Speciale gast van Dr. Prepper: Tom Swan van MTEST

Veelvoorkomende mythes over zouten, chloriden en coatings

Dr. Prepper nodigt regelmatig specialisten in oppervlaktevoorbereiding, coating en corrosiebescherming uit om hun kennis en ervaring te delen. In deze editie maak je kennis met Tom Swan, General Manager van MTEST (MontiPower–Test Equipment & Specialty Tool), gevestigd in Houston, Texas.

Tom leidt MTEST sinds de oprichting in 2009 en heeft jarenlange ervaring met coatings, corrosiebeheersing en integriteitsmanagement. Hij is een erkende autoriteit in de branche en expert op het gebied van test- en inspectieapparatuur.

Tom is lid van de Houston Coating Society, SSPC en NACE en wordt in de regio Houston en daarbuiten zeer gewaardeerd om zijn kennis en verstandige adviezen.

Vandaag deelt Tom met ons zijn gedachten over bepaalde populaire opvattingen – oftewel veelvoorkomende mythes – over zouten, chloriden en coatings.

De vaste RED PAPER van MontiPower^®. Vol met wetenswaardige – en noodzakelijke – feiten over de meest optimale oppervlaktevoorbereiding sinds 1987.

Er is in de loop der jaren veel geschreven over zouten en chloriden. Veel daarvan klopt, soms is het misleidend, maar soms is het ronduit onjuist.

Vandaag prikken Tom en Dr. Prepper door de marketinghype heen om feit van fictie te scheiden en de waarheid te delen.

WAARSCHUWING

AAN PROFESSIONALS IN DE OPPERVLAKTEVOORBEREIDING, CORROSIEPREVENTIE EN COATINGINDUSTRIE: Kijk verder dan de marketing om feit van fictie te scheiden.

DR. PREPPER: "Tom, je gaf aan dat in veel artikelen en specificaties de termen “zout” en “chloride” door elkaar worden gebruikt. Waarom is dat een probleem?" TOM: Hoewel de meeste zouten op metalen of betonnen oppervlakken over het algemeen chloridezouten zijn, bevatten niet alle zouten chloride. In het veld is de enige manier om “zout” te bepalen het meten van de geleidbaarheid en het benaderen van de totale hoeveelheid zouten of opgeloste vaste stoffen (TDS). De enige manier om het chloride-anion te meten is met een chloridespecifieke test.

Om te bepalen welke test het meest geschikt is voor een project, moeten we het specifieke begrip “onzichtbare oppervlakteverontreinigingen” begrijpen.

Wat is een zout?

DR. PREPPER: "Wat is het verschil tussen een chloride en een zout, Tom?" TOM: De eerste stap is begrijpen wat een zout is. Zouten worden vaak moleculen genoemd. In feite zijn zouten geen moleculen, maar zouden ze eigenlijk “formule-eenheden” moeten heten. Dat wordt duidelijk als we naar de roosterstructuur van een zoutkristal kijken.

Laten we een natriumchloridekristal (NaCl) bekijken (figuur 1).

(Figuur 1)

Figuur 1 laat zien dat elk chloride-ion via sterke elektrostatische krachten, ionbindingen genoemd, aan vier (zes bij een kubisch vlakgecentreerd rooster) natriumionen is gebonden. Elk natriumion is op zijn beurt via ionbindingen aan vier andere chloride-ionen gebonden.

Omdat geen enkel ion aan één specifiek ander ion vastzit, is dit geen molecuul maar een rooster van 1 chloride-anion (Cl–) op 1 natriumkation (Na+), oftewel NaCl. Zouten bestaan doorgaans uit een metaalatoom (kation) en een niet-metaalatoom (anion) die door ionbindingen zijn verbonden. Andere zouten bevatten twee niet-metaalatomen (ammoniumchloride

) of twee metaalatomen (calciumplumbaat [CaO3Pb]).

DR. PREPPER: "Onze branche wordt overspoeld met artikelen over chloride en zouten die suggereren dat sommige erger zijn dan andere als het om osmotische blaarvorming gaat (bijv. chloride, sulfaat en nitraat zijn slecht).

