Green corrosion inhibitors for copper and copper alloys

A comparative study of the performances of “green” corrosion inhibitors for copper alloys in cultural heritage was performed. Green corrosion inhibitors are organic compounds which are eco-friendly decreasing the risk of environmental pollution. Due to toxicity issues related to the employment of benzotriazole (BTA), the traditionally used inhibitor for copper alloys artefacts, it is indeed necessary to find an environmentally friendly and non-toxic alternative. Both copper and bronze substrate with different surface finishing were investigated. The composition and adhesion to the substrate of the different patinas were investigated before the application of the inhibitors. In particular, the inhibitors were tested on bare and artificially patinated copper, bronze with artistic artificial patina and a naturally aged bronze artefact. An initial screening of 8 inhibitors selected among those proposed in literature was carried out on bare and artificially patinated copper: glutamic acid, L-threonine, L-cysteine, L-serine, sodium oleate, opuntia ficus oil, neem oil and argan oil. The performances of the inhibitors were evaluated considering the inhibition efficiency provided and their aesthetical compatibility. These features were evaluated by means of electrochemical measurements, Linear Polarization Resistance (LPR) and Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and spectrophotometric measurements in visible range respectively. After the first screening, the most 4 promising inhibitors (sodium oleate, L-serine, opuntia ficus oil and neem oil) were tested on an artistic artificial patina, chosen after a deep characterization of 6 patinas produced at Fonderia Artistica Battaglia in Milan. While the 3 promising inhibitors (neem oil, opuntia ficus oil and sodium oleate) along with a R21 commercial wax coating were tested on the natural patina on a real artwork. In all the cases the BTA inhibitor was also tested as a reference. The most promising inhibitors were also investigated by means of polarization curves. The effect of different concentration of the inhibitors was also studied.

Lo scopo del lavoro era effettuare uno studio comparativo delle prestazioni di inibitori di corrosione "verdi" per le leghe di rame nel patrimonio culturale. Sono normalmente considerati inibitori della corrosione “verdi” composti organici che non hanno effetti negativi sull’ambiente o sulla salute umana. Negli ultimi anni si è cercato di trovare alternative al benzotriazolo (BTA), che è tradizionalmente utilizzato come inibitore per le leghe di rame, per via della sua sospetta tossicità. A questo scopo una serie di inibitori a basso impatto ambientale è stata testata sia su rame che su bronzo con diverse finiture superficiali. La composizione delle diverse patine è stata caratterizzata prima dell'applicazione degli inibitori. In particolare, gli inibitori sono stati testati su rame nudo e patinato artificialmente, bronzo con patina artificiale artistica e un manufatto in bronzo invecchiato naturalmente. Otto inibitori sono stati selezionati tra quelli proposti in letteratura per lo screening iniziale: acido glutammico, L-treonina, L-cisteina, L-serina, sodio oleato, opuntia ficus oil, olio di neem e olio di argan. Le prestazioni degli inibitori sono state valutate considerando l'efficienza di inibizione fornita e la loro compatibilità estetica. Queste caratteristiche sono state valutate mediante misure elettrochimiche - resistenza lineare di polarizzazione (LPR) e spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) - e misurazioni spettrofotometriche in intervallo visibile rispettivamente. Dopo il primo screening, i 4 inibitori più promettenti (sodio oleato, L-serina, olio di opuntia ficus e olio di neem) sono stati testati su una patina artificiale artistica, scelta dopo la caratterizzazione di 6 patine prodotte presso la Fonderia Artistica Battaglia di Milano. I 3 inibitori più promettenti invece (olio di neem, olio di opuntia ficus e sodio oleato) sono stati applicati e testati insieme a un rivestimento di cera commerciale R21 sulla patina naturale di una lastra in bronzo del Cimitero Monumentale di Milano. In tutte le condizioni è sempre stato utilizzato anche il BTA come riferimento. Per gli inibitori più promettenti sono state effettuate anche curve di polarizzazione al fine di avere maggiori informazioni riguardo i processi di inibizione.