Ανθεκτικότητα οργανικών επικαλύψεων που περιέχουν αναστολείς διάβρωσης

Abstract

The aim of this thesis is the study of the resistance of organic coatings containing volatile corrosion inhibitors and their anticorrosive performance when applied to steel surfaces.The potential absorption ability of a volatile corrosion inhibitor (VpCI) on a chemically clean steel surface was initially investigated. The VpCI contained, as the main ingredient, a mixture of alkanolamines and studied at NaCl-inhibitor solutions with different concentrations (0-4% v/v) of inhibitor similar to those used to manufacture organic coatings in industry.On the above electrolyte solutions the efficiency of corrosion inhibition on steel was estimated by experimentally calculating the corrosion current density as well as the dependence of the corrosion current on the inhibitor concentration.Finally, the degree of surface coverage and its dependence on the inhibitor concentration were also estimated. In addition, the adsorption parameters were studied and determined by the adsorption isotherm that describes the inhibition action. The inhibition effect of different inhibitor concentrations were observed on the steel surface using SEM-EDAX.The anticorrosive behavior of the VpCI in two organic coating systems was studied and for reasons of comparison, both by a coating system based on rust converter technology and a commercial anticorrosive primer. All coating systems were compared to standard steel specimens.The effectiveness and characterization of the resulting anticorrosive properties of the studied coatings were evaluated using the LPR technique, the Tafel technique, Half-cell potential measurements vs time and Weight loss measurements.The resistivity of the organic coating systems with VpCI were studied through the estimation of their physicochemical properties (Vapor-water and Liquid water transmission rate tests).Also, the mechanical properties of these coatings were evaluated in comparison with the rust converter coating through the estimation of coating adhesion by the cross cut and pull off tests and flexibility measurements by the Conical mandrel test.The main outcomes from this thesis are:From the study of the action mechanism of VpCI’s at the metal-inhibitor interface it is proved that the inhibitor is adsorbed at the metal surface reducing the active surface thus slowing down corrosion with the maximum degree of protection to be achieved for inhibitor concentrations of 3-4%.The adsorption of the inhibitor on the steel surface obeys a Langmuir adsorption isotherm thus a thin mono molecular protective film is formed at the metal surface.From the study of the organic coating systems containing VpCI’s it is concluded that these coating systems offer significant protection to steel against exposure at different environments and their physicochemical and mechanical properties are not affected.The incorporation of VpCI’s in the manufacturing of coatings provide an excellent alternative to toxic anticorrosion pigments.Such coatings can be widely used for steel structures but also for the protection of the lap splicing length of longitudinal concrete reinforcement bars.