Kun je een paar termen uit die artikelen toelichten, Tom?"

TOM: Zeker. Oplossing

• Een oplossing bestaat uit een oplosmiddel en een opgeloste stof. In deze context is het oplosmiddel water en is de opgeloste stof de wateroplosbare substantie op het oppervlak onder de verf.

Osmose

• Dit is een colligatieve eigenschap van oplossingen die afhangt van het aantal deeltjes of ionen in een bepaald volume oplosmiddel, niet van de massa of het soort deeltjes of ionen.
• Osmose is onafhankelijk van de chemische aard van de opgeloste stof, maar sterk afhankelijk van het oplosmiddel. Wat opgelost is, kunnen ionen, oplosmiddelen of organische stoffen zoals suiker zijn.

Osmotische druk

• Osmotische druk hangt af van het aantal opgeloste deeltjes of ionen, niet van de chemische aard van de opgeloste stof.
• Het soort opgeloste stof is dus niet belangrijk. Het soort oplosmiddel daarentegen wel. Dit wordt hieronder nader toegelicht.

Laten we daarom 5 veelvoorkomende mythes of populaire opvattingen in onze branche bekijken die we vaak horen herhalen.

Mythe #1: ‘Chloridezouten trekken water door membranen’

Veel vakartikelen suggereren dat sommige zouten met chloride-anionen hygroscopisch zijn en daardoor erger dan andere als het gaat om het veroorzaken van osmotische blaren. Volgens de mythe trekt het hygroscopische chloride-anion, meestal in de vorm van NaCl, water door de coating, waardoor een osmotische cel groeit.

TOM: DIT IS ONJUIST.

De waarheid is dat chloridezouten geen water door de coating trekken. De oplossing aan de ene kant van de coating kan niet direct waarnemen wat zich aan de andere kant bevindt, tenzij er een breuk of gat in de coating zit. Bovendien is het zout dat doorgaans als probleem wordt genoemd, NaCl, in vergelijking met veel andere zouten niet bijzonder hygroscopisch.

Het wonderbaarlijke gedrag van watermoleculen

Een coating wordt als semipermeabel beschouwd, wat betekent dat kleine moleculen (water) erdoorheen kunnen, maar grotere deeltjes (anionen en kationen) niet. Wanneer er water op het oppervlak van de coating staat, migreren kleine hoeveelheden als afzonderlijke moleculen door de coating. Wanneer deze moleculen het substraat onder de coating bereiken en het oppervlak schoon is, gaan de watermoleculen gewoon verder. Treft het water op het oppervlak echter oplosbare zouten aan, dan lost het deze zouten of andere wateroplosbare stoffen op en vormt het een oplossing.

De opgeloste deeltjes verlagen de dampdruk van de oplossing, waardoor de vloeistof de oplossing niet kan verlaten en er een drijvende kracht (osmotische druk) ontstaat van de kant met de hogere dampdruk (de vloeistof buiten de coating) naar de kant met de lagere dampdruk (de oplossing onder de coating). De osmotische druk wordt bepaald door de verhouding tussen de twee oplossingen die door het semipermeabele membraan (de coating) van elkaar gescheiden zijn.

DR. PREPPER:

Dus Tom, je zegt dat het aantal ionen in de oplossing, oftewel de molaire concentratie, bepaalt hoe groot de osmotische druk is, en niet de samenstelling van de ionen?

TOM: Dat klopt, Dr. Prepper. Oplosbare zoutionen zoals Na+ en Cl- of oplosbare organische stoffen zoals suikers of oplosmiddelen. ^1-3 Het belangrijkste om te onthouden is: de opgeloste stof heeft geen invloed op osmose. Het hoeft niet eens een zout te zijn. Nogmaals, waar het om gaat is het aantal opgeloste deeltjes. De osmotische theorie die deze blaarvorming van coatings beschrijft, geldt alleen bij extreme verdunning, dus de theorie is geldig voor deze discussie.

