A
bstract
42
ISSN 2477-9105 Número 22 Vol. 2 (2019)
EVALUACIÓN DE UN RECUBRIMIENTO ANTICORROSIVO A BASE DE
POLIESTIRENO EXPANDIDO RECICLADO
1
Mabel Parada Rivera,
1
Tanya Cárdenas Valencia,
1,2
Paul Palmay Paredes,
1
Danielita Borja Mayor-
ga,
3
María Eugenia Ramos Flores
1
Carrera de Ingeniería Química, Facultad de Ciencias, Escuela Superior Politécnica de Chimborazo
– ESPOCH. Riobamba, Ecuador.
*mparada@espoch.edu.ec
R
esumen
El desarrollo de recubrimientos anticorrosivos en la actualidad busca la reutilización de las grandes
cantidades de polímeros desechados, entre los que destaca el poliestireno. Esta investigación tuvo
como objetivo evaluar un recubrimiento anticorrosivo formulado en base a poliestireno expandido
reciclado. Se desarrollaron dos formulaciones patrón con poliestireno expandido reciclado como
resina, D-limoneno como disolvente, TiO2 pigmento carga, ZnO agente anticorrosivo y octoato de
cobalto como secante. Se evaluaron sus propiedades físicas, químicas y reológicas en referencia a la
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 1045 “Pinturas anticorrosiva. Esmalte alquídico brillante.
Requisitos”. Los resultados muestran que la formulación 2 da mejores resultados en función de su
un tiempo de secado al tacto (63,84 min), viscosidad (715,80 cP), porcentaje de adherencia (96,00 %),
limpieza en vidrio y porcentaje de sólidos (39,50 %). Adicionalmente, se comparó la resistencia a la
corrosión del recubrimiento obtenido versus un recubrimiento comercial, mediante la exposición
al ambiente salino de la playa las Palmas de la ciudad de Esmeraldas de placas de acero al carbono,
acero inoxidable 304L y tol negro tratadas con ambos recubrimientos y aplicando la técnica de
pérdida de peso. La velocidad de corrosión en las muestras donde se aplicó el recubrimiento de
poliestireno, en milésimas de pulgadas por año (mpy), fueron 0,859 para el tol negro, 0,259 para
acero al carbono y 0,064 para acero inoxidable 304L en base a la norma ADTM D-610 usando
imágenes estandarizadas. Lo que evidencia el potencial del polímero reciclado como resina para
recubrimiento anticorrosivo.
Palabras claves: Anticorrosivo, Corrosión, Poliestireno Expandido, Recubrimiento.
Development of anticorrosive coatings currently seeks the reuse of large quantities of discarded
polymers, among which polystyrene stands out. The objective of this research was to evaluate
an anticorrosive coating formulated based on recycled expanded polystyrene. Two standard
formulations were developed with expanded polystyrene recycled as resin, D-limonene as solvent,
TiO2 pigment charge, ZnO anticorrosive agent and cobalt octoate as a drying agent. Their physical,
chemical and Theological properties were evaluated in reference to the Ecuadorian Technical Norm
NTE INEN 1045 "Anticorrosive paints. Glossy alkyd enamel. Requirements. " The results show
that the formulation 2 gives better results depending on its a time of drying to the touch (63,840
min), viscosity (715,80 cP), percentage of adherence (96,00 %), cleaning in glass and percentage of
solids (39,50 %). Additionally, the corrosion resistance of the obtained coating versus a commercial
coating was compared by exposure, in the saline environment of Las Palmas Beach in the city of
Evaluation of a recycled expanded polystyrene-based anticorrosive coat
2
Universidad Rovira i Virgili, Tarragona, España.
3
Departamento de Ciencias de la Tierra, Universidad Estatal Amazónica – UEA. Puyo, Ecuador.
43
I. INTRODUCCIÓN
La corrosión es uno de los principales
problemas en las industrias química, pe-
trolera, petroquímica, naval, automovi-
lística, de construcción civil, edificacio-
nes, vías, puentes, plataformas marinas,
tuberías y represas, entre otras (1).
