Dr. Preppers besonderer Gast: Tom Swan von MTEST

Häufige Mythen über Salze, Chloride und Beschichtungen

Dr. Prepper lädt regelmäßig Spezialisten für Oberflächenvorbereitung, Beschichtung und Korrosionsschutz ein, um ihr Wissen und ihre Erfahrungen zu teilen. In dieser Ausgabe treffen Sie Tom Swan, General Manager von MTEST (MontiPower–Test Equipment & Specialty Tool) mit Sitz in Houston, Texas.

Tom leitet MTEST seit seiner Gründung im Jahr 2009 und verfügt über langjährige Erfahrung in der Arbeit mit Beschichtungen, Korrosionsschutz und Integritätsmanagement. Er ist ein anerkannter Branchenführer und Experte für Prüf- und Inspektionsgeräte.

Tom ist Mitglied der Houston Coating Society, SSPC und NACE und wird in der Region Houston und darüber hinaus für sein Wissen und seine fundierten Ratschläge sehr geschätzt.

Heute wird Tom seine Gedanken zu bestimmten populären Überzeugungen – den sogenannten häufigen Mythen – über Salze, Chloride und Beschichtungen mit uns teilen.

Das reguläre RED PAPER von MontiPower^®. Voller wissenswerter – und notwendiger – Fakten über die optimale Oberflächenvorbereitung seit 1987.

Im Laufe der Jahre wurde viel über Salze und Chloride geschrieben. Vieles davon ist wahr, manchmal ist es irreführend, aber manchmal ist es einfach nur falsch.

Heute werden Tom und Dr. Prepper den Marketing-Hype durchbrechen, um Fakten von Fiktion zu trennen und die Wahrheit zu teilen.

WARNUNG

AN FACHLEUTE, DIE IN DER OBERFLÄCHENVORBEREITUNG, KORROSIONSPRÄVENTION UND BESCHICHTUNGSINDUSTRIE TÄTIG SIND: Schauen Sie über das Marketing hinaus, um Fakten von Fiktion zu trennen.

DR. PREPPER: „Tom, Sie haben erwähnt, dass in vielen Artikeln und Spezifikationen die Begriffe „Salz“ und „Chlorid“ austauschbar verwendet werden. Warum ist das ein Problem?" TOM: Obwohl die meisten Salze auf Metall- oder Betonoberflächen im Allgemeinen Chloridsalze sind, enthalten nicht alle Salze Chlorid. Im Feld ist der einzige Weg, „Salz“ zu bestimmen, die Leitfähigkeit zu messen und die Gesamtsalze oder die gesamten gelösten Feststoffe (TDS) abzuschätzen. Der einzige Weg, das Chloridanion zu messen, ist die Verwendung eines chloridspezifischen Tests.

Um zu bestimmen, welcher Test für ein Projekt am besten geeignet ist, müssen wir das spezifische Konzept der „unsichtbaren Oberflächenkontamination“ verstehen.

Was ist ein Salz?

DR. PREPPER: „Was ist der Unterschied zwischen einem Chlorid und einem Salz, Tom?" TOM: Nun, der erste Schritt ist zu verstehen, was ein Salz ist. Salze werden oft als Moleküle bezeichnet. Tatsächlich sind Salze keine Moleküle, sondern sollten eigentlich „Formeleinheiten“ genannt werden. Das macht Sinn, wenn wir die Gitterstruktur eines Salzkristalls betrachten.

Betrachten wir einen Natriumchlorid-Kristall (NaCl) (Abbildung 1).

(Abbildung 1)

Abbildung 1 zeigt, dass jedes Chloridion durch starke elektrostatische Ladungen, sogenannte Ionenbindungen, an vier (sechs bei einem kubisch-flächenzentrierten Gitter) Natriumionen gebunden ist. Jedes Natriumion ist ebenfalls durch Ionenbindungen an vier andere Chloridionen gebunden.

Da kein einzelnes Ion an ein anderes Ion gebunden ist, handelt es sich hier nicht um ein Molekül, sondern um ein Gitter aus 1 Chloridanion (Cl–) zu 1 Natriumkation (Na+) oder NaCl. Salze bestehen typischerweise aus einem Metallatom (Kation) und einem Nichtmetallatom (Anion), die durch Ionenbindungen verbunden sind. Andere Salze enthalten zwei Nichtmetallatome (Ammoniumchlorid)

) oder zwei Metallatome (Calciumplumbat [CaO3Pb]).

