ES2636793T3

ES2636793T3 - Revestimiento derivado de sol-gel para inhibir la bioincrustación y la corrosión en un sustrato

Info

Publication number: ES2636793T3
Application number: ES13799652.6T
Authority: ES
Inventors: Jeanette GITTENS; Heming Wang; Robert Akid; Thomas Smith; Rami Khalid SULEIMAN; Mazan Mohammed KHALED
Original assignee: Sheffield Hallam University; King Fahd University of Petroleum and Minerals
Current assignee: Sheffield Hallam University; King Fahd University of Petroleum and Minerals
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2017-10-09
Anticipated expiration: 2033-11-29
Also published as: GB2508434B; EP2925820B1; US20160185978A1; GB2508434A; SA515360519B1; WO2014087139A3; EP2925820A2; WO2014087139A2

Abstract

Un sustrato que tiene un revestimiento unido al sustrato y configurado para proteger el sustrato de la corrosión y la bioincrustación, teniendo el revestimiento una red de óxido inorgánico derivado de sol-gel resultante de reacciones de condensación de al menos un óxido inorgánico; comprendiendo el revestimiento: un microorganismo viable incorporado dentro del revestimiento, el microorganismo capaz de reaccionar químicamente con microbios responsables de corrosión inducida microbiana y/o bioincrustación y configurado para inhibir la actividad biológica de dichos microbios; y un inhibidor de corrosión configurado para inhibir la corrosión y/o bioincrustación en el sustrato; en el que el microorganismo y el inhibidor de corrosión son especies separadas.

Description

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DESCRIPCION

Revestimiento derivado de sol-gel para inhibir la bioincrustacion y la corrosion en un sustrato Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a un sustrato que comprende un revestimiento protector y a un procedimiento de preparacion de un sustrato usando un revestimiento derivado de sol-gel que incorpora un microorganismo y un inhibidor de corrosion para inhibir la bioincrustacion y la corrosion en el sustrato.

Tecnica anterior

La corrosion inducida por microbiologfa (CIM) de materiales metalicos ha recibido considerable atencion durante las dos ultimas decadas. Se estima que al menos un tercio de la perdida de material que surge de la corrosion se puede atribuir a CIM. Tanto ambientes oxigenados como privados de oxfgeno pueden conducir a la formacion de diversos tipos de metabolitos que participan directamente en reacciones electroqmmicas que conducen al establecimiento de celulas de corrosion local. El papel de las bacterias reductoras de sulfato (BRS) en CIM esta bien establecido y la corrosion puede resultar de la formacion de biopelfculas que contienen bacterias. Por ejemplo, se ha informado que la corrosion de hierro y mquel incrementa en presencia de Pseudomonas sp. S9 y Serratia marcescens sp. EF 190. Por otro lado, se sabe que algunas cepas bacterianas incluyendo Pseudomonas fragi, Escherichia coli DH5, Pseudomonas Hava y Paenibacillus polymyxa inhiben la corrosion cuando estan presentes en biopelfculas.

Un planteamiento existente para mitigar la corrosion influida por microbio implica anadir biocidas a sistemas de agua en un intento directo de limitar el desarrollo de biopelfculas superficiales dentro de las cuales los microbios secretan compuestos acidos o alcalinos altamente agresivos. La eficacia de este planteamiento es dependiente de (a) el biocida a administrar a todos los sitios de interaccion de sustrato metalico y agua y (b) el biocida que continua activo para prevenir el desarrollo/crecimiento de la biopelfcula. Estos biocidas son ambos peligrosos al medioambiente. Por ejemplo, tri-butil estano es toxico para la vida acuatica, asf como a cualquiera que este en la proximidad inmediata. Tambien se sabe que es relativamente ineficaz frente a bacterias protegidas en una biopelfcula sobre la superficie del metal que se corroe.

En otro planteamiento, se desarrollo un revestimiento para su uso sobre aleaciones de Al y contema bacterias “protectoras” encapsuladas [R. Akid, H. Wang, T.J. Smith, D. Greenfield, y J.C. Earthman. Adv. Funct. Mater. 18 (2008) 203-211]. Sin embargo, las aleaciones de Al son materiales relativamente inertes para la corrosion en comparacion con sustratos de acero dulce y otros metales y son menos susceptibles a CIM.

Mas recientemente, se ha emprendido un trabajo para desarrollar revestimientos de sol-gel para aplicacion sobre superficies metalicas para servir como una barrera protectora frente a especies corrosivas [F. Tang, X. Wang, X. Xu, L. Li., Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects 369 (2010) 101-105]. Se ha enfocado mucho interes sobre los revestimientos de sol-gel organicos-inorganicos hnbridos para conseguir mayor espesor cntico, flexibilidad mejorada y temperaturas de curado inferiores que las de sus equivalentes inorganicos. Los sistemas de sol-gel se han desarrollado para una diversidad de aplicaciones y funcionalidad, por ejemplo, propiedades anticorrosion/barrera [H. Wang, R. Akid, M. Gobara, Corrosion Science, 52 (2010) 2.565-2.570, A.N. Khramov, V.N. Balbyshev, N.N. Voevodin & M.S. Donley., Progress in Organic Coatings, 47 (2003), 207-213, S.V. Lamaka, M.F. Montemore, A.F. Galio, M.L. Zheludkevich, C. Trindade, L.F. Dick & M.G.S Ferreira., Electrochemical Acta, 53 (2008) 4.773-4.783] propiedades de corrosion inducida antiincrustacion y antimicrobianas [R. Akid, H. Wang, T.J. Smith, D. Greenfield, J.C. Earthman, Advanced Functional Materials, 18 (2008), 203-211, J. Gittens, H. Wang, T.J. Smith, R. Akid, D. Greenfield, ECS Transactions, 24 (2010), 211-229], anticorrosion con funcionalidad autoreparacion [R. Akid, M. Gobara, H. Wang, Electrochimica Acta, 56 (2011), 2.483-2.492] y adhesivos estructurales [M. May, H. Wang & R. Akid, International Journal of Adhesion and Adhesives, 30 (2010), 505-512].

Sin embargo, existe una necesidad de un revestimiento de sol-gel que presente resistencia aumentada a corrosion y bioincrustacion en un ambiente real tal como la sumersion de un sustrato metalico dentro del mar.

Compendio de la invencion

Es un objeto de la presente invencion proporcionar un revestimiento y un procedimiento de proteccion de un sustrato frente a corrosion (en particular corrosion inducida microbiana) y bioincrustacion que incluye, en particular, desarrollo de ambientes locales que favorecenan la formacion de biopelfculas daninas en la interfaz del sustrato. El presente revestimiento y el procedimiento protegen eficazmente el sustrato subrayado de las especies qmmicas y microorganismos. El objeto se alcanza, en parte, proporcionando un revestimiento derivado de sol-gel que se une qmmicamente al sustrato y comprende un inhibidor de corrosion y un microorganismo viable incorporado dentro del revestimiento.

Los inhibidores de corrosion y los microorganismos son eficaces para prevenir que las especies reactivas y los microorganismos penetren en el revestimiento por los microporos, grietas y areas de baja densidad de reticulado. Tales especies corrosivas incluyen, por ejemplo, agua, oxfgeno, iones de cloruro y especies bioactivas. La incorporacion de inhibidores de corrosion inorganicos u organicos y/o microorganismos viables dentro de la pelfcula

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de sol-gel se ha encontrado que incrementa significativamente las propiedades de proteccion frente a corrosion del revestimiento.

La referencia a “viable” dentro de la memoria abarca microorganismos que mantienen alguna actividad metabolica, sin embargo, no necesariamente abarca microorganismos que se pueden cultivar. El trabajo experimental ha mostrado que las mezclas de la presente invencion proporcionan proteccion frente a corrosion/bioincrustacion cuando hay relativamente poca evidencia de crecimiento o respiracion del microorganismo. Por lo tanto, no hay necesidad absoluta de que el microorganismo este creciendo.

El termino “bioincrustacion” usado dentro de la memoria se refiere a la acumulacion de microorganismos sobre lo expuesto y/o estructuras que se sumergen en, por ejemplo, ambientes acuosos. El termino “bioincrustacion” incluye microincrustacion, macroincrustacion y formacion de biopelfcula.

La presente formulacion de revestimiento se puede aplicar como un revestimiento a un rango de sustratos, tales como estructuras exteriores incluyendo, pero no se limita a, estructuras de ingeniena civil, estructuras marinas, embarcaciones marinas, aviones, vetuculos y estructuras similares que estan expuestas al clima o ambientes corrosivos. En particular, el presente revestimiento es adecuado para la aplicacion sobre sustratos basados en metal ademas de polfmero, plasticos, fibra de vidrio y otros sustratos no basados en metal que encuentren aplicacion en los anteriores ambientes.

En un aspecto, se que cree que la naturaleza protectora de la presente formulacion de revestimiento puede ser divida a la actividad biologica del microorganismo o debida al revestimiento proporcionando una barrera extra frente a corrosion/bioincrustacion debido a la absorcion de agua y oxfgeno por el agente biologicamente activo que previene que estos elementos alcancen la superficie del sustrato y causen asf corrosion/bioincrustacion.

Cuando el revestimiento comprende un microorganismo viable, segun una aplicacion, es ventajoso preparar dos componentes separados segun el procedimiento anterior ya que posibilita que los componentes se almacenen por separado durante largos periodos de tiempo antes de la mezcla y posterior aplicacion como revestimiento a la superficie del sustrato. Los componentes son estables en sus ambientes dados y asf seran igualmente tan eficaces si se usan cuando se prepara primero, o se usan despues de almacenar durante un periodo de tiempo. Ademas, ya que los dos componentes se preparan por separado, es posible optimizar el sol para el espesor, tiempos de curado y densidad, etc. y optimizar la suspension para proporcionar un ambiente optimizado para la actividad biologica u otra de inhibicion de corrosion/bioincrustacion del microorganismo. De este modo, cualquier componente del sol que pueda ser perjudicial a la actividad biologica u otra del microorganismo se puede aislar y establecer antes de la mezcla de sol y suspension antes de revestir el sustrato.

Los componentes del sol se seleccionan para proporcionar condiciones ambientales optimas para el microorganismo de la suspension. En particular, el pH es suficientemente neutral para permitir la supervivencia del microorganismo y la temperatura a la cual la mezcla se somete a curado es alrededor de la temperatura ambiente pero no mas de 120 °C. Ademas, la composicion del sol-gel preferentemente excluye cualquier componente que pueda ser perjudicial a la actividad biologica u otra inhibidora de corrosion/bioincrustacion del microorganismo, por ejemplo, disolventes y oxidos metalicos. Estas condiciones se han seleccionado de manera que el microorganismo mantiene su capacidad para inhibir o prevenir con exito la corrosion/bioincrustacion del sustrato. Los sistemas sol-gel tubridos se obtienen a partir de la incorporacion estructural de grupos organicos por enlaces Si-C dentro de los precursores de sol-gel (por ejemplo, metiltrietoxisilano [MTES]), conduciendo asf a la incorporacion de grupos organicos dentro de los revestimientos inorganicos basados en SO2. Para evitar los asuntos relacionados con la oxidacion de grupos CH3 [Andres Pepe, Pablo Galliano, Mario Aparicio, Alicia Duran, Silvia Cere, Surface & Coatings Technology, 200 (2006) 3.486-3.491] se usaron temperaturas de sinterizacion bien por debajo de 550 °C.

Ventajosamente, el presente revestimiento comprende un inhibidor de corrosion que se reduce significativamente la corrosion en el sustrato. El presente revestimiento de sol-gel inorganico-organico es adecuado para incorporar un rango diverso de diferentes inhibidores de corrosion incluyendo a modo de ejemplo, inhibidores organicos o inorganicos.