Hoewel de aard van de opgeloste stof geen invloed heeft op osmose, heeft die wel invloed op het ontstaan van een corrosiecel. Als de opgeloste stof ionisch is, wordt de vloeistof onder de coating een elektrolyt en ontstaat er een corrosiecel. De opgeloste stof bepaalt de sterkte van de corrosiecel. Als de zouten in de oplossing de pH zuur maken, is de corrosiecel corrosiever dan wanneer de oplossing basisch is.

Mythe #2: 'Chemische additieven zijn nodig om wateroplosbare zouten te verwijderen'

DR. PREPPER: Dat brengt me bij mijn volgende vraag. In onze branche horen we vaak dat wateroplosbare zouten alleen met chemische additieven volledig te verwijderen zijn. Deze populaire opvatting leidt ons naar een discussie over de rol van chemicaliën bij het verminderen van verontreiniging met wateroplosbare zouten of chloride. TOM: DIT IS ONJUIST

In de meeste situaties volstaat het gebruik van hogedrukwater om zouten te verwijderen tot een niveau dat laag genoeg is om aan het extractiecriterium te voldoen. Het is belangrijk om water van goede kwaliteit te gebruiken om verdere verontreiniging van het oppervlak te voorkomen. Het meeste drinkwater is geschikt; bluswater of zeewater in het algemeen niet. Het doel is dat het oppervlak aan het einde van de wascyclus aan het extractiecriterium voldoet.

Water onder druk reinigt een oppervlak beter dan er simpelweg een emmer water overheen gieten.

De energie die aan het water onder druk wordt meegegeven, helpt de oppervlaktespanning van het water te doorbreken, zodat het het oppervlak effectiever bevochtigt. Doorgaans lost zuiverder water meer zouten op. Het toevoegen van een oppervlakteactieve stof (naspoelmiddel) aan het waswater kan de efficiëntie verhogen, net zoals het toevoegen van zeep in een vaatwasser helpt de vaat schoon te krijgen.

Naarmate de kwaliteit van het waswater afneemt, of als het oppervlak gecorrodeerd of aangevreten is, kunnen oppervlaktereinigers (naspoelmiddelen) helpen de zouten te verwijderen. Is het waswater echter te sterk verontreinigd, dan helpen zelfs de chemicaliën niet meer om het oppervlak te reinigen. In sommige gevallen kan het verkeerde reinigingsmiddel de verontreiniging zelfs vergroten. Na het wassen moet het oppervlak worden getest om de hoeveelheid zouten erop te meten.

Alle reinigingsmiddelen werken in grote lijnen op dezelfde manier

DR. PREPPER: KUN JE UITLEGGEN HOE REINIGINGSMIDDELEN OP OPPERVLAKKEN WERKEN? TOM: Om de zouten te verwijderen, moet het oplosmiddel (water) de opgeloste stof (de zouten) bereiken. Het reinigingsmiddel moet de oppervlaktespanning van het water verlagen, zodat de zouten beter bereikbaar zijn. De oppervlakteactieve stof in de naspoelmiddelen zorgt er samen met het water onder druk voor dat het water de zouten beter bereikt, waarna die door het water in oplossing worden gebracht. Dit helpt ook om onoplosbare deeltjes en lichte olie en vet te verwijderen.

Daarom vereisen de meeste producten voor zoutverwijdering het gebruik van hogedrukwater. Over het algemeen geldt: hoe hoger de druk, hoe efficiënter de wasbeurt.

 

 

De enige manier om zeker te weten dat het oppervlak zoutvrij is, zelfs na reiniging, is het uitvoeren van een geleidbaarheidstest.

Mythe #3: ‘Alleen zuurhoudende reinigingsmiddelen verwijderen chloride, sulfaat of nitraat’

DR. PREPPER: Ik heb een paar artikelen gelezen die suggereren dat zuurhoudende reinigingsmiddelen de enige effectieve manier zijn om chloride-, sulfaat- of nitraathoudende zouten te verwijderen. TOM: DIT IS EEN MYTHE.

