Dr. Prepper — выпуск 2
Специальный гость Dr. Prepper: Том Свон из MTEST
Распространённые мифы о солях, хлоридах и покрытиях
Dr. Prepper регулярно приглашает специалистов по подготовке поверхности, покрытиям и защите от коррозии поделиться своими знаниями и опытом. В этом выпуске — Том Свон, генеральный менеджер MTEST (MontiPower–Test Equipment & Specialty Tool), Хьюстон, штат Техас.
Том руководит MTEST с момента её основания в 2009 году и имеет многолетний опыт работы с покрытиями, защитой от коррозии и управлением целостностью. Он признанный лидер отрасли и эксперт по оборудованию для испытаний и инспекции.
Том является членом Houston Coating Society, SSPC и NACE и высоко ценится в Хьюстоне и за его пределами за свои знания и здравые советы.
Сегодня Том поделится с нами своими мыслями о некоторых распространённых представлениях — так называемых мифах — касающихся солей, хлоридов и покрытий.
Регулярный выпуск RED PAPER от MontiPower®. Полезные и необходимые факты об оптимальной подготовке поверхности с 1987 года.
О солях и хлоридах за эти годы написано немало. Многое из этого верно, кое-что вводит в заблуждение, а что-то просто откровенно ложно.
Сегодня Том и Dr. Prepper отделят маркетинговую шумиху от реальности, разберутся, где факты, а где вымысел, и расскажут, как обстоит дело на самом деле.
ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ
СПЕЦИАЛИСТАМ В ОБЛАСТИ ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ, ЗАЩИТЫ ОТ КОРРОЗИИ И ЛАКОКРАСОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ: Смотрите глубже маркетинга, чтобы отличить факты от вымысла.
DR. PREPPER: «Том, вы упоминали, что во многих статьях и спецификациях термины «соль» и «хлорид» используются как взаимозаменяемые. Почему это проблема?»
ТОМ: Хотя большинство солей на металлических или бетонных поверхностях, как правило, являются хлоридами, не все соли содержат хлорид. В полевых условиях единственный способ определить «соль» — измерить электропроводность и приблизительно оценить общее содержание солей или общее содержание растворённых веществ (TDS). Единственный способ измерить содержание хлорид-аниона — использовать специальный тест на хлориды.
Чтобы выбрать оптимальный тест для конкретного проекта, необходимо понимать, в чём именно заключается проблема «невидимых поверхностных загрязнений».
Что такое соль?
DR. PREPPER: «Том, в чём разница между хлоридом и солью?» ТОМ: Прежде всего нужно понять, что такое соль. Соли часто называют молекулами. На самом деле соли не являются молекулами — правильнее называть их «формульными единицами». Это становится понятно, если рассмотреть кристаллическую решётку соли.Рассмотрим кристалл хлорида натрия (NaCl) (рисунок 1).
(Рисунок 1)
На рисунке 1 видно, что каждый хлорид-ион связан с четырьмя (шестью в гранецентрированной кубической решётке) ионами натрия сильными электростатическими силами, называемыми ионными связями. Каждый ион натрия также связан ионными связями с четырьмя другими хлорид-ионами.
Поскольку ни один ион не связан с каким-то одним конкретным ионом, это не молекула, а решётка с соотношением 1 хлорид-анион (Cl–) к 1 катиону натрия (Na+), то есть NaCl. Соли, как правило, состоят из атома металла (катиона) и атома неметалла (аниона), соединённых ионными связями. Другие соли содержат два атома неметалла (хлорид аммония
) или два атома металла (плюмбат кальция [CaO3Pb]).
DR. PREPPER: «Нашу отрасль наводнили статьи о хлоридах и солях, в которых утверждается, что некоторые из них хуже других с точки зрения осмотического пузырения (например, хлориды, сульфаты и нитраты — это плохо).Том, можете пояснить несколько терминов, которые используются в этих статьях?»
ТОМ: Конечно. Раствор- Раствор состоит из растворителя и растворённого вещества. В нашем случае растворителем является вода, а растворённым веществом — водорастворимое вещество на поверхности под покрытием.
- Это коллигативное свойство растворов, которое зависит от количества частиц или ионов в заданном объёме растворителя, а не от массы или вида этих частиц или ионов.
