Processos de tratamento de superfícies empregando a carboximetilcelulose e/ou seus derivados

  • Número do pedido da patente:
  • PI 0602757-1 A2
  • Data do depósito:
  • 29/06/2006
  • Data da publicação:
  • 11/12/2012
Inventores:
  • Classificação:
  • C23C 26/00
    Revestimento n?o inclu?dos nos grupos ;
    ;
    C04B 41/46
    P?s-tratamento de argamassa, concreto, pedra artificial ou cer?mica; Tratamento de pedra natural; / Revestimento ou impregna??o; / com materiais inorgânicos;
    ;
    C25D 9/02
    Revestimento eletrol?tico por outro meio que n?o por metais; / com mat?rias org?nicas;
    ;

PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS, compreendendo a imersão de substratos metálicos ou cerâmicos em soluções aquosas contendo carboximetilcelulose, derivados da carboximetilcelulose e sais de metais de transição; quaisquer ânions, e a CMC e/ou seus derivados no estado sólido. Os substratos são introduzidos nas soluções para promover a formação de camadas por via de reações químicas. As soluções e os substratos podem ser submetidos, simultaneamente, à circulação de corrente elétrica em condições de potenciais eletroquímicos controlados para promover reações por via eletroquímica. Os substratos podem, ainda, ser diretamente cobertos com sólidos CMC e/ou seus derivados. As camadas de CMC e/ou seus derivados formados sobre os substratos podem ser dopadas com sais de metais de transição. Após o recobrimento com os filmes de CMC e/ou seus derivados, que se formam após secagem natural ou forçada, os substratos são submetidos à etapa do tratamento térmico em condições de atmosfera controlada e de temperaturas controladas de até 1200 graus Celsius. O tratamento térmico promove a vitrificação dos recobrimentos depositados e apresentam propriedades de proteção, dos substratos, contra a corrosão, resistência a ataques de ácidos inorgânicos extremamente corrosivos, suas misturas, agentes redutores e a potenciais de oxidação-redução em toda a faixa de estabilidade eletroquímica da água e, também, resistente à abrasão.

Página de 1

Documento


1/3

EMPREGANDO A


"PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS".

A presente invenção refere-se à caracterização de processos de preparação e tratamento de superfícies de metais e cerâmicas empregando-se a 5 carboximetilcelulose, os sais alcalinos ou alcalino-terrosos de carboximetilcelulose, doravante denominados CMC, e os complexos de metais de transição com a carboximetilcelulose, doravante denominados derivados de CMC.

Existem vários processos químicos de tratamento de superfícies metálicas com diversas finalidades. Os processos mais comuns utilizados são os 10 revestimentos aplicados por pinturas com tintas, por passivação ao ar e por deposição eletroquímica de substâncias protetoras contra a corrosão. A finalidade é proporcionar os diferentes tipos de resistências ao material do substrato, prevenir os desgastes prematuros e aumentar a resistência mecânica. Porém não se encontra na literatura específica, até o presente momento, quaisquer relatos de tratamentos 15 de superfícies de metais ou de cerâmicas que apresentem, simultaneamente, resistência ao ataque de ácidos minerais, às soluções oxidantes e redutoras, ao oxigênio nascente e ao hidrogênio nascente, aos potenciais de oxidação-redução em toda a faixa de estabilidade da água e, finalmente, à abrasão.

O objetivo principal da presente invenção é prover os processos de 20 deposição e formação de camadas de CMC ou seus derivados sobre superfícies metálicas e cerâmicas e que, depois de submetidas a tratamento térmico, transformam-se em uma ou mais camadas ou filmes superficiais, protetoras do material do substrato. Uma vez depositadas as camadas ou o filme superficial e secas, o conjunto é submetido à etapa do tratamento térmico em temperaturas de 25 até 1200 graus Celsius. O resultado é um revestimento final protetor, do tipo vitrificado, que recobre as superfícies do material do substrato, metálicos ou cerâmicos, tornando-os resistentes aos ataques químicos, eletroquímicos e à abrasão. Portanto, o processo é constituído de duas etapas distintas e fundamentais, a saber: a primeira das etapas é a deposição e formação das 30 camadas de CMC ou derivados sobre o substrato e a segunda etapa é a do tratamento térmico para finalizar o processo como um todo. A primeira etapa está dividida em 04 processos diferentes. Constitui, portanto, objetos principais da presente invenção, os 04 (quatro) processos, descritos a seguir, para a formação

das camadas ou filmes sobre superfícies metálicas ou cerâmicas e, os processos de tratamento térmico do conjunto.

O primeiro dos 04 (quatro) processos é realizado da seguinte maneira: as camadas ou filmes superficiais são formados por eletrodeposição a partir de soluções contendo a CMC e / ou seus derivados e sob o controle de potenciais eletroquímicos situados entre -2,000Volts (negativos) e +2,000Volts (positivos), medidos contra um eletrodo padrão de hidrogênio. Nesse processo, as respectivas densidades de corrente elétrica são controladas em função do tempo de aplicação.

