compreende pó de zinco em flocos como eletrodo de sacrifício e nanocarga inorgânica. A referida nanocarga inorgânica pode consistir de óxido de silício. Entretanto, esse documento propõe, além de um revestimento de alta resistência à corrosão, uma solução para o problema de adesão ao substrato relacionado aos revestimentos ricos em zinco convencionais. Para esse propósito, o documento em questão ensina a produção de um revestimento à base de resina epóxi e pó de zinco em flocos, na presença de um solvente misto de xileno e n-butanol.

[007] O documento CN1563229A, por sua vez, trata de um revestimento zinc flake compreendendo nanocarga em pó que pode consistir de nano-sílica. Esse documento propõe o zinc flake como alternativa a tintas convencionais à base de pó de zinco mediante o apontamento de diversas vantagens e, nesse âmbito, menciona que a estrutura de flocos das ligas do tipo zinc flake é satisfatória com relação à penetração de intempéries e meios corrosivos. Dessa forma, esse documento não contém ensinamentos explícitos sobre a incorporação da nanocarga em vista de preencher poros e reduzir entrada de intempéries. Além disso, o revestimento conforme descrito nesse documento não é solúvel em água e, de acordo com o processo de obtenção explicitado, a preparação do revestimento é conduzida com solventes orgânicos e resina epóxi. Releva mencionar que o revestimento em questão é direcionado para concreto, e não peças metálicas.

[008] Conforme exposto supra, o estado da técnica não fornece ensinamentos concernentes ao aprimoramento de propriedades mecânicas, como aumento de dureza superficial e resistência à abrasão, de revestimentos organometálicos de zinco e alumínio. Ademais, o estado da técnica é silente sobre a incorporação de carga de sílica coloidal nanométrica em matriz de composto organometálico de base aquosa. Nesse cenário, a presente invenção fornece um processo que permite a obtenção de um revestimento organometálico de alta dureza superficial e excelente resistência à corrosão, além de ambientalmente amigável por dispensar a utilização de resinas epóxi e solventes orgânicos.

[009] Desta forma, não há relatos no estado da técnica que antecipem um processo para obtenção de revestimento organometálico à base de zinco lamelar em solução aquosa com características de resistência mecânica e à corrosão superiores aos revestimentos já conhecidos da arte.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0010] A presente invenção se refere a um processo para obtenção de revestimento organometálico à base de zinco lamelar em solução aquosa. Mais especificamente, a presente invenção trata de um processo para produção de um revestimento de matriz de zinc flake de base aquosa, compreendendo a incorporação de carga de sílica coloidal nanométrica em solução aquosa e/ou alcoólica. O processo objeto da presente invenção pode compreender, adicionalmente, a incorporação de nano e/ou micro partículas de pó de aço inoxidável 316-L ou 304, pó de fibra de vidro, pó de vidro micronizado ou misturas destes.

[0011] A presente invenção tem o objetivo de prover uma rota de processamento para a produção de um revestimento organometálico que possua dureza superficial e resistência à corrosão superiores aos revestimentos organometálicos utilizados atualmente.

[0012] Adicionalmente, a presente invenção vislumbra a obtenção de um revestimento organometálico isento de solventes orgânicos e resinas epóxi, configurando, então, uma proposta ambientalmente amigável.

[0013] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê uma rota para produção de um revestimento organometálico de base aquosa de alta qualidade. O referido processo compreende: a) mistura das partes A (pasta de zinco e alumínio), B (meio aquoso) e C (agente de viscosidade); e b) em agitação média, adicionar aos poucos a solução de sílica coloidal e prosseguir a agitação por pelo menos 1 hora.

[0014] Ademais, a presente invenção propõe um processo para a aplicação do revestimento organometálico obtido para aplicações em peças metálicas. Preferencialmente, a invenção se refere à aplicação do referido revestimento por meio de processos convencionais de imersão e centrifugação, spray ou imersão e escorrimento. O processo de aplicação do revestimento da presente invenção compreende uma etapa de cura a uma temperatura na faixa de 320°C a 335°C por um período de tempo entre 15 e 30 minutos.

