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Dissertação de Mestrado
“Avaliação do Desempenho dos
Aços Inoxidáveis Coloridos aplicados a Instrumentos Médico-Hospitalares”
Autor: Fernando Casanova Ricaldoni Orientador: Profa. Dr.ª Rosa Maria Rabelo Junqueira
Co-Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Silva de Miranda
Junho de 2013
Fernando Casanova Ricaldoni
"Avaliação do Desempenho dos Aços Inoxidáveis Coloridos
aplicados a Instrumentos Médico-Hospitalares"
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa
de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais da
REDEMAT, como parte integrante dos requisitos
para a obtenção do título de Mestre em Engenharia
de Materiais.
Área de concentração: Engenharia de Superfícies Orientador: Profa. Dr.ª Rosa Maria Rabelo Junqueira Co-Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Silva de Miranda
Ouro Preto, Junho de 2013.
Ao Professor Romeu Dâmaso de Oliveira.
ii
AGRADECIMENTOS
Gostaria de agradecer a todos que de alguma forma contribuíram para a realização deste
trabalho, e em especialmente:
À Profª Rosa Maria Rabelo Junqueira, por aceitar o desafio de orientar um designer e
compartilhar os seus conhecimentos com muita dedicação, paciência e serenidade.
Ao Prof. Carlos Alberto Silva de Miranda pela co-orientação, todas as contribuições, pela
amizade e o incentivo ao meu trabalho e a minha vida profissional.
Ao Professor Roberto Luiz Moreira do Departamento de Física da UFMG pela contribuição
nas análises dos espectros no infravermelho utilizando transformada de Fourier.
À APERAM South American pela análise química das amostras.
À Inoxcolor pela coloração das amostras.
Ao Hospital Madre Tereza, pela disponibilização da infraestrutura da Central de Material
Esterilizado.
À FAPEMIG pelo apoio financeiro ao projeto PPM – 00112-11 - Aplicação dos Aços
Inoxidáveis Coloridos no Segmento Médico-Hospitalar.
A CAPES pela concessão da Bolsa de Mestrado.
A todos do CETEC/SENAI pela receptividade. À Célia, à Larissa e ao Tiago pela ajuda nos
laboratórios, ensaios e outras inúmeras contribuições.
As minhas colegas e amigas do mestrado, Dani, Isabela e Flávia, pela companhia em Ouro
Preto, pela ajuda nas disciplinas mais difíceis, nos trabalhos, nos ensaios e também pelo
chocolate quente nas madrugadas frias.
iii
Ao Prof. Paulo Miranda, pela amizade, pelas conversas e por ser uma imensa referência
profissional.
Aos colegas da Escola de Design e amigos que me incentivaram e estiveram ao meu lado
nesta caminhada, e especialmente à professora Samantha Cidaley, e aos professores Artur
Mottin e Robert Gomes.
Aos meus pais, Eros e Angela e aos meus irmãos, Bruno e Patrícia, por serem a minha
estrutura.
À Juliana, por estar ao meu lado, me apoiar, me dar confiança e por ser a melhor de todas as
companhias.
Aos meus amigos, André Mol e Isabelle Maluf, que estiveram ao meu lado desde o início de
tudo, cresceram junto comigo e contribuíram mais do que possam imaginar.
iv
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................. vi
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................. ix
LISTA DE NOTAÇÕES .......................................................................................................... x
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 1
2. OBJETIVOS ......................................................................................................................... 3
2.1. OBJETIVO PRINCIPAL.................................................................................................................... 3
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................................................................. 3
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 4
3.1. AÇOS INOXIDÁVEIS COLORIDOS POR INTERFERÊNCIA................................................................. 4
3.2. AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DO AÇO INOXIDÁVEL COLORIDO .............................................. 10
3.2.1. Resistência ao Desgaste por Abrasão ................................................................................................ 10 3.2.2. Resistência à Corrosão ....................................................................................................................... 13 3.2.3. Determinação Numérica da Cor ........................................................................................................ 18 3.2.4. Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) ......................................................................... 21
3.4. AÇOS INOXIDÁVEIS APLICADOS A PRODUTOS PARA SAÚDE ..................................................... 25
3.4.1. Instrumental Cirúrgico e Odontológico de Aço Inoxidável ............................................................... 26
3.5. O AMBIENTE MÉDICO-HOSPITALAR .......................................................................................... 31
3.5.1. Humanização e Bem Estar ................................................................................................................. 31 3.5.2. A Cor - Importância e Aspectos Ergonômicos .................................................................................. 32 3.5.3. Segurança e Esterilização .................................................................................................................. 35
3.6. O PROCESSO DE ESTERILIZAÇÃO EM AUTOCLAVE .................................................................... 38
4. METODOLOGIA .............................................................................................................. 42
4.1. MATERIAIS ................................................................................................................................. 42
4.1.1. Preparo das Amostras ........................................................................................................................ 42
4.2. MÉTODOS ................................................................................................................................... 43
4.2.1. Resistência à Esterilização em Autoclave ......................................................................................... 43 4.2.2. Determinação Numérica de Cores ..................................................................................................... 47 4.2.3. Resistência ao Desgaste por Abrasão ................................................................................................ 47 4.2.4. Resistência à Corrosão ....................................................................................................................... 49 4.2.5. Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) ......................................................................... 50
4.3. ANÁLISE ESTATÍSTICA ............................................................................................................... 50
v
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ....................................................................................... 51
5.1. RESISTÊNCIA À ESTERILIZAÇÃO EM AUTOCLAVE ...................................................................... 51
5.2. DETERMINAÇÃO NUMÉRICA DAS CORES ................................................................................... 54
5.3. RESISTÊNCIA AO DESGASTE POR ABRASÃO ............................................................................... 57
5.4. RESISTÊNCIA À CORROSÃO ........................................................................................................ 60
5.5. INFRAVERMELHO POR TRANSFORMADA DE FOURIER (FTIR) .................................................... 64
6. CONCLUSÕES .................................................................................................................. 67
7. RELEVÂNCIA DOS RESULTADOS .............................................................................. 68
8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ............................................................ 69
9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................. 70
vi
LISTA DE FIGURAS
Figura 3.1. Exemplo de uma aplicação arquitetônica do aço inoxidável colorido, em um
edifício em Fortaleza-CE. .......................................................................................................... 5
Figura 3.2. Ilustração representando a interferência dos raios na superfície na interface
substrato/filme dos aços coloridos (Adaptado de: Euro Inox, 2011). ........................................ 5
Figura 3.3. Resistência ao desgaste de chapa industrial de aço inoxidável colorido aquecida a
150°C por 2, 4, 16, 64 e 256 horas (Junqueira, et al., 2009). ................................................... 12
Figura 3.4. Instrumentos cirúrgicos em processo de corrosão (Straumann, 2011). ................. 14
Figura 3.5. Representação dos atributos da cor: Matizes, escala de saturação e escala de
luminosidade (Adaptado de: Matarazzo, 2010). ...................................................................... 18
Figura 3.6. Diagrama do sólido de cor no espaço L*, a*, b* (Machado et al., 1997). ............ 19
Figura 3.7. Representação gráfica das coordenadas cromáticas L*, C* e H* (Adaptação de:
Billmeyer & Saltzman, 1981). .................................................................................................. 20
Figura 3.8. Espectro FTIR de absorbância na região do infravermelho de amostras do
substrato e de filmes de coloração por interferência (Junqueira, et al., 2008). ........................ 23
Figura 3.9. Espectro FTIR de absorbância na região do infravermelho de filmes de coloração
por interferência antes e após tratamento térmico a 150°C pelos tempos indicados (Junqueira
et al., 2008). .............................................................................................................................. 24
Figura 3.10. Revestimento BALINIT® A (Oerlikon Balzers, 2012). ...................................... 29
Figura 3.11. Revestimento colorido de resina epóxi sobre instrumental ................................. 30
vii
Figura 3.12. Fitas adesivas coloridas para identificação de instrumental médico ................... 30
Figura 3.13. Setores de organização do instrumental na mesa de instrumentação: Diérese (1),
Preensão (2), Hemostasia (3), Exposição (4), Setor especial (5) e Síntese (6) (UEPA-CCBS).
.................................................................................................................................................. 34
Figura 3.14. Gráfico tempo x temperatura e pressão em um ciclo de esterilização em
autoclave (Luqueta, 2008). ....................................................................................................... 39
Figura 4.1. Preparo de embalagem das amostras para a esterilização. ..................................... 45
Figura 4.2. Autoclave Baumer modelo HI VAC II – Hospital Madre Teresa ......................... 46
Figura 4.3. Testador de abrasão modelo NUS-ISO3 ................................................................ 48
Figura 4.4. Preparação de amostras para ensaio de imersão em NaCl, 3% ............................. 50
Figura 5.1. Amostras de aço colorido não esterilizadas, e esterilizadas por 5, 10, 15 e 20
ciclos: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304 escovadas (b) e ABNT 316L (c). ......................... 52
Figura 5.2. Valores médios das diferenças de cor nas amostras: ABNT 304 polidas (a), ABNT
304 escovadas (b) e ABNT 316L (c) antes e após os ciclos de esterilização. ......................... 54
Figura 5.3. Número de ciclos abrasivos médios necessários para remoção completa dos filmes
do aço colorido: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304 escovadas (b) e ABNT 316L (c), de
amostras não esterilizadas e amostras submetidas a 20 ciclos de esterilização. ...................... 57
Figura 5.4. Amostras de aço colorido não esterilizada, e amostra esterilizada por 20 ciclos
após ensaio de corrosão com água em ebulição: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304 escovadas
(b) e ABNT 316L (c). ............................................................................................................... 61
Figura 5.5. Amostras de aço colorido não esterilizada, e amostra esterilizada por 20 ciclos
após Ensaio de corrosão por imersão em NaCl 3%, 50ºC: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304
escovadas (b) e ABNT 316L (c). ............................................................................................. 62
viii
Figura 5.6. Espectro FTIR de absorbância na região do infravermelho de amostras de aço
colorido 304 polidas não esterilizadas e de amostras submetidas a 20 ciclos de esterilização.64
Figura 5.7. Diferença dos espectros de reflectância FTIR entre as amostras de aço colorido
304 polidas não esterilizadas e submetidas a 20 ciclos de esterilização. ................................. 65
Figura 5.8. Diferença dos espectros de reflectância FTIR entre as amostras de aço colorido
316L não esterilizadas e submetidas a 20 ciclos de esterilização. ........................................... 66
ix
LISTA DE TABELAS
Tabela III.1. Indicação da composição química dos aços inoxidáveis austeníticos, Classe 3, %
(ABNT, 2010). ......................................................................................................................... 28
Tabela IV.1. Composição química dos aços ABNT 304 e ABNT 316L (% em massa). ......... 42
Tabela IV.2. Organização das amostras para os ensaios de esterilização em autoclave. ......... 43
Tabela V.1. Valores médios da diferença de cor (∆Ecmc), nas amostras de aço inoxidável
coloridas em azul após ensaio de resistência a esterilização em autoclave. ............................ 55
Tabela V.2. Número de ciclos abrasivos médios de amostras de aço inoxidável coloridas em
azul em ensaio de resistência ao desgaste por abrasão utilizando papel abrasivo de CrO3
0,5µm a 20N. ............................................................................................................................ 58
x
LISTA DE NOTAÇÕES
A
Å Ampére
Ângstron
a* Coordenada cromática retangular da escala CIELAB relacionada à variação de
tons na escala de cores: vermelho–verde.
ABNT
ABDI
ANVISA
AFM
Associação Brasileira de Normas Técnicas
Agência Brasileira de Desenvolvimento Industrial
Agência Nacional de Vigilância Sanitária
Microscopia de Força Atômica
b* Coordenada cromática retangular da escala CIELAB relacionado à variação de
tons: azul-amarelo.
BB “Buffing Bright” C* Coordenada cromática cilíndrica da escala CIE do sistema L*, C*e H*,
relacionado à saturação da cor (pálido-vívido).
CETEC Fundação Centro Tecnológico de Minas Gerais
CIE
CME
Comissão Internacional de Iluminação (Commission Internationale de
l’eclairage)
Central de Material Esterilizado
Cr2O3 Óxido de Cromo
D Densidade
Ecorr
FESEM
FTIR
GDF
Potencial de Corrosão
Microscopia Eletrônica de Emissão de Campo
Espectroscopia de Absorção na Região do Infravermelho utilizando
transformada de Fourier
Governo do Distrito Federal
H2SO4 Ácido sulfúrico ia Corrente anódica
ic Corrente catódica
Icorr Corrente de corrosão
INPI Instituto Nacional da Propriedade Industrial L*
Coordenada cromática cilíndrica da escala CIE dos sistemas L*, C* e H* e
L*, a* e b* que define a luminosidade da cor (branco-preto).
xi
MS Ministério da Saúde
OMS Organização Mundial de Saúde SES Secretaria Estadual de Saúde
xii
RESUMO
A coloração por interferência em aços inoxidáveis é utilizada desde a década de 70 em
aplicações arquitetônicas e decorativas. Desde então, outras aplicações deste material vêm
crescendo em volume e diversidade. Apesar do seu potencial comercial, a sua utilização em
produtos industrializados ainda é restrita, devido principalmente ao pouco conhecimento e
divulgação comercial. A possibilidade de aplicação deste material na indústria médico-
hospitalar vem sendo discutida e proposta, uma vez que a coloração do aço inoxidável possui
grande apelo estético, mantêm as características mecânicas e químicas inerentes ao aço
inoxidável e ao mesmo tempo apresenta maior resistência à corrosão. A utilização do aço
colorido em instrumentos e equipamentos médicos, além de inédita, traz inúmeras
possibilidades que vão desde a classificação e identificação de produtos por cores, à
segurança e ao bem–estar de médicos e pacientes. Em relação à segurança no ambiente
hospitalar, os objetos e instrumentos que entram em contato direto com médicos e pacientes,
quando não descartados devem ser esterilizados, e entre os processos de esterilização o mais
recomendado é a autoclavagem. Com o propósito de avaliar a possibilidade de aplicação do
material no setor médico-hospitalar, no presente trabalho foram estudadas amostras de aço
inoxidável austenítico ABNT 304 e 316L coloridas por interferência, e submetidas a
processos de limpeza e esterilização simulando o material em serviço dentro do ambiente
médico-hospitalar. O efeito da esterilização nas amostras foi avaliado a partir de medidas de
cor em espectrofotômetro de refletância, espectroscopia de absorção na região do
infravermelho por transformada de Fourier (FTIR), de resistência ao desgaste por abrasão e à
corrosão por imersão em NaCl 3% e água em ebulição. A aparência das amostras apresentou
alterações de cor mínimas, praticamente imperceptíveis ao olho humano, apesar das medições
de cor terem indicado diferenças que aumentaram com os ciclos de esterilização. A avaliação
ao desgaste por abrasão, após o tratamento térmico sofrido nos ciclos de esterilização, indica
o aumento da resistência ao desgaste devido ao envelhecimento do filme. Na avaliação da
corrosão, as amostras não apresentaram nenhum indício de corrosão superficial ou corrosão
por pite, indicando que o processo de esterilização não influencia a resistência à corrosão do
material, assim como nos aços inoxidáveis sem coloração.
xiii
ABSTRACT
Interference colored stainless steel is used since the 70s in architectural and decorative
applications. Since then other applications of this material have been growing in size and
diversity. Despite their commercial potential, its use in industrial products is still restricted
mainly due to poor commercial dissemination and knowledge. The possibility of applying this
material in medical industry has been discussed and proposed since the color of stainless steel
has great aesthetic appeal, maintaining the mechanical and chemical characteristics and has
higher corrosion resistance. The use of colored stainless steel in medical instruments and
equipment is unprecedented and brings many possibilities ranging from the classification and
identification of products by color, safety and welfare of doctors and patients. In relation to
the safety in the hospital environment, objects and instruments that come into direct contact
with doctors and patients, if not discarded, should be sterilized. Autoclaving is the most
recommended process of sterilization. In order to evaluate the possibility of application of the
material in medical and hospital sector, this work studied samples of ASTM 304 and ASTM
316L austenitic stainless steel colored by interference, subjected to cleaning and sterilization
processes simulating the material in service within the healthcare environment. The effect of
sterilization in the samples was evaluated from measurements of color on reflectance
spectrophotometry, absorption spectroscopy in the Fourier transform infrared spectroscopy
(FTIR), resistance to abrasion and corrosion by immersion in NaCl 3% and boiling water. The
appearance of the samples showed minimal changes in color, practically imperceptible to
human eye, although the color measurements have indicated that increased with different
sterilization cycles. Evaluation to abrasion after the heat treatment in the sterilization cycles
indicates an increase in wear resistance due to aging of the film. In the evaluation of corrosion
the samples showed no evidence of surface and pitting corrosion, indicating that the
sterilization process does not influence the corrosion resistance of the material, as in the
stainless steel without interference film.