O segundo dos 04 (quatro) processos, os substratos metálicos ou cerâmicos, sobre cuja superfície será efetuada a deposição, são recobertos por camadas (ou filmes) partindo-se de solução aquosa de CMC e / ou soluções aquosas de seus derivados e que, depois de secas uma a uma, repete-se o procedimento até obter a espessura adequada de camadas de CMC e / ou seus derivados sobre a superfície dos substratos.

O terceiro dos 04 (quatro) processos, é similar ao segundo processo. Nesse caso, porém, os substratos metálicos e cerâmicos são recobertos por camadas sucessivas (ou filmes) de soluções aquosas de CMC e que após secas, são submetidas a processos, aleatórios e alternados, de dopagem por imersões em soluções químicas, as quais contêm todos os elementos necessários para a dopagem e composição das camadas ou filmes superficiais. A dopagem é realizada nas camadas de CMC formadas sobre o substrato e a dopagem é realizada por imersões aleatórias e alternadas, em soluções aquosas contendo cátions de metais de transição, por exemplo, soluções contendo os cátions de ferro (III), manganês (II), zinco (II), níquel (II), cobalto (II), cobre (II) preparadas a partir de seus respectivos sais. Os sais, de quaisquer ânions, são de pureza maior que 95% e o pH dessas soluções são controlados de acordo com o cátion de metal de transição, de forma que não haja formação de produtos de hidrólise pouco solúveis e em quantidade significativa.

O quarto dos 04 (quatro) processos de formação, ora descritos, constitui objeto adicional da presente invenção e, nesse caso, as superfícies dos substratos metálicos ou cerâmicos são recobertos com materiais sólidos constituídos de CMC e / ou seus derivados.

Após a deposição e formação das camadas (ou filmes), por qualquer um dos

04 (quatro) processos acima descritos, o conjunto substratos e camadas são submetidos à etapa do tratamento térmico. O tratamento térmico é realizado na taxa de aquecimento gradativo de 1,0 até 20,0 graus Celsius/minuto em presença de ar atmosférico ou em ambiente controlado com gás inerte até atingir a temperatura de 5    1200 graus Celsius. O ambiente inerte, controlado durante o tratamento térmico, é

obtido com a presença de fluxo constante de gás inerte, por exemplo, o nitrogênio ou argônio. O ambiente inerte é necessário quando o substrato não apresenta estabilidade física ao aquecimento em presença do oxigênio atmosférico. Ao final do tratamento térmico pelo aumento gradativo da temperatura, partindo-se de qualquer ío temperatura e até atingir os 1200 graus Celsius, deixa-se o substrato esfriar, naturalmente.

Os revestimentos, objeto da presente solicitação de patente, apresentam as propriedades de resistência química aos ácidos inorgânicos altamente oxidantes, p.ex. os ácidos nítrico, clorídrico, sulfúrico e suas misturas ou combinações (água 15 régia, solução sulfonítrica na razão 1:1 v/v e sulfocrômica na razão 1:1 v/g), ao oxigênio nascente, aos redutores como hidrogênio nascente e à abrasão. O revestimento é, também, resistente à remoção por via eletroquímica em toda a faixa de potenciais eletroquímicos possíveis de serem aplicados em soluções aquosas condutoras de eletricidade.

1/4

REIVINDICAÇÕES

1    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos caracterizado pelo fato_de compreenderem as etapas de imersões dos substratos metálicos ou os cerâmicos em soluções contendo CMC, na ausência e na presença de íons metálicos de transição e efetuar-se um dos seguintes processos: a) aplicar-se corrente elétrica em condições de potenciais eletroquímicos controlados para se proceder à eletrodeposição das camadas, depois evaporar o solvente para obtenção de filmes da CMC ou de seus derivados sobre a superfície dos substratos, b) imergir-se os substratos nas soluções aquosas de CMC e / ou de seus derivados e depois evaporar o solvente para obtenção de filmes da CMC e / ou de seus derivados sobre a superfície dos substratos, c) imergir-se os substratos nas soluções aquosas de CMC e depois, em etapas alternadas e aleatórias, proporcionar a dopagem das camadas de CMC ou filmes superficiais pela imersão aleatória e alternada, em soluções contendo quaisquer cátions de metais de transição, ú) fazer a deposição de camadas de CMC ou de seus derivados em estado sólido, previamente secos, homogeneizados e diretamente sobre a superfície dos substratos metálicos ou cerâmicos para obtenção de camadas.

2    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos caracterizado pelo fato_de compreenderem as etapas de depositar CMC e seus derivados por eletrodeposição sobre substratos metálicos ou cerâmicos e, após secagem das camadas (ou filmes), aplicar tratamento térmico controlado em temperaturas de até 1200°C de modo a obter um material recoberto por camada final protetora, resistente ao ataque de agentes químicos variados e à abrasão.

3    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, caracterizado pelo fato de compreenderem a reivindicação descrita no item-2 e que as concentrações das soluções aquosas de CMC e de seus derivados situarem entre 0,001 até 10g/L, as concentrações de

cátions de metais de transição situadas entre 0,001 até 10g/L e o pH controlado entre os valores de 0,01 a 13,99.

