Electrochemical characterization of commercial volatile corrosion inhibitors

Abstract An attempt to find alternative substances for use in volatile corrosion inhibitors (VCIs) has been done. The experiments set out from testing 3 different inhibitors already commercially available on the marked, to seek the inhibitor with best efficiency. The behaviors of the 3 inhibitors were studied using weight-loss tests, potentio-dynamic measurements and linear-polarization resistance (LPR) measurements. The composition of the best performing inhibitor was then studied to single out the component responsible for the main inhibition effect. The single components of the inhibitor were tested with weight loss tests and potentio-dynamic measurements. The good performance of the inhibitor was found to be mainly because of caprylic acid. The results of caprylic acid in addition to the results of a blank sample were then used as a reference when testing the 10 new substances. The 10 new substances included various carboxylic- and amino acids. Each of the 10 substances was studied with LPR- and potentio-dynamic measurements. The overall behavior of the substances was evaluated to rate their inhibition efficiency. Some acids, like for example citric and maleic acid, proved higher corrosion rates and lower corrosion potential than the blank sample, while on the other hand, benzoic, succinic, glutaric and tartaric acids showed good inhibition effect. It is suggested that these substances be studied in more detail to increase the knowledge of their behavior.

INTRODUZIONE Gli inibitori volatili di corrosione (o dall’inglese VCI, Volatile Corrosion Inhibitors) sono delle sostanze aventi opportune proprietà fisiche e chimiche in grado di proteggere i metalli dalla corrosione. Queste sostanze sono tipicamente impiegate in spazi ristretti, come gli imballaggi cartacei o polimerici, dove l’inibitore può essere confinato assicurando la protezione voluta al metallo. La protezione dalla corrosione è garantita dall’evaporazione dell’inibitore presente nell’imballaggio e dalla successiva interazione con la superficie del metallo da proteggere, bloccando in questo modo il processo anodico di corrosione, quello catodico o entrambi, secondo la natura della sostanza volatile. Sebbene l’utilizzo degli inibitori volatili di corrosione abbia ad oggi fornito risultati più che soddisfacenti ad esempio nel settore automobilistico, dubbi permangono su quali siano i meccanismi di inibizione e su quali siano le famiglie di sostanze anticorrosive maggiormente promettenti. Queste tematiche sono comuni in generale anche agli inibitori massivi, cioè impiegati direttamente nella soluzione a contatto con la struttura. È importante ricordare che un problema molto sentito legato all’utilizzo degli inibitori è il loro impatto ambientale, valutato ad esempio in termini di tossicità della sostanza e effetti su uomo e ambiente. In questo lavoro sono state effettuate delle prove di caratterizzazione elettrochimica su tre miscele commerciali impiegate in prevalenza come inibitori di corrosione volatili delle leghe ferrose. Le miscele sono soluzioni acquose con formulazioni complesse, in cui l’inibitore presente è di tipo amminico o carbossilico e le altre sostanze aggiunte permettono di ottenere particolari proprietà al prodotto finale. Le prove condotte sono state prevalentemente di tipo potenziodinamico per studiare l’effetto delle miscele sul comportamento cinetico di corrosione. Sono mostrati anche i risultati di prove di perdita di massa e misure di resistenza di polarizzazione dell’acciaio nelle soluzioni contenenti le miscele. Le prove hanno permesso di identificare tra le tre la miscela con le più spiccate proprietà anticorrosive i cui singoli componenti sono stati poi studiati in dettaglio per capire quale sostanza ha il maggiore effetto. La tesi riporta anche i risultati di una sperimentazione effettuata su sostanze (amminoacidi e acidi carbossilici) selezionate in base alla conoscenza maturata in questo settore al fine di proporre dei possibili sostituti di alcuni componenti delle miscele che, pur essendo dei buoni inibitori di corrosione, presentano problemi di tossicità e di cattivo odore, inaccettabile in fase di produzione dell’imballaggio contenente la miscela. La tesi è strutturata in quattro capitoli: nel primo sono richiamati i principi base di corrosione e le principali caratteristiche della corrosione atmosferica; nel secondo è fornita una panoramica generale sugli inibitori di corrosione e sul loro meccanismo di azione; il terzo capitolo riporta le condizioni di prova e descrive l’apparecchiatura utilizzata; l’ultima parte riporta i risultati ottenuti e le principali conclusioni sulla sperimentazione effettuata.