Esto lleva a importantes afectaciones en
lo económico, con costos comprendidos
entre el 2,00 y 4,00 % del producto inter-
no bruto de un país industrializado (2)
(3).
El uso de recubrimientos inorgánicos es
ampliamente utilizado para la preven-
ción y control de la corrosión. Estos han
demostrado un gran potencial sobre los
recubrimientos orgánicos; sin embargo,
han sido asociados con un impacto ne-
gativo sobre el medio ambiente y el ser
humano, porque la mayoría de estos
compuestos resultan ser muy tóxicos,
costosos y dañinos (4). Esta situación ha
creado la necesidad de encontrar antico-
rrosivos que sean ambientalmente ami-
gables y de bajo costo (5).
La investigación busca determinar cómo
responde a un ambiente salino un recu-
brimiento anticorrosivo a base de polies-
tireno expandido reciclado, para recabar
información de la resistencia a la corro-
sión de piezas protegidas por aplicación
superficial. Se busca así promover el
planteamiento y desarrollo de una nueva
formulación para alargar la vida útil de
los materiales.
II. MATERIALES Y MÉTODOS
Elaboración de recubrimiento de poliestireno expandi-
do (EPS)
Para la obtención del recubrimiento anticorrosivo se rea-
lizaron dos formulaciones en función de la cantidad de
resina (poliestireno expandido), solvente y pigmentos
agregados (TiO
2
y ZnO, respectivamente), utilizando una
cantidad constante de octoato de cobalto como aditivo. El
proceso seguido fue el siguiente:
• Mezcla de 1 parte de resina con 0,50 partes de disolvente
• Agitación a 300 rpm durante 30 minutos
• Añadir lentamente TiO
2
, hasta espesar
• Añadir las cargas de ZnO, dependiendo de la absorción
de aceite
• Adicionar solvente hasta ajustar la viscosidad
Caracterización del recubrimiento
Los parámetros para caracterizar el recubrimiento se se-
leccionaron en referencia a la norma NTE INEN 1045:
“Pintura anticorrosiva esmalte alquídico brillante. Requi-
sitos”, que establecen los requisitos para pintura antico-
rrosiva (6).
Para la prueba de viscosidad se basó en la NTE INEN
1013 “Pinturas: Determinación de la viscosidad” (7), em-
pleando un viscosímetro Brookfield. Todas las medicio-
nes se efectuaron a (25 ± 1,0) °C y 45 rpm, usando la aguja
N° 3. La precisión de los resultados fue susceptible a la
velocidad del viscosímetro y también al grado de viscosi-
dad de la muestra.
El tiempo de secado determinó las etapas de formación
de película en el curado del recubrimiento. La prueba
se llevó a cabo siguiendo los lineamientos de la Norma
ASTM D1640/D1640M (2018) “Standard Test Methods for
Drying, Curing, or Film Formation of Organic Coatings”,
en una habitación bien ventilada, libre de corrientes de
aire, polvo, productos de combustión y gases de labora-
Parada, Cárdenas, Palmay, Borja, Ramos
Esmeraldas, plates made of carbon steel, 304L stainless steel and black tol, all treated with both
coatings and tested by weight loss technique. Corrosion rate in the samples where the polystyrene
coating was applied, in thousandths of inches per year (mpy), were 0.859 for the black tol, 0.259 for
carbon steel and 0.064 for 304L stainless steel. Also ASTM-610 standard standardized images was
applied. Potential of the recycled polymer as a resin for anticorrosive coating was confirmed by the
results of this investigation.
Key words: Anticorrosive, Corrosion, Expanded Polystyrene, Coating.
Fecha de recepción: 03-10-2018 Fecha de aceptación: 17-06-2019
44
ISSN 2477-9105 Número 22 Vol. 2 (2019)
torio a una temperatura de (23 ± 2,0) °C y (50 ± 5,0) %
humedad relativa (8).