Segun un primer aspecto de la presente invencion se proporciona un sustrato que tiene un revestimiento unido al sustrato y configurado para proteger el sustrato de la corrosion y la bioincrustacion, el revestimiento obtenible por un proceso de sol-gel para crear una red de oxido inorganico resulta de reacciones de condensacion de al menos un oxido inorganico; comprendiendo el revestimiento: un microorganismo viable incorporado dentro del revestimiento, el microorganismo capaz de reaccionar qmmicamente con microbios responsables de corrosion inducida microbiana y bioincrustacion y configurado para inhibir la actividad biologica de dichos microbios; y un inhibidor de corrosion configurado para inhibir la corrosion y/o la bioincrustacion en el sustrato.

Preferentemente, el inhibidor de corrosion comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de: un fosfato, un vanadato; un borato; cerio; molibdeno. Preferentemente, el inhibidor de corrosion comprende un compuesto organico o inorganico. Preferentemente, el inhibidor de corrosion comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de: una grasa de litio; un aceite de hidrocarburo sintetico; un aceite mineral; un compuesto de molibdeno organico. Preferentemente, el inhibidor de corrosion comprende uno cualquiera o una

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combinacion del siguiente conjunto de: un compuesto basado en silicona; un compuesto basado en sflice-calcio. Preferentemente, el inhibidor de corrosion comprende uno cualquier o una combinacion del siguiente conjunto de: un ortofosfato modificado; y polifosfato; un gel de silicona modificado con calcio. Preferentemente, el oxido inorganico comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de: un oxido de metal; un compuesto basado en aluminato; un compuesto basado en sflice; un compuesto organico-inorganico hforido; un ormosil o hforido de ormosil. Preferentemente, el oxido inorganico comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de: tetrametoxisilano (TMOS); tetraetoxisilano (TEOS); 3-glicidoxipropilmetoxisilano (GLYMO); metiletrioxisilano (MTEOS).

Preferentemente, el microorganismo comprende uno cualquiera o una combinacion de los siguientes: celulas procariotas; celulas de arqueas; celulas bacterianas; endosporas.

Preferentemente, el inhibidor de corrosion esta incluido en una concentracion en el intervalo de 0,5 a 20 % p/v. Preferentemente, el inhibidor de corrosion esta incluido en una concentracion en el intervalo de 1 a 10 % p/v.

Segun un segundo aspecto de la presente invencion se proporciona un procedimiento de revestimiento de un sustrato para inhibir la corrosion y la bioincrustacion en el sustrato, comprendiendo el procedimiento: preparar un sol que comprende un oxido inorganico; anadir un microorganismo viable y un inhibidor de corrosion al sol para formar una mezcla; revestir el sustrato con la mezcla; y curado de la mezcla sobre el sustrato para formar un revestimiento secado de sol-gel unido al sustrato.

Preferentemente, el microorganismo se anade al sol como una suspension en la que el microorganismo se inmoviliza dentro de la suspension. Opcionalmente, el microorganismo se liofiliza.

Preferentemente, el procedimiento comprende el curado de la mezcla a una temperatura menor de 120 °C. Preferentemente, el procedimiento comprende el curado de la mezcla a una temperatura en el intervalo de 10 a 40 °C.

Segun un tercer aspecto de la presente invencion se proporciona un sustrato que tiene un revestimiento unido a un sustrato y configurado para proteger el sustrato de la corrosion y la bioincrustacion, comprendiendo el revestimiento: una primera capa obtenible por un proceso sol-gel para crear una red de oxido inorganico resultante de las reacciones de condensacion de al menos un oxido inorganico, comprendiendo la primera capa un inhibidor de corrosion; y una segunda capa obtenible por un proceso sol-gel para crear una red de oxido inorganico resultante de las reacciones de condensacion de al menos un oxido inorganico, comprendiendo la segunda capa un microorganismo viable, el microorganismo capaz de reaccionar qmmicamente con microbios responsables de la corrosion inducida microbiana o la bioincrustacion y configurado para inhibir la actividad biologica de dichos microbios.

Preferentemente, la primera capa y/o la segunda capa comprenden ademas Y-alumina. Preferentemente, la segunda capa comprende ademas un inhibidor de corrosion. Preferentemente, un espesor de la primera capa y la segunda capa es basicamente igual.

Segun un cuarto aspecto de la presente invencion se proporciona un procedimiento de revestimiento de un sustrato para inhibir la corrosion y la bioincrustacion en el sustrato, comprendiendo el procedimiento:

preparar un primer sol que comprende un oxido inorganico; anadir un inhibidor de corrosion al primer sol para formar una primera mezcla; preparar un segundo sol que comprende un oxido inorganico; anadir un microorganismo viable al segundo sol para formar una segunda mezcla; revestir el sustrato con la primera mezcla para formar una primera capa; curado de la primera capa en el sustrato para formar un revestimiento derivado de sol-gel unido al sustrato; revestir la primera capa con la segunda mezcla; curado de la segunda mezcla sobre la primera capa para formar una segunda capa derivada de sol-gel unida a la primera capa. Opcionalmente, la primera capa se une qmmicamente a la segunda capa.

Preferentemente, el procedimiento comprende el curado de la primera capa de sol-gel a una temperatura en el intervalo de 200 a 600 °C. Preferentemente, el procedimiento comprende el curado de la primera capa de sol-gel a una temperatura en el intervalo de 300 a 500 °C. Preferentemente, el procedimiento comprende el curado de la segunda capa de sol-gel a una temperatura menor de 120 °C. Preferentemente, el procedimiento comprende el curado de la segunda capa de sol-gel a una temperatura en el intervalo de 10 a 40 °C. Preferentemente, el procedimiento comprende anadir Y-alumina a la primera y/o segunda capa de sol-gel antes del curado de la primera y/o segunda capa de sol-gel.

Preferentemente dicho microorganismo puede comprender celulas procariotas tales como celulas de arqueas o celulas bacterianas. Por ejemplo, en el momento de la inmovilizacion dicho microorganismo puede comprender celulas bacterianas vegetativas, endosporas o celulas en algun otro estado quiescente. Cuando dicho microorganismo esta en la forma de celulas vegetativas, es preferible que las celulas vegetativas sean Pseudomonas fragi. Las celulas bacterianas alternativamente pueden ser endosporas tales como aquellas de Paenibacillus polymyxa. Paenibacillus polymyxa son organismos formadores de endospora que producen al menos un compuesto antimicrobiano que mata bacterias asociadas con MIC.

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El microorganismo se selecciona por su capacidad de sobrevivir en condiciones severas, incluyendo pH, temperature y contenido de disolvente del revestimiento. En una realizacion preferida de la presente invencion, la suspension se puede anadir al sol en la relacion de volumen de 1:10. Preferentemente, dicha mezcla es acuosa. La mezcla puede tener un pH dentro del intervalo de desde 4 a 10, preferentemente la mezcla tiene un pH de 7. Mas componentes opcionales del sol y la suspension pueden incluir un agente de tamponamiento en la suspension y un agente de curado y/o agente espesante en el sol. Cuando el microorganismo esta en la forma de celulas vegetativas biologicamente activas en el momento de la inmovilizacion se incorpora un agente de tamponamiento dentro de la mezcla de la presente invencion para prevenir el microorganismo de la lisis tras la introduccion en una solucion acuosa. Tras mezclar el sol y la suspension, los componentes de la suspension se difunden dentro del sol creando una solucion semi-homogenea. De este modo la mezcla tiene una naturaleza de inhibicion de corrosion uniforme por todo el espesor del revestimiento. Los microorganismos pueden reaccionar con los componentes del sol, formando enlaces y causando que tengan lugar reacciones qmmicas, por ejemplo, reacciones de condensacion.

Opcionalmente, el sustrato puede estar basado en metal y puede comprender uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de: hierro; aluminio; titanio; cobre; plata; acero; aleacion de aluminio; acero inoxidable; aleacion de titanio; aleacion de cobre; aleacion de magnesio; aleacion de plata.

El sustrato al cual se aplica la mezcla de la presente invencion como un revestimiento puede estar basado en plastico, polfmero o fibra de vidrio. Ademas, el sustrato puede comprender una combinacion de estos materiales incluyendo un sustrato hnbrido plasticos-metal o fibra de vidrio-metal.

Para conseguir un revestimiento de sustrato de espesor, resistencia a corrosion y dureza requeridos se pueden mezclar los silanos, alquil-silanos o silanos alquil-modificados de la presente invencion con polfmeros organicos, inorganicos o hnbridos para obtener el sol de ormosil o hnbrido de ormosil deseado.

El presente revestimiento puede utilizar cualquier precursor basado en silicato incluyendo espedficamente un precursor basado en organosilicato y/o uno en silano incluyendo en particular un organosilano. Ademas, el componente de polisiloxano puede comprender una forma de polisiloxano incluyendo, en particular, un organopolisiloxano.

El termino “revestimiento hnbrido” dentro de la memoria se refiere a un revestimiento derivado de sol-gel formado de al menos dos precursores diferentes basados en silicio. Por consiguiente, el revestimiento tnbrido de la invencion objeto comprende al menos un primer centro de silicio, derivado de un primer precursor unido a carbono y un segundo centro de silicio, derivado de un segundo precursor unido a oxfgeno. Es decir, al menos dos centros de silicio diferentes por toda la red por el numero de enlaces de carbono y/u oxfgeno respectivos en cada centro de silicio.

El presente revestimiento puede comprender un polisiloxano y comprende un revestimiento basado en polisiloxano derivado de sol-gel. El revestimiento de polisiloxano puede ser derivado de uno cualquiera o una combinacion de los siguientes precursores adicionales incorporados dentro de la red de revestimiento durante la fase de sol-gel: cualquier silano organicamente modificado del grupo que consiste en alquilsilanos; metiltrimetoxisilano; metiltrietoxisilano; dimetildietoxisilano; trimetiletoxisilano; viniltrimetoxisilano; viniltrietoxisilano; etiltrietoxisilano; isopropiltrietoxisilano; butiltrietoxisilano; octiltrietoxisilano; dodeciltrietoxisilano; octadeciltrietoxisilano; silanos aril funcionales; feniltrietoxisilano; aminosilanos; aminopropiltrietoxisilano; aminofeniltrimetoxisilano; aminopropiltrimetoxisilano; silanos acrilato funcionales ; silanos metacrilato funcionales; acriloxipropiltrimetoxisilano; carboxilato; fosfonato; ester; sulfonato; isocianato; silanos epoxi funcionales; clorosilanos; clorotrimetilsilano; clorotrietilsilano; clorotrihexilsilano; diclorodimetilsilano; triclorometilsilano; N,O-Bis (trimetilsilil)-acetamida (BSA); N,O-Bis (trimetilsilil) trifluoroacetamida (BSTFA); hexametildisilazano (HMDS); N-metiltrimetilsililtrifluoroacetamida (MSTFA); N-metil-N-(t-butildimetilsilil)trifluoroacetamida (MTBSTFA); trimetilclorosilano (TMCS); trimetilsiliimidazol (TMSI); y combinaciones de los mismos.