Er zijn diverse producten op de markt die zouten van staal verwijderen. Zure, neutrale en basische reinigingsmiddelen kunnen allemaal effectief worden ingezet.

Wat we leerden van het onderzoek van het Kennedy Space Center

In een tweejarig onderzoek van het Kennedy Space Center werden vier reinigingsmiddelen vergeleken die zijn samengesteld om chloride-ionen te verwijderen. Het ging allemaal om standaard verkrijgbare producten, in het algemeen chemische naspoelmiddelen (CRA's) genoemd, die al werden gebruikt voor het afspoelen van vliegtuigen.

Deze CRA's omvatten zure (initiële pH = 3,5), neutrale en basische (initiële pH = 9,0) reinigingsmiddelen.

De onderzoekers spoelden diverse metalen proefplaatjes af en lieten ze drogen in een strandblootstelling. Er werden vergelijkingen gemaakt tussen proefplaatjes die met gedemineraliseerd water of zeewater waren afgespoeld en plaatjes die niet waren afgespoeld. De onderzoekers stelden vast dat de pH van het reinigingsmiddel geen invloed had op hoe goed het zouten van staal verwijderde om atmosferische corrosie te stoppen. Zuurhoudende reinigingsmiddelen zijn ionisch. Nadat ze zijn gebruikt om de zouten te verwijderen, moeten de reinigingsmiddelen zelf van het staal worden verwijderd, omdat ook zij zouten zijn. Als het reinigingsmiddel nog op het oppervlak aanwezig is wanneer dit wordt geschilderd, kan het een corrosieve oplossing vormen.

Alkalische reinigingsmiddelen zijn doorgaans op basis van aminen. Ze zijn niet-ionisch en dragen weinig of niets bij aan de geleidbaarheid van het waswater. Sommige, zoals HoldTight^®102, zijn 100% vluchtig en verdampen samen met het water van het oppervlak. Mocht er toch residu van het naspoelmiddel achterblijven, dan ontstaat er een corrosiecel, maar naarmate de oplossing basischer wordt, remt of vermindert dit de corrosie.

Mythe #4: ‘Testen op chloride-, sulfaat- en nitraationen garandeert een zoutvrij oppervlak’

DR. PREPPER:

Deze gangbare opvatting komt erop neer dat het, als je een zoutvrij oppervlak wilt garanderen, voldoende is om te testen op de aanwezigheid van de drie meest voorkomende zouten. Wat is je mening?

TOM: Omdat chloride-, sulfaat- en nitraationen het merendeel van de aanwezige zouten vertegenwoordigen, zijn ze over het algemeen een goede indicator voor de zouten die op een bepaald oppervlak achterblijven, en veel specificaties schrijven inderdaad testen op een of meer van deze ionen voor.

Als de grootste zorg chloridehoudend strooizout is, zal een chloridetest waarschijnlijk het merendeel van deze ionen aantonen – maar mogelijk ook niet.

Zuurhoudende reinigingsmiddelen bevatten bijvoorbeeld andere zouten, die het oppervlak tijdens het reinigen kunnen verontreinigen. Ze bevatten echter geen Cl-, SO4- of NO2-ionen. Bij niet-ionische reinigingsmiddelen speelt dit probleem niet.

Zoals we eerder al aangaven, is de enige manier om zeker te weten dat je oppervlak zoutvrij is, zelfs na reiniging, het uitvoeren van een geleidbaarheidstest.

Is er geen geleidbaarheid, dan zijn er geen chloride-, sulfaat-, nitraat- of andere ionen op het oppervlak aanwezig. En dat is precies waarom de Europese normen en de normen van de International Marine Organization (IMO) geleidbaarheidstesten voorschrijven.

Mythe #5:

DR. PREPPER:

Ik heb gehoord dat 'reinigingsmiddelen op aminebasis zouten niet verwijderen, maar maskeren'. Klopt dat?

Er wordt vaak beweerd dat sommige reinigingsmiddelen zouten kunnen maskeren, zodat ze bij het testen niet worden gedetecteerd.

