Enhanced Corrosion Protection of Carbon Steel in CO₂-Saturated Saline Media Using Multi- Directional Alkoxy Resorcin[4]arenes

Resumo Técnico: Proteção Aprimorada contra Corrosão de Aço ao Carbono em Meios Salinos Saturados com CO₂ Usando Resorcin[4]arenos Alcóxi Multidirecionais

Definição do Problema
O aço ao carbono (AC) serve como um material fundamental para a indústria e infraestrutura modernas devido à sua resistência, custo-benefância e versatilidade. No entanto, sua aplicação é severamente limitada pela baixa resistência à corrosão, particularmente em ambientes agressivos, como meios salinos saturados com CO₂. Nessas condições, o CO₂ dissolvido forma ácido carbônico e íons relacionados, acelerando a corrosão uniforme e a corrosão por pites localizada. Embora várias estratégias de mitigação existam — incluindo revestimentos protetores, proteção catódica e seleção de materiais — há uma necessidade específica de materiais de revestimento simples, confiáveis e de baixo custo. Embora compostos naturais e sintéticos tenham sido explorados como inibidores, o uso de macrociclos de resorcin[4]areno como inibidores de corrosão para aço ao carbono em ambientes saturados com CO₂ não foi previamente investigado.

Metodologia
O estudo empregou uma abordagem de duas frentes: síntese química e avaliação eletroquímica.

1. Síntese e Caracterização:
   Os autores sintetizaram oito resorcin[4]arenos substituídos por p-alcóxi de cadeira (C2h) multidirecionais (designados R1–R8). A síntese envolveu duas etapas:

   • Primeiro, uma série de p-alcoxibenzaldeídos (1–8) foram criados via substituição nucleofílica de 4-hidroxibenzaldeído com vários brometos de alquila (variando de cadeias de etila a hexadecila).
   • Segundo, esses aldeídos passaram por uma ciclo-condensação catalisada por ácido com 2-metil resorcinol para formar os resorcin[4]arenos macrocíclicos.
   • Todos os compostos sintetizados foram totalmente caracterizados por ¹H-NMR, ¹³C-NMR, FT-IR, Espectrometria de Massa de Alta Resolução (HRMS) e Calorimetria de Varredura Diferencial (DSC) para confirmar a identidade estrutural e pureza.

2. Testes de Corrosão:
   A eficiência de inibição de R1–R8 foi avaliada em amostras de aço ao carbono C1018 imersas em uma solução de NaCl a 3,5% saturada com CO₂. As amostras foram revestidas mergulhando superfícies de aço polidas em soluções de 0,02 M dos inibidores em DMF, seguidas de secagem.

   • Técnicas Eletroquímicas: Três métodos primários foram utilizados:
     • Resistência de Polarização Linear (LPR): Para monitorar as taxas de corrosão durante um período de 24 horas.
     • Espectroscopia de Impedância Eletroquímica (EIS): Para analisar as propriedades capacitivas e resistivas dos filmes de revestimento e calcular a resistência de transferência de carga ($R_{ct}$).
     • Polarização Potenciodinâmica (PD): Para determinar as densidades de corrente de corrosão ($i_{corr}$) e os inclinações de Tafel.
   • Condições: Os testes foram conduzidos a 25°C sob condições não agitadas.

Principais Contribuições

• Aplicação Inédita: Este trabalho representa a primeira investigação no uso de macrociclos de resorcin[4]areno como inibidores de corrosão para aço ao carbono em ambientes salinos saturados com CO₂.
• Relação Estrutura-Atividade: O estudo correlaciona sistematicamente o comprimento das caudas alquílicas alifáticas (variando de C2 a C16) ligadas ao núcleo macrocíclico com o desempenho de inibição da corrosão.
• Caracterização Abrangente: O artigo fornece uma identificação estrutural completa de oito novos derivados de resorcin[4]areno, estabelecendo uma biblioteca de materiais com variados comprimentos de cadeia hidrofóbica.

Resultos
As avaliações eletroquímicas demonstraram uma tendência clara: o alongamento das caudas alifáticas dos resorcin[4]arenos aumentou significativamente a eficiência de inibição.

• Eficiência de Inibição: A taxa de corrosão do aço ao carbono diminuiu gradualmente conforme o comprimento das cadeias alquílicas aumentava. Os inibidores mais eficazes foram o R7 (cadeia tetradecil) e o R8 (cadeia hexadecil).
• Métricas de Desempenho: Após um período de imersão de 24 horas, o R7 alcançou uma eficiência de inibição máxima ($IE_{EIS}$) de 94,3%, enquanto o R8 alcançou 94,7%.
• Mecanismo: Os resultados sugerem que os grupos alquila multidirecionais formam uma barreira hidrofóbica na superfície do aço ao carbono. Esta barreira minimiza a interação entre o metal e o ambiente corrosivo agressivo, atuando efetivamente como um filme protetor.

Significância
O artigo afirma que estas descobertas representam um método simples, confiável e eficaz para proteger o aço ao carbono em ambientes de corrosão agressivos. Ao utilizar resorcin[4]arenos estruturalmente modificados, especificamente com cadeias alquílicas mais longas, é possível criar revestimentos de alto desempenho. O estudo destaca o potencial destes hospedeiros macrocíclicos como uma nova classe de inibidores de corrosão, oferecendo uma alternativa viável às estratégias tradicionais de prevenção em cenários industriais onde a corrosão por CO₂ é uma preocupação crítica.