4    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, caracterizado pelo fato de compreenderem as reivindicações descritas no item-2 e item-3, e que os eletrólitos suportes serem, preferencialmente, à base de sais de metais alcalinos e as suas concentrações, em meio aquoso, situadas entre 0,010mol/L até 10,0 mol/L.

5    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, caracterizado pelo fato de compreenderem as reivindicações descritas no item-2, no item-3 e no item-4, e que os potenciais eletroquímicos são controlados na região entre -2,000Volts (negativos) e +2,000Volts (positivos) e medidos contra um eletrodo de referência padrão de hidrogênio.

6    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos caracterizado pelo fato de compreenderem o processo de introduzir os substratos em soluções aquosas contendo a CMC ou seus derivados e, após evaporação natural ou forçada do solvente, formar as camadas (ou filmes) superficiais recobrindo aos substratos.

7    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos caracterizado pelo fato de compreenderem as reivindicações descritas no item-6 e após formação de camadas a partir de soluções contendo CMC e secas, submeter os mesmos substratos à dopagem em soluções contendo cátions de metais de transição preparadas a partir de seus respectivos sais, de quaisquer ânions, de pureza maior que 95 % e o pH dessas soluções, controlados de acordo com o cátion de metal de transição, suficiente para que não haja formação de produtos de hidrólise pouco solúveis e em quantidade significativa.

8    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em

3/4

substratos metálicos e cerâmicos caracterizado pelo fato de compreenderem as etapas de espalhar a CMC e / ou seus derivados no estado sólido, previamente homogeneizados, sobre os substratos metálicos ou cerâmicos e depois, aplicar tratamento térmico de até 1200°C de modo a obter um material recoberto por camada final protetora.

9    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, caracterizado pelo fato_de compreenderem a reivindicação descrita no item-8 e que a quantidade empregada dos sólidos de CMC deve ser compatível com o recobrimento completo da superfície de todo o substrato, sendo que a proporção não deve ser inferior à espessura da camada vitrificada que se deseja obter e está relacionada com a massa a ser utilizada para o recobrimento total da superfície do substrato, e esse procedimento está em direta correlação com a massa dos sólidos de CMC e / ou seus derivados.

10    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, em acordo com as reivindicações descritas do item-1 até o item-7, inclusive, caracterizado pelo fato de se aplicar tratamento térmico aos substratos metálicos ou cerâmicos, em temperaturas controladas de até 1200°C, e nesse tratamento térmico, as suas superfícies devem estar previamente recobertas com CMC ou seus derivados, e inclusive, quando for o caso, dopadas com metais de transição, de modo a obter um material recoberto por camada final protetora.

11    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, caracterizado pelo fato de compreenderem as reivindicações descritas do item-1 até item-10, inclusive, e de aplicar o tratamento térmico por aumento controlado e gradativo de temperatura, na razão de 1,0 até 20,0 graus Celsius/minuto, até atingir a temperatura de 1200 graus Celsius.

12    - “PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" para aplicação em substratos metálicos e cerâmicos, caracterizado pelo fato de compreenderem as reivindicações descritas do item-1 até o item-11, inclusive, e que o produto final se torne resistente ao ataque de agentes químicos agressivos e corrosivos, resistentes à sua remoção por via eletroquímica, em toda a faixa de potenciais eletroquímicos aplicados em soluções aquosas condutoras de eletricidade e resistente à abrasão.

1/1

RESUMO

"PROCESSOS DE TRATAMENTO DE SUPERFÍCIES EMPREGANDO A CARBOXIMETILCELULOSE E / OU SEUS DERIVADOS" compreendendo a imersão de substratos metálicos ou cerâmicos em soluções aquosas contendo 5 carboximetilcelulose, derivados da carboximetilcelulose e sais de metais de transição; quaisquer ânions, e a CMC e / ou seus derivados no estado sólido. Os substratos são introduzidos nas soluções para promover a formação de camadas por via de reações químicas. As soluções e os substratos podem ser submetidos, simultaneamente, à circulação de.corrente elétrica em condições de potenciais 10 eletroquímicos controlados para promover reações por via eletroquímica. Os substratos podem, ainda, ser diretamente cobertos com sólidos CMC e / ou seus derivados. As camadas de CMC e / ou seus derivados formados sobre os substratos podem ser dopadas com sais de metais de transição. Após o recobrimento com os filmes de CMC e / ou seus derivados, que se formam após secagem natural ou 15 forçada, os substratos são submetidos à etapa do tratamento térmico em condições de atmosfera controlada e de temperaturas controladas de até 1200 graus Celsius. O tratamento térmico promove a vitrificação dos recobrimentos depositados e apresentam propriedades de proteção, dos substratos, contra a corrosão, resistência a ataques de ácidos inorgânicos extremamente corrosivos, suas 20 misturas, agentes redutores e a potenciais de oxidação-redução em toda a faixa de estabilidade eletroquímica da água e, também, resistente à abrasão.