BRPI0902012A2

BRPI0902012A2 - aplicação de extratos de cascas de frutas como inibidores de corrosão e processo de obtenção dos mesmos

Info

Publication number: BRPI0902012A2
Authority: BR
Inventors: Cunha Ponciano Gomes Jose Antonio Da; Rocha Janaina Cardoso; Eliane D'elia
Original assignee: Inst Alberto Luiz Coimbra
Priority date: 2009-01-08
Filing date: 2009-01-08
Publication date: 2010-11-16
Also published as: US8926867B2; US20110266502A1; EP2386338A1; WO2010078633A1

Abstract

APLICAçãO DE EXTRATOS DE CASCAS DE FRUTAS COMO INIBIDORES DE CORROSãO E PROCESSO DE OBTENçãO DOS MESMOS A presente invenção diz respeito á utilização de extratos da casca de frutas como inibidores da corrosão, mais especificamente o uso da casca de frutas como a manga, caju, maracujá e laranja, dentre outras, mais especificamente como inibidores de corrosão para o aço em meio ácido, preferencialmente, o aço carbono 1020 em meio de ácido cloridrico 1 mol L^1^, eainda para diversos tipos de aço, metais como cobre e ligas de cobre dentre outros em meios neutro e básico e ao processo de obtenção dos mesmos.

Description

APLICAÇÃO DE EXTRATOS DE CASCAS DE FRUTAS COMO INIBIDORESDE CORROSÃO E PROCESSO DE OBTENÇÃO DOS MESMOS

Campo Técnico

A inovação ora proposta refere-se à utilização de extratos dacasca de frutas como inibidores da corrosão, mais especificamente o uso dacasca de frutas como a manga, caju, maracujá e laranja, dentre outras, maisespecificamente como inibidores de corrosão para o aço em meio ácido,preferencialmente, o aço carbono 1020 em meio de ácido clorídrico 1 mol L"1, eainda para diversos tipos de aço, metais como cobre e ligas de cobre dentreoutros em meios neutro e básico.

Técnicas Anteriores

A corrosão é a deterioração de um material devido a suainteração com o meio ambiente e representa uma enorme perda econômica,sendo estimado o custo total anual da corrosão nas cidades industrializadasem torno de 4% do produto nacional bruto. Devido ao grande prejuízoeconômico que pode causar, a corrosão tem sido e continua a ser o assunto deestudos extensos, especialmente com o objetivo de sua inibição com um custoaceitável, tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental. Umas dasformas de se combater a corrosão é utilizar inibidores de corrosão. Osinibidores de corrosão são utilizados nos mais diversos segmentos industriais.Atualmente existe uma preocupação ambiental no sentido de minimizar autilização de produtos tóxicos e não compatíveis com meio ambiente, evitandoassim impactos e passivos ambientais. A busca, portanto, de um inibidor decorrosão ambientalmente adequado, que possa reduzir ou eliminar o uso desolventes tóxicos ou a geração de produtos ou subprodutos, que são nocivos àsaúde ou ao ambiente, é uma necessidade atual. Esses inibidores sãoconhecidos como inibidores naturais, verdes ou ecológicos e vêm sendopesquisados nos últimos anos.

Os inibidores naturais de corrosão, que são inibidores obtidos apartir de alguns extratos de plantas ou de material biodegradável, acarretam aredução da dissolução de metais, diminuindo a sua corrosão. Pesquisasrealizadas nos últimos anos relatam que muitos vegetais apresentam, em suaconstituição, compostos com ação antioxidante. [1] O uso de inibidores paracontrole de corrosão de metais e ligas que estão em contato com meiosagressivos está aprovado na prática. Os estudos da ação inibidora doscompostos orgânicos revelaram que especialmente compostos com N, S e Odemonstraram eficiente efeito inibidor. [2]

El-Etre et ai (2000) estudaram um mel natural, extraído dediferentes tipos de flores específicas da região do Egito, como inibidores decorrosão ao aço-carbono usados nas linhas de dutos na indústria do petróleo.Eles mostraram que os componentes orgânicos, existentes em tal substâncianatural, apresentavam ação inibidora de corrosão do aço-carbono em águacom alta salinidade, água de formação proveniente de jazidas de petróleo,onde se encontram significativas concentrações dos íons Cl", Br , SO4"2. [3]