1
1. INTRODUÇÃO
A coloração por interferência dos aços inoxidáveis é empregada há alguns anos
principalmente na arquitetura e na construção civil, como em revestimentos externos e
internos e em outras aplicações decorativas. A durabilidade do material e a diversidade de
acabamentos superficiais são alguns dos atributos que auxiliam nas possibilidades de
aplicação e que contribuem para intensificar a utilização do produto (Junqueira & Loureiro,
2004).
A coloração por interferência nos aços inoxidáveis é realizada utilizando diferentes técnicas,
entre elas as de crescimento do filme de óxidos de cromo na sua superfície, que ao interagir
com a luz ambiente, provoca o aparecimento de cores de interferência. As cores como o
bronze, azul, dourado, vermelho, verde e preto, surgem à medida que se aumenta a espessura
do filme e a coloração pode ser realizada em qualquer tipo de acabamento mecânico, seja
escovado ou brilhante. Uma limitação do processo de coloração em escala industrial no
Brasil, é que atualmente ela só é realizada em chapas de aço inoxidável austenítico (Junqueira
et al., 2008; Euro Inox, 2011).
O aço inoxidável é atualmente a liga metálica mais utilizada no segmento médico-hospitalar
devido a sua facilidade de limpeza e sua resistência mecânica e à corrosão. A aplicação do aço
inoxidável colorido neste segmento é inédita e tem sido discutida e proposta, uma vez que a
coloração possui grande apelo estético, mantêm as características mecânicas do aço
inoxidável e ao mesmo tempo apresenta uma maior resistência à corrosão.
A coloração de produtos e instrumentos do segmento médico-hospitalar além do fator estético
está ligada a fatores de promoção do bem-estar a médicos e pacientes, e ao mesmo tempo a
fatores de segurança, como na identificação e controle de produtos. Esta abordagem indica um
campo propenso a sua utilização e está de acordo com as mais novas políticas de humanização
do ambiente hospitalar, e às questões de segurança, ergonomia, rastreabilidade dos produtos e
equipamentos médicos. (Alexandre, 1998; Beck et al., 2007; MS, 2009; MS, 2010).
2
A importância da cor em ambientes hospitalares tem sido alvo de vários estudos, tendo em
vista que o objetivo daqueles que trabalham em tais espaços é o aumento da qualidade de
vida, já que os hospitais abrigam pessoas que lidam com fortes emoções. (Battistela, 2003;
Beck et al., 2007; Matarazzo, 2010; Azevedo et al., 2011). A cor pode criar uma disposição
de ânimo geral e provocar uma resposta emocional no usuário. Além de integrá-las à mente, o
paciente também as associam com estados emocionais, sentimentos e valores (Dias, 2009).
Por esta razão, a cor passa a ter significado diferente para cada usuário, devendo ser
valorizada pelos profissionais que estão envolvidos com o planejamento e a gestão hospitalar
(Beck et al., 2007; Boccanera et al., 2004).
Fatores ligados à segurança hospitalar são discutidos amplamente pelos órgãos
governamentais. A ineficiência no controle e na identificação de materiais e equipamentos,
bem como fatores humanos, está relacionada a acidentes e danos causados a pacientes (MS,
2009). Os processos de controle para a limpeza e a esterilização estão fortemente ligados a
vários destes fatores, e segundo o Ministério da Saúde (MS, 2001) para a esterilização de
artigos críticos e semicríticos, o método de esterilização por autoclave é o mais usual, seguro
e eficaz.
Com o objetivo de avaliar o desempenho do material e a possibilidade de aplicação do aço
colorido em instrumentos médico-hospitalares, neste trabalho foram estudadas amostras de
aço inoxidável coloridas por interferência, submetidas a procedimentos de limpeza e
esterilização em autoclave para instrumentos médicos. Amostras retiradas de chapas de aço
inoxidável austenítico ABNT 304 e ABNT 316L coloridas industrialmente em azul, foram
submetidas a ensaios de resistência à esterilização em autoclave, ensaio de resistência ao
desgaste por abrasão, ensaios de corrosão com água em ebulição e de imersão em NaCl, 3%.
Foram empregadas técnicas de espectroscopia para a avaliação da variação de cor e dos
espectros do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). Para avaliar a resistência à
esterilização e à corrosão foram utilizadas referências normativas específicas, indicadas para a
avaliação da resistência de instrumentos médicos e odontológicos.
3
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo Principal
Avaliar o desempenho dos aços inoxidáveis austeníticos ABNT 304 e ABNT 316L coloridos
por interferência, submetidos ao processo de esterilização por vapor saturado em autoclave,
visando à aplicação do material em instrumentos e produtos médico-hospitalares.
2.2. Objetivos Específicos
• Avaliar e determinar a resistência do filme colorido ao processo de esterilização em
autoclave, submetendo amostras de aço inoxidável colorido a uma sequência de ciclos de
esterilização, simulando o material em serviço.
• Avaliar a influência do processo de esterilização em autoclave na coloração do aço
inoxidável colorido, na sua resistência ao desgaste por abrasão e na sua resistência à
corrosão.
4
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1. Aços Inoxidáveis Coloridos por Interferência
As cores de interferência sobre o aço inoxidável são resultado do aumento da espessura do
filme passivo de óxidos na sua superfície (Junqueira, 2004). Os aços inoxidáveis coloridos
possuem aplicações diversas, e são utilizados há mais de trinta anos principalmente como
revestimentos nos segmentos de arquitetura e construção. Atualmente o aço colorido tem sido
empregado também na fabricação de mobiliário doméstico e urbano, em instalações
comerciais e na comunicação visual.
A modificação de superfícies pela eletrodeposição de filmes é utilizada para diversas
aplicações como, as que requerem o aumento da resistência à corrosão, melhoria de
propriedades tribológicas, óticas, eletrônicas e estéticas. Entre as várias tecnologias de
modificação de superfícies encontra-se a de coloração de aços inoxidáveis por diferentes
processos químicos e eletroquímicos para fins decorativos (Junqueira, 2004). A modificação
da superfície neste caso, além das cores, também confere ao aço inoxidável colorido uma
resistência superior à do aço inoxidável frente à corrosão (Junqueira, 2004).
A sua aplicação em áreas externas é mais comum e indicada devido as suas características de
alta resistência à corrosão e resistência mecânica, além de grande diferencial estético frente a
outros acabamentos (Euro Inox, 2011; Junqueira, 2004). A coloração pode ser realizada em
qualquer tipo de acabamento mecânico seja ele escovado ou brilhante, o que amplia
consideravelmente as variações e possibilidades de utilização. A textura e o acabamento final
do material permanecem visíveis e ao mesmo tempo adiciona-se apelo estético (Junqueira et
al., 2008). Apesar de todas as possibilidades de acabamento e de cores, a coloração em escala
industrial no Brasil, atualmente só é realizada em chapas de aços inoxidáveis austeníticos.
5
Figura 3.1. Exemplo de uma aplicação arquitetônica do aço inoxidável colorido, em um
edifício em Fortaleza-CE.
A cor visualizada na superfície do aço é o resultado de interferências luminosas que ocorrem
entre a luz ambiente e a película que recobre o aço. A cor que é conferida após o processo de
coloração é resultante direta da interferência da luz refletida nas interfaces do filme de
óxido/ar e aço/filme de óxido. A imagem apresentada na Figura 3.2 ilustra como ocorre esta
visualização das cores.
Quando a luz ambiente incide na superfície do filme, uma parte sofre refração para o interior
do filme e a outra parte sofre reflexão. A luz que foi refratada reflete na interface entre
substrato/filme (Evans, 1977).
Figura 3.2. Ilustração representando a interferência dos raios na superfície na interface
substrato/filme dos aços coloridos (Adaptado de: Euro Inox, 2011).
6
A distância que a luz percorre dentro do filme de óxidos provoca uma diferença entre as
ondas que interfere em diferentes comprimentos de onda presentes na luz visível. Esta
diferença permite a predominância de um determinado comprimento de onda no feixe
resultante, que será responsável pela cor visível (Junqueira et al., 2008). Este fenômeno é
semelhante ao espectro de cores que se observa em uma bolha de sabão quando iluminada
pela luz do sol.
A variação de cores, entre elas o azul, o dourado e o verde são obtidas a partir de fatores como
a concentração de componentes na solução, o tempo de imersão, a temperatura da solução e as
condições do aço. A sequência de cores pode ser obtida variando-se a espessura da camada de
óxido, que cresce com o tempo de imersão (Evans, 1977; Junqueira, 2004).
Os mecanismos de formação de filmes de coloração por interferência na superfície de aços
inoxidáveis, a partir de imersão em soluções oxidantes, foram estudados por Evans (1977).
Com base em medidas de perda de massa e de espessura do filme, o autor indicou que o filme
é formado por reações de dissolução e precipitação. Basicamente ocorrem duas reações
eletroquímicas simultâneas. A primeira é a dissolução anódica (equação 3.1) da superfície do
aço inoxidável, onde M e MZ+ representam os elementos de liga presentes no aço, por
exemplo Fe, Cr, Ni, Mn e seus respectivos íons formados durante a dissolução, tais como
Fe3+, Cr3+, Ni2+, Mn2+, etc.
M → MZ+ + ze- (3.1)
Na segunda reação (equação 3.2) ocorre a redução de Cr(IV) para Cr(III).
Cr2O72- + 14H+ + 6e- → 2Cr3+ + 7H2O (3.2)
Evans (1977), sugeriu ainda que a concentração do cromo trivalente produzido na dissolução
anódica e o produzido catodicamente, atinge um valor crítico até a saturação no óxido de
cromo presente no filme. Os íons metálicos formados pelas dias reações acima são
hidrolisados conforme a reação apresentada pela equação 3.3, resultando na dormação do
filme de interferência MpCrqOr.
pMz+ + qCr3+ + rH2O → MpCrqOr + 2rH (3.3)
7
Em seu trabalho experimental de caracterização, Evans, (1977) notou que o aumento da
espessura do filme era acompanhado de um decréscimo de peso do substrato, o que o fez
concluir que o filme não atuava como barreira contra a dissolução do substrato. A partir de
imagens de microscopia eletrônica de transmissão, concluiu que o filme colorido por
interferência é bastante poroso, apresentando densidade de poros na ordem de 1011 cm-3, e que
a porosidade não variava com a espessura do filme. Densidade de poros da mesma ordem de
grandeza foram determinadas também por Junqueira et al. (1997). A porosidade do filme foi
estudada por microscopia eletrônica de transmissão por Evans et al. (1973) que observaram
um tamanho médio de poros de 10 a 20nm. Estes autores também observaram que o tamanho
e a densidade dos poros eram constantes em todo o filme e independente da sua espessura.
A espessura dos filmes varia entre valores de 50nm para a primeira cor formada, o marrom
claro, chegando até a 380nm para o filme mais espesso, o de cor verde (Junqueira, 2004). O
filme azul, em específico, possui espessura na ordem de 134,9±17,8nm. A composição
química do filme foi determinada através de microssondagem eletrônica por Evans et al.
(1973) e indicou que o filme é constituído de 21,3% Cr, 11,5% Fe e 6,3% de Ni.
Estudos, como os de Conrrado et al. (2003) e Kikuti et al. (2006), demonstraram que os
filmes de óxidos crescidos sobre os aços inoxidáveis aumentam a resistência à corrosão destes
materiais. Em outro estudo, Junqueira & Loureiro (2004), concluem que os aços inoxidáveis
coloridos apresentaram melhor desempenho frente aos aços inoxidáveis nos ensaios de
corrosão não acelerados por exposição atmosférica em ambiente marinho e, ensaios
acelerados em câmara de névoa salina.
A formação do filme de interferência, e consequentemente a coloração do aço inoxidável,
pode ser obtida por diferentes processos: químicos, térmicos e eletroquímicos.
O mecanismo de formação do filme de interferência na superfície de aços inoxidáveis pelo
método de oxidação química foi proposto inicialmente por Evans (1977) e tem sido também
adotado para os processos de coloração eletroquímicos, com exceção dos processos realizados
apenas em ácido sulfúrico (Junxi et al., 1999). O método de oxidação química para produção
comercial dos filmes de óxido consiste na imersão do aço em uma solução concentrada -
(CrO3) 2,5 mol L-1 e ácido sulfúrico (H2SO4) 5,0 mol L-1, mantida a uma temperatura entre
80ºC e 85ºC. Devido às dificuldades encontradas na reprodutibilidade das cores obtidas pelo
8
processo químico de imersão, diferentes processos eletroquímicos foram propostos na
literatura para coloração de aços inoxidáveis (Junqueira, 2004).
No processo de oxidação térmica, amostras de aço inoxidável contendo um teor de cromo que
varia entre 13% e 25% são coloridas ao serem submetidas a tratamento térmico em atmosfera
controlada (He, Ar, H2 ou O2) e em temperaturas que variam entre 500°C e 900°C (Evans,
1977).
Nos processos eletroquímicos, o filme de óxidos pode ser crescido na superfície do aço pela
aplicação de pulsos alternados de potencial, em temperaturas variando entre 30°C e 50°C
(Fujimoto et al., 1993; Ogura et al., 1994; Junxi et al., 1999); pulsos alternados de corrente
(Wang & Duh, 1995), varredura triangular de corrente (Ogura et al., 1996) ou superposição
de sinais de corrente alternada e corrente contínua (Conrrado et al., 2001). Estes processos
apresentam vantagens em relação ao processo químico, como por exemplo, menor tempo de
imersão para a formação do filme, maior uniformidade de cor e maior resistência ao desgaste
(Sone et al., 1991; Lin et al., 1995).
