Síntese de derivados do imidazol e benzotriazol para formulações inovadoras na proteção de bronze utilizado em obras de arte

Abstract

Muitas esculturas, presentes em museus ou expostas em ambientes abertos, são constituídas por ligas metálicas como o bronze. Visando a proteção de objetos metálicos de bronze, é importante o estudo de compostos com atividade inibidora de corrosão para ligas dessa classe. Portanto, neste trabalho foram utilizadas duas estratégias para a obtenção de substâncias que tenham potencialidade em atuar como inibidores de corrosão. A primeira estratégia foi realizar a síntese de líquidos iônicos imidazólicos, por meio de reações de alquilação do metil-imidazol utilizando cadeias de ácido carboxílico, e, subsequentemente, a troca iônica do ânion cloreto pelo ânion bis(trifluorometilsulfonil)imida. O uso de ácidos orgânicos na síntese dos sais imidazólicos visou favorecer a dissolução na matriz de quitosana, além da tendência do uso de sais imidazólicos na proteção de superfícies metálicas. Devido a preocupação crescente com a toxicidade do benzotriazol, que é um dos inibidores de corrosão tradicionais para o bronze, a segunda estratégia foi realizar a síntese de derivados do benzotriazol, com baixa toxicidade, por meio de reações utilizando grupamentos di e trietileno glicol. Os compostos sintetizados foram testados quanto a sua atividade inibidora na corrosão da liga de bronze C83600, contendo estanho, zinco e chumbo como principais elementos da liga. O comportamento da liga metálica sem e com a presença do derivado do BTA (TriBTA) foi observado por meio do monitoramento do potencial de circuito aberto e por polarização potenciodinâmica. O filme para aplicação no substrato foi preparado utilizando o TriBTA solubilizado em uma matriz de biopolímero (celulose) em uma mistura de água e etanol de 1:1. O uso de 2% e 10% do TriBTA na mistura não demonstrou atividade inibidora da corrosão na liga e resultados semelhantes foram observados no teste de exposição do substrato de bronze a vapores de ácido clorídrico. Com a adição de 2 % de BTA ao TriBTA (2%), observou-se que a densidade de corrente de corrosão sofreu alteração, o que está de acordo com os testes de corrosão acelerada (exposição à vapores de HCl) que demonstraram a possibilidade de uso do derivado como aditivo ao BTA. Visando obter um inibidor eficiente e capaz de dissolver a quitosana foi utilizado o líquido iônico bis(trifluormetilsulfonil)imida de 1-ácido etanoico-3-metil-imidazólio. Nos testes de exposição à vapores de ácido clorídrico o filme funcionou como uma camada protetiva contra a corrosão apenas quando o BTA é adicionado a mistura. Com o intuito de substituir o uso do BTA, foi, então, testada a mistura do derivado do BTA (TriBTA 1%) com o líquido iônico (bis(trifluormetilsulfonil)imida 1%) e, observou-se uma melhora na inibição da corrosão pela diminuição da densidade de corrente de corrosão. O aumento das concentrações para 2 % de cada composto não resultou em melhora dos resultados para os parâmetros eletroquímicos. A morfologia e a microestrutura da liga foram observadas por microscopia eletrônica de varredura e microscopia óptica e o perfil topográfico foi observado por interferometria, após os ensaios de corrosão. Os resultados indicaram que a liga metálica de bronze C83600 sofre corrosão em determinadas áreas de maior concentração de chumbo. Resultados de citotoxicidade para o derivado do benzotriazol (TriBTA) e para o bis(trifluormetilsulfonil)imida de 1-ácido butanóico-3-metil-imidazólio (LI) demonstraram a viabilidade celular expressa em % de redução Alamar Blue.

Many sculptures, present in museums or exposed in open environments, are made up of metallic alloys such as bronze. In order to protect bronze objects, it is important to study compounds with corrosion inhibiting activity for alloys of this class. This study explored two strategies to obtain substances that have the potential to act as corrosion inhibitors. The first strategy involved the synthesis of imidazolium ionic liquids functionalized with carboxylic acid groups, which was planned by the alkylation of methylimidazole and the subsequent chloride anion exchange by the bis(trifluoromethylsulfonyl)imide anion. The use of organic acids in the synthesis of imidazole salts was aimed at favoring dissolution in the chitosan matrix, in addition to the tendency of the use of imidazole salts in the protection of metallic surfaces. Due to increasing concern with the toxicity of benzotriazole, which is one of the traditional corrosion inhibitors for bronze, the second strategy pursued the synthesis of less toxic benzotriazole derivatives by means of its functionalization with di and triethylene glycol groups. The synthesized compounds were tested for their inhibitory activity in the corrosion of the C83600 bronze alloy, containing tin, zinc and lead as the main alloying elements. Monitoring the open circuit potential and potentiodynamic polarization in an aqueous 3.5% sodium chloride solution provided initial information about the corrosion inhibition capacity of the synthesized substances. Initially, the triethylene glycol-functionalized benzotriazole was used in concentrations of 2 and 10 % in relation to the biopolymer matrix (cellulose and chitosan) and solubilized in a water and ethanol mixture of 1:1. The results were not significant for inhibition of alloy corrosion and a similar result were observed in the exposure of the bronze substrate to hydrochloric acid vapors. After the addition of 2% BTA to the potential inhibitor (2%), the corrosion current density changed significantly, which was in agreement with the accelerated corrosion test that demonstrated the possibility of using the derivative as additive. In order to obtain an efficient inhibitor capable of dissolving the chitosan, the ionic liquid were used. The results of acid vapor exposure tests were satisfactory only when these ionic liquids were applied as an additive to BTA. Substitution of BTA by the BTA derivative (1%) and bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (1%) was then tested, an improvement in corrosion inhibition was observed by the reduction of corrosion current density. When the concentrations were raised to 2% of each compound, did not result in improved results for the electrochemical parameters. The morphology and microstructure of the alloy were observed by scanning electron microscopy and optical microscopy, and the topographic profile was observed by interferometry after the corrosion tests. These analyses indicated that the C83600 bronze alloy underwent corrosion in certain areas with a higher lead concentration. Cytotoxicity results for the triethylene glycol-functionalized benzotriazole (TriBTA) and for 1-butanoic acid-3-methyl-imidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (LI) demonstrated cell viability expressed as % of reduction in Alamar Blue.