- Осмос не зависит от химической природы растворённого вещества, но в значительной степени зависит от растворителя. Растворёнными могут быть ионы, растворители или органические вещества, например сахар.
- Осмотическое давление зависит от количества растворённых частиц или ионов, а не от химической природы растворённого вещества.
- Таким образом, вид растворённого вещества не важен. А вот вид растворителя важен. Подробнее об этом — ниже.
Итак, рассмотрим 5 распространённых мифов или популярных убеждений в нашей отрасли, которые мы часто слышим.
Миф № 1: «Хлоридные соли притягивают воду через мембраны»
Во многих отраслевых статьях утверждается, что некоторые соли, содержащие хлорид-анионы, гигроскопичны и поэтому хуже других с точки зрения образования осмотических пузырей. Согласно этому мифу, гигроскопичный хлорид-анион, как правило в форме NaCl, притягивает воду через покрытие, вызывая рост осмотической ячейки.
ТОМ: ЭТО НЕВЕРНО.На самом деле хлоридные соли не притягивают воду через покрытие. Раствор с одной стороны покрытия не может напрямую «знать», что находится с другой стороны, если в покрытии нет нарушения или отверстия. Более того, соль, которую обычно называют проблемной, — NaCl — не особенно гигроскопична по сравнению со многими другими солями.
Удивительное поведение молекул воды
Покрытие считается полупроницаемым: оно пропускает малые молекулы (воду), но не пропускает более крупные частицы (анионы и катионы). Когда вода находится на поверхности покрытия, небольшое её количество проникает сквозь покрытие в виде отдельных молекул. Достигнув основания под покрытием, молекулы воды, если поверхность чистая, продолжают свой путь. Если же на поверхности вода встречает растворимые соли, она растворяет их или другие водорастворимые вещества, образуя раствор.
Растворённые частицы снижают давление пара раствора, что препятствует выходу жидкости из раствора и создаёт движущую силу (осмотическое давление) от стороны с более высоким давлением пара (жидкость снаружи покрытия) к стороне с более низким давлением пара (раствор под покрытием). Осмотическое давление определяется соотношением двух растворов, разделённых полупроницаемой мембраной (покрытием).
DR. PREPPER:То есть, Том, вы хотите сказать, что осмотическое давление определяется количеством ионов в растворе, или молярной концентрацией, а не составом ионов?
ТОМ: Совершенно верно, Dr. Prepper. Это могут быть ионы растворимых солей, такие как Na+ и Cl-, или растворимые органические вещества, например сахара или растворители. 1-3 Важно отметить: вид растворённого вещества никак не влияет на осмос. Это даже не обязательно должна быть соль. Ещё раз: значение имеет количество растворённых частиц. Осмотическая теория, описывающая такое пузырение покрытий, справедлива только при сильном разбавлении, поэтому для нашего обсуждения она применима.Хотя природа растворённого вещества не влияет на осмос, она влияет на образование коррозионного элемента. Если растворённое вещество ионное, жидкость под покрытием будет электролитом и образует коррозионный элемент. Растворённое вещество влияет на интенсивность коррозионного элемента. Если присутствующие в растворе соли придают ему кислую реакцию (pH), коррозионный элемент будет более агрессивным, чем при щелочном растворе.
Миф № 2: «Для удаления водорастворимых солей необходимы химические добавки»
DR. PREPPER: Это подводит меня к следующему вопросу. В нашей отрасли часто можно услышать, что полностью удалить водорастворимые соли можно только с помощью химических добавок. Это популярное убеждение подводит нас к обсуждению роли химических средств в снижении загрязнения водорастворимыми солями или хлоридами. ТОМ: ЭТО НЕВЕРНОВ большинстве случаев воды под высоким давлением достаточно, чтобы удалить соли до уровня, соответствующего критерию экстракции. Важно использовать воду хорошего качества, чтобы избежать дополнительного загрязнения поверхности. Как правило, подходит большая часть питьевой воды; вода из систем пожаротушения или морская вода — нет. Цель состоит в том, чтобы по окончании цикла промывки поверхность соответствовала критерию экстракции.
Вода под давлением очищает поверхность лучше, чем если просто вылить на неё ведро воды.