El polisiloxano puede comprender uno cualquiera o una combinacion de los siguientes grupos: un alquilo; un alquilo sustituido, un halosustituido, un alquenilo, un alquinilo, un alquinilo halosustituido, un fenilo, un fenilo sustituido, un compuesto hidroxflico. En particular, el polisiloxano puede comprender un grupo organofuncionalizado incluyendo, en particular, un grupo hidroxilo, epoxi alcoxi, silanol, amino o isocianato. El poliosiloxano puede comprender una unica unidad repetida o se puede formar como un polisiloxano de dos, tres, cuatro o cinco componentes que tienen diferentes respectivas unidades repetidas que forman parte de la parte Si-O de la cadena principal. Espedficamente, y a modo de ejemplo, el polisiloxano puede comprender uno cualquiera o una combinacion de los siguientes compuestos: Poli[dimetilsiloxano-co-[3-(2-(2-hidroxietoxi)etoxi)propil]metilsiloxano]; Poli(dimetilsiloxano), bis(3- aminopropil) terminado; Poli(dimetilsiloxano), diglicidil eter terminado; poliacrilatos de injerto de poli(dimetilsiloxano); tetrakis(1,2-butileno glicol) de injerto de poli[dimetilsiloxano-co-metil(3-hidroxipropil)siloxano]; Poli[dimetilsiloxano-co- (2-(3,4-epoxiciclohexil)etil)metilsiloxano]; Poli[dimetilsiloxano-co-(3-aminopropil)metilsiloxano; Poli[dimetilsiloxano-co- metil(estearoiloxialquil)siloxano] y/o Poli[dimetilsiloxano-co-[3-(2-(2-hidroxietoxi)etoxi)propil]metilsiloxano].

El polisiloxano preferentemente comprende un numero mrnimo de repeticion de diez y puede comprender diez, cien, mil o diez mil unidades repetidas dentro de una cadena principal de polfmero sencilla.

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El termino “alquilo” se refiere a un hidrocarburo lineal, ramificado, dclico o cualquier combinacion de los mismos. El termino “alquilo sustituido” se refiere a uno o mas de los hidrogenos sobre el grupo alquilo que esta reemplazado por otro sustituyente, tal como ciano, alquilo, nitro, mercapto, alquiltio, halo, alquilamino, dialquilamino, alcoxi y tri alcoxisililo. El termino “fenilo sustituido” se refiere a uno o mas de los hidrogenos sobre el anillo aromatico que estan reemplazados por otro sustituyente, tal como ciano, alquilo, nitro, mercapto, alquiltio, halo, alquilamino, dialquilamino y alcoxi.

Opcionalmente, el presente revestimiento se puede derivar de uno cualquiera o una combinacion de los siguientes precursores: tetraetoxi ortosilicato (TEOS); metiltrietoxi ortosilicato (MTEOS); feniltrietoxi ortosilicato (PTEOS); octiltrietoxi ortosilicato (OTEOS); dimetildietoxi ortosilicato (DMDEOS); metiltrimetoxi ortosilicato (MTMOS); feniltrimetoxi ortosilicato (PTMOS); tetrametoxi ortosilicato (TMOS).

Breve descripcion de los dibujos

A continuacion, se describira una aplicacion espedfica de la presente invencion, solamente a modo de ejemplo, y en referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:

La Figura 1 es una imagen de SEM de una seccion transversal de acero revestido con sol-gel con SAPP;

la Figura 2a es un diagrama de Bode de EIS para las muestras de acero dulce revestido despues de 1 h de inmersion a temperatura ambiente en NaCl al 3,5 %.

las Figuras 2b y 2c son espectros de diagrama de Nyquist para las muestras de acero dulce revestido despues de 1 h de inmersion a temperatura ambiente en NaCl al 3,5 %;

la Figura 3a es un espectro de diagrama de Bode de EIS para los materiales revestidos despues de 192 h de inmersion en NaCl al 3,5 %;

las Figuras 3b y 3c son espectros de diagrama de Nyquist para los materiales revestidos despues de 192 h de inmersion en NaCl al 3,5 %;

la Figura 4 es una grafica de Rp (Ohmios) de los revestimientos de sol-gel dopado con inhibidor durante un tiempo (horas);

la Figura 5a es un diagrama de Bode de EIS para las muestras de acero dulce revestido despues de 1 h de inmersion a temperatura ambiente en NaCl al 3,5 %.

la Figura 5b es un espectro de diagrama de Nyquist para los materiales revestidos con sol-gel abiotico y biotico despues de 1 h de inmersion en NaCl al 3,5 %;

las Figuras 6a y 6b son espectros de diagrama de Nyquist para los materiales revestidos con sol-gel abiotico y biotico despues de 192 h de inmersion en NaCl al 3,5 %;

la Figura 6c es un espectro de Nyquist para el sistema de revestimiento con Moly biotico despues de 192 h de inmersion en NaCl al 3,5 %;

la Figura 7 son imagenes de CLSM de revestimientos de sol-gel (bioticos) que contienen endosporas sobre acero dulce despues de inmersion en NB2 durante 24 y 48 horas; aumento x 64 (objetivo de inmersion en aceite) en las que 7a, 7c, 7e son imagenes multicanal, y 7b, 7d, 7f son imagen del lado izquierdo-solamente filtro de FITC, imagen del lado derecho-solamente filtro de Rodamina;

la Figura 8 es una fotograffa de SEM de una seccion transversal de sol-gel con Moly biotico sobre acero dulce;

la Figura 9 es el angulo de contacto para todas las muestras antes (Pre) y despues (Post) de la inmersion en ensayos de campo en el puerto de Whitby;

la Figura 10 es un log de la impedancia a 0,01 Hz de doblemente revestido (capa inferior con ZAPP al 5 % + capa superior de sol-gel abiotico/biotico;

la Figura 11 es un diagrama de Bode de sol-gel con ZAPP de doble capa con capa superior abiotica o biotica con o sin gama-alumina 24 horas;

la Figura 12 es una comparacion de ZD y ZDGA despues de 24 horas de inmersion en NaCl;

la Figura 13a es un diagrama de impedancia de Bode para revestimientos dobles con ZAPP con capas superiores abioticas y bioticas despues de 6 dfas de inmersion en NaCl;

la Figura 13b es un diagrama de Nyquist para revestimientos dobles con ZAPP con capas superiores abioticas y bioticas despues de 6 dfas de inmersion en NaCl;

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la Figura 14a es un diagrama de Bode para capa superior de sol-gel abiotica y biotica sobre capa inferior de sol- gel con ZAPP despues de inmersion en NaCl al 3,5 % p/v durante 19 dfas;

la Figura 14b es un diagrama de Nyquist para capa superior de sol-gel abiotica y biotica sobre capa inferior de sol-gel con ZAPP despues de inmersion en NaCl al 3,5 % p/v durante 19 dfas;

la Figura 15a es un diagrama de Bode para revestimientos dobles con ZAPP con capas superiores abioticas y bioticas que contienen Y-alumina al 1,5 % p/v despues de inmersion en NaCl al 3,5 % p/v durante 23 dfas;

la Figura 15b es un diagrama de Nyquist para revestimientos dobles con ZAPP con capas superiores abioticas y bioticas que contienen Y-alumina al 1,5 % p/v despues de inmersion en NaCl al 3,5 % p/v durante 23 dfas;

la Figura 16 es una grafica de los resultados de LPR para muestras de ensayo de campo sumergidas en el puerto de Whitby;

la Figura 17 es la tasa de corrosion calculada usando los resultados de LPR mostrados en la figura 16;

la Figura 18 es la temperatura media (°C), precipitacion (mm) y conductividad (mili-siemes [ms]) en Whitby durante los meses en que se llevaron a cabo los ensayos LPR;

la Figura 19 son los resultados del angulo de contacto para acero dulce revestido de capa sencilla y doble sumergido en el puerto de Whitby; y

la Figura 20 son los resultados del angulo de contacto para el sol-gel de doble capa con Moly biotico que contiene cepas de Bacillus KFUPM.

Descripcion detallada de las realizaciones descritas en el presente documento

En general, se han desarrollado tres sistemas de revestimiento y sus eficacias para mitigar la corrosion y la bioincrustacion se valoraron tanto en laboratorio como en ambientes “de la vida real”. Los tres planteamientos se pueden considerar y resumir como:

1. un revestimiento derivado de sol-gel que incorpora un inhibidor de corrosion

2. un revestimiento derivado de sol-gel que incorpora un microorganismo y un inhibidor de corrosion

3. un revestimiento derivado de sol-gel de doble o multiple capa en el que una primera capa de sol-gel (inferior) incluye un inhibidor de corrosion y una segunda capa de sol-gel (superior) incluye un microorganismo

Sistema de revestimiento de sol-gel dopado con inhibidor de corrosion

Sustrato

Se limpiaron por ultrasonicacion laminas de Q-panel de acero dulce S-35 durante 10 minutos en solucion de limpieza “kleen ikb 401” industrial y se lavaron a mano con agua corriente y, a continuacion, agua destilada y finalmente se secaron al aire completamente antes de la aplicacion de los revestimientos.

Preparacion de los revestimientos de sol-gel dopados con inhibidor

Solucion de sol-gel base

La solucion de sol-gel se preparo en primer lugar mezclando dos silanos (tetraetoxisilano [TEOS] y metiltrietoxisilano [MTEOS] y etanol en la relacion de 10:8:10 en volumen. A continuacion, se anadio agua gota a gota (10 ml) y la solucion se volvio marron; a continuacion, se anadio gota a gota 100 a 200 pl de HNO3 concentrado. La mezcla se agito durante 2 horas.

Revestimientos de sol-gel cargados con inhibidor

A continuacion, la solucion de sol-gel preparada anteriormente se dopo con inhibidor disolviendo el inhibidor apropiado (a 5 % p/v) en la solucion. Los tres inhibidores de corrosion usados eran: sflice modificado Shieldex (303)® (SD), Moly-white® 101-ED (Moly) y Heucophos Zapp® (ZAPP).

Procedimiento de revestimiento

Se aplicaron revestimientos de sol-gel cargados con inhibidor sobre paneles de acero dulce usando un aplicador de revestimiento de varilla K101. Se trataron muestras revestidas con sol-gel cargado con inhibidor a 400 °C durante 30 s en un horno electrico con una atmosfera de aire. La temperatura de metal maxima alcanzo aproximadamente 200 °C. Se corto una seccion (400 mm x 78 mm) de las cuatro muestras revestidas y el lado inverso y los bordes se revistieron con una mezcla (1:1) calentada de colofoma (Fluka) y cera de abeja (Fluka) para dejar un area de ensayo medido mostrado en la Tabla 1.

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Tabla 1. Areas de ensayo de muestras usadas para analizar datos de EIS

Muestra: Area (cm2)

Sol-gel solamente: 19,0

Sol-gel con Moly: 13,5

Sol-gel con SD: 18,2

Sol-gel con ZAPP: 17,6

Caracterizacion del revestimiento

Se analizaron las muestras revestidas usando un microscopio electronico de barrido (SEM) Philips XL40 usando un voltaje de haz de 20 kV. Se aplicaron finas pelfculas de carbono sometidas a pulverizacion cationica a las muestras para prevenir la carga superficial en el SEM. Los datos de la espectroscopfa de impedancia electroqmmica (EIS) se recogieron usando un instrumento PARstat 2273 con un electrodo de referencia de calomelano saturado (KCl saturado, 0,242 V frente a EEH) aplicando un potencial sinusoidal (± 10 mV) durante el intervalo de barrido de frecuencia desde 0,1 MHz a 10,0 mHz que se registra a 75 puntos logantmicamente espaciados. Se uso el programa informatico Zsimpwin para simular los datos obtenidos para determinar el mejor ajuste de diagrama del circuito.

Resultados

Despues de la aplicacion de los revestimientos, las muestras con revestimientos que conteman los inhibidores parecieron muy similares y no mostraron senales visibles de corrosion u otro dano. La muestra revestida con sol-gel solamente parecfa descolorida en un extremo, indicando posiblemente el inicio de la corrosion. El analisis por EIS de esta muestra se condujo usando las partes que paredan impolutas en esta fase.