A patente US20080163769(A1) de Von Frounhofer et al. (2008)relata a utilização de tabaco como inibidor de corrosão em estruturas deconcreto. Segundo eles, a corrosão dos vergalhões de aço causa rachaduras elascas na superfície do concreto. As principais causas de corrosão no concretosão a penetração de cloreto e a carbonatação. O inibidor mais utilizado emmeios contendo cloreto é o nitrito de cálcio, mas novos inibidores sãorequeridos devido à alta solubilidade deste em água e a sua toxicidade. Aadição de inibidores aumenta o custo do concreto e pode afetar o ambiente. Nainvenção em questão o tabaco é usado para proteger o aço embutido noconcreto do ataque corrosivo. Estes tipos de inibidores são de baixo custo,baixo impacto ambiental e protegem o aço de tons agressivos em meio neutro,ácido e alcalino. As partes utilizadas do tabaco foram folhas, talos, raízes esementes, estes foram secos e triturados e adicionados aos componentes doconcreto. Um pó obtido do extrato de tabaco também foi adicionado aoscomponentes do concreto e testado como inibidor de corrosão. O extrato foifeito colocando-se as partes do tabaco trituradas e secas em água fervente,numa proporção de 60 a 300 g de tabaco para 1000 mL de água por umperíodo de 1 a 24 horas. Solventes apolares podem ser usados antes daextração aquosa para remover os compostos orgânicos mais apolares. Oresíduo da celulose do tabaco filtrado pode ser descartado ou usado paraoutras aplicações tais como fonte para biocombustível, fertilizante, enchimentoe etc. O extrato é concentrado para remover o excesso de água porevaporação ou outra técnica de secagem, que pode ser a técnica deevaporação por ar circulante ou estático à temperatura ambiente ou elevada. [4]

As patentes US5435941 e 6602555 de Von Fraunhofer et al.(1995 e 2003, respectivamente) relata o uso de extratos de tabaco comoinibidores de corrosão para minimizar a quantidade de corrosão que ocorre emcélulas de corrosão galvânica que são estabelecidas em zonas de união demetais com diferentes potenciais eletroquímicos. Os resultados mostraram queos extratos de tabaco inibiram a corrosão dessas células de corrosão galvânicaem solução de NaCI a 1% mais que a adição de cromato de potássio,comumente usado com inibidor de corrosão. [5]

No Brasil, o processamento de produtos agrícolas para extraçãode sucos, óleos e molhos para o consumo humano gera uma grandequantidade de subprodutos oriundos do tratamento industrial, tais comosementes, polpas e cascas. [6]

A quantidade de resíduos (cascas mais sementes) produzidos portoneladas de suco processado é bastante expressiva e, portanto é muitoimportante que um número cada vez maior de soluções para o aproveitamentodos mesmos sejam propostas, o que somente será possível incentivando-se odesenvolvimento de pesquisas, que ainda são incipientes para o setor. [7]

O Brasil é um dos três maiores produtores mundiais de frutas,com uma produção que supera os 34 milhões de toneladas. Porém, osprejuízos decorrentes dos desperdícios de frutas e hortaliças, encontram-se aoredor de 30 a 40% da produção. [8]

Durante o processamento de suco de frutas, a casca é o principalsubproduto. Se não processada, a casca torna-se um resíduo e uma fontepossível de poluição ambiental. De fato, fitoquímicos que contribuem para asaúde (por exemplo: flavonóides, carotenóides e pectina) são abundantes emcascas cítricas. A alta quantidade de flavonóides ocorre na casca. [9]

Dessa forma, a inovação descrita propõe uma nova aplicaçãopara inibidores ecológicos, que com a crescente demanda pelo aproveitamentodos resíduos gerados pela indústria, apresenta alternativas para inibidores quesejam pouco agressivos a natureza, com baixo custo e boa eficiência. Sendodescrita a eficiência inibidora (El) de extratos de cascas de frutas oriundas daindústria de sucos na dissolução aço-carbono 1020 em meio ácido clorídrico 1mol. L -1. Os extratos aquosos analisados foram de cascas de caju, maracujá,laranja e manga, foram realizados ensaios em diferentes concentrações dosextratos, variando de 100 a 800 ppm dependendo do extrato utilizado, etambém ensaios na ausência de inibidor. Os principais constituintes das cascasdessas frutas podem ser observados na tabela 1. O comportamentoeletroquímico de aço-carbono foi investigado por meio de medidas deImpedância Eietroquimica1 Curvas de Polarização Anódica e Catódica eensaios de perda de massa à temperatura ambiente para cada solução.

Tabela 1: Principais constituintes das cascas

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Os extratos de cascas de frutas mostraram ser bons inibidoresnaturais de corrosão para o aço-carbono 1020 em meio ácido clorídrico 1 molL"1. O melhor resultado de E! dos extratos, a partir de resistência depolarização, foi obtido para o extrato da casca de laranja, com El igual a 95%para uma concentração de 400 ppm, podemos ver os diagramas deImpedância do extrato de casca de laranja na figura 2. Os resultados deimpedância eletroquímica foram obtidos no potencial de corrosão. O menorresultado de El dos extratos foi o obtido para a casca de caju, com El igual a80% para uma concentração de 800 ppm, podemos ver esse resultado nafigura 3. Podemos observar nos diagramas de Impedância Eletroquímica que oaumento da concentração dos extratos acarreta em um aumento da resistênciade polarização para todos os extratos analisados.

