The Investigation of the Corrosion Protective -properties of Reinforced Epoxy Resin With Clay Nanoparticles on Mild Steel

Resumen Técnico: Investigación de las Propiedades de Protección contra la Corrosión de Resina Epoxi Reforzada con Nanopartículas de Arcilla en Acero Dulce

Planteamiento del Problema
La corrosión representa un desafío persistente y económicamente significativo en industrias como la petrolera, marina, de construcción y la manufactura automotriz. El acero dulce, ampliamente utilizado por su relación costo-resistencia, es particularmente susceptible a la degradación en entornos que contienen humedad, oxígeno y especies químicas agresivas, especialmente en medios ácidos. Si bien los recubrimientos epóxicos convencionales ofrecen una fuerte adhesión y resistencia química, no son completamente impermeables, lo que permite la penetración gradual de agua e iones que conducen al ampollamiento, la delaminación y la falla del sustrato. El estudio aborda la necesidad de mejorar las barreras protectoras que incrementen tanto la resistencia a la corrosión como la durabilidad mecánica en entornos industriales agresivos.

Metodología
La investigación se centró en el desarrollo y la optimización de recubrimientos de resina epoxi reforzados con nanopartículas de arcilla para sustratos de acero dulce. El enfoque experimental incluyó:

• Materiales y Síntesis: Se obtuvo arcilla natural de origen local, la cual fue purificada, secada y molida mecánicamente a una escala micro a nano. Estas nanopartículas se incorporaron en un sistema de resina epóxica de dos componentes con diversas cargas (0–5 % en peso).
• Diseño Experimental: Se empleó un Diseño Compuesto Central (CCD) dentro del marco de la Metodología de Superficie de Respuesta (RSM) utilizando el software MINITAB-17. Este diseño investigó los efectos de tres variables: carga de nanopartículas de arcilla (% en peso), concentración de ácido clorhídrico (HCl) (0.5–2.5 M) y duración de la exposición (15–30 días). Se realizaron veinte corridas experimentales para modelar las interacciones y optimizar el rendimiento.
• Caracterización y Pruebas:
  • Análisis Electroquímico: Se utilizaron la Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS) y la Polarización Potenciodinámica para determinar la resistencia de polarización ($R_p$), la densidad de corriente de corrosión y la resistencia de transferencia de carga.
  • Pruebas Mecánicas: La adhesión se evaluó mediante la prueba de corte de cinta según la norma ASTM D3359 y la dureza se midió mediante la prueba de dureza Rockwell (HRC).
  • Análisis Morfológico: Se utilizaron Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Espectroscopía de Energía Dispersiva de Rayos X (EDX) para analizar la composición del sustrato, la morfología de las nanopartículas de arcilla y la integridad del recubrimiento tras la corrosión.

Resultos Clave

• Desempeño Electroquímico: La incorporación de nanopartículas de arcilla mejoró significativamente la resistencia a la corrosión. Los recubrimientos de epoxi sin reforzar exhibieron valores de resistencia de polarización ($R_p$) entre 210–234 $\Omega$, mientras que las muestras reforzadas con arcilla mostraron valores de hasta 540 $\Omega$. El análisis estadístico confirmó que la carga de arcilla fue el factor más significativo que influyó en la resistencia a la corrosión ($p < 0.05$).
• Optimización: El modelo RSM predijo una formulación óptima de aproximadamente 3.48 % en peso de nanopartículas de arcilla en 0.5 M de HCl, produciendo una $R_p$ predicha de 546.76 $\Omega$. La validación experimental de esta formulación optimizada resultó en una $R_p$ aún mayor de 591.4 $\Omega$, confirmando la confiabilidad del modelo.
• Propiedades Mecánicas: El recubrimiento optimizado reforzado con arcilla demostró un desempeño mecánico superior en comparación con referentes comerciales (Sikaflex y Hinaz). Logró una clasificación de adhesión de 3B (5–15% de remoción) frente a 1B (35–65% de remoción) para los recubrimientos comerciales. Además, el recubrimiento optimizado registró la dureza Rockwell más alta de 85.9 HRC, superando a Sikaflex (72.75 HRC) e Hinaz (78.25 HRC).
• Morfología: Las observaciones de SEM indicaron una mejora en la integridad del recubrimiento y una dispersión efectiva de las nanopartículas, lo que contribuyó a la formación de un camino tortuoso que dificultó la difusión de las especies corrosivas.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el recubrimiento de epoxi optimizado y reforzado con arcilla ofrece una solución rentable y sostenible para proteger el acero dulce en entornos industriales agresivos. El estudio demuestra que la incorporación estratégica de nanopartículas de arcilla no solo mejora significativamente la estabilidad electroquímica y la resistencia a la corrosión, sino que también potencia las propiedades mecánicas como la adhesión y la dureza. Al validar el uso de la Metodología de Superficie de Respuesta para optimizar la carga de relleno, la investigación proporciona un marco confiable para el desarrollo de recubrimientos nanocompuestos de alto rendimiento que mitigan las limitaciones de los sistemas epóxicos convencionales. Los autores concluyen que estos hallazgos cierran una brecha de investigación en la protección contra la corrosión sostenible, ofreciendo una alternativa viable para las tecnologías de protección de próxima generación.