[0015] Opcionalmente, a presente invenção propõe a aplicação de um selante à base de nanopartículas de sílica coloidal, em vista de aumentar ainda mais a resistência à corrosão e ao intemperismo.

[0016] Esses objetivos e demais vantagens da presente invenção ficarão mais evidentes a partir da descrição que se segue.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0017] A Figura 1 ilustra uma imagem obtida por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um filme de revestimento organométrico convencional. [0018] A Figura 2 ilustra uma imagem obtida por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um filme de revestimento organométrico com carga de sílica nanométrica coloidal de acordo com a presente invenção (com aumento de 2.500x).

[0019] A Figura 3 ilustra uma imagem obtida por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV) de um filme de revestimento organométrico com carga de sílica nanométrica coloidal de acordo com a presente invenção (com aumento de .OOOx).

[0020] A Figura 4 ilustra imagens de superfícies metálicas com e sem aplicação de camada selante à base de nanopartículas de sílica coloidal após 3.000h de ensaio de névoa salina (“salt spray”).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0021] A presente invenção se refere à produção de um revestimento organometálico de base aquosa incluindo a incorporação de carga de sílica coloidal nanométrica.

[0022] A sílica coloidal se mistura com muito mais facilidade à matriz organometálica, em comparação com a substância em pó. Em uma concretização preferencial da presente invenção, são também incorporadas cargas de nano e/ou micro partículas de pó de aço inoxidável 316-L ou 304, pó de fibra de vidro, pó de vidro micronizado ou misturas destes. As nano e micro partículas dos referidos materiais são inertes e não alteram a matriz organometálica, e contribuem positivamente para o aumento da dureza superficial e da resistência à corrosão, à abrasão e ao intemperismo. Desta forma, obtém-se uma estrutura rígida do revestimento, com um “suporte estrutural” para as partículas de zinco e alumínio na matriz organometálica. As Figuras 2 e 3 demonstram a diminuição da porosidade do revestimento zinc flake quando incorporado com a carga de sílica coloidal em comparação com um revestimento organometálico convencional conforme ilustrado na Figura 1. [0023] De acordo com a presente invenção, a sílica coloidal contém partículas de 10 a 50 nm e consiste em uma solução compreendendo de 15 a 32% de sílica coloidal, 6 a 8% de 2-butoxietanol, 6 a 10% de metanol e 50 a 63% de água.

[0024] O processo de produção do revestimento organometálico constituído de matriz de zinc flake de base aquosa contendo carga de sílica coloidal nanométrica compreende as seguintes etapas: a) misturar as partes A (pasta de zinco e alumínio), B (meio aquoso) e C (agente de viscosidade), em que a parte B é adicionada aos poucos à parte A previamente homogeneizada e, em seguida, a parte C é adicionada aos poucos à mistura das partes A e B e, então, a mistura é agitada por 24 horas em agitador mecânico com hélice centrífuga com velocidade de agitação não superior a 3.000rpm, em que

- a parte A compreende 20 a 40% de zinco metálico, 2 a 10% de alumínio metálico, 20 a 30% de dipropileno glicol, 2 a 5% de surfactante não iônico e 15 a 20% de água deionizada;

- a parte B compreende 1 a 7% de silano (A-187), 70 a 90% de água deionizada, 0,1 a 0,2% de ácido bórico e 2 a 3% de silicato de sódio; e

- a parte C compreende um espessante para tintas base água do grupo que consiste em hidroxietilcelulose, goma guar, sílica pirogênica e álcool polivinílico, além de agentes de tixotropia, como bentonitas modificadas (argilas organofílicas); em que as partes A, B e C são misturadas em uma proporção de cerca de 42% em peso de A, cerca de 57% em peso de B e entre cerca de 0,3 e cerca de 0,7% em peso de C, com base no peso total da matriz de zinc flake, em que a parte C é adicionada na faixa estabelecida até que viscosidade da mistura esteja na faixa de 60 e 80, de acordo com o copo Zahn n° 2; e b) em agitação média, adicionar aos poucos cerca de 15% a cerca de 20% em peso da solução de sílica coloidal, em relação ao peso total da composição de revestimento, e prosseguir a agitação por pelo menos 1 hora em agitador mecânico com hélice centrífuga com velocidade de agitação não superior a 3.000 rpm.