DR. PREPPER: „Unsere Branche wurde mit Artikeln über Chloride und Salze überschwemmt, die darauf hindeuten, dass einige schlimmer sind als andere, wenn es um osmotische Blasenbildung geht (z.B. Chlorid, Sulfat und Nitrat sind schlecht).

Können Sie uns ein paar Begriffe erklären, die in diesen Artikeln verwendet werden, Tom?"

TOM: Gerne. Lösung

• Eine Lösung besteht aus einem Lösungsmittel und einem gelösten Stoff. Für die vorliegenden Zwecke ist das Lösungsmittel Wasser und der gelöste Stoff die wasserlösliche Substanz auf der Oberfläche unter der Farbe.

Osmose

• Dies ist eine kolligative Eigenschaft von Lösungen, die von der Anzahl der Partikel oder Ionen in einem bestimmten Volumen des Lösungsmittels abhängt, nicht von der Masse oder dem Typ der Partikel oder Ionen.
• Osmose ist unabhängig von der chemischen Natur des gelösten Stoffes, aber sehr abhängig vom Lösungsmittel. Was gelöst ist, können Ionen, Lösungsmittel oder organische Stoffe wie Zucker sein.

Osmotischer Druck

• Der osmotische Druck hängt von der Anzahl der gelösten Partikel oder Ionen ab, nicht von der chemischen Natur des gelösten Stoffes.
• Der Typ des gelösten Stoffes ist also nicht wichtig. Andererseits ist der Typ des Lösungsmittels wichtig. Dies wird weiter unten ausführlicher beschrieben.

Betrachten wir also 5 häufige Mythen oder populäre Überzeugungen in unserer Branche, die wir oft hören.

Mythos #1: „Chloridsalze ziehen Wasser durch Membranen“

Viele Branchenartikel deuten darauf hin, dass einige chloridhaltige Salze hygroskopisch sind und daher schlimmer sind als andere, wenn es darum geht, osmotische Blasen zu verursachen. Dem Mythos zufolge zieht das hygroskopische Chloridanion, im Allgemeinen in Form von NaCl, Wasser durch die Beschichtung und lässt eine osmotische Zelle wachsen.

TOM: DAS IST FALSCH.

Die Wahrheit ist, dass Chloridsalze kein Wasser durch die Beschichtung ziehen. Die Lösung auf einer Seite der Beschichtung kann nicht direkt erkennen, was sich auf der anderen Seite befindet, es sei denn, es gibt eine Beschädigung oder ein Loch in der Beschichtung. Darüber hinaus ist das Salz, das normalerweise als Problem genannt wird, NaCl, im Vergleich zu vielen anderen Salzen nicht besonders hygroskopisch.

Das wundersame Verhalten von Wassermolekülen

Eine Beschichtung gilt als semipermeabel, was bedeutet, dass sie kleine Moleküle (Wasser) durchlässt, aber größere Moleküle (Anionen und Kationen) nicht durchlässt. Wenn Wasser auf der Oberfläche der Beschichtung ist, wandern kleine Mengen als einzelne Moleküle durch die Beschichtung. Wenn diese Moleküle das Substrat unter der Beschichtung erreichen und die Oberfläche sauber ist, setzen die Wassermoleküle ihren Weg fort. Wenn das Wasser die Oberfläche erreicht und auf lösliche Salze trifft, löst es alle löslichen Salze oder andere wasserlösliche Materialien auf, um eine Lösung zu bilden.

Die gelösten Partikel senken den Dampfdruck der Lösung, was verhindert, dass die Flüssigkeit die Lösung verlässt, und eine treibende Kraft (osmotischer Druck) von der Seite mit höherem Dampfdruck (die Flüssigkeit außerhalb der Beschichtung) zu der Seite mit niedrigerem Dampfdruck (die Lösung unter der Beschichtung) erzeugt. Der osmotische Druck wird durch die Beziehung der beiden Lösungen bestimmt, die durch die semipermeable Membran (die Beschichtung) getrennt sind.