Despues de 8 dfas de inmersion en NaCl al 3,5 % en peso, la muestra de solamente sol-gel se habfa corrofdo ampliamente durante aproximadamente 50 % del area superficial. Por el contrario, la muestra revestida con sol-gel con Moly estaba intacta, aunque habfa pequenos elementos marrones/naranjas esparcidos sobre la superficie. La muestra revestida con sol-gel con ZAPP parece intacta, sin corrosion visible. La muestra de acero dulce revestida con SD se corroyo mas rapidamente durante el periodo de inmersion en comparacion con las otras muestras con revestimientos cargados con inhibidor, con corrosion iniciada sobre aproximadamente el 50 % de la superficie y algunos puntos de corrosion avanzada en los que el revestimiento que contema SD parece haber perdido adhesion.

La Figura 1 muestra una fotograffa de SEM de una seccion transversal de acero revestido con sol-gel con ZAPP encapsulado no pulido. Se puede observar que el revestimiento esta bien unido (qmmicamente) y esta libre de defectos. El espesor del revestimiento es aproximadamente de 16 pl. El estudio por SEM de las superficies revestidas revelo diferencias en la homogeneidad de las superficies de la muestra despues de 8 dfas de inmersion en NaCl. La muestra de acero dulce revestido con solamente sol-gel pareda que habfa perdido adhesion con la superficie de sustrato. Por el contrario, el sol-gel con Moly era predominantemente suave. El sol-gel con ZAPP mostrado tema una superficie rugosa. A mayor aumento, la formacion de ampollas y el agrietamiento del revestimiento era evidente. La muestra revestida con sol-gel con SD tema una superficie rugosa y se observo un punto blanco elevado sobre la superficie. A mayor aumento, el punto blanco pareda ser una ampolla, aunque en esta fase no era visible agrietamiento del revestimiento.

Se uso EIS para examinar la diferencia en resistencia a corrosion entre la muestra control revestida con sol-gel sin la adicion de inhibidores (muestra CI) y las muestras revestidas con sol-gel cargado con inhibidor. Generalmente, el modulo de mayor Z del revestimiento a frecuencia menor indica una resistencia de corrosion mayor del sustrato metalico (diagramas de Blode, Figuras 2a y 2a) y la forma del diagrama de Nyquist da un indicio del comportamiento de la impedancia del revestimiento (Figuras 2b y 3b y 3c). Cuando se usa un diagrama de Nyquist para comparar diferentes tipos de revestimiento, un semi-drculo mayor indica que el revestimiento esta proporcionando proteccion frente a corrosion. La comparacion de los diagramas de EIS en formatos Bode y Nyquist de todas las muestras despues de inmersion a corto (1 h) y largo (192 h) plazo en NaCl al 3,5 % en peso se da en las Figuras 2a, 2b, 2c y 3a, 3b, 3c, respectivamente. Los resultados a 192 h indican que los revestimientos de sol-gel dopados con ZAPP y Moly proporcionan la mejor proteccion frente a corrosion para el sustrato de acero dulce.

Los espectros de impedancia se ajustaron numericamente para circuitos equivalentes (CE) usando el programa informatico ZSimpWin™ 3.21 [Princeton Applied Research]. Se uso un elemento de fase constante (Q) en lugar de un condensador “ideal”, teniendo en cuenta que las pendientes de las curvas en los diagramas de Bode no eran -1 (un valor esperado para un condensador ideal) ya que habfa una inconsistencia en el ajuste de los datos a traves de las escalas de tiempo usadas si se elegfa un condensador “ideal” (C) en el circuito equivalente. Estos circuitos equivalentes se propusieron y se establecieron asumiendo lo siguiente: (i) una resistencia de electrolito (Rs); (ii) una capa de sol-gel (Ro); elementos de fase constante (Qo) y Ro representan la resistencia del poro o defectos en la capa de sol-gel en paralelo con Qo y (iii) las propiedades de la capa intermedia se describen mediante una resistencia Ri,

en paralelo con un condensador Qi [H. Wang, R. Akid, Corrosion Science, 49 (2007), 4.491-4.503]. Despues de 24 h de inmersion, parece que se forma una capa protectora o pasiva (representada por Qp y Rp), que se deriva presumiblemente de los inhibidores de corrosion dopados que pueden formar un compuesto relativamente estable que previene que el acero continue corroyendose [R. Naderi, M.M. Attar, Electrochimica Acta, 53 (2008) 5.6925 5.696]. Los diferentes parametros relacionados con la medida de la impedancia, derivados del revestimiento de sol-

gel dopado con ZAPP, SD y revestimiento de sol-gel dopado con Moly se dan en las Tablas 2, 3 y 4 respectivamente.

Tabla 2. Datos ajustados obtenidos de los espectros de EIS para el revestimiento de sol-gel dopado con SD despues de diversos tiempos de inmersion en solucion de NaCl al 3,5 % en peso.

Muestra: Elemento Tiempo de inmersion (h)


: 1 24 48 192

: Circuito R(QR)(QR) R(QR)(Q(R(QR))) R(QR)(C(R(QR))) R(QR)(Q(R(QR)))

: Rs 1,64x10-11 0,1098 8,265x10-5 50,61

: Qo 3,744x10-9 1,504x10'® 9,649x10-5 0,0001409

SD: Ro 5948 13760 103600 8,051

: Qi/Ci 3,238x10-7 9,291x10-10 9,309x10-10 0,0001239

: Ri 889100 2385 1170 0,119

: Qp - 3,518x10-5 3,678x10-5 5,899x10-5

: Rp - 159200 8378 12650

10 Tabla 3. Datos ajustados obtenidos de los espectros de EIS para el revestimiento de sol-gel dopado con ZAPP

despues de diversos tiempos de inmersion en solucion de NaCl al 3,5 % en peso.

Muestra: Elemento Tiempo de inmersion (h)


: 1 24 48 192

: Circuito R(QR)(QR) R(QR)(Q(R(QR)))

: Rs 1,17x10-7 0,0001404 0,0003896 90,71

: Qo 1,852x10-9 2,566x10-8 1,13x10-7 0,0001035

ZAPP: Ro 3,638x104 4184 5778 514,6

: Qi/Ci 1,187x10-7 6,544x10-6 1,72x10-5 9,323x10-8

: Ri 1,017x106 1,513x104 4967 2542

: Qp 3,98x10-5 4,025x10-5 8,909x10-5

: Rp 1,416x105 2,465x105 5,874x104

Tabla 4. Datos ajustados obtenidos de los espectros de EIS para el revestimiento de sol-gel dopado con Moly despues de diversos tiempos de inmersion en solucion de NaCl al 3,5 % en peso.

Muestra: Elemento Tiempo de inmersion (h)

1: 24 48 192

Moly: Circuito R(QR)(QR) R(QR)(Q(R(QR)))

Rs: 0,0001952 0,01779 9,99x10-5 139

Qo: 6,127x10-7 7,972x10-5 1,83x10-7 8,316x10-5

Ro: 6,721x105 1,485x105 322,1 1,285x104

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(continuacion)

Muestra: Elemento Tiempo de inmersion (h)

1: 24 48 192

Moly: Circuito R(QR)(QR) R(QR)(Q(R(QR)))

Qi/Ci: 2,051x10-7 2,032x10-6 1,055x10-5 1,189x10-5

Ri: 1,432x104 476,2 5670 113

Qp: 5,542x10-6 9,32x10-5 0,0006299

Rp: 7232 1,336x105 1,59x104

La Rp de los sistemas se puede trazar frente al tiempo y se muestra en la Figura 4, en la que los revestimientos de sol-gel dopados con Moly y ZAPP muestran una mayor resistencia a corrosion “promedio” pero con el revestimiento con ZAPP que muestra proteccion frente a corrosion sostenida durante mas tiempo cuando se compara con las formulaciones de revestimiento con Moly y SD.

La adicion de diferentes inhibidores de corrosion a un revestimiento de sol-gel base se ha mostrado que es un planteamiento alternativo para el desarrollo de revestimientos de sol-gel protectores sobre acero dulce. La formulacion de sol-gel sola era ineficaz en la proteccion del sustrato de acero dulce de la corrosion en solucion de NaCl al 3,5 % pero proporcionaba una matriz adecuada para los inhibidores de corrosion, SD (Shieldex™), ZAPP (Heucophos ZAPP™) y Moly (Molywhite™) puesto que el beneficio de los inhibidores era evidente en la inspeccion visual y despues de los ensayos de EIS. El sol-gel dopado con ZAPP dio la resistencia a corrosion mas eficaz, la cual mejoro con el tiempo en comparacion con los sistemas de SD y Moly. La resistencia a corrosion de los revestimientos de sol-gel basados en inhibidor se encontraron que estaba en el orden de ZAPP>Moly>SD.

Revestimiento de sol-gel dopado con inhibidor de corrosion y microorganismo

La solucion de sol-gel base y los revestimientos de sol-gel cargados con inhibidor se prepararon como se describio anteriormente para el revestimiento dopado con inhibidor de corrosion.

Diversos inhibidores de corrosion y bacterias “protectoras” se anadieron a sistemas anticorrosion y antiincrustacion de sol-gel y se ensayaron sobre superficies de acero dulce en el laboratorio bajo condiciones de solucion salina (NaCl al 3,5 %) y en ensayos de campo en un ambiente de estuario. La eficacia de los presentes revestimientos para la proteccion frente a corrosion se ha evaluado por espectroscopfa de impedancia electroqmmica (EIS) y observacion visual. Los resultados indican que el sol-gel que conteman inhibidores o una combinacion de inhibidor y bacterias mostraron proteccion frente a corrosion mejorada en comparacion con los revestimientos de sol-gel sin estos aditivos, despues de inmersion a largo plazo en NaCl al 3,5 %.

Revestimientos de sol-gel cargados con bacterias

Se uso una colonia unica de Paenibacillus polymyxa ATCC 10401 para inocular una alfcuota de 5 ml de caldo NB2 y se incubo (30 °C, agitando a 180 rpm) durante la noche para proporcionar un cultivo iniciador (starter), el cual se uso para inocular el biorreactor. Las endosporas se produjeron a partir de un cultivo NB2 aerobico de 5 litros complementado con solucion de sales CCY al 1 % en un biorreactor de 5,3 litros de volumen de trabajo Brunswick Bioflo 115 a una temperatura constante de 30 °C con una velocidad impulsora de 200 rpm con una tasa de aeracion de 1,5 l min'1. La esporulacion y la lisis de celulas madre se confirmaron usando microscopfa de contraste de fase antes de recolectar el cultivo despues de 7 dfas de fermentacion. Las endosporas se recuperaron del cultivo por centrifugacion (17.696 xg a 4 °C durante 10 minutos en 6 x frascos de centrifuga de 500 ml) y se lavaron 5 veces con agua desionizada esteril helada mediante resuspension y centrifugacion. El precipitado lavado se resuspendio en agua desionizada esteril y se sometio a sonicacion sobre el hielo en alfcuotas de 2 ml al 40 % del poder maximo durante 25 s usando un sonicador de sonda Vibra Cell de Jencons Sonics (punta de sonda de 3 mm de diametro) para separar endosporas agregadas. Cualquier celula vegetativa restante se mato por vortex con 0,2 ml de cloroformo saturado con agua por ml de suspension de endospora. La suspension de endospora se ajusto a una DO600 de 66 con agua destilada esteril antes de almacenamiento a -20 °C.