Na década de 90, foi desenvolvido pelo CETEC um processo de coloração eletroquímica de
aço inoxidável por corrente pulsada em solução sulfocrômica, na temperatura ambiente, para
o qual foi concedida patente junto ao INPI - Instituto Nacional da Propriedade Intelectual
(CETEC, 1999). O desenvolvimento do processo incluiu a otimização de parâmetros
operacionais em escala de laboratório, e posteriormente, a transposição para a escala
industrial.
As pesquisas conduzidas no CETEC levaram ao desenvolvimento de um novo processo
eletroquímico de corrente pulsada em solução H2SO4 (5mol/L) e CrO3 (2,5mol/L) à
temperatura ambiente, para o qual foi concedida patente pelo INPI (PI 9703991) (CETEC,
1999).
Posteriormente, com o aumento do rigor na redução e/ou eliminação do uso de metais pesados
pelas legislações ambientais e a atual preocupação em se desenvolver processos mais
sustentáveis, os pesquisadores foram motivados a investigar um novo processo de coloração
de aços inoxidáveis onde são utilizadas como eletrólito soluções ácidas com menor teor de
cromo (Junqueira et al., 2010). Recentemente Junqueira et al. (2010) propuseram a coloração
9
de amostras de aços inoxidáveis pelo método eletroquímico de corrente pulsada utilizando
como eletrólito solução ácida em concentrações de 70 g/L de cromo, a fim de investigar a
influência da concentração de cromo na resistência à corrosão e ao desgaste por abrasão.
Foi demonstrado nestes estudos que é possível colorir os aços inoxidáveis pelo processo
eletroquímico de corrente pulsada de uma maneira mais sustentável, sem comprometer as
propriedades do material. A morfologia dos filmes de interferência não é influenciada por
diferentes concentrações de cromo utilizadas no eletrólito, e não foi percebida diferença
significativa no desempenho dos aços inoxidáveis coloridos sob o ponto de vista da sua
resistência à corrosão e ao desgaste por abrasão (Junqueira et al., 2010).
10
3.2. Avaliação do Desempenho do Aço Inoxidável Colorido
Para a avaliação do desempenho de materiais revestidos, Junqueira et al. (2007), indicam que
deve ser avaliada a sua resistência ao desgaste e o comportamento da resistência à corrosão.
Para produtos como o aço inoxidável colorido, onde a cor é o principal atributo, é importante
que se disponha de uma medida quantitativa da mesma, para atender às questões de
reprodutibilidade das diferentes cores (Junqueira et al., 1998).
3.2.1. Resistência ao Desgaste por Abrasão
O fenômeno do desgaste se caracteriza pelo deslocamento de material causado pela presença
de partículas duras que podem estar entre, embutidas, ou em ambas as superfícies em
movimento relativo (Dias & Gomes, 2003). A ASTM - American Society for Testing and
Materials (2001), define que o desgaste é caracterizado como um dano causado a uma
superfície sólida, geralmente envolvendo uma perda progressiva de material devido ao
movimento entre aquela superfície e um ou mais corpos em contato.
Nos metais, este processo pode ocorrer de várias formas: pelo contato direto com outros
metais e sólidos não metálicos, partículas sólidas, líquidos em movimento, ou ainda partículas
sólidas ou de líquido transportadas em um fluxo gasoso. O desgaste por abrasão pode ser
definido como um dano a uma superfície sólida envolvendo uma perda progressiva de
material devido à movimentação relativa entre a superfície e um ou vários tipos de materiais
(Ribeiro, 2004).
A resistência à abrasão de um revestimento é um fator crítico na sua durabilidade e está
diretamente relacionada com outras propriedades mecânicas, tais como dureza, módulo de
elasticidade e resistência a riscos. Para produtos de natureza como os aços inoxidáveis
coloridos, é fundamental considerar a ação de esforços mecânicos leves decorrentes do
manuseio do produto que possam afetar a aparência das superfícies coloridas (Junqueira et al.,
1998).
11
As metodologias existentes para este tipo de ensaio são direcionadas para filmes tribológicos,
onde a carga empregada é maior que a utilizada para revestimentos considerados decorativos,
como o aço inoxidável colorido. A avaliação da resistência ao desgaste por abrasão de filmes
coloridos não é comum. Na literatura, são encontrados métodos para avaliação da resistência
ao desgaste de filmes coloridos por interferência que restringem a ensaios não normalizados,
geralmente adaptados de metodologias já existentes (Lin et al., 1996; Junqueira et al.,1998;
Junqueira et al.,2006).
Em estudo, Cheng et al. (2008), utilizaram um disco de borracha com uma carga de 500g para
avaliar a resistência ao desgaste de amostras de aço inoxidável coloridas por um processo que
combina a coloração química e o processo de fixação do filme em apenas uma etapa. Neste
caso, o ensaio consistia em utilizar um disco de borracha que era pressionado contra a amostra
de aço, e a resistência ao desgaste foi medida utilizando como referência o número de ciclos
necessários para desbastar o filme.
Para avaliar a resistência ao desgaste, Junqueira et al. (1998) realizaram testes de desgaste por
abrasão em aços coloridos utilizando um sistema constituído de um disco revestido com um
pano de polimento metalográfico, e este era embebido com uma suspensão aquosa de Al2O3
0,25µm adaptado a um motor com velocidade de 100rpm e uma carga de 137,8gf. O desgaste
então era medido pela área da elipse formada na superfície das amostras após 2200 ciclos
abrasivos, onde o substrato estava suficientemente exposto nas amostras de aço colorido.
Neste caso, o ensaio foi realizado em amostras que foram submetidas a diferentes tempos de
exposição atmosférica, e através da análise comparativa das áreas das elipses, foi avaliado o
desgaste. A análise demonstrou que a exposição atmosférica e a temperatura bem como a
umidade relativa do ar interferem na resistência ao desgaste dos filmes.
A resistência ao desgaste por abrasão também foi avaliada por Junqueira et al. (2006) e
Junqueira et al. (2009), utilizando um sistema para avaliar a resistência de amostras de aço
inoxidável coloridas em dourado em diferentes níveis de porosidades. Junqueira et al. (2009)
realizaram testes de desgaste por abrasão em aços coloridos utilizando uma máquina de
resistência ao desgaste por abrasão. O ensaio realizado consistiu no desbaste do filme de
interferência pressionando-se a superfície da amostra contra uma roda revestida por uma tira
de papel abrasivo de CrO3 de 0,5µm em ciclos realizados por movimentos de ida e volta, com
uma carga constante de 30N. A roda girou um grau para frente e para trás, em seguida, pela
12
mesma quantidade, 40 vezes por minuto. Os testes foram conduzidos até o substrato ser
exposto. A área desgastada, de aproximadamente 3,0cm x 1,0cm permitiu uma avaliação
clara através de inspeção visual.
Nestes estudos, concluiu-se que a morfologia dos sistemas revestidos influencia as suas
propriedades mecânicas. Os conjugados formados com filmes mais espessos como o verde e
o dourado, tem maior resistência ao desgaste do que filmes finos, como o marrom e o azul. Os
filmes mais porosos apresentaram menor resistência ao desgaste do que os filmes menos
porosos. No mesmo estudo, a resistência ao desgaste das amostras após tratamento térmico a
150°C por até 256 horas, indicaram o aumento da resistência, como apresentado na Figura
3.3.
Figura 3.3. Resistência ao desgaste de chapa industrial de aço inoxidável colorida em dourado
aquecida a 150°C por 2, 4, 16, 64 e 256 horas (Junqueira, et al., 2009).
13
3.2.2. Resistência à Corrosão
Ao selecionar aços inoxidáveis para determinada aplicação, eles são primeiramente indicados
por sua grande resistência à corrosão. Apesar de apresentar uma resistência à corrosão
superior à maioria dos metais, em meios muito agressivos os aços inoxidáveis podem sofrer
algum tipo de corrosão, podendo prejudicar de alguma forma sua durabilidade ou aparência
(Junqueira, 2004; Ciuccio et al., 2010). Torna-se fundamental especificar o tipo mais
adequado do aço inoxidável considerando a sua composição química e acabamento mecânico
superficial, para aproveitar ao máximo as propriedades inerentes a estes materiais.
De acordo com Wolynec (2003), os fenômenos de corrosão de metais envolvem uma grande
variedade de mecanismos que podem ser reunidos em quatro grupos: corrosão em meio
aquoso (90%), oxidação e corrosão a quente (8%), corrosão em meio orgânico (1,8%) e
corrosão por metais líquidos (0,2%), sendo que entre parêntesis está indicada uma estimativa
da incidência de cada tipo de corrosão. A corrosão em meio aquoso é a mais comum, uma vez
que a maioria dos fenômenos de corrosão ocorre no meio ambiente, no qual a água é o
principal solvente. A própria corrosão atmosférica, que é uma das de maior incidência, ocorre
pela condensação da umidade na superfície do metal (Wolynec, 2003).
A resistência à corrosão dos aços inoxidáveis depende basicamente da sua composição
química e da sua microestrutura, e de um modo geral pode-se afirmar que os aços inoxidáveis
austeníticos são os mais resistentes à corrosão. A estabilidade do filme passivo depende
fortemente dos elementos de liga presentes no aço. O principal deles é o molibdênio, que está
diretamente relacionado com a maior homogeneidade do filme. Desta forma, a escolha de um
material adequado (baixo pH de depassivação, alto potencial de pite em meios ácidos) torna-
se fundamental (Dias & Cândido, 2008).
O fenômeno de corrosão do aço inoxidável se apresenta mais comumente pela corrosão
localizada. A corrosão localizada ocorre quando a camada de óxidos foi danificada e o
substrato foi exposto a ambientes ácidos. Na Figura 3.4 é possível observar instrumentais em
processo de corrosão, sendo em parte corrosão localizada. Neste caso, os instrumentos foram
tratados com produtos de limpeza e desinfeção que continham cloro.
14
Figura 3.4. Instrumentos cirúrgicos em processo de corrosão (Straumann, 2011).
Em relação a meios ácidos, existe uma diferença fundamental no comportamento dos aços
inoxidáveis. Por um lado, os meios ácidos oxidantes ajudam a formar ou conservar o filme
passivo, como é o caso dos ácidos nítrico e fosfórico, este último com algumas limitações que
dependem da concentração e da temperatura. Por outro lado, os meios ácidos redutores não
permitem a sua formação ou o destroem como exemplo os ácidos clorídrico e fluorídrico.
Neste caso não devem ser especificados os aços inoxidáveis (Gentil, 1996; Fontana, 1986).
Em meios que contém o ânion cloreto, os aços inoxidáveis correm o risco de sofrer formas
localizadas de corrosão, como a corrosão por pite e a corrosão em frestas, que são formas de
corrosão localizadas e bastante parecidas, pelo menos em seus mecanismos de propagação.
Na corrosão por frestas é necessário que exista um interstício. Neste caso o ataque provocará
lacunas metálicas no filme passivo. A corrosão por pite pode ser caracterizada por um ataque
corrosivo localizado e na presença de íons cloreto. Ele é iniciado pela quebra da camada
passiva em regiões onde esta apresenta defeitos como inclusões, discordâncias, contornos de
grão ou interfaces. A quebra da passividade é seguida pela formação de uma célula
eletroquímica, onde o anodo é uma pequena área do metal ativo e o catodo é uma
considerável área do metal passivado (Fontana, 1986; Wolynec, 2003).
Em uma solução com cloretos, o potencial que é necessário atingir para que o metal colocado
nessa solução apresente corrosão por pites é conhecido como potencial de pite. Quanto mais
nobre é o potencial de pite, mais alto é seu valor e melhor é a resistência do material à
corrosão por pites no meio considerado. A diminuição do pH, o aumento da temperatura e o
15
aumento da concentração de cloretos, favorecem a corrosão por pites, onde o potencial de pite
passa a ser menor, desta forma, mais ativo (Fontana, 1986).
O acabamento superficial possui uma importante influência na resistência a corrosão do
material. Superfícies com baixa rugosidade terão, na maioria dos casos, um efeito favorável
na resistência à corrosão, mas tratando-se de corrosão sob tensão, um jateamento da superfície
pode ser uma grande ajuda na resistência do material. Um mesmo aço inoxidável, em um
determinado meio, pode se comportar de diferentes maneiras em função do seu acabamento.
Entre os aços lixados, o que tem menor rugosidade é mais resistente à corrosão,
principalmente se nos referimos à corrosão por pites (Ashby & Johnson, 2011).
A resistência à corrosão de aços inoxidáveis pode ser estudada a partir de diferentes
metodologias, tais como ensaios de exposição atmosférica acelerada e não acelerada, curvas
de polarização potenciodinâmica, espectroscopia de impedância eletroquímica, ensaios de
perda de massa (métodos gravimétricos), imersão em soluções de cloretos, entre outros.
Na vida útil dos instrumentos cirúrgicos e odontológicos, a resistência à corrosão sob diversos
meios é de fundamental importância. No estudo da resistência a corrosão em instrumentais
médicos, as normas NBR ISO 13402 – Instrumentais cirúrgico e odontológico –
Determinação da resistência à esterilização em autoclave, à corrosão e à exposição térmica, e
a ASTM F1089-10 – Standard test method for corrosion of surgical instruments, abordam da
mesma forma os métodos de ensaio para determinação da resistência à esterilização em
autoclave e à corrosão de instrumentos cirúrgicos de aço inoxidável. Os ensaios indicados
para a avaliação da superfície dos instrumentos são:
• Ensaio de corrosão em autoclave: o ensaio procura simular o ambiente de serviço;
consequentemente, está baseado em métodos recomendados de esterilização.
• Ensaio de corrosão com água em ebulição: o ensaio é indicado para a determinação da
resistência a corrosão.
Os requisitos para a avaliação dos ensaios são encontrados em outra norma, a NBR 13851,
que estabelece requisitos gerais para avaliação da resistência de instrumentos cirúrgicos e
odontológicos de aço inoxidável. De acordo com a norma, para os ensaios realizados de
16
acordo com as exigências da NBR ISO 13402, é necessário observar os seguintes requisitos:
nenhuma superfície deve mostrar qualquer sinal de corrosão (sem ampliação). Pequenas
evidências de ferrugem (óxido ferroso) nas bordas dentadas, dentes, fechos, linguetas de
catracas, enxertos (juntas brasadas ou soldadas) etc., não devem ser motivo para rejeição.
A avaliação da resistência à corrosão dos aços inoxidáveis coloridos foi estudada por vários
autores, entre eles Conrrado et al. (2003), Kikuti et al. (2004) e Junqueira et al. (2007),
utilizando diferentes técnicas.
Chapas de aço inoxidável sem coloração e coloridas por processo eletroquímico foram
submetidas a ensaios de exposição atmosférica pelo CETEC (2001). A exposição por três
anos em ambiente urbano não apresentou nenhum sinal de corrosão ou perda de peso em
todas as amostras testadas. A exposição ao ambiente marinho por um ano provocou o
aparecimento de manchas de ferrugem, formação de pites superficiais e queda de brilho,
sendo estes efeitos mais intensos nas amostras sem coloração (Junqueira, 2004).