Para evaluar la adhesión de películas de recubrimiento
a sustratos metálicos se desarrolló un método de prueba
basado en la Norma ASTM D3359-17“Standard Test Me-
thods for Rating Adhesion by Tape Test”, donde al patrón
se le hace seis u once cortes en cada dirección, se aplica
sobre la red cinta sensible a la presión, que luego se retira.
La adhesión se evalúa por comparación con descripciones
e ilustraciones (9).
El porcentaje de sólidos, variable que indica la capacidad
de relleno de una pintura o recubrimiento, se determinó
en base a la Norma NTE INEN 1024 “Pinturas y produc-
tos afines. Determinación de materia no volátil y volátiles
totales en pinturas”; consistiendo el ensayo en la evapora-
ción de una alícuota apropiada, para posteriormente se-
car el residuo, pesarlo y calcular el porcentaje de material
no volátil (10).
Aplicación de los recubrimientos
La aplicación de los recubrimientos elaborados siguió el
método descrito por Arroyo y colaboradores (11): se rea-
lizaron sendas aplicaciones sobre placas de 50 x 100 x 3
mm de acero al carbono, acero inoxidable 304L y tol ne-
gro. Las placas se limpiaron cuidadosamente y luego de
la aplicación se dejaron secar por completo, removiendo
parte de los recubrimientos en una de las caras para for-
mar una “X” donde el material quedó expuesto al medio
corrosivo.
El ensayo en el medio corrosivo se realizó siguiendo los
lineamientos presentes en el libro de Protección de Ma-
teriales Metálicos, de Giudice (12): elaboración de probe-
tas con los dos sistemas de recubrimientos, colocación en
exposición natural en un proceso cíclico, con tiempo de
exposición de 75 días (1800 h) en el entorno de la Playa de
Las Palmas (ciudad de Esmeraldas, Ecuador), cuyas con-
diciones se indican en la Tabla 1
Características de la atmósfera Datos promedios
Temperatura 27 °C
Humedad relativa 92 %
Precipitaciones 30 %
Vientos 5.4 m s
-1
pH 8,20
Concentración de sal 24,00 g L
-1
Caracterización de la corrosión
Los dos parámetros utilizados para ca-
racterizar la corrosión experimentada
por las placas, y el efecto de los recubri-
mientos, fueron la “pérdida promedio de
peso” y la “velocidad de corrosión”.
La pérdida promedio de peso se calcula
en base a la pérdida de masa de la placa
metálica en el periodo de tiempo consi-
derado, aplicando la siguiente ecuación.
PPP
perdidoinicial final
Dónde:
P
perdido
: Peso perdido por corrosión, en
gramos
P
inicial
: Peso de la muestra, antes de la
prueba, en gramos
P
final
: Peso de la muestra, al final de la
prueba, en gramos
La velocidad de corrosión (mpy) se de-
termina de acuerdo a la ecuación
mpy
W
DAT
L
=
*
**
22273
Dónde:
mpy: rango o velocidad de corrosión
W
L
: pérdida de peso sufrida por el testi-
go corrosimétrico
D: densidad del material en sobre centí-
metros cúbicos (g/cm3)
A: área de exposición, en pulgadas cua-
dradas (in2)
T: tiempo de exposición del material al
ambiente corrosivo en días
Comparación recubrimiento de polies-
tireno expandido y recubrimiento co-
mercial
Se comparó la eficiencia, bajo las mismas
condiciones, del recubrimiento obtenido
con respecto a un recubrimiento comer-
cial, usando como referencia la norma
ASTM D-610 “Standard Test Method for
Evaluating Degree of Rusting on Painted
Steel Surfaces” que cual permite evaluar
el grado de oxidación en las superficies
de acero recubiertas con una capa poli-
mérica. En la tabla a continuación (Tabla
Tabla 1. Características de la estación Las Palmas (Esmeraldas).
Fuente: INOCAR (2017).