Se saco la suspension de endospora del almacenamiento y se dejo descongelar a temperatura ambiente, a continuacion, se mantuvo en hielo para prevenir la germinacion. La suspension de endospora acuosa se centrifugo (16.800 xg/13.200 rpm, 5 minutos, temperatura ambiente) en una microcentnfuga, se resuspendio en 1 ml de sol-gel y se sometio a sonicacion al 40 % del poder maximo sobre hielo bajo las condiciones anteriormente detalladas durante 5 s para separar las endosporas agregadas inmediatamente antes de anadir al sol-gel restante a una relacion de 4:1 (sol-gel:suspension de endospora diluida en sol-gel). El estudio de las esporas despues de la

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sonicacion, usando el microscopio de contraste de fases, confirmo que la sonicacion no hada alterado las esporas, que continuaban la fase brillante. Los revestimientos abioticos (libres de bacterias) se produjeron reemplazando la suspension bacteriana con agua desionizada y omitiendo las etapas de sonicacion.

Procedimiento de revestimiento

Se aplicaron revestimientos de sol-gel cargados con bacterias e inhibidor sobre paneles de acero dulce usando un aplicador de pintura de metal. Los revestimientos se aplicaron bajo una campana de flujo laminar para evitar la contaminacion de los revestimientos y se dejaron curar a temperatura ambiente durante 24 horas. La ruta de procesamiento era: i) sol-gel>inhibidor>revestimiento y; ii) sol-gel>inhibidor>endosporas>revestimiento.

Tambien se revistieron muestras de acero dulce con la solucion de sol-gel (C1) sola y con solucion de sol-gel mezclada con suspension bacteriana (C2) como muestras control.

Caracterizacion del revestimiento

Se analizaron las muestras revestidas usando un microscopio electronico de barrido (SEM) Philips XL40 usando un voltaje de haz de 20 kV. Pelfculas finas de carbon sometidas a pulverizacion cationica se aplicaron a las muestras para prevenir la carga de superficie en el SEM. Las medidas del angulo de contacto se llevaron a cabo en un instrumento DataPhysics usando una gota de agua desionizada. Las medidas de las seis replicas se llevaron a cabo sobre cada angulo para dar un valor medio. Los datos de la espectroscopfa de impedancia electroqmmica (EIS) se recogieron usando un instrumento PARstat 2273 con un electrodo de referencia de calomelano saturado (KCl saturado, 0,242 V frente a EEH) aplicando un potencial sinusoidal (± 10 mV) durante el intervalo de barrido de frecuencia desde 0,1 MHz a 10,0 mHz que se registra a 75 puntos logantmicamente espaciados. El programa informatico Zsimpwin se uso para simular datos obtenidos para determinar el mejor ajuste de diagrama de circuito.

Tambien se caracterizaron muestras revestidas bioactivas por microscopfa confocal laser de barrido (CLSM) para confirmar la viabilidad de la endospora y la distribucion de las celulas bacterianas vegetativas dentro del revestimiento. Las micrograffas se obtuvieron usando un microscopio confocal laser de barrido Zeiss AxioVision usando un objetivo de inmersion en aceite Plan Apochromat x64. Se usaron filtros de isotiocianato de fluorescema (FITC) (488 nm) y rodamina (543 nm) para las imagenes obtenidas despues de la tincion con el kit de tincion BacLight™ Live/Dead. Se cortaron pedazos de 1,5 cm2 (aproximadamente) de los paneles, se sumergieron en NB2 (30 °C durante 24 y 48 horas) y se tineron usando el tinte de viabilidad bacteriana Baclight™ Live/Dead (Invitrogen). Esta mezcla de dos tintes fluorescentes de union a ADN muestra las celulas viables en verde puesto que absorben solamente el tinte Syto 9. Las celulas no viables tambien se tinen con yoduro de propidio, el cual se une al ADN para dar fluorescencia roja, pero solamente dentro de las celulas con membranas danadas en las que el colorante cargado positivamente puede ganar acceso al interior. Hay una cierta cantidad de fluorescencia de fondo, aparentemente debido a que el sol-gel adsorbfa el tinte Syto 9, y los poros del sol-gel (los cuales contienen grupos silanol negativamente cargados) se unen al tinte de yoduro de propidio positivamente cargado.

Resultados

Se seleccionaron los inhibidores ZP y Moly para su uso en el desarrollo de revestimientos antiincrustacion protectores que contienen bacterias sobre acero dulce puesto que los revestimientos dopados con estos inhibidores mostraron la mejor proteccion frente a corrosion sobre acero dulce. El planteamiento dependio de una capa sencilla en el que el inhibidor y las bacterias estaban encapsulados en un revestimiento de matriz de sol-gel sencillo (referido como Moly biotico y ZP biotico).

Los datos de EIS se recogieron despues de 1 h (Figuras 5a y 5b) y 192 h (Figuras 6a, 6b y 6c) de inmersion en solucion de NaCl al 3,5 %. Despues de 192 h (Figuras 6c), el Moly biotico proporciono la mejor inhibicion de corrosion de acero dulce. La proteccion frente a corrosion proporcionada por el otro revestimiento (ZP biotico) despues de inmersion a largo plazo en solucion de NaCl al 3,5 % era basicamente menor que lo debido al revestimiento de Moly biotico, lo cual no se hubiera previsto a partir del comportamiento de los revestimientos que conteman inhibidores sin bacterias, en los que la mayor proteccion frente a corrosion se daba por el revestimiento que contema ZP.

Se ensayaron pedazos separados de acero dulce revestido con cada uno de los revestimientos de sol-gel que contema bacterias para la viabilidad de las bacterias encapsuladas mediante incubacion en medio nutriente lfquido (NB2) a 30 °C durante 24 o 48 horas. Las Figuras 7a a f representan imagenes de CLSM del revestimiento de sol-gel biotico despues de la incubacion en NB2 durante 24 horas, en las que las lmeas paralelas vistas a la izquierda de las imagenes indican crestas en la superficie del acero dulce. Se observaron las formas ovales de varilla verde fluorescente y estas son endosporas de germinacion (7a y b). Las formas de varilla verde fluorescente son celulas viables, un grupo de las cuales estan rodeadas por un drculo en las Figuras 7c y d.

El ensayo de campo de muestras de bacterias encapsuladas y control se condujeron en agua de mar/ambiente de estuario en el puerto de Whitby en la costa de UK. Se hizo un seguimiento del desarrollo de la bioincrustacion durante el ensayo fotografiando las muestras en momentos hasta 10 semanas. Con la excepcion de muestras agrietadas, los revestimientos con endosporas encapsuladas proporcionaron propiedades de antiincrustacion

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relativamente buenas. Despues de 2 semanas de inmersion, no habfa senales de bioincrustacion o corrosion sobre ninguna de las muestras. El inicio de la incrustacion se vio a partir de la semana 6 en adelante. La incrustacion mas seria aparecio sobre la muestra abiotica (no endosporas o inhibidores).

Una ligera incrustacion comenzo a aparecer sobre la muestra de Moly biotico a la semana 6. A las 8 semanas se llega a despegar un area central del panel revestido con sol-gel abiotico durante la pulverizacion con agua destilada para eliminar una raja y cualquier material no adherido. Se puede deducir que esto se causo por la incrustacion fuerte, en el que la biopelfcula gruesa acumulada creo un gran estres que indujo agrietamiento del revestimiento. Despues de 10 semanas de inmersion, las muestras se pueden clasificar en terminos de realizacion de incrustacion como sigue: abiotico (CI)>Moly biotico>ZP biotico>biotico (C2). La muestra de sol-gel biotico (C2), que no contema inhibidores Moly o ZP dio el comportamiento antiincrustacion mas eficaz mientras que el revestimiento abiotico (C2- sol-gel sin inhibidores o endosporas) era el menos eficaz en prevenir la incrustacion.

La Figura 8 muestra una fotograffa de SEM tfpica de una seccion trasversal de acero dulce revestido con sol-gel biotico. El espesor del revestimiento medio de Moly biotico era de 16 pm (30 puntos medidos, desviacion estandar 4,5) y el de ZP biotico era de 15 pm (30 puntos medidos, desviacion estandar 2,5).

Las medidas del angulo de contacto de los revestimientos se representan en la Figura 9. Antes de la inmersion el angulo de contacto para todas las muestras era mayor de 90°, indicando que los revestimientos son hidrofobos. Hay pequena variacion en el angulo de contacto de los revestimientos. Despues del ensayo de campo de inmersion, el angulo de contacto de los revestimientos, con excepcion de la muestra abiotica, disminuyo a aproximadamente 60 a 70 grados, indicando una gota en la hidrofobicidad.

Los resultados de los ensayos de campo que combinaban tanto inhibidores de corrosion como bacterias antiincrustacion protectoras dentro del sistema de sol-gel proporcionaron un mejoramiento significativo en el rendimiento antiincrustacion en comparacion con sol-gel solo (abiotico).

Sistemas de doble capa que contienen inhibidores de corrosion-microorganismo

Formulaciones de sol-gel y revestimiento

Se preparo la formulacion de sol-gel como se describio anteriormente. El revestimiento cargado de inhibidor y las formulaciones de sol gel con carga microbiana tambien se preparan como se describio anteriormente.

Resultados de la doble capa preliminar

Se revistio un panel de acero dulce usando sol-gel con ZAPP con capa superior de sol-gel biotica y se sumergio en Whitby durante 10 semanas. Los resultados mostraron que puesto que la incrustacion era extensa sobre la superficie del panel sena necesario mejorar la formulacion de revestimiento para mejorar el rendimiento antiincrustacion.

Durante el ensayo de campo y despues del estudio por nano-SEM y microscopfa de foco infinito en SHU, se observo agrietamiento de la capa superior (sol-gel biotico). La formacion de algunos tipos de bioincrustacion suave, tales como algas, sobre superficies metalicas pueden ser fomentada por la rugosidad de superficie, la cual podna estar causada por una superficie de revestimiento agrietada.

Es posible que la superficie del revestimiento se altere por la germinacion de endosporas dentro del revestimiento superior (biotico) aunque no se vio extenso agrietamiento usando el nano-SEM sobre muestras despues de la inmersion. Sin embargo, habfa algun indicio de tamano de poro incrementado cerca de la superficie de revestimiento. Porosidad incrementada, puede haber fomentado la adhesion de los organismos de incrustacion.

Los organismos de incrustacion tales como briozoos de incrustacion se posan de manera preferencial sobre superficies facilmente humectables. El angulo de contacto del revestimiento doble de sol-gel ZAPP/biotico disminuyo desde 94,9° a 63,2° durante las 10 semanas del ensayo de campo, indicando que el descenso en la hidrofobicidad estaba directamente relacionado con la rugosidad de superficie.

Modificacion de la formulacion para mejorar revestimientos dobles con ZAPP

Se preparo un conjunto de muestras de doble capa (abiotica y biotica) con ZAPP usando la misma formulacion de sol-gel que se describio anteriormente. Despues de 8 dfas de inmersion en NaCl al 3,5 % p/v el rendimiento de la proteccion era escaso como se demuestra por el agrietamiento del revestimiento e impedancia baja en 0,01 Hz (indicando una tasa de corrosion considerable).

Para abordar los problemas de anticorrosion y agrietamiento, se prepararon un conjunto adicional de muestras de la misma manera que anteriormente, pero las capas abioticas y bioticas superiores se aplicaron tan finamente como era posible. Sin embargo, todavfa se dio agrietamiento de la capa superior biotica. Es posible que la germinacion de las endosporas y el consecuente crecimiento de celulas de Paenibacillus polymyxa dentro de la capa superior biotica causara que se agrietase el revestimiento. Se puede anadir Y-alumina a la formulacion de sol-gel para soportar la estructura de sol-gel y no compromete la viabilidad celular de la endospora encapsulada. Y-alumina incrementa la

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flexibilidad del sol-gel para permitir el crecimiento de las celulas dentro del revestimiento permitiendo el movimiento en tanto el planto horizontal como fuera del sustrato y no compromete la produccion de enzimas y especies bioactivas por celulas bacterianas encapsuladas.