Το αντικείμενο αυτής της διδακτορικής διατριβής είναι η εκτίμηση της ανθεκτικότητας των οργανικών επικαλύψεων που περιέχουν πτητικούς αναστολείς διάβρωσης και η μελέτη του βαθμού της αντιδιαβρωτικής προστασίας που παρέχουν αυτές οι επικαλύψεις στην επιφάνεια του χάλυβα.Διερευνήθηκε αρχικά η δυνατότητα προσρόφησης ενός πτητικού αναστολέα, με κύριο δραστικό συστατικό μίγμα αλκανολαμινών σε χημικά καθαρή επιφάνεια σιδήρου από ηλεκτρολυτικά διαλύματα NaCl 3,5% κ.ο που περιείχαν τον αναστολέα σε διαφορετικές συγκεντρώσεις (0-4% κ.ο) αντίστοιχες αυτών που χρησιμοποιούνται σε αντιδιαβρωτικά επιστρώματα.Στα παραπάνω διαλύματα, προσδιορίστηκε ο βαθμός προστασίας που παρέχει ο πτητικός αναστολέας στη μεταλλική επιφάνεια μέσω του πειραματικού προσδιορισμού του ρεύματος διάβρωσης καθώς και η εξάρτησή του από τη συγκέντρωση του αναστολέα.Τέλος, προσδιορίστηκε το κλάσμα επικάλυψης της μεταλλικής επιφάνειας από τον αναστολέα, η εξάρτηση του κλάσματος επικάλυψης από τη συγκέντρωσή του καθώς και η κινητική της προσρόφησης. Η παρουσία και παραμονή του αναστολέα στη μεταλλική επιφάνεια επιβεβαιώθηκε οπτικά με μικροσκοπικές παρατηρήσεις(SEM-EDAX).Η εκτίμηση της αντιδιαβρωτικής προστασίας που παρέχουν τόσο ο ροφημένος πτητικός αναστολέας στην μεταλλική επιφάνεια όσο και οι επικαλύψεις που περιέχουν πτητικό αναστολέα μελετήθηκε σε δύο είδη χαλύβων, σε ΧΟΣ και σε επίπεδα δοκίμια χάλυβα που εκτέθηκαν σε περιβάλλον ατμόσφαιρας και διάλυμα NaCl 3.5% κ.ο.Η αντιδιαβρωτική συμβολή του πτητικού αναστολέα σε διάφορες συγκεντρώσεις μελετήθηκε σε δύο συστήματα οργανικών επικαλύψεων και για λόγους σύγκρισης και με επίστρωμα που περιέχει ανόργανο μετατροπέα οξειδίων του σιδήρου, καθώς και με συμβατικό αντιδιαβρωτικό αστάρι. Όλα τα συστήματα συγκρίθηκαν και ως προς δοκίμια αναφοράς.Η αποτελεσματικότητα και ο χαρακτηρισμός των αντιδιαβρωτικών ιδιοτήτων των επικαλύψεων εκτιμήθηκε με μέτρηση της αντίστασης γραμμικής πόλωσης, με καμπύλες Tafel, τη χρονική εξέλιξη του δυναμικού διάβρωσης και με σταθμικό προσδιορισμό της απώλειας μάζας.Η ανθεκτικότητα των οργανικών επικαλύψεων που περιέχουν πτητικούς αναστολείς διάβρωσης μελετήθηκε μέσω της εκτίμησης των φυσικοχημικών τους ιδιοτήτων (Διαπερατότητα σε υδρατμούς και Διαπερατότητα σε νερό).Επίσης εξετάστηκαν οι μηχανικές ιδιότητες των δύο αυτών επικαλύψεων καθώς και του αντιδιαβρωτικού ασταριού με μέτρηση πρόσφυσης με τις μεθόδους cross cut και pull of και η αντοχή σε κάμψη (Conical Mandrel).Συμπερασματικά από την παρούσα διδακτορική διατριβή προκύπτει ότι ο αναστολέας προσροφάται στο μέταλλο μειώνοντας την ενεργή επιφάνειά του επιβραδύνοντας τη διάβρωση του μετάλλου με μέγιστο βαθμό προστασίας για συγκεντρώσεις αναστολέα 3-4%. Η προσρόφηση του αναστολέα ακολουθεί με ικανοποιητική ακρίβεια την ισόθερμη Langmuir.Οι οργανικές επικαλύψεις που περιέχουν πτητικούς αναστολείς διάβρωσης, προσδίδουν ιδιαίτερα αξιόλογη αντιδιαβρωτική προστασία στον χάλυβα. Η προσθήκη των πτητικών αναστολέων στη σύνθεση των επικαλύψεων δεν επηρεάζει τις φυσικοχημικές – μηχανικές ιδιότητές τους.Οι πτητικοί αναστολείς διάβρωσης μπορούν να είναι με την προσθήκη τους στη σύνθεση των επικαλύψεων εξαιρετική εναλλακτική επιλογή αντί τοξικών αντιδιαβρωτικών πιγμέντων.Οι οργανικές επικαλύψεις με πτητικούς αναστολείς διάβρωσης, μπορούν να χρησιμοποιηθούν ευρύτερα σε κατασκευές δομικού χάλυβα αλλά και σε χάλυβα οπλισμού σκυροδέματος στις αναμονές των οικοδομών.