A técnica de polarização potenciodinâmica foi utilizada por Conrrado et al. (2003), para
avaliar a resistência à corrosão uniforme e por pites de amostras de aço inoxidável ABNT 304
coloridas pelo método de pulsos alternados de potencial em diferentes amplitudes e tempos de
eletrólise. Neste trabalho foi constatado que as velocidades de corrosão das amostras coloridas
eram sempre menores que a das amostras não coloridas. No entanto, salienta-se que a
susceptibilidade à corrosão por pites foi praticamente igual para as amostras de aço inoxidável
coloridas e não coloridas.
A resistência à corrosão por pites de amostras de aço inoxidável ABNT 304 coloridas pelos
métodos químico e eletroquímico de pulsos alternados de potencial e varredura triangular de
corrente foi estudada por Kikuti et al. (2004) utilizando polarização potenciodinâmica e
espectroscopia de impedância eletroquímica. Neste estudo, concluiu-se que o filme de
interferência protege o aço inoxidável quanto à corrosão por pites nas primeiras horas de
exposição ao ambiente agressivo, entretanto, para longos períodos de exposição (8-10 horas),
as amostras coloridas e não coloridas apresentam o mesmo comportamento.
17
Em trabalho de caracterização eletroquímica por polarização potenciodinâmica anódica e
espectroscopia de impedância de filmes de óxidos coloridos por interferência sobre aço
inoxidável ABNT 316, Alvial et al. (2006) compararam amostras de aços inoxidáveis
coloridos e dos substratos correspondentes antes e após exposição atmosférica em ambiente
marinho por 24 meses. A espectroscopia de impedância mostrou que antes de serem expostas,
as amostras coloridas apresentam maior resistência à transferência de carga comparada as
amostras não coloridas. Depois de expostas, as amostras coloridas apresentaram os mesmos
resultados de alta resistência à transferência de carga. O estudo conclui que os recobrimentos
de óxidos coloridos protegem o aço inoxidável da corrosão por pites que ocorre normalmente
nos aços inoxidáveis em meios ricos em cloretos.
Em outro estudo, Junqueira et al. (2007) utilizaram a técnica de polarização anódica
potenciodinâmica para estudar a resistência à corrosão de filme de interferência com
diferentes níveis de porosidade. Nesse caso não foram observadas diferenças significativas
quanto à corrosão por pites dos aços inoxidáveis coloridos em diferentes níveis de porosidade.
18
3.2.3. Determinação Numérica da Cor
Para mensurar a cor é preciso definir parâmetros para a sua descrição e classificação. Desta
forma, a percepção da cor pelo olho humano pode ser descrita e classificada com base em
atributos, apresentados na Figura 3.5, que também são fundamentais para os estudos das leis
da harmonia e composição de contrastes.
Os atributos desempenham um papel determinante no planejamento e no projeto de
composições cromáticas, funcionando como elementos compositivos, pois mudanças de
escala, em qualquer dos atributos, a cor percebida será modificada (Matarazzo, 2010).
Figura 3.5. Representação dos atributos da cor: Matizes, escala de saturação e escala de
luminosidade (Adaptado de: Matarazzo, 2010).
O entendimento e o conhecimento destes atributos são essenciais, pois são através destes
atributos que se compõem os espaços das cores, tornando capaz a sua ordenação e
organização.
• O atributo matiz ou tom é o atributo que descreve a sensação de cor, ele se refere à
tonalidade e se refere à variedade de comprimento da onda de luz direta ou refletida,
como exemplo: vermelho, azul, amarelo e verde.
• A saturação ou croma pode ser definida como a quantidade que um determinado matiz
possui de tom cinza em relação ao preto ou branco. Refere-se à pureza percebida como
intensidade da cor. Para Pedrosa (1989), é decorrente deste atributo que nascem as
expressões verde-vivo ou verde-puro.
19
• A luminosidade ou valor pode ser entendido como a cor se parece mais ou menos
luminosa, dependendo de quanto ela se aproxima do preto ou do branco.
Para quantificar e parametrizar as cores, um dos sistemas de medidas colorimétricas
recomendado pelo CIE (Comission Internationale d’Eclairage – Comissão Internacional de
Iluminação) desde 1976 e comumente usado na indústria é o CIELAB.
A definição de cor baseada nos valores representados através das coordenadas X, Y e Z
apresenta o inconveniente de não dispor de ferramentas adequadas para os estudos visando
diferenciar duas cores (Machado et al., 1997). O sistema CIELAB converte estes valores num
espaço uniforme de cor para as coordenadas L*, a*, b*, como mostra a Figura 3.6, onde:
• L*: representa a luminosidade da cor que varia de 0 para o preto a 100 para o branco;
• a*: está relacionado à variação de tons entre o vermelho e o verde;
• b*: as cores que variam entre o amarelo e azul.
Este sólido de cor fornece informações tanto sobre a cromaticidade quanto sobre a
luminosidade da amostra, e reproduz a experiência visual.
Figura 3.6. Diagrama do sólido de cor no espaço L*, a*, b* (Machado et al., 1997).
20
Outra representação gráfica do sistema CIELAB é representada na Figura 3.7, onde é
fornecido um novo conjunto de parâmetros que são designados por L*, C* e H*. Uma cor
representada por um ponto localizado na extremidade da seta e sobre o plano circular
destacado, tem na interseção do plano com o eixo vertical, o valor de L*. O valor de C* pode
ser entendido como a distância do ponto até o eixo dos valores de L* (o comprimento da seta)
e o valor de H* como o ângulo formado pela seta com o eixo que liga as variações de
tonalidades entre o azul e o amarelo (CETEC, 1995). Os parâmetros de cor L*, C*, H*, a* e
b* são fornecidos por aparelhos que são denominados espectrofotômetros de refletância.
Figura 3.7. Representação gráfica das coordenadas cromáticas L*, C* e H* (Adaptação de:
Billmeyer & Saltzman, 1981).
O efeito da luz sobre o objeto pode ser descrito por uma curva de refletância. Esta curva
fornece a fração da luz refletida por cada comprimento de onda do material ou por cada fração
de luz refletida. As curvas de refletância descrevem exatamente o espectro de energia
distribuída na região do visível (Billmeyer & Saltzman, 1981).
Para o aço inoxidável colorido, que possui como um dos atributos principais a sua cor, a
avaliação dos efeitos externos, como fatores ambientais, fatores térmicos e químicos sobre a
coloração são de fundamental importância.
21
O efeito da exposição atmosférica e da exposição ao ambiente marinho na coloração do aço
foi investigado pelo CETEC (2001) utilizando técnicas espectroscópicas. Amostras expostas
por três anos em ambiente urbano e expostas ao ambiente marinho na região de arrebentação,
sujeitas à nebulização contínua com a água do mar, apresentaram pequenas diferenças de cor
(∆Ecmc). Nas amostras expostas no ambiente urbano as diferenças foram baixas, (∆Ecmc < 2,0)
o que é imperceptível na inspeção visual. Já as amostras coloridas expostas no ambiente
marinho tiveram diferenças ligeiramente maiores (∆Ecmc = 1,7 a 4,8), no entanto visualmente
pouco perceptíveis.
Ensaios de corrosão acelerada em câmaras de névoa salina em tempo total de 2160 horas
também foram realizados por CETEC (2001) em amostras de aço inoxidável ABNT 304 antes
e após coloração por processo eletroquímico, e embora tenham ocorrido leves alterações de
cores (∆Ecmc entre 1,5 a 12,8), estas são quase imperceptíveis na inspeção visual.
O efeito do aquecimento na estabilidade das cores de aços inoxidáveis foram estudados por
Junqueira et al. (1999) para aços inoxidáveis coloridos por processo eletroquímico. As
amostras sofreram tratamento térmico em ambiente seco a 150°C e ambiente úmido a 90°C
em tempos de exposição de até 3000 horas. Os resultados mostraram ligeiras alterações das
cores com os tratamentos térmicos com ∆Ecmc em torno de 3,0, o que é não é perceptível
facilmente pela visão humana.
3.2.4. Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR) A espectroscopia de absorção na região do infravermelho por transformada de Fourier (FTIR)
é uma técnica analítica utilizada na identificação de grupos funcionais devido às bandas de
absorção química provocadas pela absorção da radiação pela amostra. O FTIR possui uma
larga aplicação na caracterização de compostos, sendo uma ferramenta importante na
identificação de novas substâncias ou misturas muito complexas (Santos, 2012).
O FTIR permite analisar as frequências de vibração de ligações de compostos orgânicos e
minerais. As moléculas interagem com a radiação eletromagnética principalmente na faixa do
infravermelho, absorvendo a energia que pode ser transformada em vibrações e/ou rotações
moleculares.
22
Quando a radiação infravermelha absorvida apresenta uma frequência abaixo de 100 cm-1 a
energia é transformada em rotação molecular. Quando a radiação absorvida apresenta uma
frequência maior, da ordem de 1.000 cm-1 a 100 cm-1, converte-se em energia de vibração
molecular (Brandão et al., 1990).
O equipamento de FTIR é constituído por uma fonte, um interferômetro e um detector. A
fonte é a responsável por gerar o feixe de infravermelho que é direcionado para o
interferômetro onde o feixe é transformado em um sinal, chamado interferograma. O sinal é
direcionado para o compartimento onde se encontra a amostra, fazendo com que ele seja
transmitido através da amostra ou refletido por ela, dependendo do tipo de análise realizada.
O sinal que sai do compartimento da amostra passa pelo detector para mensurar a sua
intensidade, ser digitalizado e enviado a um computador que converterá este sinal em um
espectro de infravermelho. A região do espectro eletromagnético frequentemente utilizado no
estudo de infravermelho é a região situada entre 2,5 a 25μm (4000 a 400 cm-1) (Larkin, 2011).
O registro gráfico da porcentagem de radiação absorvida (ou transmitida) em função do
numero de onda (ou comprimento de onda) da radiação infravermelha incidente é o espectro
infravermelho, que está intimamente relacionado com as vibrações moleculares (Glerian,
2011).
Para a aplicação em superfícies sólidas é possível utilizar três técnicas diferentes de
espectroscopia especular: refletância especular, refletância difusa e espectroscopia refletância-
absorção. A refletância especular é empregada em amostras planas, superfícies limpas e os
espectros são rapidamente obtidos para amostras pequenas com ângulos de incidência de 15°
a 75°. A refletância difusa é normalmente obtida a partir de superfícies rugosas ou a partir de
superfícies formadas por material em pó. O espectro da refletância, normalmente conhecido
como espectro de refletância-absorção, é facilmente obtido a partir de superfícies revestidas
com filmes finos da ordem de 0,2 a 20μm (Melling & Shelley, 2001).
23
A espectroscopia do infravermelho foi utilizada na caracterização do aço inoxidável colorido
por Junqueira et al. (2008). Os espectros obtidos em amostras coloridas em dourado e do
mesmo aço sem coloração são apresentados na Figura 3.8.
Figura 3.8. Espectro FTIR de absorbância na região do infravermelho de amostras do
substrato e de filmes de coloração por interferência (Junqueira, et al., 2008).
Neste estudo foi verificado no espectro do filme de coloração por interferência, a presença de
uma banda larga de absorção na região entre 2458 a 3629cm-1, que não é observada no
espectro do substrato, e que foi associada a grupos OH provenientes da água incorporada ao
filme. No mesmo espectro observa-se ainda uma banda de absorção em 561cm-1, atribuída à
presença de Cr2O3 em forma de espinélio (Junqueira et al., 2008). Em estudo anterior, Evans
et al. (1973) detectaram bandas de absorção semelhantes, e concluíram que a banda detectada
por eles em 3370cm-1, é característica de água de coordenação.
Foi avaliada por Junqueira et al. (2008) a influência do tratamento térmico nos espectros. Os
espectros de infravermelho dos filmes de coloração por interferência, aquecidos a 150°C por
2, 4, 16, 64 e 256 horas, estão apresentados na Figura 3.9. Neste estudo possível observar que
a quantidade de água diminui com o tratamento térmico e tende a se estabilizar
aproximadamente após 64 horas.
24
O resultado indica que a perda de água com o tratamento térmico a 150°C ocorre rapidamente
no início do tratamento, tendendo em seguida a estabilizar-se.
Figura 3.9. Espectro FTIR de absorbância na região do infravermelho de filmes de coloração
por interferência antes e após tratamento térmico a 150°C pelos tempos
indicados (Junqueira et al., 2008).
Concluiu-se que como a maior parte dos filmes de conversão química de cromatos quando
recém-preparados são gelatinosos e com o envelhecimento passam por alterações químicas
decorrentes da perda de água de hidratação, desta forma, endurecem lentamente e tornam-se
mais hidrofóbicos, menos solúveis e mais resistentes ao desgaste (Junqueira et al., 2008).
25
3.4. Aços Inoxidáveis Aplicados a Produtos para Saúde
Os materiais e produtos que abrangem o campo da saúde podem ser tratados como Produtos
para Saúde, incluindo-se nesta classificação equipamentos e materiais de uso em saúde ou
produtos correlatos, que são aparelhos, materiais ou acessórios cujo uso ou aplicação esteja
ligado à defesa e proteção da saúde individual ou coletiva (ABDI, 2011).
O aço inoxidável é atualmente a liga metálica mais utilizada na área hospitalar, devido a sua
facilidade de limpeza e sua resistência, de acordo com dados da ABINOX. Apesar de
necessidades especiais em relação à aplicação de materiais na indústria médica, os aços
inoxidáveis utilizados na fabricação de instrumentos e equipamentos médicos não são aços
desenvolvidos especificamente para esta função. Os produtos e dispositivos médicos
representam aproximadamente 1% da produção total de aço inoxidável mundial, desta forma
ainda existe pouca justificativa para o desenvolvimento de aços especiais cirúrgicos para
aplicação em produtos e instrumentos (Newson, 2002).
Além desta justificativa Newson (2002), aponta que os dispositivos médicos de aço
inoxidável são produzidos em baixo volume de produção, em lotes, ou utilizando processos
de alto volume somente para pequenas quantidades de material. A maior parte dos produtos
médicos, como por exemplo, instrumentos odontológicos e cirúrgicos, são, portanto,
fabricados a partir de uma classe comercial de aços inoxidáveis. As aplicações em implantes
são uma exceção a esta generalização. Os aços inoxidáveis utilizados em implantes são
biomateriais e devem ser adequados para contato estreito e prolongado com o tecido humano,
o que o coloca em condições de temperatura superior a ambiente e em solução salina, os
fluídos corporais.
26
3.4.1. Instrumental Cirúrgico e Odontológico de Aço Inoxidável
Os aços inoxidáveis utilizados na fabricação de instrumentos cirúrgicos e odontológicos são
especificados pela ISO - International Organization for Standardization e pela ABNT na
norma NBR ISO 7153-1 – Instrumental Cirúrgico – Materiais Metálicos Parte 1. Nesta
norma, além de descritos, classificados e especificados quais os materiais metálicos devem ser
utilizados na fabricação de instrumentos médicos, cirúrgicos e odontológicos, é fornecida uma
lista de indicações de uso para cada tipo de produto.
A norma brasileira ABNT NBR 13911:2010 – Instrumental cirúrgico – Material metálico –
Especificação para aços inoxidáveis conformados - indica que a funcionalidade do
instrumental cirúrgico de aço inoxidável está diretamente relacionada à correta escolha do
material a ser usado na sua fabricação, bem como do cumprimento de boas práticas de
produção. A norma em questão ainda classifica os materiais. Assim, os aços inoxidáveis para
produção de instrumentos cirúrgicos devem pertencer a uma das seguintes classes:
• Classe 3 – aço inoxidável austenítico;
• Classe 4 – aço inoxidável martensíticos;
• Classe 5 – aço inoxidável endurecido por precipitação;
• Classe 6 – aço inoxidável ferrítico.