Se llevaron a cabo ensayos de EIS adicionales sobre cupones de acero dulce revestido con una capa de sol-gel inferior que contema ZAPP al 5 % y capas superiores de sol-gel abioticas o bioticas para investigar el asunto. Para abordar el agrietamiento de la capa de sol-gel superior, se anadio Y-alumina al 1,5 % p/v (nanopolvo de Al2O3>tamano de partfcula de 50 nm) a las capas superiores, los cuales eran o sol-gel abiotico o biotico.

Se preparo sol-gel con ZAPP anadiendo polvo de inhibidor de corrosion Heucophos™ ZAPP al 5 % p/v a sol-gel AF1 y se sometio a sonicacion durante 10 minutos. Se uso 250 pl del sol-gel con ZAPP para revestir cupones de acero dulce (panel Q) que median 10 x 2,5 cm despues de limpiar los cupones con etanol. La capa de revestimiento con ZAPP abiotico se curo a 400 °C durante 30 segundos. A continuacion, se aplico 250 pl de capa superior o bien abiotica o biotica sobre la capa de sol-gel con ZAPP usando un aplicador de pintura bajo la campana laminar para evitar contaminacion. Las muestras revestidas finales se dejaron curar a temperatura ambiente durante 24 horas.

Se prepararon cupones de acero dulce doblemente revestidos (capa inferior de sol-gel con ZAPP al 5 % p/v con una capa superior de sol-gel o bien abiotica o biotica) por el ensayo de impedancia electroqmmica cubriendo unas areas de acero expuestas con cinta aislante Scotch™ Super 88 dejando solamente el area revestida expuesta al electrolito. La parte inferior del cupon tambien se revistio con cera de abeja. Se preparo un conjunto identico de muestras pero que teman Y-alumina al 1,5 % anadido a las capas abioticas superiores y bioticas superiores. Las areas de ensayo se muestran en la Tabla 5 y Tabla 6.

Tabla 5. Areas de ensayo de muestras de ZAPP doble sin Y-alumina

Muestra: Area de ensayo (cm2)

ZAPP abiotico doble 1: 7,14

ZAPP abiotico doble 2: 6,63

ZAPP biotico doble 1: 6,24

ZAPP biotico doble 2: 7,28

Tabla 6. Areas de ensayo de muestras de ZAPP doble con Y-alumina al 1,5 % p/v

Muestra: Area de ensayo (cm2)

ZAPP abiotico doble GA 1: 7,56

ZAPP abiotico doble GA 2: 6,24

ZAPP biotico doble GA 1: 6,63

ZAPP biotico doble GA 2: 5,94

Se sumergieron cupones revestidos en solucion de NaCl al 3,5 % (p/v). Los ensayos de EIS se llevaron a cabo en un instrumento PARstat 2273 usando un electrodo de referencia de calomelano saturado (KCl saturado, 0,242 V frente a EEH) aplicando un potencial sinusoidal (10 mV) durante el rango de barrido de frecuencia desde 0,1 MHz a 10,0 MHz que se registra a 75 puntos logantmicamente espaciados.

Los ensayos de EIS se llevaron a cabo durante diferentes periodos de tiempo, sin embargo, es posible ver que la adicion de Y-alumina al 1,5 % p/v a la capa de sol-gel superior sobre la capa de sol-gel con ZAPP inferior incrementa las propiedades de inhibicion de corrosion de la capa doble (Figura 10). En el dfa 7, hay pequena diferencia en dos revestimientos de sol-gel abioticos (Figura 10, ZDAB y ZDAB GA) sobre acero dulce. Sin embargo, la adicion de y- alumina al 1,5 % p/v al revestimiento superior biotico parece producir una diferencia significante, es decir, la impedancia del revestimiento ZDB GA a 0,01 Hz el dfa 7 es un orden de magnitud superior que el revestimiento ZDB en el que la capa superior de sol-gel abiotica no contiene Y-alumina al 1,5 % p/v. En comparacion con ZDB de 2011 (revestimiento de ZAPP biotico doble), tanto las muestras ZDB como ZDB GA ensayadas en 2012 teman impedancia mayor (Figura 10).

Despues de 24 horas de inmersion en NaCl, habfa poca diferencia en los diagramas de Bode para las muestras doblemente revestidas con ZAPP (capa superior abiotica y biotica) con y sin Y-alumina realizadas en 2012. El diagrama de Bode para la muestra de ZAPP biotico doble usada para la ElS en 2011 muestra impedancia inferior y es de una forma diferente (Figura 11).

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Es posible ver el efecto de la capa doble sobre datos de impedancia puesto que hay un distinto cambio en el angulo de la pendiente de los diagramas de Bode a 5x101 Hz (indicado con flecha en la Figura 11). Los datos muestran que la capa doble con ZAPP con capa superior abiotica da mejor proteccion frente a corrosion puesto que la impedancia es mayor durante el rango de frecuencia usado.

El diagrama de Nyquist para los revestimientos dobles con ZAPP muestra que despues de 24 horas de inmersion en NaCl, hay poca diferencia en la forma de los espectros para los revestimientos abioticos y bioticos con Y-alumina. La variante abiotica tiene mayor impedancia en este momento y esto se puede ver en los datos de Nyquist como un semidrculo capacitivo mayor (indicado por una flecha en la Figura 12). Los datos para los revestimientos abioticos y bioticos con Y-alumina tiene un punto de datos erraticos unico a 48,89 Hz (indicado por X en la Figura 12) y puede ser un rasgo de los revestimientos mas que un error. La diferencia mas obvia entre los revestimientos con y sin y- alumina es la forma del segundo semidrculo. Los revestimientos sin Y-alumina tienen un segundo semidrculo mayor para variantes tanto abioticas como bioticas. Despues de 6 dfas de inmersion en NaCl, habfa diferencias en la apariencia de las capas superiores de sol-gel abioticas y bioticas. En comparacion con el revestimiento doble con ZAPP abiotico, el biotico tiene una apariencia moteada y habfa senales de corrosion alrededor de la esquina superior derecha, cerca de la cinta.

La Figura 13a muestra la impedancia de Bode y la Figura 13b el diagrama de Nyquist para las muestras doblemente revestidas con ZAPP con capa superior tanto abiotica como biotica (no Y-alumina) despues de 6 dfas de inmersion en NaCl al 3,5 %. Los datos estan de acuerdo con el deterioro observable de la superficie del revestimiento, es decir, el valor de impedancia es inferior para la muestra de ZAPP doble con capa superior biotica y el radio del(de los) semidrculos de Nyquist es mas corto.

Las medidas finales de EIS sobre el sistema de capa doble con ZAPP sin la adicion de gama-alumina se llevaron a cabo el dfa 19. Ya habfa distintas diferencias en los diagramas de Bode y Nyquist para los revestimientos con capas superiores abioticas en comparacion con bioticas (Figuras 14a y 14b). La influencia del revestimiento superior parece estar indicado por los datos recogidos desde 1x105 a 1 x 16 104 Hz, en los que la resistencia del revestimiento biotico es mayor en un orden de magnitud. Sin embargo, la presencia de grietas en la capa superior biotica da como resultado la difusion, que se muestra por la lmea recta que se extiende en un angulo desde el semidrculo para los datos bioticos (indicado por una flecha en las Figuras 14a y 14b). Aunque a frecuencias mayores de 1x105 a 1x104 se aumenta la resistencia ofrecida por el revestimiento biotico, el agrietamiento de la capa superior da como resultado la difusion y baja el valor de la impedancia global.

Las medidas de EIS finales en el sistema de capa doble con ZAPP con Y-alumina al 1,5 % p/v se llevaron a cabo el dfa 23. Al contrario que las imagenes obtenidas para muestras previas en las que se puede ver el inicio y el avance del agrietamiento, la imagen de este sistema mostro que despues de 23 dfas el agrietamiento se redujo significativamente, con solamente unos pocos sitios de corrosion observados. Los revestimientos abioticos y bioticos teman apariencias similares.

Los diagramas de Bode mostrados en la Figura 15a muestran que anadir Y-alumina al 1,5 % p/v a la capa superior de sol-gel abiotica y biotica tema un efecto beneficioso. La impedancia de variantes de ZAPP tanto abiotico_como biotico doble_eran mayores a 0,01 Hz, con el ZAPP abiotica doble que tiene alrededor del mismo valor el dfa 23 que el que tema ZAPP abiotico doble sin Y-alumina despues de 16 dfas de inmersion. La impedancia a 0,01 Hz del ZAPP biotico doble con Y-alumina era mayor por en un orden de magnitud (Figura 15a) que los revestimientos equivalentes sin gama alumina (Figura 14a y 14b) incluso despues de una semana adicional de inmersion (23 dfas).

Los diagramas de Nyquist (Figura 15b) para los revestimientos dobles con ZAPP biotico y abiotico tienen una forma similar; un semidrculo distinto a las mayores frecuencias y una segunda constante de tiempo. La segunda constante de tiempo para el revestimiento abiotico parece ser un elemento de difusion, mientras que para el revestimiento biotico es un segundo semidrculo.

Para mejorar el rendimiento antiincrustacion en el ambiente de campo, la integridad estructural de la capa superior requena mejoramiento. Se encontro que la adicion de Y-alumina al 1,5 % p/v a la capa superior abiotica y biotica reduda la formacion de grietas en la superficie. Se vio agrietamiento en la capa superior biotica, para las muestras de ensayo de campo previas y esto puede haber estimulado el asentamiento y adhesion de organismos de bioincrustacion suave, la agrupacion de algas e incrustacion de briozoos. Despues del escaso rendimiento inicial en los ensayos de EIS, se preparo un conjunto adicional de muestras usando la misma formulacion de sol-gel sin adiciones, pero los revestimientos superiores se aplicaron mas finamente. Esto no fue suficiente para reducir el agrietamiento. La Y-alumina al 1,5 % p/v era la capa superior abiotica y biotica para una serie adicional de ensayos de EIS. Esto dio como resultado mejoramientos en el rendimiento del revestimiento y la reduccion de agrietamiento, lo cual se confirma por los resultados de EIS.

Para optimizar las capacidades de antiincrustacion de los sistemas de capa doble, es necesario asegurar que no se da agrietamiento de los revestimientos. Los ensayos de EIS de laboratorio han mostrado, de uno en uno, que la reduccion en el agrietamiento superficial incrementa el rendimiento de la corrosion global y la longevidad de los revestimientos.

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Ensayos de campo

Procedimiento y preparacion de muestra

En el momento de la immersion el flujo del agua de mar era mmimo. Los paneles se suspendieron dentro del agua de mar del puerto (puerto de Whitby, North Yorkshire) desde un dique seco de flotacion y se sumergieron continuamente.

Las medidas del angulo de contacto se llevaron a cabo usando el instrumento DataPhysics (Carl Stuart LTD), el cual fotograffa la gotita de agua cuando toca la superficie y, a continuacion, mide el angulo de contacto en ambos lados de la gotita. El angulo de contacto de una gota de agua sobre la superficie de revestimiento se midio para proporcionar un indicio de la hidrofobicidad de los revestimientos. 23

Se prepararon un conjunto de muestras de sol-gel de capa sencilla y doble para la inmersion en el agua del estuario en el puerto de Whitby. La formulacion de sol-gel para la capa superior de las muestras doblemente revestidas se adaptaron despues de que los ensayos de EIS revelaran un mejoramiento donde Y-alumina al 1,5 % (nanopolvo de Al2O3 de <50 pm de tamano de partfcula). Las muestras se prepararon como previamente, con la capa inferior de las muestras doblemente revestidas (sol-gel dopado con ZAPP al 5 % o Molywhite al 5 %) curado a 400 °C durante 30 segundos y la capa de sol-gel abiotica o biotica superior curado a temperatura ambiente. Los revestimientos de sol- gel abioticos/bioticos con ZAPP de doble capa se usaron para el ensayo de campo.