Com relação ao potencial de corrosão, podemos verificar que osvalores não foram deslocados com a adição dos extratos nas Curvas dePolarização Anódica e Catódica. Os resultados das curvas de polarizaçãomostraram inibição significativa tanto na polarização anódica quanto nacatódica na presença de todos os extratos analisados através da diminuição dadensidade de corrente, como pode ser visto nas figuras.

Os ensaios de perda de massa para os extratos de cascas defrutas em diferentes tempos confirmaram os resultados obtidos através dosensaios eletroquímicos, mostrando que os extratos de casca de manga,laranja, caju e maracujá são bons inibidores de corrosão. Os resultados deperda de massa para um tempo de imersão de 24 horas mostraram que osextratos apresentaram praticamente a mesma El, como podemos ver na tabela 3.

Descrição Detalhada da Invenção

A presente invenção descreve a utilização de extrato de cascasde frutas como inibidores de corrosão, onde as cascas são a matéria-primapara a obtenção de extratos ricos em substâncias antioxidantes.

O processo de obtenção desses extratos iniciou-se com alavagem das frutas em água corrente, com posterior obtenção de suas cascas,sendo estas secas ao ar e trituradas por meio de um liqüidificador.

Os extratos foram obtidos por infusão em água: uma massa deaproximadamente 5 g de casca seca e triturada foi adicionada em um bechercontendo 100 mL de água destilada quente recém fervida e deixou-se emrepouso, fora de aquecimento, por 30 minutos, agitando-se esporadicamente.Após a extração, foi feita a filtração, este volume foi Iiofilizado e o extrato obtidofoi guardado em dessecador até o momento da análise.

Os ensaios eletroquímicos foram realizados após a estabilizaçãodo potencial, o que ocorreu em aproximadamente 30 minutos.

O meio utilizado foi uma solução aquosa naturalmente aerada deácido clorídrico (Merck) 1 mol L"1. Este meio corrosivo é amplamente utilizadona indústria de petróleo, sendo utilizado em banhos de decapagem ácida.O ácido clorídrico é um dos principais ácidos empregados nalimpeza e tratamento de superfície. Além da ação desejada de dissolução dosóxidos de ferro, esses ácidos corroem o metal base com desprendimento dehidrogênio, o que acarreta numerosos inconvenientes. Dessa forma, a indústriados inibidores de decapagem, cuja ação se baseia essencialmente emfenômenos de adsorção, adquiriu grande dimensão.

Descrição das Modalidades preferidas

Em uma modalidade da presente invenção é descrita a utilizaçãode extrato da casca de maracujá e caju como inibidor de corrosão para o açocarbono 1020 em meio de ácido clorídrico 1 mol L"1. Esses dois extratos foramobtidos apenas pela extração por infusão, que foi descrita anteriormente.

Em uma segunda modalidade da presente invenção é descrita autilização de extrato da casca de manga e laranja como inibidor de corrosãopara o aço carbono 1020 em meio de ácido clorídrico 1 mol L"1. Esses doisextratos também foram obtidos pela extração por infusão e por umametodologia diferente, com o intuito de comparar os resultados para determinarum melhor tipo de extração. Esse outro método utilizado para obter o extrato decascas de frutas foi a extração por gradiente de polaridade (gp), nesta foiutilizado apenas as cascas de manga e laranja que apresentaram os melhoresresultados. Para a obtenção dos extratos, utilizou-se certa massa, que foiadicionada a um refil confeccionado para extração a quente em um aparelhotipo soxhlet. Foram realizadas extrações com solventes de polaridadecrescente: hexano, acetato de etila e etanol, dentre outros e por último realizou-se a extração em água destilada por infusão. Cada extração com umdeterminado solvente foi realizada até que a solução do copo do soxhletficasse incolor, o que representou um tempo variável para cada extrato. Paracada troca de solvente no aparelho soxhlet, a massa residual, obtida daextração anterior, foi seca ao ar livre por 24h antes da próxima extração. Apósa infusão os extratos foram IiofiIizados e guardados em dessecador até omomento da análise.

A descrição das modalidades preferidas e os exemplosapresentados a seguir, não devem ser considerados como limitadores aoescopo da presente invenção, pois os ditos extratos de casca de frutas podemter sua aplicação como inibidores de corrosão, não somente de aço carbono,mas também de outros tipos de aço e de metais como cobre e ligas de cobredentre outros, em meios neutro e básico.

Exemplos

1. Perda de massa:

Tabela 2: Ensaios de perda de massa para os extratos de cascas de frutas emdiferentes tempos.