Энергия, передаваемая воде под давлением, помогает преодолеть её поверхностное натяжение, благодаря чему вода эффективнее смачивает поверхность. Как правило, вода более высокой чистоты растворяет больше солей. Добавление поверхностно-активного вещества (ополаскивателя) в промывочную воду может повысить её эффективность — так же, как моющее средство в посудомоечной машине помогает отмыть посуду.
При снижении качества промывочной воды или если поверхность корродирована или имеет питтинг, очистители поверхности (ополаскиватели) могут помочь удалить соли. Однако если промывочная вода слишком загрязнена, даже химические средства не помогут очистить поверхность. В некоторых случаях неправильно подобранный очиститель может даже усилить загрязнение. После промывки поверхность следует проверить, чтобы измерить количество солей на ней.
Все очистители в целом работают одинаково
DR. PREPPER: МОЖЕТЕ ОБЪЯСНИТЬ, КАК ОЧИСТИТЕЛИ ДЕЙСТВУЮТ НА ПОВЕРХНОСТЬ? ТОМ: Чтобы удалить соли, растворитель (вода) должен достичь растворённого вещества (солей). Очиститель должен снизить поверхностное натяжение воды, чтобы обеспечить лучший доступ к солям. Поверхностно-активное вещество в ополаскивателях вместе с водой под давлением позволяет воде лучше достигать солей, которые затем переходят в раствор. Это также помогает удалить нерастворимые частицы, а также лёгкие масла и смазки.Именно поэтому большинство средств для удаления солей требуют применения воды под высоким давлением. Как правило, чем выше давление, тем эффективнее промывка.
Единственный способ убедиться, что на поверхности нет солей, даже после очистки, — провести тест на электропроводность.
Миф № 3: «Хлориды, сульфаты или нитраты удаляют только кислотные очистители»
DR. PREPPER: Я читал несколько статей, в которых утверждается, что единственный эффективный способ удалить соли, содержащие хлориды, сульфаты или нитраты, — использовать кислотные очистители. ТОМ: ЭТО МИФ.На рынке есть несколько продуктов, удаляющих соли со стали. Эффективно можно использовать кислотные, нейтральные и щелочные очистители.
Что показало исследование Космического центра имени Кеннеди
В ходе двухлетнего исследования, проведённого Космическим центром имени Кеннеди, сравнивались четыре очистителя, предназначенные для удаления хлорид-ионов. Все очистители были серийными продуктами, которые обобщённо называют химическими ополаскивателями (CRA), и уже применялись для мойки самолётов.
Среди этих CRA были кислотные (исходный pH = 3,5), нейтральные и щелочные (исходный pH = 9,0) очистители.
Исследователи промывали различные металлические образцы и оставляли их сохнуть в условиях морского побережья. Сравнивались образцы, промытые деминерализованной водой, морской водой, и непромытые образцы. Исследователи установили, что pH очистителя никак не влиял на то, насколько хорошо он удалял соли со стали для предотвращения атмосферной коррозии.
Кислотные очистители являются ионными. После того как они использованы для удаления солей, сами очистители необходимо удалить со стали, поскольку они тоже являются солями. Если очиститель остаётся на поверхности при нанесении покрытия, он может образовать коррозионно-активный раствор.
Щелочные очистители, как правило, создаются на основе аминов. Они неионные и практически не повышают электропроводность промывочной воды. Некоторые из них, например HoldTight®102, на 100% летучие и испаряются с поверхности вместе с водой. Если же от ополаскивателя останется какой-либо остаток, образуется коррозионный элемент, но по мере того как раствор становится более щелочным, он подавляет или снижает коррозию.
Миф № 4: «Тестирование на хлорид-, сульфат- и нитрат-ионы гарантирует отсутствие солей на поверхности»
DR. PREPPER:Согласно этому распространённому убеждению, чтобы гарантировать отсутствие солей на поверхности, достаточно проверить наличие трёх наиболее распространённых солей. Каково ваше мнение?
ТОМ: Поскольку хлорид-, сульфат- и нитрат-ионы составляют большую часть присутствующих солей, они, как правило, являются хорошим индикатором солей, оставшихся на поверхности, и действительно, многие спецификации требуют проверки на один или несколько из этих ионов.Если основная проблема — хлоридсодержащие противогололёдные соли, тест на хлориды, вероятно, выявит большую часть этих ионов — а может и не выявить.