Despues de los anteriores resultados preliminares, se ha preparado un conjunto de paneles de acero dulce doblemente revestidos con ZAPP preparados con Y-alumina al 1,5 % p/v anadida a la capa superior abiotica o biotica. Para hacer un seguimiento del efecto de la formulacion de revestimiento y la configuracion sobre la inhibicion de la corrosion, se llevo a cabo el ensayo de LPR en el lugar del ensayo de campo. Se conecto un cable de acero aislado a la superficie de la muestra usando un tornillo y una tuerca de plastico y se pego con epoxi adhesivo resistente a corrosion impermeabilizado para proporcionar contacto electrico entre el potenciostato y cada panel. El montaje del tornillo se sello usando sellador de silicio y los paneles de acero dulce se cubrieron con cinta aislante Scotch™ Super 88.

Se prepararon muestras adicionales soldando por puntos el cable al reverso del panel. Un punto de epoxi adhesion resistente a corrosion se uso para sellar sobre el area de soldadura y la muestra se cubrio con cinta aislante para dejar el area de ensayo. El cable se cubrio con envoltura termotractil y el extremo del cable se sello.

Las medidas de LPR se llevaron a cabo usando un potenciostato de mano Uniscan con un electrodo de referencia de calomelano saturado (KCl). Para observar el efecto de los revestimientos sobre la inhibicion de la bioincrustacion, se obtuvieron imagenes de tanto los lados no revestidos como revestidos de todas las muestras aproximadamente una vez al mes usando una camara digital.

Se obtuvieron imagenes adicionales de todas las muestras en el laboratorio usando la misma camara digital. La superficie de uno de cada tipo de muestra se limpio con un estropajo esteril para obtener muestras de biopelfcula para analisis de ADN, las cuales se almacenaron a -20 °C.

Resultados

Para paneles de acero dulce no revestidos (control) y revestidos abioticos y bioticos sencillos, se observo corrosion sobre el panel no revestido. El revestimiento abiotico estaba intacto a parte de un area pequena de corrosion, pero habfa extensa incrustacion suave y marron. El panel revestido biotico se corroyo, pero de una manera enteramente diferente al panel no revestido. La apariencia moteada azul/negro de la superficie no pareda ser el resultado de incrustacion.

Despues de 9 semanas de inmersion, se vio el avance de la corrosion sobre el panel no revestido. El revestimiento abiotico sencillo se deslamino y hada incrustacion incrementada en comparacion con lo visto a las 4 semanas. La corrosion hada avanzado sobre el panel revestido sencillo biotico.

Despues de 12 semanas, hada aumento de incrustacion sobre el panel abiotico y corrosion sobre la mitad inferior del panel revestido biotico. A las 18 semanas, una gran area del revestimiento abiotico llega a despegarse despues del que el panel se enjuagara con el agua de mar e inmediatamente antes de que se obtuviera la imagen. Es de notar que, a pesar de la perdida de adhesion del revestimiento, no se dio corrosion bajo el revestimiento. La mayona de las muestras se hicieron por duplicado, y un segundo panel revestido sencillo abiotico se hada corrofdo de una manera similar al anterior panel revestido sencillo biotico. El panel revestido abiotico tema una superficie rugosa y parece que se ensucio. El panel revestido biotico era oscuro y la superficie no pareda estar ensuciada. Despues de 9 semanas, los paneles revestidos de sol-gel abioticos y bioticos sencillos replicados mostraron corrosion adicional, aunque el panel revestido sencillo biotico no pareda haberse ensuciado.

En referencia a los paneles revestidos de sol-gel con Moly de capa sencilla, los paneles abioticos teman incrustacion marron y suave sobre la superficie, aunque este no era denso en esta fase. Los revestimientos con Moly revestidos sencillos paredan intactos en comparacion con los revestimientos sin inhibidores que mostraron areas de perdida de

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revestimiento. Se vio bioincrustacion sobre paneles revestidos sencillos con Moly abioticos mientras que los paneles revestidos sencillos con Moly bioticos paredan estar libre de bioincrustacion. Hada puntos de corrosion sobre los paneles revestidos sencillos con Moly biotico. Despues de 9 semanas de immersion, se vio corrosion localizada sobre toda la superficie de los paneles abioticos de capa sencilla. Se vieron algunas areas deslaminadas sobre uno de los paneles abioticos de capa sencilla. Los paneles bioticos de capa sencilla teman pocas areas de corrosion localizada y no paredan tener ninguna perdida de revestimiento en esta fase. Despues de 12 semanas, cuando se ha dado deslaminacion del panel revestido abiotico, hada una gran area de corrosion. Despues de 18 semanas, los paneles revestidos con Moly abiotico se han corrofdo mas que los paneles revestidos con Moly biotico.

Se prepararon revestimientos dobles control, con sol-gel abiotico (no inhibidores) como capa inferior con sol-gel o bien abiotico o biotico como capa superior para observar el efecto de revestimientos dobles sin inhibidores. Despues de 4 semanas, el revestimiento doble abiotico esta relativamente intacto, con poca incrustacion. Un area en la parte superior del revestimiento se hada despegado, conduciendo al inicio de la corrosion. El revestimiento doble abiotico/biotico tiene una apariencia “moteada” similar a los revestimientos bioticos sencillos como anteriormente. Despues de 9 semanas, el revestimiento doble abiotico/biotico se hada corrofdo adicional y hada incrustacion alrededor de la parte inferior del panel. El revestimiento doble abiotico/biotico tema descoloracion y corrosion adicional. Despues de 12 semanas, hada mas incrustacion sobre el panel abiotico/abiotico y ha aparecido una gran area corrofda. El panel revestido abiotico/biotico se ha corrofdo mas en la parte superior del panel. Despues de 18 semanas, alrededor del 50 % del area de ensayo del panel abiotico/biotico se hada corrofdo o ha sufrido desprendimiento del revestimiento. El panel abiotico/biotico no se ha cornddo mas.

Las areas elevadas de un color mas claro sobre todos los paneles de capa doble con Moly con capa superior abiotica/biotica indicaron el inicio de la formacion de ampollas. Esto hada progresado sobre los paneles de capa doble con Moly con capa superior de sol-gel biotica, donde areas del revestimiento hadan perdido adhesion al sustrato y se hadan despegado completamente dando a la superficie una apariencia moteada. Despues de 9 semanas de inmersion, se vio la formacion de ampollas como areas blancas y despues de 4 semanas hada avanzado a perdida de revestimiento. Los paneles con Moly biotico doblemente revestidos inhibieron la incrustacion a un mayor grado que los paneles con Moly abiotico doblemente revestidos. Los paneles cambiaron poco despues de este momento en terminos de corrosion e incrustacion hasta el final del ensayo de campo a la semana 18.

Los paneles con inhibidor de capa doble con capa superior de sol-gel biotica preparados para los posteriores ensayos de campo parecen tener mejoradas propiedades antiincrustacion que aquellos preparados en el ensayo inicial, posiblemente como resultado de la Y-alumina al 1,5 % p/v anadida.

Las medidas de LPR se llevaron a cabo en agua de mar natural en el lugar del ensayo de campo. Se recogio una muestra de agua de mar para establecer la conductividad cada momento puesto que la ubicacion del estuario se somete a salinidad variante como resultado de la precipitacion. Los parametros usados para los ensayos eran los siguientes: Potencial de cambio 1 (V): -0,020; Potencial de cambio 2 (V): 0,020; Tasa de cambio (V/Seg): 0,000167; V por punto (V): 0,001. Los resultados se muestran en la Figura 16.

Las constantes de Tafel para todos los tipos de revestimiento se obtuvieron usando un rango de barrido de -250 mV/+750 mV (frente a PCA) a una tasa de barrido de 0,166 mV/s (Tabla 7 y Tabla 8). Los ensayos se llevaron a cabo en agua de mar natural esterilizada por filtro recogida en Whitby.

Tabla 7. Constante de Tafel para revestimientos de capa sencilla y acero dulce no revestido

: Acero dulce no revestido Abiotico sencillo Biotico sencillo Moly biotico sencillo Moly biotico sencillo ZAPP abiotico sencillo ZAPP biotico sencillo

E(I=0) (mV):: -426,6 -649,4 -516,2 -451,9 -464,6 -683,2 -513,8

Icorr (|jA): 149,9 69,6 4,0 0,8 0,2 0,4 0,3

bc (mV): 5,7x102 5,5x102 3,5x102 6,5x101 2,3x102 3,8x102 2,9x102

ba (mV): 2,9x101 8,6x101 2,2x102 1,6x102 7,7x101 1,2x102 1,3x102

Tasa de corrosion (mmpa): 2,2x10-5 1,1x10-5 3,0x10-7 1,9x10-7 3,1x10-8 8,8x10-8 6,7x10-8

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Tabla 8. Constante de Tafel para revestimientos de doble capa sobre acero dulce

: Moly abiotico doble Moly biotico doble ZAPP abiotico doble ZAPP biotico doble

E(I=0) (mV):: -447,5 -564,0 -514,1 -542,2

Icorr (|jA): 0,2 0,9 0,6 0,2

bc (mV): 2,7x102 2,6x102 2,0x102 4,7x102

ba (mV): 4,9x101 3,3x102 5,5x102 3,5x102

Tasa de corrosion (mmpa): 3,7x10-8 7,7x10-5 2,8x10-8 2,2x10-8

Usando las constantes de Tafel mostradas en la Tabla 7 y Tabla 8, se calculo la tasa de corrosion de las muestras sumergidas en el puerto se Whitby y los resultados se muestran en la Figura 17. Los revestimientos abioticos que contienen inhibidor de corrosion Molywhite; Moly abiotico sencillo y Moly de doble capa con capa superior abiotica tienen la tasa de corrosion mas baja (6,3x107 y 5,1x107 mm por ano) a 18 semanas. El Moly biotico sencillo y ZAPP biotico sencillo tienen una tasa de corrosion de aproximadamente 1,5x108 y 2,7x108 mm por ano, con el ZAPP biotico sencillo que tiene una tasa de corrosion de 5,9x108 mm por ano a 18 semanas. El doble ZAPP con capa superior de sol-gel biotica tiene la siguiente tasa de corrosion mas alta de 6,8x108 mm por ano y la tasa de corrosion mas alta se ve para el ZAPP abiotico doble (7,1x108 mm por ano) y el Moly de doble capa con capa superior biotica (7,9x108 mm por ano).

Estos resultados parecen contradecir los resultados anteriores, puesto que clasificando la apariencia de las superficies de revestimiento el ZAPP biotico de doble capa parece estar menos corrofdo que las muestras de Moly abiotico sencillo o Moly de doble capa con capa superior abiotica. Los datos mostrados en la Figura 17 se corrigieron para eliminar la variacion surgida de las diferencias en la conductividad durante el periodo de ensayo mostrado (desde las semanas 4 a 18). Puesto que el puerto de Whitby es un ambiente de estuario, la conductividad cambia cuando la salinidad del agua se disminuye por la precipitacion y se aumenta en periodos secos. La temperatura media y la precipitacion se muestran con la conductividad en la figura 18.

Las medidas de angulo de contacto para todas las muestras se obtuvieron antes de la inmersion en Whitby. Los resultados se obtuvieron de las medidas en 6 areas de cada area de revestimiento. Los angulos de contacto mayores se vieron sobre los revestimientos sencillos con Moly biotico, ZAPP abioticos sencillos, ZAPP bioticos sencillos, ZAPP abioticos de doble capa y ZAPP bioticos de doble capa mostrados en la figura 19.