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Tabela 3: Eficiência de Inibição para os extratos de cascas de frutas, obtidaatravés dos ensaios de perda de massa.

<table>table see original document page 9</column></row><table>2. Medidas Eletroquímicas:

2.1 Resultados obtidos com o extrato de casca de manga:

Nos gráficos apresentados nas fig.1(A) e 1(B) estãorepresentados os diagramas de impedância eletroquímica (esquerda) e depolarização anódica e catódica (direita), obtidos para o aço-carbono 1020 emsolução de ácido clorídrico 1 mol L"1, na ausência e presença do extrato decasca de manga em diferentes concentrações.

2.2 Resultados obtidos com o extrato de casca de laranja:

Nos gráficos apresentados nas fig.2(A) e 2(B) estãorepresentados os diagramas de impedância eletroquímica (esquerda) e depolarização anódica e catódica (direita), obtidos para o aço-carbono 1020 emsolução de ácido clorídrico 1 mol L"1, na ausência e presença do extrato decasca de laranja em diferentes concentrações.

2.3 Resultados obtidos com o extrato dê casca de caju:

Nos gráficos apresentados nas fig.3(A) e 3(B) estãorepresentados os diagramas de impedância eletroquímica (esquerda) e depolarização anódica e catódica (direita), obtidos para o aço-carbono 1020 emsolução de ácido clorídrico 1 mol L'1, na ausência e presença do extrato decasca de caju em diferentes concentrações.

2.4 Resultados obtidos com o extrato de casca de maracujá:

Nos gráficos apresentados nas fig. 4(A) e 4(B) estãorepresentados os diagramas de impedância eletroquímica (esquerda) e depolarização anódica e catódica (direita), obtidos para o aço-carbono 1020 emsolução de ácido clorídrico 1 mol L'1, na ausência e presença do extrato decasca de maracujá em diferentes concentrações.2.5 Resultados obtidos com o extrato de casca de manga gp:

Nos gráficos apresentados nas fig.5(A) e 5(B) são mostrados osdiagramas de impedância eietroquímica (esquerda) e de polarização anódica ecatódica (direita), obtidos para o aço-carbono 1020 em solução de ácidoclorídrico 1 mol L"1, na ausência e presença do extrato de casca de manga gpem diferentes concentrações.

2.6resultados obtidos com o extrato de casca de maracujá:

Nos gráficos apresentados nas fig.6(A) e 6(B) são mostrados osos diagramas de impedância eietroquímica (esquerda) e de polarizaçãoanódica e catódica (direita), obtidos para o aço-carbono 1020 em solução deácido clorídrico 1 mol L11 na ausência e presença do extrato de casca delaranja gp em diferentes concentrações.

Claims

1.- Processo de Obtenção de Extrato de Casca de Frutascaracterizado pela obtenção dos ditos extratos de casca de manga, laranja,caju e maracujá por infusão em água utilizando uma massa deaproximadamente 5 g de casca seca e triturada foi adicionada em um bechercontendo 100 mL de água destilada quente recém fervida e deixou-se emrepouso, fora de aquecimento, por 30 minutos, agitando-se esporadicamentecom posterior filtragem e liofilização do extrato obtido.

2.- Processo de Obtenção de Extrato de Casca de Frutascaracterizado pela obtenção preferencial dos ditos extratos de casca de mangae laranja, utilizando certa massa, que foi adicionada a um refil confeccionadopara extração a quente em um aparelho tipo soxhlet, sendo realizadasextrações com solventes de polaridade crescente, e por último realizando-se aextração em água destilada por infusão, com posterior fiitração e iiofiiização doextrato obtido.

3.- Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopor ser a extração com solvente realizada até que a solução do copo do soxhletfique incolor.

4.- Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadoJDor serem os solventes de polaridade crescente, hexano, acetato de etila eetanol, dentre outros.

5.- Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopor obter extrato de casca de frutas como manga e laranja, dentre outras.

6.- Uso do extrato obtido conforme descrito nas reivindicaçõesanteriores, caracterizado pela utilização de extrato de cascas de frutas comoinibidores de corrosão de aço em meio ácido.6. - Uso de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelautilização preferencial de extrato de cascas de frutas como manga, caju,maracujá e laranja, dentre outras como inibidores de corrosão de aço em meioácido.

7. - Uso de acordo com as reivindicações 5 -6, caracterizado pelautilização preferencial de extrato de casca de frutas como inibidores decorrosão de aço carbono 1020 em meio de ácido clorídrico 1 mol L"1, dentreoutros.

8. - Uso de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelautilização do dito extrato como inibidores de corrosão de aço, cobre e ligas decobre, dentre outros.

9. - Uso de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelautilização do dito extrato como inibidores de corrosão em meio neutro.

10. - Uso de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelautilização do dito extrato como inibidores de corrosão em meio básico.