[0025] As cargas de nano e/ou micro partículas de pó de aço inoxidável 316-L ou 304, pó de fibra de vidro, pó de vidro micronizado ou misturas destes, quando incorporadas, são adicionadas nas seguintes proporções: 1 a 5% de nano e/ou micro partículas de pó de aço inoxidável 316- L ou 304, 1 a 5% de pó de fibra de vidro e 1 a 5% de pó de vidro micronizado, todas as proporções sendo em peso cem relação ao peso de sílica coloidal. As referidas cargas adicionais são incorporadas à sílica e a mistura é agitada vigorosamente por 30 minutos em agitador mecânico com hélice centrífuga e, em seguida deixada em repouso por 8 a 12 minutos. Após o tempo de repouso/decantação, são aproveitadas apenas as partículas em suspensão.

[0026] Adicionalmente, a presente invenção se refere a um processo para aplicação do revestimento organometálico obtido para aplicações em peças metálicas. O referido processo de aplicação compreende uma etapa preliminar de desengraxe alcalino das peças para a remoção de óleos e quaisquer outros tipos de contaminantes. Em seguida, as peças são lavadas com água quente para remoção dos resíduos do desengraxante. Então, as peças são submetidas à jateamento abrasivo com micro esferas de aço inoxidável para a remoção de impurezas indesejáveis da superfície do substrato, além de melhorar as qualidades metalúrgicas superficiais. Por fim, a aplicação do revestimento organometálico é conduzida por meio de processos convencionais de imersão e centrifugação, spray ou imersão e escorrimento e compreende as seguintes etapas:

- imersão no banho por 15 a 30 segundos;

- centrifugação entre 250 rpm e 450 rpm por 15 a 30 segundos em cada sentido, horário e anti-horário;

- cura a uma temperatura de 320°C a 335°C por 15 a 30 minutos.

[0027] De acordo com a presente invenção, o revestimento pode ser aplicado às peças em até 3 camadas, de modo que a camada final de revestimento (“camada total”) possui entre 5 e 12 microns. Nesse âmbito, a presente invenção possibilita até 3.000h de resistência à corrosão sem a aplicação de selante à base de nanopartículas de sílica coloidal e até 8.000h de resistência à corrosão com a aplicação de uma camada de selante, de acordo com o ensaio de névoa salina (“salt spray”) em conformidade com especificação ASTM B-117 e ISO 9227. A Figura 4 demonstra os resultados alcançados, em termos do aspecto visual que pode ser observado, para um conjunto de peças metálicas revestido com a “camada total” do revestimento organometálico da presente invenção e para um conjunto de peças metálicas compreendo uma camada selante adicional, ambos submetidos a um ensaio de névoa salina por 3.000h.

[0028] A descrição que se fez até aqui do objeto da presente invenção deve ser considerada apenas como uma possível ou possíveis concretizações, e quaisquer características particulares nelas introduzidas devem ser entendidas apenas como algo que foi escrito para facilitar a compreensão. Desta forma, não devem ser consideradas como limitantes da invenção, a qual está limitada ao escopo das reivindicações.

[0029] Os exemplos que serão apresentados ilustram os alcances da invenção aqui proposta.

EXEMPLOS

Exemplo 1: Ensaio de névoa salina

Foi conduzido ensaio de névoa salina (“salt spray”), em conformidade com as especificações ASTM B-117 e ISO 9227, durante 3.000h, em dois conjuntos de amostras de peças metálicas: o primeiro conjunto revestido com a “camada total” de revestimento de acordo com a presente invenção e o segundo conjunto com a aplicação de uma camada adicional de selante à base de nanopartículas de sílica coloidal.