Na seleção do tipo de aço que deve ser empregado em cada tipo de instrumento, a norma
NBR ISO 7153-1, divide os tipos de aço para a aplicação em três grupos:
• Instrumentos cortantes.
• Preferencialmente usado para instrumentos não cortantes.
• Peças para montagem e outros acessórios.
Os aços inoxidáveis austeníticos de forma geral são empregados em produtos médicos onde
são necessárias características de boa resistência à corrosão e uma resistência mecânica
moderada para conformação mecânica (ABNT, 2006; ABNT, 2010a). Produtos como
esterilizadores de vapor, armários de armazenamento e superfícies de trabalho e em
27
instrumentos classificados nos três grupos, instrumentos cortantes, não cortantes, peças e
acessórios, como por exemplo:
• Cânulas: para irrigar, drenar e/ou aspirar.
• Afastadores: para separar/afastar tecidos.
• Pinças e clamps: para segurar/prender tecidos ou apanhar tecido ou material.
• Passadores de tendão e ganchos para a pele.
• Martelos, macetes e alavancas.
• Espéculos, réguas e parafusos.
Os aços inoxidáveis martensíticos são utilizados amplamente na fabricação de instrumentos
cirúrgicos e odontológicos, uma vez que podem ser endurecidos e temperados por tratamento
térmico. Desta forma são capazes de desenvolver uma vasta gama de propriedades mecânicas,
que contemplam dureza elevada na aplicação em instrumentos de corte e também menor
dureza com tenacidade aumentada para aplicações de carga. Alguns produtos fabricados a
partir de aços inoxidáveis martensíticos são as curetas ósseas, cinzéis, goivas, brocas
dentárias, formões, pinças hemostáticas, alicates ortodônticos, e bisturis (ABNT, 2006;
ABNT, 2010a).
Os aços inoxidáveis ferríticos também são utilizados em aplicações na área médica, mas em
menor escala. Alguns produtos que utilizam os aços inoxidáveis ferríticos são pegas sólidas
para instrumentos, pinos guias e fixadores (Newson, 2002; ABNT, 2006; ABNT, 2010a).
Em relação a sua composição química, as classes de aços inoxidáveis são organizadas em
tabelas de referência com a indicação da composição química para a seleção do material de
acordo com a norma NBR ISO 7153-1. Na tabela III.1, está indicada a composição química
dos aços inoxidáveis austeníticos que devem ser empregados.
28
Tabela III.1. Indicação da composição química dos aços inoxidáveis austeníticos, Classe 3, %
(ABNT, 2010a).
Em relação ao acabamento superficial das peças, a norma ABNT NBR 13916, indica que a
preparação da superfície – acabamento e tratamento superficial do aço inoxidável é um
procedimento de especial importância no estabelecimento da qualidade dos instrumentos
cirúrgicos e odontológicos, estando ligados à vida útil, à aplicabilidade e à segurança destes
produtos no âmbito cirúrgico. De acordo com a norma ABNT NBR 13916, o acabamento da
superfície deve atender no mínimo a uma das seguintes especificações:
• Polimento espelhado;
• Reflexo reduzido, como por exemplo, acabamento fosco;
• Um revestimento de superfície aplicado, por exemplo, com propósito de isolamento
elétrico.
No entanto, Newson (2002) salienta que, áreas serrilhadas ou recartilhadas são muitas vezes
utilizadas em instrumentos odontológicos e cirúrgicos para aumentar a aderência à mão.
A modificação da superfície em instrumentos médicos não é incomum. Alguns materiais e
revestimentos comerciais são empregados para finalidades diversas, principalmente para
aumentar a resistência à corrosão e ao desgaste. Existem também revestimentos de coloração
para identificação, classificação e rastreabilidade. Como por exemplo de revestimento
29
empregado em instrumentos médicos, é possível citar o BALINIT®, da empresa Oerlikon
Balzers, um revestimento com espessuras típicas entre 0.5µm e 4µm. Os revestimentos de
carbono BALINIT® C e BALINIT® DLC melhoram a lubrificação entre peças móveis,
evitam a deformação e protegem os componentes da corrosão durante a esterilização. Nos
instrumentos para cirurgia ocular, o revestimento BALINIT® A apresentado na Figura 3.10,
se destaca pela sua cor amarelo-dourado, que serve como característica contrastante aos
instrumentos não revestidos.
Figura 3.10. Revestimento BALINIT® A (Oerlikon Balzers, 2012).
Novos revestimentos para a modificação da superfície de instrumentos médicos têm surgido,
como os de filmes nanométricos de dióxido de titânio (TiO2) que possuem propriedades
bactericidas ativadas quando na presença da luz ultravioleta (UV), existente em câmaras
próprias com esse tipo de radiação, ou mesmo na presença de luz solar. Além de destruir a
parede celular das bactérias, esse sistema elimina também os fungos e toda a matéria orgânica
(Vaz, 2007).
A modificação da superfície para a identificação e a coloração de instrumentos também é
utilizada, como a douração de peças, que consiste na deposição de uma camada com
espessura de alguns micra de ouro puro, diretamente sobre o metal e com variação de cores.
A coloração como forma de organização e rastreabilidade é aplicada atualmente por algumas
empresas do segmento médico. A coloração é utilizada para facilitar as etapas de separação e
organização dos jogos de instrumentos, que se torna mais rápida, requerendo menor número
de colaboradores nesta tarefa. Neste caso a identificação por cores é composta pela aplicação
de um sistema à base de resina epóxi curada termicamente, formando uma camada sobre o
instrumento como visto na Figura 3.11.
30
Figura 3.11. Revestimento colorido de resina epóxi sobre instrumental
Neste caso, é indicado que a película de resina epóxi não possui microporosidade, o que não
permitiria a infiltração de qualquer espécie de bactérias, vírus ou esporos entre a película e o
metal.
Esta identificação por cores para a separação e organização dos instrumentos também é
empregada pelas Centrais de Material Esterilizado (CME) e nas salas de cirurgia utilizando
tintas plásticas (poliamida 11 ou poliamida 12) ou fitas adesivas, apresentadas na Figura 3.12.
Figura 3.12. Fitas adesivas coloridas para identificação de instrumental médico
31
3.5. O Ambiente Médico-Hospitalar
O ambiente hospitalar tem despertado a atenção de designers e arquitetos para a utilização de
cores em seu interior, bem como no mobiliário e nos objetos. Neste caso a coloração funciona
com diferencial na estrutura interna, servindo para a identificação e classificação dos espaços
tornando o ambiente mais agradável, eficiente e humanizado (MS, 2009).
O hospital do futuro, além da viabilidade econômico-financeira, deve atender aos requisitos
que pressupõem expansibilidade, flexibilidade, segurança, eficiência e, sobretudo,
humanização (MS, 2009). Neste ponto, o conforto ambiental e a organização aparecem como
fortes aliados nos processos de cura de pacientes. As soluções são as mais abrangentes e
pressupõem novos parâmetros, novos produtos e novos processos.
3.5.1. Humanização e Bem Estar
A humanização dos estabelecimentos assistenciais de saúde é uma das diretrizes do Ministério
da Saúde e da sua Política Nacional de Humanização (PNH). De acordo com esta política, as
necessidades específicas desta área, direcionadas a melhoria do ambiente e dos produtos, em
conjunto com ações para a promoção do bem-estar dos pacientes e usuários dos sistemas de
saúde abre a possibilidade de desenvolvimento de novos produtos e de espaços cada vez mais
adequados.
Ainda de acordo com o Ministério da Saúde, a ideia de ambiência possui três eixos principais:
o ambiente deve possibilitar a reflexão da produção do sujeito e do processo de trabalho; deve
visar o conforto focado na privacidade e individualidade dos sujeitos envolvidos, exaltando
elementos do ambiente que interagem diretamente com o homem, como a cor, o cheiro, o
som, a iluminação e a morfologia, garantindo o conforto aos trabalhadores, pacientes e sua
rede social; ser facilitadora do processo de trabalho funcional favorecendo a otimização de
recursos e o atendimento humanizado, acolhedor e resolutivo. A humanização do ambiente
hospitalar não se concretiza se não estiver centrada em todos os usuários destes espaços
(Backes et al., 2005).
32
O hospital humanizado é aquele que contempla, em sua estrutura física, tecnológica, humana
e administrativa, a valoração e o respeito à dignidade da pessoa humana, garantindo condições
de um atendimento com qualidade.
3.5.2. A Cor - Importância e Aspectos Ergonômicos
Todas as atividades humanas e principalmente o trabalho sofrem a influência de três aspectos:
físico, cognitivo e psíquico. A conjugação adequada destes fatores permite projetar produtos e
ambientes seguros, confortáveis e eficientes. O estudo das cores, embora visto como
secundário, torna-se fundamental para os ergonomistas à medida que contribui com a
adequação de uso, não só para a segurança, ordenação e auxílio de orientação organizacional
(princípio de organização pela aplicação de cor), mas também para a saúde e bem estar dos
trabalhadores (devido a sua influência psicológica) (Azevedo et al., 2000).
A cor define a identidade dos espaços, das pessoas e dos objetos. É também uma ferramenta
de inestimável utilidade para a indústria, o comércio, etc. (Beck et al., 2007). Pode criar uma
disposição de ânimo geral e provocar uma resposta emocional no consumidor e no usuário.
Assim, além de integrar as cores, a mente também as associa com certos estados emocionais,
sentimentos e valores (Dias, 2009).
Deste modo, tem-se nas cores uma grande possibilidade de transformar os produtos e os
ambientes dos hospitais, tornando-os mais confortáveis e agradáveis. A coloração não deve
ser concebida só por características estéticas, mas deve levar em consideração as diversas
funções de um espaço e a ergonomia, tanto no que se refere à usabilidade, quanto pelas
exigências psicológicas do meio e do trabalhador (Azevedo et al., 2000).
A ergonomia é definida como o estudo do relacionamento entre o homem e o seu trabalho,
equipamento e ambiente, e particularmente a aplicação de conhecimentos de anatomia,
fisiologia e psicologia (Iida, 2005). Ela é entendida como o domínio científico e tecnológico
interdisciplinar que se ocupa da otimização das condições de trabalho, bem como da interação
do homem com o produto ou sistema produtivo, visando de forma integrada a saúde, a
segurança, o bem estar e a eficácia do indivíduo enquanto profissional e consumidor.
33
Para Iida (2005), um planejamento adequado do uso das cores no ambiente de trabalho,
aplicando-se cores claras em grandes superfícies, com os contrastes adequados para
identificar os diversos objetos, está associado a aumentos de produtividade que chegam a 80
ou 90%. Embora pouco explorada, a psicodinâmica das cores faz parte da nova ciência da
ergonomia e esta ciência é de grande importância para o ser humano, pois está presente nos
ambientes, equipamentos, e no seu cotidiano (Battistela, 2003).
A ergonomia hospitalar trata do entendimento e da melhoria das condições de trabalho, de
conforto e de segurança dos trabalhadores da saúde e dos pacientes. Ainda pouco difundida,
ela vem apresentando progresso, pois são significativos os resultados apresentados em estudos
e pesquisas da área ergonômica aplicada a equipamentos médicos e procedimentos executados
neste ambiente. Battistela (2003) discute que, um dos grandes desafios da área de saúde está
ligado à qualidade. Neste contexto, saúde, segurança, competitividade e produtividade são
fatores determinantes. Uma vez que a psicodinâmica das cores ocupa um espaço relevante na
ergonomia e pode contribuir efetivamente para o incremento destes fatores.
Em relação aos aspectos ergonômicos que envolvem os instrumentos médicos, sobretudo os
cirúrgicos, as Centrais de Material Esterilizado (CME) e as salas de cirurgia são os ambientes
onde a organização do trabalho, a eficiência e o controle são mais demandados. A separação,
organização e identificação do instrumental são especialmente importantes.
Na sala de cirurgia, existe um sistema de organização para o instrumental. A mesa de
instrumentação deve ser organizada de forma padronizada, de acordo com a ordem de
utilização dos instrumentais no ato operatório, com o intuito de facilitar o acesso a eles. O
Centro de Pesquisa Biológica para a Saúde, CCBS, da Universidade do Estado do Pará –
UEPA indica que para a organização da mesa é necessário imaginá-la dividida em seis
setores, correspondentes aos seis tempos operatórios.
Inicia-se a partir da diérese, que é representada pelos bisturis e pelas tesouras, em seguida,
apresenta-se o setor de preensão , com as pinças de preensão, seguidas do setor de hemostasia
, que abriga materiais como gazes, compressas e fios para ligadura, bem como as pinças
hemostáticas e o setor de exposição, com os afastadores. O setor especial apresenta
instrumental que varia de acordo com o tipo de cirurgia. O sexto e último setor corresponde
34
ao tempo de síntese, abrigando materiais como agulhas, fios e os porta-agulhas. A Figura 3.13
ilustra esta organização.
Figura 3.13. Setores de organização do instrumental na mesa de instrumentação: Diérese (1),
Preensão (2), Hemostasia (3), Exposição (4), Setor especial (5) e Síntese (6)
(UEPA-CCBS).
Os princípios de organização podem ser abordados através de uma análise da Gestalt, que está
ligada intrinsecamente a percepção dos objetos. A Gestalt é uma escola de psicologia
experimental, e considera-se que Von Ehrenfels, filósofo vienense dos fins do século XIX, foi
o precursor da filosofia da Gestalt (Gomes Filho, 2004). Ainda de acordo com este autor o
movimento gestaltista atuou principalmente no campo da teoria da forma, com contribuição
relevante aos estudos da percepção, linguagem, inteligência, aprendizagem, memória,
motivação, conduta exploratória e dinâmica de grupos sociais. A Gestalt apresenta uma teoria
sobre os fenômenos da percepção.
No campo da organização por cores, existem princípios da Gestalt de proximidade, onde
elementos próximos uns dos outros tendem a ser vistos juntos e constituírem um todo, ou
unidades dentro do todo. Em condições iguais, os estímulos mais próximos entre si, seja por
forma, cor, tamanho, textura, brilho, peso, direção e outros terão maior tendência a serem
agrupados e constituírem unidades. A proximidade e semelhança são dois fatores que muitas
35
vezes agem em comum e se reforçam. Em relação aos princípios de semelhança, a igualdade
de cor e de forma desperta a tendência de construir unidades, isto é, de estabelecer
agrupamentos de partes semelhantes (Gomes Filho, 2004).
3.5.3. Segurança e Esterilização
Na estrutura hospitalar brasileira, até a década de 40, todos os processos de preparo,
esterilização e armazenamento de materiais eram feitos no próprio centro cirúrgico. A partir
dos anos 50, com o surgimento de novos métodos de limpeza e esterilização de materiais e o
advento de instrumentais especializados para cirurgias mais complexas, é que se destinou uma
área própria para o preparo de materiais (GDF-SES, 2000).