Кислотные очистители, например, содержат другие соли, которые могут загрязнить поверхность в процессе очистки. Однако они не содержат ионов Cl-, SO4- или NO2-. С неионными очистителями такой проблемы нет.
Как мы уже говорили, единственный способ убедиться, что на поверхности нет солей, даже после очистки, — провести тест на электропроводность.
Если электропроводность отсутствует, на поверхности нет ни хлоридов, ни сульфатов, ни нитратов, ни каких-либо других ионов. Именно поэтому европейские стандарты и стандарты Международной морской организации (IMO) требуют проведения теста на электропроводность.
Миф № 5:
DR. PREPPER:
Я слышал, что «очистители на основе аминов не удаляют соли, а маскируют их». Это правда?
Часто утверждается, что некоторые очистители могут маскировать соли, так что те не обнаруживаются при тестировании.
Это может быть как
ФАКТОМ, ТАК И ВЫМЫСЛОМ —
в зависимости от химического состава очистителя ТОМ: ЗАВИСИТ ОТ СИТУАЦИИ. Маскирует ли очиститель определённые соли, действительно зависит от его химического состава.Некоторые ингибиторы действуют, образуя на поверхности барьерный слой, через который кислород и вода не могут легко проникнуть. Типичный пример — использование фосфорной кислоты (H3PO4) или фосфатов для образования фосфата железа на поверхности.
Фосфатирование стали — общепринятая практика. В общих чертах оно предполагает использование кислоты, которая реагирует со сталью или протравливает её, создавая нерастворимое в воде солевое покрытие.
Другие щелочные ингибиторы могут образовывать барьеры из оксида или гидроксида железа (FeHO2), вступая в реакцию с водорастворимой солью железа и образуя нерастворимый в воде солевой слой. Такой барьер маскировал бы соли, если бы они присутствовали на стали под ним.
Амины, являющиеся производными аммиака (NH3), — слабые основания, и их часто называют плёнкообразующими продуктами, способными маскировать соли. Однако такая формулировка вводит в заблуждение: некоторые амины действительно разработаны для создания стабильной гидрофобной плёнки на поверхности металла, отталкивающей воду. Такие амины часто применяются в водоподготовке для ингибирования коррозии. И опять же, аминный барьер мог бы маскировать соли под ним, если бы соли присутствовали на стали.
Однако амины могут иметь самые разные свойства, в том числе быть ароматическими. Поскольку они неионные, такие продукты, как HoldTight®102, являются ароматическими аминами и не оставляют на поверхности плёнку, маскирующую соли. Они не добавляют солей на очищенную поверхность и не образуют на стали непроницаемый гидроксильный слой.
Выводы Тома:
DR. PREPPER:Спасибо, Том, что помогли нам отделить факты от вымысла. Что скажете в заключение?
ТОМ: Распространённые мифы или популярные отраслевые убеждения существуют из-за разного опыта и разных целей — научных или маркетинговых. То, что что-то напечатано, ещё не делает это правдой. Многие статьи о покрытиях и коррозии основаны не на оригинальных исследованиях, а на предыдущих статьях.Нередко фрагменты статей или технических докладов цитируются вне контекста, что искажает смысл исходного текста.
Ошибки из одной статьи переходят в последующие!
Некоторые статьи представляют собой смесь личного мнения, практических наблюдений и маркетинговой шумихи практически без профессионального рецензирования. Если повторять что-то достаточно часто, миф превращается в правду.
DR. PREPPER: Похоже, такие статьи могут вводить в заблуждение. Но знание — сила. ТОМ: Именно так! Пора достать с полки старый учебник химии. Если приводятся ссылки на источники, не пожалейте времени, чтобы их проверить. Не верьте чему-то только потому, что кто-то сказал это на лекции или написал в статье.Кстати, об этом:
Вот наши источники:- C.Hare, JPCL 10 (2007): p.77
- C.Hare, JPCL 2 (1998): pp. 45-63
- C.Hare, JPCL 3 (1998): pp. 17-34
Скачать Dr. Prepper Paper 02
Вы также можете скачать все выпуски Dr. Prepper:
Хотите узнать больше о MTEST и покрытиях?
MTESTТом Свон
5750 N Sam Houston Prky E
Suite 1016
Houston, TX 77032
Офис: (281) 359-2215
Моб.: (281) 300-9435
tswan@m-testco.com