DR. PREPPER:

Sie sagen also, Tom, dass die Anzahl der Ionen in der Lösung, oder die molare Konzentration, den osmotischen Druck bestimmt, nicht die Zusammensetzung der Ionen?

TOM: Das stimmt, Dr. Prepper. Lösliche Salzionen wie Na+ und Cl- oder lösliche organische Stoffe wie Zucker oder Lösungsmittel. ^1-3 Wichtig ist: Der gelöste Stoff hat keinen Einfluss auf die Osmose. Es muss nicht einmal ein Salz sein. Wiederum zählt die Anzahl der gelösten Partikel. Die osmotische Theorie, die diese Blasenbildung von Beschichtungen behandelt, gilt nur bei extremer Verdünnung, daher ist die Theorie für diese Diskussion gültig.

Während die Natur des gelösten Stoffes keinen Einfluss auf die Osmose hat, hat sie jedoch einen Einfluss auf die Bildung einer Korrosionszelle. Wenn der gelöste Stoff ionisch ist, ist die Flüssigkeit unter der Beschichtung ein Elektrolyt und bildet eine Korrosionszelle. Der gelöste Stoff beeinflusst die Stärke der Korrosionszelle. Wenn in der Lösung vorhandene Salze den pH-Wert sauer machen, ist die Korrosionszelle korrosiver, als wenn die Lösung basisch ist.

Mythos #2: „Chemische Zusätze sind notwendig, um wasserlösliche Salze zu entfernen“

DR. PREPPER: Das führt zu meiner nächsten Frage. Wir hören in unserer Branche oft, dass der einzige Weg, wasserlösliche Salze vollständig zu entfernen, mit chemischen Zusätzen ist. Diese populäre Überzeugung führt uns zu einer Diskussion über die Rolle von Chemikalien bei der Reduzierung wasserlöslicher Salze oder Chloridkontaminationen. TOM: DAS IST FALSCH

In den meisten Situationen reicht der Einsatz von Hochdruckwasser aus, um Salze auf ein ausreichend niedriges Niveau zu reduzieren, um das Extraktionskriterium zu erfüllen. Es ist wichtig, Wasser guter Qualität zu verwenden, um eine weitere Kontamination der Oberfläche zu verhindern. Die meisten Trinkwasser sind akzeptabel, Feuerlöschwasser oder Meerwasser in der Regel nicht. Ziel ist es, dass die Oberfläche am Ende des Waschzyklus das Extraktionskriterium erfüllt.

Druckwasser reinigt eine Oberfläche besser, als wenn man einfach einen Eimer Wasser darüber gießt.

Die auf Druckwasser übertragene Energie hilft, die Oberflächenspannung des Wassers zu brechen, damit es die Oberfläche effektiver benetzt. Typischerweise löst Wasser mit höherer Reinheit mehr Salze. Die Zugabe eines Tensids (Klarspüler) zum Waschwasser kann dessen Effizienz erhöhen, ähnlich wie die Zugabe von Spülmittel zu einem Geschirrspüler hilft, das Geschirr zu reinigen.

Wenn die Qualität des Waschwassers abnimmt oder die Oberfläche korrodiert oder narbig ist, können Oberflächenreiniger (Klarspüler) helfen, die Salze zu entfernen. Wenn jedoch das Waschwasser zu stark verschmutzt ist, hilft selbst das Vorhandensein der Chemikalien nicht, die Oberfläche zu reinigen. In einigen Fällen können sie bei falscher Verwendung sogar die Kontamination erhöhen. Nach dem Waschen sollte die Oberfläche auf die Salzmenge getestet werden.

Alle Reiniger wirken im Allgemeinen auf die gleiche Weise

DR. PREPPER: KÖNNEN SIE ERKLÄREN, WIE REINIGER AUF OBERFLÄCHEN WIRKEN? TOM: Um die Salze zu entfernen, muss das Lösungsmittel (Wasser) den gelösten Stoff (die Salze) erreichen. Es ist notwendig, dass der Reiniger die Oberflächenspannung des Wassers reduziert, um die Salze besser zu erreichen. Das Tensid in den Spülmitteln ermöglicht zusammen mit dem Druckwasser, dass das Wasser die Salze besser erreicht, die dann vom Wasser in die Lösung gezogen werden. Dies hilft auch, unlösliche Partikel sowie leichte Öle und Fette zu entfernen.