O desenvolvimento tecnológico, ocorrido nas últimas décadas na área de saúde, impulsionou
as atividades desenvolvidas nas Centrais de Materiais Esterilizados (CME), colocando-a como
um setor de vital importância no ambiente hospitalar, dada a magnitude do trabalho ali
desenvolvido (GDF-SES, 2000). Em relação à segurança hospitalar, a necessidade de limpeza
e esterilização está ligada a fatores de contaminação, como no caso dos microrganismos. A
sua resistência ao calor e umidade varia de acordo com os diferentes grupos, o que dificulta
sua destruição.
São três, as principais razões para se desenvolver processos de controle de microrganismos: a
prevenção da transmissão de doenças e infecções, a prevenção da contaminação ou
crescimento de microrganismos nocivos e a prevenção da deterioração e dano de materiais por
microrganismos. Muitos estudiosos pesquisaram os meios pelos quais podem ser destruídos e
conseguiram estabelecer princípios e normas a serem seguidos a fim de provocar a morte dos
microrganismos por calor e umidade (Cardoso, 2005). A esterilização por calor destrói todas
as formas de microrganismos, incluindo vírus, bactérias, fungos e esporos (CDC, 1996).
Dentro dos hospitais, as CME são os setores responsáveis pela limpeza, desinfecção e
esterilização e destinam-se, basicamente, a receber e lidar com materiais considerados sujos e
contaminados, bem como o preparo de roupa limpa pela lavanderia e ao final do processo,
restitui-los. Para a GDF-SES (2000) e ABNT (1999), no caso dos instrumentos cirúrgicos,
36
existe um procedimento para o setor que é composto por uma série de etapas para a limpeza e
esterilização:
• Procedimento de pré-lavagem – Seleção, separação, enxágue, imersão em detergente
enzimático, enxágue e secagem.
• Procedimento de secagem e revisão dos instrumentais cirúrgicos - Secagem, revisão,
lubrificação, e encaminhamento.
• Área de preparo dos instrumentais – Separação, inspeção, substituição (quando
necessário), montagem, organização e proteção.
• Empacotamento – Abrir campo duplo de algodão cru, sobrepor campo de cretone
simples, colocar o instrumental, fechar segundo técnica de envelope.
• Identificação – Usar fita teste de autoclave, colocar nome do material, especialidade,
setor de origem, data e assinatura. Encaminhar para a esterilização.
Quanto aos produtos de limpeza utilizados, destacam-se os seguintes grupos:
• Detergentes: são produtos que contém tensoativos em sua formulação, com a
finalidade de limpar através de redução da tensão superficial, umectação, dispersão,
suspensão e emulsificação da sujeira.
• Detergentes Enzimáticos: à base de enzimas e sulfactantes, não-iônicos, com pH
neutro, destinados a dissolver e digerir sangue, restos mucosos, fezes, vômito e outros
resíduos orgânicos de instrumental cirúrgico, endoscópios e artigos em geral.
De acordo com o Ministério da Saúde, todos os instrumentos devem ser limpos e esterilizados
depois de cada uso e os métodos de esterilização recomendados são a estufa e a autoclave
(MS, 2001). A esterilização é o processo de destruição de todas as formas de vida microbiana:
bactérias, fungos, vírus e esporos mediante a aplicação de agentes físicos, químicos ou físico-
químicos. Convencionalmente considera-se um artigo estéril quando a probabilidade de
sobrevivência dos microrganismos concomitantes é menor do que 1:1.000.000.
37
A eleição do método de esterilização mais adequado depende do tipo de artigo a ser
esterilizado. Os métodos de esterilização podem ser físicos, químicos, ou físico-químicos
(MS, 2001).
Os métodos físicos são aqueles que utilizam calor em diferentes formas para esterilizar os
artigos. Nas centrais de esterilização o método mais utilizado e factível é a autoclavação por
vapor saturado sob pressão ou autoclavagem. Outro método que é utilizado, porém tende ao
desuso, é o calor seco (estufa) (GDF-SES, 2000; MS, 2001; ABNT, 2010b).
Os métodos químicos possuem eficácia comprovada e utilizam agentes esterilizantes líquidos
por imersão. Os artigos devem estar limpos e secos e dentro de um recipiente plástico
tampado conforme orientação do fabricante (GDF-SES, 2000; MS, 2001). Os métodos mais
conhecidos e utilizados são: esterilização por glutaraldeído a 2% e por ácido peracético.
Os métodos físico-químicos são processos realizados em equipamentos especiais, que
utilizam substâncias químicas esterilizantes e baixas temperaturas. É indicado para
esterilização de materiais termos sensíveis e/ou sensíveis à umidade, como a esterilização por
óxido de etileno (ETO) e o plasma de peróxido de hidrogênio.
Atualmente, devido a novos padrões de qualidade e segurança e de confiança dos sistemas de
saúde, novas políticas e protocolos têm surgido com o intuito de minimizar ocorrências e
erros dentro dos hospitais. Em atenção a uma resolução da Assembleia Mundial da Saúde,
ocorrida em maio de 2002, a Organização Mundial da Saúde (OMS) lançou em outubro de
2004, a Aliança Mundial para a Segurança do Paciente. Esta aliança tem o objetivo de
despertar a consciência profissional e o comprometimento politico, para uma melhor
segurança na assistência a saúde e para apoiar os estados membros da OMS no
desenvolvimento de politicas publicas e na indução de boas práticas assistenciais (MS, 2009).
Dentro destes protocolos, estão incluídas diretrizes que preveem a rastreabilidade de
instrumentos, produtos e equipamentos médicos para aumentar a confiança e diminuir os
incidentes. Entre os dez objetivos considerados essenciais para a cirurgia segura é possível
destacar três objetivos que estão relacionados diretamente a identificação e controle dos
instrumentos:
38
• Objetivo 6 - A equipe usará de maneira sistemática, métodos conhecidos para
minimizar o risco de infecção no sitio cirúrgico.
• Objetivo 7 - A equipe impedirá a retenção inadvertida de instrumentais ou compressas
nas feridas cirúrgicas.
• Objetivo 8 - A equipe manterá seguros e identificará precisamente todos os espécimes
cirúrgicos.
Entende-se por rastreabilidade a capacidade de recuperação do histórico, da aplicação ou da
localização de uma entidade ou item por meio de identificações registradas. Dentro das
necessidades de rastreabilidade dos materiais e instrumentos, a cor se torna um grande auxílio
na visualização, organização e classificação dos utensílios.
3.6. O Processo de Esterilização em Autoclave
A autoclave é o procedimento de esterilização de materiais mais comum e que oferece maior
segurança. Os microrganismos são destruídos pela ação combinada da temperatura, pressão e
umidade que promovem a termo-coagulação e a desnaturação das proteínas da estrutura
genética (Cardoso, 2005; GDF-SHS, 2000). O desempenho esperado da autoclave é alcançar
o nível de segurança da ordem de 1ppm (parte por milhão) dos microrganismos em cada ciclo
padrão (Cunha et al., 2000).
A esterilização por vapor sob pressão que é realizada pela autoclave é universalmente
aplicada. A autoclave é um instrumento de esterilização por vapor que destrói as formas mais
resistentes de esporos bacterianos em pouco tempo de exposição (Block, 2001). Os modelos
de autoclaves disponíveis no mercado são:
• Gravitacional: o ar é removido por gravidade, pois o ar frio tende a sair por um ralo
colocado na parte inferior da câmara, quando o vapor é admitido. É utilizado na
maioria dos consultórios e clínicas odontológicas, devido ao seu menor tamanho
(Block, 2001);
39
• Pré-vácuo: o ar é removido previamente, com formação de vácuo por meio de bomba
de vácuo ou por sistema Venturi. É próprio para ambiente hospitalar, pelo fato de
possuírem grandes capacidades (Block, 2001).
O vapor deve ser fornecido em estado saturado com título de 0,95 (95% de vapor e 5% de
condensado) e livre de impurezas, utilizando água tratada (ISO, 1994). A qualidade da água é
fundamental devido à presença de alguns minerais como ferro e o cobre que podem ocasionar
pontos de oxidação no instrumental. Por este motivo é utilizada água destilada (SOBECC,
2000).
Todo material resistente ao calor compatível com umidade deve ser autoclavado. Cunha et al.
(2000) e GDF–SES (2000), indicam que o ciclo de esterilização das autoclaves compreende
três tempos distintos: tempo de penetração do vapor, tempo de esterilização e tempo de
confiança, ilustrados na Figura 3.14. Ao final do processo, ainda há a exaustão do vapor e a
secagem da carga.
Figura 3.14. Gráfico tempo x temperatura e pressão em um ciclo de esterilização em
autoclave (Luqueta, 2008).
40
As fases completas do ciclo de esterilização são detalhadas da seguinte forma:
• Drenagem do ar na câmara de esterilização – possibilita a penetração do vapor;
• Período de exposição – começa a ser marcado no instante em que a câmara atinge a
temperatura previamente estabelecida demonstrada pelo termômetro. Compreende os
três tempos:
o Da penetração do vapor: é o intervalo necessário para que a carga atinja a
temperatura da câmara;
o Da esterilização: é o menor intervalo necessário para a destruição de todas as
formas de vida microbiana em uma determinada temperatura;
o Da confiança: é um período adicional, geralmente igual à metade do tempo de
esterilização, adotado na autoclavação de artigos em que a penetração do calor
é, ou poderá ser retardada ou variável;
• Exaustão do vapor – realizado por uma válvula ou condensador;
• Secagem da carga – obtida pelo calor das paredes da câmara em atmosfera rarefeita.
As relações de tempo e temperatura para esterilização de materiais médicos e odontológicos
em autoclave são: 1) temperatura de 121°C a 124°C, pressão 103,42kPa (15psi), ciclo total
30min ou 2) temperatura de 134°C a 138°C, pressão de 206,85kPa (30psi), ciclo total 20 min
(MS, 2001; ABNT, 2010b).
O tratamento térmico aos quais instrumentos e materiais são submetidos no processo de
esterilização é um fator fundamental para a eliminação de agentes contaminantes, mas ao
mesmo tempo é um fator que possui grande influência sobre o desempenho e a durabilidade
destes produtos.
A influência do tratamento térmico nas características químicas e mecânicas do filme de
interferência sobre o aço inoxidável foram estudadas por Junqueira et al. (2009). As
estabilidades química e mecânica dos filmes finos de interferência de cor sobre aço inoxidável
41
foram investigadas por envelhecimento térmico a 150°C para diferentes tempos de 2, 4, 8, 16
e 256 h. Os filmes envelhecidos foram caracterizados morfologicamente usando microscopia
eletrônica de emissão de campo (FESEM) e microscopia de força atômica (AFM) de
digitalização, e apresentou diminuição da porosidade após o tratamento térmico.
A espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR) utilizada para avaliar
a perda de água incorporada ao filme e os ensaios de detecção, confirmaram que a amostra
envelhecida durante 2h, possuía melhores características mecânicas do que as amostras que
não foram envelhecidas termicamente. Estas amostras apresentaram um aumento de dureza e
da sua resistência ao desgaste por abrasão (Junqueira et al., 2009).
42
4. METODOLOGIA
4.1. Materiais
Neste trabalho foram utilizadas amostras de aço inoxidável austenítico tipo ABNT 304 e
ABNT 316L. As amostras foram retiradas de chapas adquiridas comercialmente e
posteriormente coloridas industrialmente em azul por processo eletroquímico de corrente
pulsada. As chapas foram adquiridas com acabamento mecânico industrial polido tipo bright
buffing (BB) e acabamento escovado tipo Nº 4, compondo três materiais diferentes:
• A - Aço ABNT 304, espessura de 1mm com acabamento BB - Colorido em azul;
• B - Aço ABNT 304, espessura de 1mm com acabamento N4 – Colorido em azul;
• C – Aço ABNT 316L, espessura de 1,2mm com acabamento BB – Colorido em azul.
As composições químicas das amostras foram determinadas por Espectroscopia de
Fluorescência de Raios X no Laboratório de Corrosão e Superfície do PPD – Centro de
Pesquisas da Aperam South American em Timóteo-MG e estão apresentadas na Tabela IV.1.
Tabela IV.1. Composição química dos aços ABNT 304 e ABNT 316L (% em massa).
Material
Elemento (% em massa) C N2 Si Mn Cr Ni S P Mo
ABNT 304 BB 0,049 0,045 0,462 1,155 18,010 8,031 0,003 0,032 0,050 ABNT 304 N4 0,056 0,020 0,504 1,294 17,459 7,328 0,0004 0,031 0,098 ABNT 316L 0,020 0,042 0,404 1,386 16,532 10,016 0,002 0,031 2,193
4.1.1. Preparo das Amostras
As amostras de aço inoxidável colorido, A, B e C foram cortadas por cisalhamento à frio nas
dimensões de 40mm x 60mm e numeradas de 1 a 25, somando setenta e cinco amostras. As
amostras foram organizadas conforme a tabela IV.2 em grupos de cinco amostras e
classificadas de acordo com o ensaio de resistência a esterilização em autoclave, descrito no
item 4.2.1.
43
Tabela IV.2. Organização das amostras para os ensaios de esterilização em autoclave.
Identificação das Amostras Ciclos de Esterilização
ABNT 304 BB ABNT 304 N4 ABNT 316L
A1 a A5 B1 a B5 C1 a C5 Não esterilizadas (Em branco)
A6 a A10 B6 a B10 C6 a C10 5 Ciclos
A11 a A15 B11 a B15 C11 a C15 10 Ciclos
A16 a A20 B16 a B20 C16 a C20 15 Ciclos
A21 a A25 B21 a B25 C21 a C25 20 Ciclos
4.2. Métodos
4.2.1. Resistência à Esterilização em Autoclave
Para avaliar a resistência do aço inoxidável colorido por interferência ao processo de
esterilização em autoclave foi selecionado um ensaio de simulação do material em serviço,
que se aproximasse do processo de limpeza e esterilização de instrumental cirúrgico. Este
ensaio foi selecionado devido à inexistência de ensaios normalizados para a avaliação de
resistência do aço inoxidável colorido, uma vez que não há referência de sua aplicação em
produtos médico-hospitalares.
Como referência principal para a avaliação da resistência à esterilização em autoclave, foi
utilizada a norma ABNT NBR 13402:1997 - Instrumentais cirúrgico e odontológico –
Determinação da resistência à esterilização em autoclave, à corrosão e à exposição térmica. A
norma em questão não especifica qualquer sequência de ensaio. Os requisitos, a sequência de
ensaio e o número de ciclos devem ser definidos na norma de produto pertinente ou, se não
houver norma disponível, devem ser decididos pelo comprador e/ou produtor.
44
Como exemplo de norma específica de produto, a norma NBR 13915:1997 – Instrumental
cirúrgico – Afastadores de aço inoxidável – Requisitos gerais - indica a norma NBR
13402:1997 como referência normativa para a avaliação de resistência à esterilização em
autoclave.
Para a quantidade de ciclos de esterilização, optou-se por utilizar como referência uma
recomendação da norma NBR IEC 601-1:1994, Equipamentos Eletromédicos - Prescrições
Gerais para Segurança. Esta mesma norma especifica que se nenhum método de esterilização
ou desinfecção for descrito em norma específica para o produto, o ensaio deve ser feito com
vapor saturado a 134º C ± 4ºC, para 20 ciclos, sendo cada ciclo de 20 min de duração, com
intervalos para que o produto se resfrie a temperatura ambiente.