Despues de 18 semanas de inmersion en Whitby, las muestras se volvieron a SHU y se secaron. Las medidas de angulo de contacto se obtuvieron como antes, con la excepcion del acero dulce no revestido y el revestimiento abiotico sencillo. No fue posible obtener ninguna medida de angulo de contacto puesto que la burbuja de agua se allanaba sobre la superficie de la muestra en contacto. Los revestimientos que conteman inhibidores teman mayores angulos de contacto, con la excepcion del ZAPP de doble capa con capa superior abiotica o biotica, que cambiaron lo maximo despues de la inmersion y estaban alrededor del mismo valor que el angulo de contacto visto para el revestimiento biotico sencillo.

Evaluacion de ensayo de campo con cepas de Bacillus

Tres de las cuatro especies de Bacillus se eligieron para encapsulacion en sol-gel para investigar posible actividad de antiincrustacion. Se encapsularon Bacillus 6, 22 y 30 en sol-gel y se aplicaron a una capa inferior dopada con Moly sobre paneles de acero dulce. Se usaron revestimientos bioticos de Paenibacillus polymyxa para proporcionar un control positivo y abiotico (solamente sol-gel) como control negativo. Se eligio el inhibidor de corrosion Molywhite despues de que se viera inhibicion de corrosion superior en ensayos de EIS de laboratorio en comparacion con la capa inferior de sol-gel dopada con ZAPP.

Se inocularon tres alfcuotas de 10 ml de caldo NB2 con una de cada bacteria y se incubo durante la noche a 45 °C (30 °C para P. polymyxa), agitando a 180 rpm. Se usaron cultivos iniciadores para inocular tres frascos de 1 litro de NB2 con la adicion de sales CCY al 1 % y estos se incubaron a 45 °C, agitando 180 rpm durante una semana. Endosporas de Paenibacillus polymyxa se incubaron a 30 °C. La esporulacion y la lisis de celulas madre se confirmo usando microscopfa de contraste de fases antes de recolectar el cultivo despues de 7 dfas de incubacion. Las endosporas se recuperaron del cultivo mediante centrifugacion (17.696 xg a 4 °C durante 10 minutos en 6 x frascos de centnfuga de 500 ml) y se lavaron 5 veces con agua desionizada esteril helada por resuspension y centrifugacion. El precipitado (pellet) lavado se resuspendio en agua desionizada esteril y se sometio a sonicacion sobre hielo en alfcuotas de 2 ml al 40 % de polvo maximo durante 25 s usando un sonicador de sonda Vibra Cell de Jencons Sonics (punta de la sonda de 3 mm de diametro) para separar endosporas agregadas. Algunas celulas vegetativas restantes se mataron por vortex con 0,2 ml de cloroformo saturado con agua por ml de suspension de

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endospora. La suspension de endospora se ajusto a una DO600 de 66 con agua destilada esteril antes de almacenamiento a -20 °C. Se confirmo la esporulacion usando microscop^a de contraste de fases. La suspension de endospora acuosa se centrifugo (16.800 xg/13.200 rpm, 5 minutos, temperatura ambiente) en una micro-centrifuga, se resuspendio en 1 ml de sol-gel y se sometio a sonicacion al 40 % del polvo maximo sobre hielo bajo las condiciones anteriormente detalladas durante 5 s para separar endosporas agregadas inmediatamente antes de anadir al sol-gel restante a una relacion de 4:1 (sol-gel:suspension de endospora diluida en sol-gel). El estudio de las esporas despues de la sonicacion, usando el microscopio de contraste de fases, confirmo que la sonicacion no habfa alterado las esporas, las cuales continuaron en fase brillo. Se mezclo el sol-gel con Bacillus 6, 22 y 30 en un agitador magnetico durante 3 dfas antes de que se aplicaran los revestimientos usando un aplicador de pintura.

Los paneles revestidos se sumergieron en Whitby y se examinaron y fotografiaron a intervalos de aproximadamente 1 mes. Despues de 4 semanas de inmersion del Moly abiotico de doble capa con capa superior biotica (P. polymyxa, Bacillus 6, 22 y 30) los revestimientos dobles con Moly y P. polymyxa y Bacillus 6 teman poca incrustacion. El revestimiento doble con Moly y Bacillus 22 tema grandes parches de corrosion localizada y ligera incrustacion y el revestimiento doble con Moly y Bacillus 30 tema incrustacion mas extensa.

En cuanto a los revestimientos Moly de doble capa con y sin bacterias habfa areas de perdida de revestimiento visibles sobre el revestimiento doble con Moly y P. polymyxa. El revestimiento doble con Moly y Bacillus 6 parece tener rendimiento superior en terminos de inhibicion de incrustacion e integridad estructural. La corrosion localizada vista sobre el revestimiento doble con Moly y Bacillus no parecio haber avanzado mas. La superficie del revestimiento doble con Moly y Bacillus 30 formo ampollas, sin embargo, no habfa evidente perdida de revestimiento en esta fase.

Despues de 12 semanas de inmersion, se vieron incrustacion y areas pequenas de perdida de revestimiento en todas las muestras. Habfa mas incrustacion adherida sobre la muestra revestida con sol-gel abiotico en comparacion con las muestras revestidas bioticas. El Bacillus 6 y el P. polymyxa inhibieron la incrustacion a un grado similar.

La Figura 20 muestra el cambio en angulo de contacto despues de la inmersion en el puerto de Whitby del sol-gel con Moly de doble capa con endosporas de Bacillus 6, 22 y 30 encapsuladas. Se obtuvo un angulo de contacto medio usando medidas tomadas en 6 areas diferentes sobre la superficie de revestimiento. Despues de la inmersion, la distribucion de las areas de ensayo se limito mediante la alteracion de la superficie de revestimiento. Los resultados muestran que, aunque el revestimiento de doble con Moly que contema Bacillus 6 encapsulado dio corrosion superior e inhibicion de incrustacion, el angulo de contacto era marginalmente menor que los revestimientos que conteman endosporas Bacillus 22 y 30 tanto antes como despues del periodo de inmersion de 18 semanas.

Todos los revestimientos con endosporas encapsuladas han presentado menos incrustacion que el control abiotico. Las endosporas de Bacillus 22 paredan causar que la superficie de revestimiento llegara a estar alterada y se vieron areas de corrosion localizada en una fase anterior. La perdida de adhesion del revestimiento observada despues de 12 semanas puede ser el resultado de la aplicacion de revestimiento mas que la incompatibilidad de las endosporas.

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REIVINDICACIONES

1. Un sustrato que tiene un revestimiento unido al sustrato y configurado para proteger el sustrato de la corrosion y la bioincrustacion, teniendo el revestimiento una red de oxido inorganico derivado de sol-gel resultante de reacciones de condensacion de al menos un oxido inorganico; comprendiendo el revestimiento:

un microorganismo viable incorporado dentro del revestimiento, el microorganismo capaz de reaccionar qmmicamente con microbios responsables de corrosion inducida microbiana y/o bioincrustacion y configurado para inhibir la actividad biologica de dichos microbios; y

un inhibidor de corrosion configurado para inhibir la corrosion y/o bioincrustacion en el sustrato; en el que el microorganismo y el inhibidor de corrosion son especies separadas.
2. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que el microorganismo comprende uno cualquiera o una combinacion de los siguientes;

• celulas procariotas

• celulas de arqueas

• celulas bacterianas

• endosporas.
3. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que el inhibidor de corrosion comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de:

• un ortofosfato modificado

• un polifosfato

• un gel de silicona modificado con calcio

• una grasa de litio

• un aceite de hidrocarburo sintetico

• un aceite mineral

• un compuesto de molibdeno organico.
4. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que el oxido inorganico comprende uno cualquiera o una combinacion del conjunto de:

• un oxido de metal

• un compuesto basado en aluminato

• un compuesto basado en sflice

• un compuesto organico-inorganico hforido

• un ormosil u ormosil hfbrido.
5. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 1 en el que el oxido inorganico comprende uno cualquiera o una combinacion del conjunto de:

• tetrametoxisilano (TMOS);

• tetraetoxisilano (TEOS);

• 3-glicidoxipropilmetoxisilano (GLYMO);

• metiletrioxisilano (MTEOS).
6. Un procedimiento de revestimiento de un sustrato para inhibir la corrosion y la bioincrustacion en el sustrato, comprendiendo el procedimiento:

preparar un sol que comprende un oxido inorganico;

anadir un microorganismo viable como primer componente y un inhibidor de corrosion como segundo componente al sol para formar una mezcla; revestir el sustrato con la mezcla; y

curado de la mezcla sobre el sustrato para formar un revestimiento secado de sol-gel unido al sustrato; en el que el microorganismo y el inhibidor de corrosion son especies separadas.
7. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6 en el que el microorganismo se anade al sol como una suspension en el que el microorganismo se inmoviliza dentro de la suspension.
8. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 6 que comprende el curado de la mezcla a una temperatura en el intervalo de 10 a 40 °C.
9. Un sustrato que tiene un revestimiento unido a un sustrato y configurado para proteger el sustrato de la corrosion y la bioincrustacion, comprendiendo el revestimiento:

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una primera capa que tiene una red de oxido inorganico derivado de sol-gel resultante de las reacciones de condensacion de al menos un oxido inorganico, comprendiendo la primera capa un inhibidor de corrosion; y una segunda capa que tiene una red de oxido inorganico derivado de sol-gel resultante de las reacciones de condensacion de al menos un oxido inorganico, comprendiendo la segunda capa un microorganismo viable, el microorganismo capaz de reaccionar qmmicamente con microbios responsables de corrosion inducida microbiana o bioincrustacion y configurado para inhibir la actividad biologica de dichos microbios; en el que el microorganismo y el inhibidor de corrosion son especies separadas.
10. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 12 en el que la primera capa y/o la segunda capa comprende ademas Y-alumina.
11. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que el microorganismo comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de:

• celulas procariotas

• celulas de arqueas

• celulas bacterianas

• endosporas.
12. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que el inhibidor de corrosion comprende uno cualquiera o una combinacion del siguiente conjunto de:

• un ortofosfato modificado

• un polifosfato

• un gel de silicona modificada con calcio

• una grasa de litio

• un aceite de hidrocarburo sintetico

• un aceite mineral

• un compuesto de molibdeno organico.
13. El sustrato de acuerdo con la reivindicacion 9 en el que el oxido inorganico comprende uno cualquiera o una combinacion del conjunto de:

• un oxido de metal

• un compuesto basado en aluminato

• un compuesto basado en sflice

• un compuesto organico-inorganico hforido

• un ormosil u ormosil hfbrido.

o uno cualquiera o una combinacion del conjunto de:

• tetrametoxisilano (TMOS);

• tetraetoxisilano (TEOS);

• 3-glicidoxipropilmetoxisilano (GLYMO);

• metiletrioxisilano (MTEOS).
14. Un procedimiento de revestimiento de un sustrato para inhibir la corrosion y la bioincrustacion en el sustrato, comprendiendo el procedimiento:

preparar un primer sol que comprende un oxido inorganico;

anadir un inhibidor de corrosion al primer sol para formar una primera mezcla;

preparar un segundo sol que comprende un oxido inorganico;

anadir un microorganismo viable que es una especie separada al inhibidor de corrosion al segundo sol para formar una segunda mezcla;

revestir el sustrato con la primera mezcla para formar una primera capa;

curado de la primera capa en el sustrato para formar un revestimiento derivado de sol-gel unido al sustrato; revestir la primera capa con la segunda mezcla;

curado de la segunda mezcla sobre la primera capa para formar una segunda capa derivada de sol-gel unida a la primera capa.
15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 14 que comprende:

curado de la primera capa de sol-gel a una temperatura en el intervalo de 200 a 600 °C; y curado de la segunda capa de sol-gel a una temperatura menor de 120 °C.