Deshalb erfordern die meisten Salzentfernungsprodukte die Verwendung von Hochdruckwasser. Im Allgemeinen gilt: Je höher der Druck, desto effizienter ist der Waschvorgang.

 

 

Der einzige Weg, um sicherzustellen, dass die Oberfläche salzfrei ist, selbst nach der Reinigung, ist ein Leitfähigkeitstest.

Mythos #3: „Nur säurebasierte Reiniger entfernen Chlorid, Sulfat oder Nitrat“

DR. PREPPER: Ich habe einige Artikel gelesen, die darauf hindeuten, dass der einzige wirksame Weg, chlorid-, sulfat- oder nitrathaltige Salze zu entfernen, die Verwendung von säurebasierten Reinigern ist. TOM: DAS IST EIN MYTHOS.

Es gibt verschiedene Produkte auf dem Markt, die Salze von Stahl entfernen. Saure, neutrale und basische Reiniger können alle effektiv eingesetzt werden.

Was wir aus der Kennedy Space Center Studie gelernt haben

Eine zweijährige Studie des Kennedy Space Center verglich vier Reiniger, die zur Entfernung von Chloridionen entwickelt wurden. Die Reiniger waren allesamt handelsübliche Produkte, die allgemein als chemische Spülmittel (CRAs) bezeichnet wurden und bereits zur Reinigung von Flugzeugen eingesetzt wurden.

Diese CRAs umfassten saure (Anfangs-pH = 3,5), neutrale und basische (Anfangs-pH = 9,0) Reiniger.

Die Forscher spülten verschiedene Metallproben und ließen sie an einem Strand trocknen. Vergleiche wurden zwischen Proben durchgeführt, die mit demineralisiertem Wasser, Meerwasser gespült wurden, und einigen, die nicht gespült wurden. Die Forscher fanden heraus, dass der pH-Wert des Reinigers keinen Einfluss darauf hatte, wie gut sie Salze von Stahl entfernten, um atmosphärische Korrosion zu stoppen. Säurebasierte Reiniger sind ionisch. Sobald sie zur Entfernung der Salze verwendet werden, müssen die Reiniger selbst vom Stahl entfernt werden, da sie ebenfalls Salze sind. Wenn der Reiniger beim Lackieren noch auf der Oberfläche vorhanden ist, kann er eine korrosive Lösung bilden.

Alkalische Reiniger basieren im Allgemeinen auf Aminen. Sie sind nichtionisch und tragen wenig oder gar keine Leitfähigkeit zum Waschwasser bei. Einige, wie HoldTight^®102, sind zu 100 % flüchtig und verdampfen mit dem Wasser von der Oberfläche. Sollten Rückstände des Klarspülers zurückbleiben, bildet sich eine Korrosionszelle, aber da die Lösung basischer wird, hemmt oder reduziert sie die Korrosion.

Mythos #4: „Die Prüfung auf Chlorid-, Sulfat- und Nitrationen gewährleistet eine salzfreie Oberfläche“

DR. PREPPER:

Diese weit verbreitete Annahme besagt im Wesentlichen, dass es ausreicht, auf das Vorhandensein der drei häufigsten Salze zu testen, wenn man eine salzfreie Oberfläche gewährleisten möchte. Was ist Ihre Meinung?

TOM: Da Chlorid-, Sulfat- und Nitrationen den Großteil der vorhandenen Salze ausmachen, sind sie im Allgemeinen ein guter Indikator für auf einer bestimmten Oberfläche verbliebene Salze, und tatsächlich erfordern viele Spezifikationen die Prüfung auf eines oder mehrere dieser Ionen.

Wenn das Hauptproblem chloridhaltige Streusalze sind, wird die Prüfung auf Chlorid wahrscheinlich die meisten dieser Ionen finden – es kann aber auch nicht so sein.

Säurebasierte Reiniger beispielsweise enthalten andere Salze, die die Oberfläche während der Reinigung verunreinigen können. Sie enthalten jedoch keine Cl-, SO4- oder NO2-Ionen. Bei nichtionischen Reinigern ist dies kein Problem.

Wie bereits erwähnt, ist der einzige Weg, um sicherzustellen, dass Ihre Oberfläche salzfrei ist, selbst nach der Reinigung, die Durchführung eines Leitfähigkeitstests.