Após a coleta dos dados iniciais de medidas de cor, as amostras foram preparadas para o
ensaio no ambiente hospitalar e posteriormente submetidas ao ciclo de conservação de
instrumentos médicos hospitalares, que corresponde a: desinfecção, limpeza, secagem,
armazenagem estéril, e a esterilização. O ensaio de resistência à esterilização em autoclave foi
realizado na Central de Material Esterilizado (CME), do Hospital Madre Teresa em Belo
Horizonte – MG.
As amostras foram lavadas manualmente com detergente líquido concentrado, Indaclear
MAX S, do laboratório Indalabor, utilizando-se luvas cirúrgicas de látex nitrílico, sem o uso
de buchas ou tecidos. A composição química do detergente é: alquilbencenosulfonato de
sódio 8%, metassilicato de sódio 3%, hidróxido de sódio e formol. Posteriormente as amostras
foram enxaguadas em água corrente (potável) e colocadas em bandejas de aço inoxidável.
No segundo estágio de limpeza, os conjuntos de amostras foram imersos em detergente
enzimático, Indazyme 6 Plus, também do laboratório Indalabor, na proporção de 2mL por
litro de água por um período de 5 minutos, de acordo com a orientação do fabricante. A
composição química do detergente é: água deionizada, álcool isopropílico, propilenoglicol,
emulsão de polidimetilsiloxano, enzima lipolítica, enzimas glicolíticas, enzimas proteolíticas,
derivado de isotiazolinona, nonilfenol 9,5 EO, nonilfenol 7 EO, formiato de sódio, cloreto de
cálcio e amida de trietanolamina 85%. Após o tempo de imersão, as amostras foram
enxaguadas em água corrente (potável) e posteriormente secadas com algodão cru.
45
Após a secagem, as amostras foram separadas e preparadas para embalagem utilizando uma
bandeja de aço inoxidável, abrindo-se campo duplo de algodão cru sobre a bandeja e
colocando as amostras sobre o campo, como na Figura 4.1.
Figura 4.1. Preparo de embalagem das amostras para a esterilização.
As amostras foram separadas, organizadas e embaladas em quatro bandejas, contendo quinze
amostras cada, fechadas conforme técnica de envelope, utilizando papel grau cirúrgico. As
embalagens foram colocadas em cestos padrão para esterilização de aço inoxidável, para
serem levadas à autoclave.
O ensaio de resistência em autoclave foi realizado em uma autoclave modelo HI VAC II, da
empresa Baumer, Figura 4.2, em ciclos para material de densidade, com temperatura de
134°C, pressão de 2,2kgf/cm2 e tempo de esterilização de 20 minutos. Estes parâmetros estão
de acordo com as normas NBR ISO 11314, ISO 13402 e de acordo com as diretrizes do
Ministério da Saúde nas Orientações Gerais para Esterilização – Série A – Normas e Manuais
Técnicos (MS, 2001).
46
Figura 4.2. Autoclave Baumer modelo HI VAC II – Hospital Madre Teresa
Para a avaliação do ensaio, a norma NBR 13851 estabelece os requisitos que devem ser
observados. Neste caso é indicado que, após o ensaio, nenhuma superfície deve apresentar
qualquer sinal de corrosão visual (sem ampliação).
47
4.2.2. Determinação Numérica de Cores
Para a medição das cores, foi utilizado um espectrofotômetro Spectro-Guide Gloss de
geometria 45º/0º da BYK Gardner com iluminante D65, que simula a luz do dia, e ângulo de
observação padrão 10º. Como escala de leitura colorimétrica foi adotado o sistema de
coordenadas cromáticas do CIE, L*, C*, H*. Os valores obtidos em cada medida
colorimétrica são calculados pelo programa aplicativo específico do equipamento.
Os índices de coordenadas cromáticas, L*, C* e H* foram determinados antes e após os
ensaios de esterilização. Foram realizadas três leituras em cada amostra, com três repetições
cada, sendo a primeira indicada no programa como padrão (standard) e as outras duas
relativas à primeira (sample), antes e após os ensaios. Os resultados de variação da coloração
das amostras após os ensaios de esterilização em autoclave são apresentados pelo valor médio
∆Ecmc.
4.2.3. Resistência ao Desgaste por Abrasão
Na literatura ainda restrita sobre aços inoxidáveis coloridos, são apresentados alguns ensaios
não normalizados utilizados apenas para comparar o desempenho desses materiais com outros
similares. Entretanto, de acordo com alguns fabricantes de aço inoxidável colorido no Japão, a
norma ASTM D 6037-96 (Standard Test Methods for Dry Abrasion Mar Resistance of High
Gloss Coatings) seria a mais adequada para se medir a mudança de aparência de
revestimentos brilhantes resultante de esforços de abrasão leve.
Os ensaios de resistência ao desgaste foram realizados em uma máquina de resistência ao
desgaste por abrasão, modelo NU-ISO3 da Suga Test Instruments CO, desenvolvida
especialmente para atender a norma ASTM D 6037-96, apresentada na Figura 4.3.
48
Figura 4.3. Testador de abrasão modelo NUS-ISO3
O ensaio consiste em desbastar o filme sobre o aço pressionando a superfície da amostra
contra um disco de metal revestido com uma fita abrasiva em ciclos realizados por
movimentos de ida e volta, com uma carga constante.
A resistência ao desgaste do revestimento foi avaliada nas amostras em branco (não
esterilizadas) e nas amostras submetidas a 20 ciclos de esterilização, pelo número de ciclos
abrasivos necessários para expor a superfície do substrato. A área desgastada foi de
aproximadamente 3,0cm x 1,2cm, o que permitiu a avaliação visual da exposição do
substrato.
Neste ensaio a carga aplicada foi de 20N e a fita abrasiva utilizada foi a de CrO3 com
granulometria 0,5mm. O ciclo de movimentação da mesa está associado a um giro de 1 grau
do disco abrasivo, de modo a manter sempre nova a lixa a cada ciclo. Os ensaios foram
realizados em três amostras não esterilizadas de cada material, ABNT 304 polido, ABNT 304
escovado e 316L. Posteriormente, foram avaliadas três amostras de cada material que foram
submetidas a 20 ciclos de esterilização, com três marcas de desgaste em cada amostra,
totalizando nove repetições em cada material.
49
4.2.4. Resistência à Corrosão
A resistência à corrosão das amostras não esterilizadas (em branco) e de amostras submetidas
a 20 ciclos de esterilização foi avaliada conforme as normas NBR ISO 13402:1997 e NBR
13851:1997, referências para a determinação da resistência à esterilização em autoclave, à
corrosão e à exposição térmica de instrumentais cirúrgicos e odontológicos de aço inoxidável.
Desta forma, as amostras foram ensaiadas de acordo com o ensaio de corrosão com água em
ebulição, que é especificado na norma NBR ISO 13402 para avaliar a resistência à corrosão
destes instrumentos: as amostras foram lavadas utilizando-se detergente e água, enxaguadas
em água corrente (potável) e secadas com papel toalha. As bordas e as superfícies não
coloridas das amostras foram protegidas. Como agente de corrosão foi utilizada água destilada
de qualidade 3 - ISO 3696:1987. As amostras foram imersas em recipientes de vidro contendo
água em ebulição durante 30 minutos. Após os 30 minutos, as amostras esfriaram durante
uma hora na água utilizada para o teste. Posteriormente as amostras foram retiradas e deixadas
expostas ao ar por duas horas. Em seguida, foram esfregadas com um pano seco.
A resistência à corrosão em água em ebulição foi avaliada por inspeção visual da superfície
após o tempo de exposição. A norma NBR 13851 estabelece os requisitos que devem ser
observados. Neste caso, é indicado que nenhuma superfície deve apresentar qualquer sinal de
corrosão por inspeção visual (sem ampliação). Pequenas evidências de ferrugem (óxido
ferroso) nas bordas dentadas, dentes, fechos, linguetas de catracas, enxertos (juntas brasadas
ou soldadas) etc. não devem ser motivo para a rejeição.
A resistência à corrosão das amostras não esterilizadas e submetidas a 20 ciclos de
esterilização também foi avaliada em ensaio de imersão em NaCl, 3%. A superfície das
amostras foi riscada em formato de X com um estilete para expor o substrato conforme a
Figura 4.4. As bordas e as superfícies não coloridas foram protegidas com fita adesiva. As
amostras foram imersas em solução de NaCl, 3%, a 50°C por 48 horas seguidas. Após o
ensaio, as amostras foram avaliadas por inspeção visual quanto ao aparecimento de corrosão
na superfície e nas áreas expostas do substrato.
50
Figura 4.4. Preparação de amostras para ensaio de imersão em NaCl, 3%
4.2.5. Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)
Com o objetivo de investigar a influência do processo de esterilização em autoclave no filme
de interferência, e consequentemente nos espectros das amostras, amostras não esterilizadas
(em branco) e amostras submetidas a 20 ciclos de esterilização dos aços ABNT 304 polido e
ABNT 316L foram analisadas por espectroscopia do infravermelho por transformada de
Fourier – FTIR.
Os espectros foram obtidos através do espectrômetro instalado no Departamento de Física da
UFMG – Thermo Nicolet Nexus 470. A resolução utilizada foi de 4cm-1 e media de 32
varreduras, percorrendo a região de 4000cm-1 a 600cm-1. As amostras foram analisadas em
um microscópio Centaurus (objetiva de 10X, região analisada de 150x150µm). As amostras
do aço ABNT 304 escovado não foram analisadas devido à morfologia irregular da sua
superfície.
4.3. Análise Estatística
Os testes de F (Snedecor & Cochran, 1989) para delineamento inteiramente casualizado e o
teste de Duncan a 5% de probabilidade (Duncan, 1955) foram adotados para a comparação
das médias dos parâmetros de cor e das propriedades mecânicas para a avaliação do efeito da
esterilização sobre as amostras.
51
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Resistência à Esterilização em Autoclave
As amostras de aço inoxidável coloridas por interferência que não foram esterilizadas e as
amostras submetidas a ciclos crescentes de esterilização em autoclave são apresentadas na
Figura 5.1, de forma organizada. A primeira amostra é uma amostra não esterilizada (em
branco), e subsequentemente, as amostras que foram submetidas a 5, 10, 15 e 20 ciclos de
esterilização.
(a)
(b)
52
(c)
Figura 5.1. Amostras de aço colorido não esterilizadas, e esterilizadas por 5, 10, 15 e 20
ciclos: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304 escovadas (b) e ABNT 316L (c).
Ao se organizar as amostras lado a lado é possível observar e comparar visualmente amostras
não ensaiadas e ensaiadas. Nesta organização é possível perceber que existem diferenças
visuais mínimas entre elas, inclusive entre as amostras ensaiadas que foram submetidas a
diferentes ciclos. Normalmente, existe uma pequena diferença de luminosidade entre as
amostras, que é devido ao posicionamento da amostra em relação à chapa que foi colorida. A
coloração próxima às bordas da chapa não é uniforme.
Em todos os casos, visualmente não há alteração perceptível das cores, apenas um leve
clareamento que indica uma diferença de luminosidade. Nas amostras de aço ABNT 304
polidas (a), não é claramente observada uma diferença entre a amostra não esterilizada e a
amostra submetida a 20 ciclos de esterilização, assim como nas amostras de aço ABNT 304
escovadas (b). Já nas amostras de aço inoxidável ABNT 316L existe uma pequena diferença
visual entre as amostras, principalmente se compararmos a amostra que não foi esterilizada,
com a amostra que foi submetida a 20 ciclos de esterilização.
Fatores do processo de esterilização, como a temperatura, a pressão, a umidade, a qualidade
da água utilizada na esterilização e o processo de limpeza das amostras antes do ensaio
parecem ter influenciado a coloração, criando uma pequena diferença de luminosidade entre
53
as amostras. De acordo com a engenharia do hospital onde está instalada a autoclave utilizada
no ensaio, até o momento não havia tratamento de deionização para a água. No caso do aço
ABNT 316L, além destes fatores, a sua coloração industrial não consta do catálogo da
Inoxcolor e os parâmetros de coloração utilizados foram os mesmos de coloração do aço
ABNT 304. Desta forma, a variação de cor apresentada pode também ter sido influenciada
pelo próprio processo de coloração.
Nas amostras esterilizadas, independente da quantidade de ciclos a que foram submetidas, não
foram observados sinais de corrosão superficial, nem evidências de ferrugem (óxido ferroso)
nas suas bordas. Algumas amostras apresentaram manchas de água sobre a superfície ao se
abrir as embalagens que foram levadas à autoclave. Contudo, as manchas nas amostras
desapareceram após serem lavadas com água corrente (potável) e enxugadas com papel
toalha. Desta forma, é possível afirmar que as amostras de aço inoxidável coloridas por
interferência, avaliadas de acordo com o ensaio de resistência a esterilização em autoclave,
estão de acordo com os requisitos especificados na norma ABNT NBR 13402:1997. Ou seja,
não apresentaram alterações apreciáveis em sua aparência nem sinais de corrosão.
54
5.2. Determinação Numérica das Cores
As diferenças de cor (∆Ecmc) são apresentadas pelas cinco médias de três leituras em cada
amostra, comparando-se os índices de coordenadas cromáticas, L*, C* e H* antes e após os
ciclos de esterilização. As diferenças de cor para os diferentes ciclos de esterilização estão
apresentadas na Figura 5.2.
(a)
(b)
Figura 5.2. Valores médios das diferenças de cor nas amostras: ABNT 304 polidas (a), ABNT
304 escovadas (b) e ABNT 316L (c) antes e após os ciclos de esterilização.
55
(c)
Figura 5.2. (continuação) Valores médios das diferenças de cor nas amostras: ABNT 304
polidas (a), ABNT 304 escovadas (b) e ABNT 316L (c) antes e após os ciclos de
esterilização.
Uma observação simples dos gráficos indica que o processo de esterilização em autoclave
resultou em um aumento gradual da diferença de cor (∆Ecmc) média entre as amostras. A
análise dos gráficos e dos dados apresentados na Tabela V.1, indicam a progressão das
diferenças de cor, que aumentam com o número de ciclos de esterilização.
Tabela V.1. Valores médios da diferença de cor (∆Ecmc), nas amostras de aço inoxidável
coloridas em azul após ensaio de resistência a esterilização em autoclave.
Amostras
Diferença de cor (∆Ecmc)*
Ciclos de Esterilização
5 10 15 20
ABNT 304 BB 6,5 cx 8,1 bx 10,7 ay 11,6 ay
ABNT 304 N4 4,5 dy 8,8 cx 9,7 by 12,4 ay
ABNT 316L 5,4 cy 9,6 bx 13,9 ax 15,6 ax
*Médias (5 repetições) indicadas pela mesma letra em uma mesma linha (a, b, c, d) ou em uma mesma coluna
(x, y, z) não diferiram entre si pelo teste de Duncan a 5% de probabilidade.