45
2) se detalla la caracterización del grado
de oxidación con base en el porcentaje de
óxido en la superficie del acero, en una
escala de 0 a 10; donde la distribución de
la corrosión se puede diferenciar como
“puntual”, cuando la oxidación se concentra en pocas
áreas localizadas, “general”, cuando varias manchas de
óxido se distribuyen en la superficie, y “dispersa”, cuando
el óxido se distribuye como pequeñas partículas reparti-
das por toda la superficie.(13)
Grado de corrosión % de la supercie oxidada
Ejemplos Visuales
Puntual (s) General (G) Disperso (P)
10 Menor o igual a 0,01 %
9 Entre el 0,01 % a 0,03 % 9-s 9-G 9-P
8 Entre el 0,03 % a 0,1 % 8-s 8-G 8-P
7 Entre el 0,1 % a 0,3 % 7-s 7-G 7-P
6 Entre el 0,3 % a 1 % 6-s 6-G 6-P
5 Entre el 1 % a 3 % 5-s 5-G 5-P
4 Entre el 3 % a 10 % 4-s 4-G 4-P
3 Entre el 10 % a 16 % 3-s 3-G 3-P
2 Entre el 16 % a 33 % 2-s 2-G 2-P
1 Entre el 33 % a 50 % 1-s 1-G 1-P
0 Mayor al 50 %
III. RESULTADOS
La formulación con mejores resultados
se describen la tabla siguiente (Tabla 3):
Componente Sustancia Cantidad Unidad
Resina Poliestireno
expandido
reciclado
80,00 g
Anticorrosivo ZnO 13,50 g
Solvente Limoneno 200,00 mL
Pigmento TiO
2
8,70 g
Cargas CaCO
3
5,00 g
Una vez determinada la formulación óptima para el recu-
brimiento, se verificó que esta cumpla los parámetros de
viscosidad, adherencia, tiempo de secado y porcentaje de
sólidos, según lo requerido en la norma INEN NTE 1045.
Los resultados se muestran a continuación (Tabla 4), ade-
más de indicar los valores máximo y mínimo, calculados
mediante análisis estadístico.
Variable
Normas
referencia
Valor norma
Valor
obtenido
Mínimo Máximo
Viscosidad
NTE INEN
1010
Mínimo 630
cP
715,8 cP 715,0 716,6
Adherencia
INEN NTE
1006
98 % 96 % 95,8 96,91
Tiempo de
secado
INEN NTE
1011
Máximo 4 h
63,84
min
60,69
min
67,00
min
Porcentaje
de sólidos
NTE INEN
1024
40 % 39,5 % 37,24 41,85
Luego de evaluar la resistencia a la corrosión se evidenció
que la velocidad de corrosión (mpy) en las diferentes
probetas varía en función del tiempo que están expuesta
al medio corrosivo.
Tabla 2. Clasicación visual y descripción del grado de oxidación de una supercie.
Fuente: ASTM D-610, 2008.
Tabla 3. Formulación para recubrimiento a base de poliestire-
no expandido reciclado.
Fuente: Autores
Figura 1. Composición porcentual del recubrimiento
Tabla 4. Datos de variables del recubrimiento.
Fuente: Autores
Parada, Cárdenas, Palmay, Borja, Ramos
46
ISSN 2477-9105 Número 22 Vol. 2 (2019)
La placa que más cantidad de material pierde es la de tol
negro cubierta con las formulaciones 1 y 2, mientras que la
placa de tol negro cubierta con el recubrimiento comercial
presenta menor perdida de material en comparación a las
otras formulaciones.
Con base en los resultados de la inspección visual, basada
en la norma ASTM D610, se confirma que la formación
de óxido superficial se incrementa a medida que el tiempo
de exposición al ambiente salino aumenta.
IV. DISCUSIÓN
Se encontró que la formulación óptima se logró al utilizar
200,0 mL de D-Limoneno como solvente, 13,5 g de ZnO
como protector ante la formación de moho en la película,
8,7 g de TiO
2
(pigmento), carbonato de calcio 5 g y octoato
de cobalto como gente secante. Esto se explica no solo por
lo analizado sino también por distintos investigadores
como Chaieb et al.(5), quienes encontraron que el
limoneno se adsorbe espontáneamente sobre la superficie
del metal, y también Abdel Gabel et al. (14), halló que la
presencia de ZnO o TiO
2
tiene un efecto positivo en la
eficiencia de la protección de las pinturas, destacando que
el ZnO ofrece mayor resistencia a la corrosión que el TiO
2
.