 

Dit kan zowel

FEIT ALS FICTIE zijn,

afhankelijk van de chemie van het reinigingsmiddel TOM: DAT HANGT ERVAN AF. Of een reinigingsmiddel bepaalde zouten maskeert, hangt echt af van de chemie van het reinigingsmiddel.

Sommige inhibitoren werken door een barrièrelaag op het oppervlak te vormen, zodat zuurstof en water niet gemakkelijk door de barrière kunnen migreren. Een bekend voorbeeld is het gebruik van fosforzuur (H3PO4) of fosfaten om ijzerfosfaat op het oppervlak te vormen.

Het fosfateren van staal is een geaccepteerde praktijk. In het algemeen houdt dit in dat een zuur met het staal reageert of het etst, waardoor een wateronoplosbare zoutlaag ontstaat.

Andere basische inhibitoren kunnen barrières van ijzeroxide of ijzerhydroxide (FeHO2) vormen door te reageren met een wateroplosbaar ijzerzout, waardoor een wateronoplosbare zoutlaag ontstaat. Deze barrière zou zouten maskeren als die op het staal onder de barrière aanwezig waren.

Aminen, derivaten van ammoniak (NH3), zijn zwakke basen en worden vaak genoemd als filmvormend product dat zouten kan maskeren. Die formulering is echter misleidend; sommige aminen zijn zo samengesteld dat ze een stabiele hydrofobe film op het metaaloppervlak vormen die water afstoot. Dit soort aminen wordt vaak in de waterbehandelingsindustrie gebruikt om corrosie te remmen. Ook hier geldt dat de aminebarrière de zouten eronder zou kunnen maskeren als die zouten op het staal aanwezig waren.

Aminen kunnen echter met veel verschillende eigenschappen worden geformuleerd, waaronder aromatisch. Omdat ze niet-ionisch zijn, zijn producten zoals HoldTight®102 aromatische aminen die geen film achterlaten die zouten op oppervlakken maskeert. Ze voegen geen zouten toe aan het gereinigde oppervlak en vormen geen ondoordringbare hydroxyllaag op het staal.

Conclusies van Tom:

DR. PREPPER:

Bedankt dat je feit en fictie voor ons hebt ontrafeld, Tom. Nog een laatste woord?

TOM: Veelvoorkomende mythes of populaire opvattingen in de branche bestaan door verschillende ervaringen en verschillende agenda's, of het nu om wetenschappelijke of om marketingredenen gaat. Dat iets gedrukt staat, maakt het nog niet waar. Veel artikelen over coating en corrosie zijn niet gebaseerd op origineel onderzoek, maar op eerdere artikelen.

Vaak worden delen van artikelen of technische publicaties buiten hun context geciteerd, waardoor de betekenis van de oorspronkelijke tekst verkeerd wordt weergegeven.

Fouten uit het ene artikel worden doorgegeven aan volgende artikelen!

Sommige artikelen zijn een mix van persoonlijke mening, praktische observatie en marketinghype, met weinig of geen professionele peerreview. Als we iets maar vaak genoeg zeggen, wordt een mythe verdraaid tot waarheid.

DR. PREPPER: Het klinkt alsof die artikelen misleidend kunnen zijn. Maar kennis is macht. TOM: Precies! Het is tijd om dat oude scheikundeboek weer eens af te stoffen. Als er bronnen worden vermeld, neem dan de tijd om ze na te trekken. Geloof iets niet alleen omdat iemand het in een lezing heeft gezegd of in een artikel heeft gepubliceerd.

Daarover gesproken:

Hier zijn onze bronnen:

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

Download Dr. Prepper Paper 02

Je kunt ook de complete Dr. Prepper-edities downloaden:

Meer weten over MTEST en coating?

MTEST

Tom Swan

5750 N Sam Houston Prky E

Suite 1016

Houston, TX 77032

Kantoor: (281) 359-2215

Mobiel: (281) 300-9435

tswan@m-testco.com

 

The Coating Inspectors Handbook - MTEST