56
A análise dos gráficos e dos dados apresentados na Tabela V.1, indicam a progressão das
diferenças de cor, que aumentam com o número de ciclos de esterilização. A evolução das
diferenças de cor entre as amostras se apresentam de forma proporcional, o que possibilita
afirmar que o efeito da esterilização em autoclave foi similar entre elas. Porém, as amostras de
aço ABNT 316L apresentaram diferenças crescentes e relativamente maiores entre as
amostras a partir de 15 ciclos de esterilização. As amostras que apresentaram uma maior
diferença foram às amostras submetidas a 20 ciclos de esterilização. Nas amostras de aço
ABNT 304 polido (a), a diferença média foi ∆Ecmc = 11,6. Resultado próximo foi encontrado
nas amostras de aço ABNT 304 escovado (b), apresentando média ∆Ecmc = 12,4. Nas amostras
do aço ABNT 316L (c), as diferenças encontradas foram maiores e significativas em relação à
dos outros dois aços (p > 0,05), com média ∆Ecmc = 15,6.
Todos os valores médios encontrados foram superiores aos encontrados por Junqueira et al.,
(1999), em amostras que sofreram tratamento térmico em ambiente seco a 150°C e em
ambiente úmido a 90°C, com tempos de exposição de até 3000 horas. Ao mesmo tempo, os
valores foram próximos aos encontrados em ensaios de corrosão acelerada em câmaras de
névoa salina em tempo total de 2160 horas (CETEC, 2001).
Assim como observado na avaliação visual das amostras após o ensaio de esterilização, os
fatores envolvidos no processo de esterilização, como a temperatura, a pressão, a umidade, a
qualidade da água utilizada (não deionizada) e o processo de limpeza das amostras parecem
influenciar os valores de diferença de cor. No caso do aço ABNT 316L, a variação de cor,
significativamente maior, também pode ter sido influenciada pelo próprio processo de
coloração. Entretanto, para todas as amostras, os valores numéricos encontrados para as
diferenças de cor, apesar de maiores do que os encontrados anteriormente em outros estudos,
ainda não são claramente perceptíveis pelo olho humano. Como houve variação mínima da
cor e do brilho das amostras é possível indicar que não houve variação perceptível da
aparência superficial das amostras submetidas aos ciclos de esterilização.
57
5.3. Resistência ao Desgaste por Abrasão
Os resultados obtidos em ensaio de resistência ao desgaste por abrasão dos aços inoxidáveis
coloridos antes e após o processo de esterilização estão apresentados na Figura 5.3. Nos
gráficos estão representadas as médias de nove leituras (três de ciclos abrasivos em três
amostras diferentes) de amostras em branco (não esterilizadas) e das amostras que foram
submetidas a 20 ciclos de esterilização.
(a)
(b)
Figura 5.3. Número de ciclos abrasivos médios necessários para remoção completa dos filmes
do aço colorido: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304 escovadas (b) e ABNT
316L (c), de amostras não esterilizadas e amostras submetidas a 20 ciclos de
esterilização.
58
(c)
Figura 5.3. (continuação) Número de ciclos abrasivos médios necessários para remoção
completa dos filmes do aço colorido: ABNT 304 polidas (a), ABNT 304 escovadas (b) e
ABNT 316L (c), de amostras não esterilizadas e amostras submetidas a 20 ciclos de
esterilização.
Tabela V.2. Número de ciclos abrasivos médios de amostras de aço inoxidável coloridas em
azul em ensaio de resistência ao desgaste por abrasão utilizando papel abrasivo
de CrO3 0,5µm a 20N.
Amostras
Número de ciclos abrasivos*
Não Esterilizadas (Em Branco) Esterilizadas 20 ciclos
ABNT 304 BB 49 bx 87 ay
ABNT 304 N4 42 by 46 az
ABNT 316L 50 bx 97 ax
*Média (9 repetições) indicadas pela mesma letra em uma mesma linha (a, b) ou em uma mesma coluna (x, y, z)
não diferiram entre si pelo teste de Duncan a 5% de probabilidade.
Observa-se na Figura 5.3, nas amostras de aço ABNT 304 polido (a), um aumento em torno
de 56% da resistência ao desgaste após os 20 ciclos de esterilização. Esta variação foi
significativa quando avaliada pelo teste de F, com 95% de confiança. A diferença média de
52% da resistência após o tratamento térmico no processo de esterilização apresentada pelas
59
amostras de aço ABNT 316L (c), também foi significativa. Entre estas amostras, o aumento
de resistência ao desgaste foi proporcional, assim como o efeito observado na coloração.
Nas amostras de aço ABNT 304 escovado (b), a diferença apresentada foi menor, mas ainda
assim significativa (p < 0,05). É possível indicar que nestas amostras exista o mesmo aumento
na resistência ao desgaste observado nas outras amostras. Porém, como o ensaio de desgaste
por abrasão é superficial, é possível que o relevo da superfície da amostra escovada influencie
o resultado de desgaste, uma vez que diminui o acesso do disco de abrasão ao filme
depositado nas ranhuras. Conclui-se que o ensaio de desgaste por abrasão utilizando papel
abrasivo de CrO3, não é o mais indicado para avaliar a resistência a abrasão de amostras de
aço inoxidável coloridas com acabamentos escovados.
Este aumento da resistência do filme após o tratamento térmico foi observado anteriormente
por Junqueira et al. (2009) em estudo de envelhecimento de filmes coloridos por interferência
crescidos em amostras de aço inoxidável ABNT 304 com acabamento BB. Neste caso, os
resultados indicaram um aumento da resistência ao desgaste com o tratamento térmico a
150°C por até 256 horas. Para tempos de até 1000 horas foi observado o mesmo aumento, até
se atingir um patamar entre 100 e 200 horas de tratamento, estabilizando-se em seguida
(Junqueira, 2004).
De acordo com Junqueira et al. (2009), o aumento de resistência do filme é devido ao
tratamento térmico, que promove perda de água incorporada ao filme e o seu envelhecimento.
O tratamento térmico também diminui a porosidade do filme e aumenta a resistência
mecânica do filme de interferência. O tratamento térmico melhora as propriedades mecânicas
do filme, aumenta a sua dureza, e diminui o seu módulo de elasticidade, resultando em filmes
mais resistentes à abrasão.
60
5.4. Resistência à Corrosão
A resistência à corrosão das amostras não esterilizadas e amostras submetidas a 20 ciclos de
esterilização, foi avaliada usando como referência um ensaio de corrosão com água em
ebulição, recomendado pela norma NBR ISO 13402:1997 e avaliada conforme a norma NBR
13851:1997. Na Figura 5.4, estão apresentadas as amostras esterilizadas e não esterilizadas
após o ensaio de corrosão com água em ebulição.
(a)
(b)
61
(c)
Figura 5.4. Amostras de aço colorido não esterilizada, e amostra esterilizada por 20 ciclos
após ensaio de corrosão com água em ebulição: ABNT 304 polidas (a), ABNT
304 escovadas (b) e ABNT 316L (c).
Observando as amostras que foram submetidas ao ensaio de corrosão com água em ebulição,
não é possível perceber sinais de corrosão superficial, nem evidências de ferrugem (óxido
ferroso) nas suas bordas. Não houve sinais de corrosão em nenhuma das amostras,
independente dos ciclos de esterilização. Após a secagem ao ar, algumas amostras
apresentaram manchas que foram removidas com um pano seco.
É possível afirmar que as amostras de aço inoxidável coloridas por interferência, avaliadas de
acordo com o ensaio de resistência a corrosão com água em ebulição, estão de acordo com os
requisitos especificados para instrumentais cirúrgicos e odontológicos de aço inoxidável
conforme as normas ABNT NBR 13402:1997 e NBR 13851:1997.
62
A resistência a corrosão das amostras também foi avaliada em ensaio de imersão em NaCl,
3%. As imagens das amostras submetidas ao ensaio de imersão em NaCl, 3%, estão
apresentadas na Figura 5.5.
(a)
(b)
Figura 5.5. Amostras de aço colorido não esterilizada, e amostra esterilizada por 20 ciclos
após Ensaio de corrosão por imersão em NaCl 3%, 50ºC: ABNT 304 polidas
(a), ABNT 304 escovadas (b) e ABNT 316L (c).
63
(c)
Figura 5.5. (continuação) Amostras de aço colorido não esterilizada, e amostra esterilizada
por 20 ciclos após Ensaio de corrosão por imersão em NaCl 3%, 50ºC: ABNT 304 polidas (a),
ABNT 304 escovadas (b) e ABNT 316L (c).
Ao se observar as amostras que foram submetidas ao ensaio de imersão em NaCl, 3%, durante
48 horas a 50°C, não foram observados sinais de corrosão superficial, nem evidências de
ferrugem (óxido ferroso). Nas áreas onde o substrato foi exposto, com marcação em formato
de X, também não foram observados sinais de corrosão nem evidências de ferrugem,
independente se as amostras foram esterilizadas ou não. Desta forma, podemos indicar que o
processo de esterilização não afetou o desempenho das amostras nem do seu substrato frente à
corrosão.
64
5.5. Infravermelho por Transformada de Fourier (FTIR)
Os espectros de infravermelho obtidos nas amostras de aço inoxidável ABNT 304 polido,
colorida em azul e da mesma amostra após ser submetida a 20 ciclos de esterilização em
autoclave são apresentados na Figura 5.6. É possível observar nos espectros a presença de
uma banda de absorção na região entre 2700 a 3650 cm-1, que foi observada por Junqueira et
al. (2008) em estudo de caracterização de filmes coloridos por interferência submetidos a
tratamentos térmicos a 150ºC, e que foi associada a grupos OH provenientes de água
incorporada ao filme.
Figura 5.6. Espectro FTIR de absorbância na região do infravermelho de amostras de aço
colorido 304 polidas não esterilizadas e de amostras submetidas a 20 ciclos de
esterilização.
Nestes espectros também é possível observar, ainda que com pouca clareza, uma banda de
absorção entre 540cm-1 e 571cm-1, encontrada por Junqueira et al. (2008), que foi atribuída à
presença de Cr2O3 em forma de espinélio. Bandas de absorção semelhantes foram detectadas
anteriormente por Evans et al. (1973), em trabalho de caracterização de filmes de
interferência também utilizando a espectroscopia.
65
Na comparação entre os gráficos dos espectros obtidos não foi possível observar uma
diferença clara entre os espectros de amostras não esterilizadas e de amostras esterilizadas. A
variação de área sob o pico da banda de absorção nos espectros, que indicaria perda de água
estrutural, observada anteriormente por Junqueira et al. (2008) após aquecimento das
amostras a 150°C não pode ser observada.
Desta forma, optou-se por verificar a diferença entre os espectros antes e após processo de
esterilização. A Figura 5.7 apresenta o gráfico com a variação do espectro de reflexão – a
divisão da refletividade da amostra esterilizada pela amostra não esterilizada do aço ABNT
304 polido. Na Figura 5.8 é apresentado o gráfico com a variação do espectro de reflexão - a
divisão da refletividade da amostra esterilizada pela amostra não esterilizada para o aço
ABNT 316L.
Figura 5.7. Diferença dos espectros de reflectância FTIR entre as amostras de aço colorido
304 polidas não esterilizadas e submetidas a 20 ciclos de esterilização.
66
Figura 5.8. Diferença dos espectros de reflectância FTIR entre as amostras de aço colorido
316L não esterilizadas e submetidas a 20 ciclos de esterilização.
No gráfico apresentado na Figura 5.7 é possível observar que a variação máxima de
reflectância do espectro entre as amostras de aço ABNT 304 polidas, esterilizadas e não
esterilizadas é em torno de 0,3%. Nas amostras de aço ABNT 316L, as diferenças máximas
apresentadas pelo gráfico na Figura 5.8 são menores do que 1%, e na faixa de comprimento
de onda onde foi observada a banda de absorção associada a grupos OH, a diferença máxima
entre os espectros é menor do que 0,2%. De acordo com estes dados, não é possível afirmar
que o processo de esterilização em autoclave promova a perda de água incorporada ao filme
assim como foi observado no tratamento térmico realizado por Junqueira et al. (2008).
Como o ensaio de resistência à abrasão indicou o aumento da resistência do filme, que de
acordo com Junqueira et al. (2009) é devido ao tratamento térmico que promove o seu
envelhecimento, é possível indicar que exista uma perda de mínima de água, além da
diminuição da porosidade do filme. Esta perda mínima pode estar relacionada ao próprio
processo de esterilização em autoclave, que ocorre em ambiente úmido, com vapor saturado
(95% de vapor e 5% de condensado) e sob pressão (2,2kgf/cm2), o que dificultaria a perda de
água incorporada ao filme.
67
6. CONCLUSÕES
• A medição dos parâmetros de cor, e sua diferença (∆Ecmc), indicam diferenças
relativas e graduais crescentes proporcionais aos ciclos de esterilização. As alterações
são pouco perceptíveis ao olho humano, independente do número de ciclos aos quais
as amostras foram submetidas. Visualmente não houve mudança significativa das
cores e do brilho das amostras.
• As propriedades mecânicas dos aços inoxidáveis coloridos, avaliadas a partir dos
ensaios de desgaste por abrasão, foram influenciadas pelo tratamento de esterilização.
Neste caso, as amostras ensaiadas apresentaram maior resistência à abrasão, o que
consequentemente indica o envelhecimento do filme e a diminuição da sua
porosidade.
• A resistência à corrosão do material aparentemente não foi afetada pelo processo de
esterilização. As amostras foram avaliadas de acordo com ensaios de corrosão em
autoclave e ensaio de corrosão com água em ebulição, de acordo com as normas
ABNT NBR ISO 13402 e NBR 13851, além de ensaio de imersão em NaCl, 3%.
• A partir dos espectros FTIR, é possível indicar que o tratamento térmico que ocorre
durante o processo de esterilização em autoclave não promove perda de água presente
no filme, ou esta perda é mínima. Uma vez que o processo ocorre sob pressão e em
ambiente úmido, é esperada uma perda de água menor do que em outros tratamentos
térmicos em ambiente seco, como em estufa.
• Os aços inoxidáveis coloridos apresentam um desempenho satisfatório quando
submetidos aos procedimentos de esterilização em autoclave para instrumentos
cirúrgicos e odontológicos, de acordo com as normas pertinentes.
68
7. RELEVÂNCIA DOS RESULTADOS
Os resultados permitiram concluir que é possível esterilizar por autoclave o aço inoxidável
austenítico colorido, mantendo as suas características, desempenho e principalmente a sua
coloração.
Os resultados abrem precedentes para se propor a aplicação do aço inoxidável colorido na
indústria de produtos, equipamentos e instrumentos médico-hospitalares. Além de aumentar a
gama de aplicação do aço colorido, sua produção e divulgação, as propriedades e as cores
presentes no aço podem trazer grandes benefícios a médicos, pacientes e usuários dos
sistemas de saúde, contribuindo para a segurança e eficácia dos dispositivos médicos.’
69
8. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS
• Estudar a influência no desempenho do aço inoxidável colorido aos processos
químicos de esterilização, como a esterilização por glutaraldeido a 2% e ácido
peracético.
• Estudar a influência no desempenho do aço inoxidável colorido aos processos físico-
químicos de esterilização, como a esterilização por Oxido de etileno (ETO) e o Plasma
de peróxido de Hidrogênio.
• Investigar a influência do sangue e de fluídos corporais na coloração e na resistência a
corrosão do aço inoxidável colorido.
• Investigar e estudar o desempenho do aço inoxidável colorido frente à corrosão
microbiológica.
• Utilizar as informações adquiridas neste trabalho para estudar a biocompatibilidade do
aço inoxidável colorido.
70
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