Se realizaron ensayos de laboratorio regidos por
procedimientos de nomas específicas como: Viscosidad
(NTE INEN 1013), tiempo de secado (ASTM D640),
adhesión (ASTM 3359) y porcentaje de solidos (NTE
INEN 1024) con el fin de comparar los valores de las
variables de calidad obtenidas con la
Norma NTE INEN 1045:1984
Adicionalmente, se identificó la
composición con la que se obtuvo los
mejores resultados en la aplicación
del recubrimiento. Los resultados de
las caracterización físico-química y
reológica del recubrimiento revelaron
los siguientes valores promedio: 715,8
cP de viscosidad; 98 % de adhesión, 2
hora de tiempo de secado y 39,5 % de
sólidos, siendo particularmente útil para
la investigación los datos de porcentaje
de adhesión y la cantidad de sólidos;
puesto que permitieron identificar
tanto el grado de unión entre la película
y el material base como la cantidad de
materia no volátil en el recubrimiento,
es decir el residuo de pintura que queda
después del proceso de secado total de la
película.
Posteriormente para la evaluación de
la velocidad de corrosión, expresada en
mili pulgadas por año (mpy), se observó
que las probetas cubiertas por la primera
formulación experimentaban mayor
pérdida de peso en comparación con la
segunda formulación; sin embargo, éstas
al ser comparadas con las pintadas por
el recubrimiento comercial presentaban
casi similares perdidas de peso; lo que
podría atribuirse a los reactivos usados
para la obtención del recubrimiento.
La comparación de las superficies
tratadas con las formulaciones se
realizó siguiendo la norma ASTM D610
“Standard Test Method for Evaluating
Degree of Rusting on Painted Steel
Surfaces” mediante inspección visual
de la superficie por debajo de los
recubrimientos. Se determinó que
la segunda formulación presentó el
mejor comportamiento de control de
la corrosión, con formación de óxido
puntual en pocas áreas localizadas;
en tanto que en la lámina tratada
con recubrimiento comercial surgió
Figura 2: Comparativa de velocidades de corrosión, entre primera formulación “1”, se-
gunda formulación “2” y recubrimiento comercial “C”.
Elaborado por: Autores
47
formulación comercial.
Las probetas de tol negro, acero al carbono y acero
inoxidable 304L mostraron velocidades de corrosión
promedio, en milésimas de pulgada por año, de 0,859;
0,259; 0,064 respectivamente, siendo en el caso del acero
inoxidable donde las mpy de los diferentes recubrimientos
presentaron menor variación; en el caso de acero al
carbono hubo mayor diferencia entre la efectividad de las
formulaciones estudiadas con respecto al recubrimiento
comercial.
La inspección visual, de acuerdo a la norma ASTM D-610,
identificó a la segunda formulación elaborada como la
que desarrolla mejor función anticorrosiva.
Los resultados confirman el potencial del polímero
reciclado como resina aplicable para tratamientos
anticorrosivos.
oxidación dispersa visible como
pequeñas partículas distribuidas por
toda su superficie.
V. CONCLUSIONES
Los tiempos de secado, viscosidades,
porcentajes de adherencia y de sólidos de
las formulaciones obtenidas cumplieron
lo normado por la INEN NTE 1045. La
formulación óptima se obtiene utilizando
80 g de poliestireno expandido reciclado,
200 mL de D-Limoneno, 13,5 g de óxido
de zinc, 8,7 g de óxido de titanio, 5 g de
carbonato de calcio y 2,00 % de octoato
de cobalto. Dicha formulación es la que
logró mayor resistencia a la corrosión,
con rendimiento superior al de la
Parada, Cárdenas, Palmay, Borja, Ramos
R
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