Chicken Feather-Derived Keratin-Based Bioplastic as a Corrosion Inhibitor for Mild Steel in 0.1 M HCl: Electrochemical, Gravimetric and Adsorption Studies

A ferrugem é uma ladra lenta e implacável que rouba valor da infraestrutura metálica do mundo. Quando o aço é exposto a ambientes ácidos, como os encontrados na limpeza industrial ou no processamento químico, o metal se dissolve rapidamente, encurtando a vida útil de tubos, tanques e máquinas. Para interromper isso, engenheiros frequentemente adicionam inibidores químicos ao ácido. Estas são substâncias que revestem a superfície do metal, criando uma barreira que retarda a reação química que corrói o aço. Por décadas, muitos desses inibidores têm sido compostos orgânicos sintéticos. No entanto, há um interesse crescente em encontrar soluções que não sejam apenas eficazes, mas também derivadas de fontes renováveis, transformando resíduos em um recurso protetor. Essa mudança é impulsionada pelo desejo de reduzir a dependência de petroquímicos e encontrar novos usos para materiais que, de outra forma, seriam descartados.

Em um estudo recente, pesquisadores exploraram uma fonte única para tal agente protetor: penas de galinha. Estas penas, que são um subproduto massivo da indústria avícola, são ricas em uma proteína resistente chamada queratina. A queratina é o mesmo material estrutural encontrado no cabelo e nas unhas humanas. Os pesquisadores fizeram uma pergunta simples: poderiam transformar esse material de descarte em um filme bioplástico que, quando dissolvido em ácido, aderiria ao aço e impediria a ferrugem? Eles não olharam para as penas apenas como matéria-prima; eles as processaram em um filme composto específico misturado com glicerol e celulose, e então testaram o quão bem essa mistura protegia o aço doce em uma solução de ácido clorídrico.

A equipe começou coletando penas de descarte de uma unidade de processamento na Nigéria. Eles limparam as penas minuciosamente, removendo sujeira e óleos, e depois as decomporam usando um processo químico para extrair a proteína queratina. Esta proteína extraída foi então misturada com glicerol, que atua como um agente amolecedor, e celulose microcristalina, uma fibra de origem vegetal, para criar um filme flexível. Este filme era o "bioplástico" que pretendiam usar. Antes de testar seu poder de proteção, os pesquisadores examinaram o material de perto usando várias ferramentas científicas. Eles usaram espectroscopia de infravermelho para confirmar a presença de estruturas proteicas, microscopia eletrônica para ver a textura da superfície e análise térmica para entender como o material se comportava sob calor. Os resultados mostraram que o material reteve as principais características químicas da proteína original, mesmo após ser transformado em um filme.

Para testar a eficácia do material, os pesquisadores colocaram pequenos pedaços de aço doce em um banho de ácido clorídrico. Eles realizaram esses testes em diferentes temperaturas, variando de uns suaves 30 graus Celsius até uns mais quentes 60 graus Celsius. Em alguns testes, não adicionaram nada ao ácido, servindo como um controle para ver quão rápido o aço enferrujaria por conta própria. Em outros testes, adicionaram o bioplástico baseado em queratina em concentrações variadas, até 0,8 gramas por litro. Eles mediram a corrosão de duas formas principais. Primeiro, pesaram os pedaços de aço antes e depois do mergulho no ácido para ver exatamente quanto metal havia sido perdido. Segundo, usaram um método eletroquímico, que mede o fluxo de corrente elétrica causado pela reação de corrosão, para obter uma leitura precisa de quão rápido o metal estava se dissolvendo em qualquer dado momento.

Os resultados mostraram que o material de penas de galinha de fato retardou a corrosão. À medida que a concentração do bioplástico no ácido aumentava, a taxa de dissolução do aço diminuía. Na maior concentração testada, o material reduziu a taxa de corrosão significativamente. No entanto, a proteção não era perfeita, e seu desempenho mudava com a temperatura. Na temperatura mais baixa testada, o material reduziu a taxa de corrosão de 37,56 milímetros por ano para 21,79 milímetros por ano, representando uma eficiência de inibição de cerca de 42 por cento. Quando a temperatura subiu para 50 graus Celsius, o material tornou-se ainda mais eficaz, atingindo um pico de eficiência de 54 por cento. Mas quando a temperatura subiu para 60 graus Celsius, a proteção caiu, voltando para cerca de 32 por cento. Isso sugere que, embora o material funcione bem, o calor eventualmente faz com que ele se torne menos estável ou menos eficaz em aderir ao metal.

Os pesquisadores também observaram como o material interagia com a superfície do aço. Ao analisar os dados, descobriram que o bioplástico atuava como um inibidor de "tipo misto". Isso significa que ele retardava tanto as reações químicas que liberam elétrons do metal quanto as reações que os consomem, em vez de bloquear apenas um lado do processo. Os dados se ajustaram melhor a um modelo matemático conhecido como modelo de Langmuir, do que a outros modelos, o que sugere que as moléculas do bioplástico se espalham pela superfície do aço em uma única camada, cobrindo os pontos onde a ferrugem normalmente começaria. No entanto, os autores foram cuidadosos ao notar que, como o bioplástico é uma mistura complexa de diferentes proteínas e fibras, e não um único produto químico puro, este modelo é uma aproximação. Ele descreve bem o comportamento, mas não prova exatamente como cada molécula individual está arranjada na superfície.

O estudo concluiu que converter penas de galinha de descarte em um bioplástico é uma forma viável de criar um inibidor de corrosão. O material conseguiu reduzir com sucesso a corrosão do aço doce em condições ácidas, provando que o resíduo avícola pode ser transformado em um produto industrial funcional. Os pesquisadores enfatizaram que, embora os resultados sejam promissores, o material não é uma cura milagrosa. Sua eficácia depende fortemente da concentração utilizada e da temperatura do ambiente. Em temperaturas mais altas, a proteção enfraquece, indicando que o material pode não ser adequado para processos industriais muito quentes sem modificação adicional. O trabalho serve como uma demonstração de um método prático para transformar um produto de descarte comum em uma ferramenta útil para proteger o metal, oferecendo um vislumbre de como materiais biológicos poderão um dia substituir produtos químicos sintéticos em aplicações industriais.