Gibt es keine Leitfähigkeit, sind keine Chlorid-, Sulfat-, Nitrat- oder andere Ionen auf der Oberfläche vorhanden. Und genau deshalb erfordern die europäischen Normen und die Normen der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation (IMO) Leitfähigkeitsprüfungen.

Mythos #5:

DR. PREPPER:

Ich habe gehört, dass „Amin-basierte Reiniger keine Salze entfernen, sondern sie maskieren“. Stimmt das?

Es wird oft behauptet, dass einige Reiniger Salze maskieren können, sodass sie bei Tests nicht erkannt werden.

 

Dies könnte beides sein

WAHR ODER FALSCH,

abhängig von der Chemie des Reinigers TOM: ES HÄNGT DAVON AB. Ob ein Reiniger bestimmte Salze maskiert, hängt wirklich von der Chemie des Reinigers ab.

Einige Inhibitoren wirken, indem sie eine Barriereschicht auf der Oberfläche bilden, so dass Sauerstoff und Wasser nicht leicht durch die Barriere wandern können. Ein häufiges Beispiel ist die Verwendung von Phosphorsäure (H3PO4) oder Phosphaten zur Bildung von Eisenphosphat auf der Oberfläche.

Phosphatieren von Stahl ist eine anerkannte Praxis. Im Allgemeinen beinhaltet dies die Verwendung einer Säure, um mit dem Stahl zu reagieren oder ihn zu ätzen, um eine wasserunlösliche Salzbeschichtung zu erzeugen.

Andere basische Inhibitoren könnten Barrieren aus Eisenoxid oder Eisenhydroxid (FeHO2) bilden, indem sie mit einem wasserlöslichen Eisensalz reagieren, um eine wasserunlösliche Salzschicht zu bilden. Die Barriere würde Salze maskieren, wenn sie auf dem Stahl unter der Barriere vorhanden wären.

Amine können jedoch so formuliert werden, dass sie viele verschiedene Eigenschaften haben, einschließlich der aromatischen. Da sie nichtionisch sind, sind Produkte wie HoldTight®102 aromatische Amine und hinterlassen keinen Film, der Salze auf Oberflächen maskiert. Sie fügen der gereinigten Oberfläche keine Salze hinzu oder bilden keine undurchdringliche Hydroxylschicht auf dem Stahl.

Toms Schlussfolgerungen:

DR. PREPPER:

Vielen Dank, Tom, dass Sie Fakten und Fiktion für uns auseinandergenommen haben. Noch ein paar abschließende Worte?

TOM: Häufige Mythen oder populäre Branchenüberzeugungen existieren aufgrund unterschiedlicher Erfahrungen und unterschiedlicher Agenden, sei es aus wissenschaftlichen oder marketingtechnischen Gründen. Nur weil es gedruckt ist, ist es nicht wahr. Viele Beschichtungs- und Korrosionsartikel basieren nicht auf originärer Forschung, sondern auf früheren Artikeln.

Oft werden Teile von Artikeln oder Fachaufsätzen aus dem Zusammenhang gerissen zitiert, was die Bedeutung des Originaltextes falsch wiedergibt.

Fehler aus einem Artikel werden an nachfolgende Artikel weitergegeben!

Manche Artikel sind eine Mischung aus persönlicher Meinung, praktischer Beobachtung, Marketing-Hype mit wenig oder keiner professionellen Peer-Review. Wenn wir es oft genug sagen, wird aus einem Mythos die Wahrheit.

DR. PREPPER: Es klingt, als könnten diese Artikel irreführend sein. Aber Wissen ist Macht. TOM: Das ist richtig! Es ist an der Zeit, das alte Chemiebuch abzustauben. Wenn Referenzen angegeben sind, nehmen Sie sich die Zeit, sie zu überprüfen. Glauben Sie nichts, nur weil es jemand in einem Vortrag gesagt oder in einem Artikel gedruckt hat.

Apropos;

Hier sind unsere Referenzen:

1. C.Hare, JPCL 10 (2007): S.77
2. C.Hare, JPCL 2 (1998): S. 45-63
3. C.Hare, JPCL 3 (1998): S. 17-34

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