Disolución inhibidora de la corrosión en elementos de acero.

Disolución inhibidora de la corrosión en elementos de acero.

La presente invención se refiere a una disolución inhibidora de la corrosión de la superficie de cualquier elemento de acero.

Además, la presente invención se refiere a unos procedimientos de fijación de una monocapa inhibidora de la corrosión sobre elementos de acero a partir de la disolución inhibidora mencionada anteriormente.

DISOLUCIÓN INHIBIDORA DE LA CORROSIÓN EN ELEMENTOS DE ACERO

La presente invención se refiere a una disolución inhibidora de la corrosión de la superficie de cualquier elemento de acero. Además, la presente invención se refiere a unos procedimientos de fijación de una monocapa inhibidora de la corrosión sobre elementos de acero a partir de la disolución inhibidora mencionada anteriormente.

Por tanto, la invención se podría encuadrar dentro del campo de la construcción y en particular en el sector del acero para la fabricación de elementos de hormigón armado y perfiles metálicos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

En elementos o estructuras realizadas con acero, estructuras mixtas o materiales compuestos, donde se utiliza acero junto con otros materiales, debe protegerse el material metálico contra la corrosión para mejorar la durabilidad y la estabilidad del elemento. Existe una gran variedad de métodos para reducir o minimizar la corrosión del acero, siendo variable la efectividad, la durabilidad y el coste.

El uso de inhibidores de la corrosión es uno de los métodos más utilizados para reducir la velocidad de corrosión. Son sustancias que, añadidas al elemento a proteger, reducen la velocidad de este proceso en metales o aleaciones. Los inhibidores pueden aplicarse directamente sobre el elemento metálico o pueden incorporarse a la matriz del compuesto.

A la hora de plantearse la generación de monocapas inhibidoras en la interfase de unión de materiales compuestos, es decir, en la interfase de unión de aquellos materiales químicamente estables formados por al menos dos materiales de diferente naturaleza como son los materiales poliméricos, los cerámicos o los metales, es necesario que el inhibidor no reaccione desfavorablemente con los materiales para no cambiar las propiedades del material compuesto.

Aunque existe un gran número de sustancias que pueden actuar como inhibidores de corrosión, en la práctica, es muy limitado el número de sustancias que se utilizan. Los más utilizados son los compuestos inorgánicos, por ejemplo, fosfatos o nitritos y/o los compuestos orgánicos, por ejemplo, alcoholes, aminas, policarboxilatos. También se han estudiado disoluciones de ácidos aminocarboxílicos como inhibidores de la corrosión.

En "Covalent modification of a glassy carbon surface by 4-aminobenzoic acid and its application in fabrication of a polyoxometalates-consisting monolayes and multilayer films" de J. Liu, L. Cheng, B. Liu, S. Dong (Langmuir, vol. 16, 2000, pages 7471-7476) se injerta, mediante enlace covalente, el ácido 4-aminobenzoico (4-ABA) sobre un electrodo de carbón vitrificado (CME) .

En "Corrosion resistance of stainless steel covered by 4-aminobenzoic acid films" de L.

Adamczyk, A. Pietrusiak, H. Bala, (Cent. Eur. Jour. Che., vol. 10, 2012, pages 16571668) se preparan disoluciones ácidas que comprenden 4-aminobenzoico para formar monocapas inhibidoras de la corrosión en elementos de acero. El enlace entre la monocapa inhibidora y el acero inoxidable es de tipo covalente.

En "Influence of anions on the performance of isomers of aminobenzoic acid on the corrosion inhibition and hydrogen permeation through mild steel in acidic solutions" de S. Muralidharan, B. Ramesh Babu, S. Venkatakrishna Iyer (Journal of Applied Electrochemistr y , vol. 26, 1996, pages 291-296) se estudian disoluciones ácidas de ácido aminobenzoico para formar monocapas inhibidoras de la corrosión en elementos de acero.

US2009176685, describe un inhibidor de la corrosión utilizado en la industria de semiconductores, que comprende una sustancia quelante monomérica, p.ej. un ácido aromático multifuncional y un agente quelante polimérico formador de película, que forma un anillo quelante con la superficie metálica de un metal de transición. En la reivindicación 5 se indica un grupo de posibles agentes quelantes, entre los que figura el ácido o-aminobenzoico.

JPS591686A, procedimiento de obtención de un líquido de templado para una lámina de acero laminado en frío dotada de un funcionamiento mejorado, sin adición de sustancias carcinógenas, mezclando un compuesto preparado sustituyendo un grupo nitro, amino o similar por H en el ácido benzoico, p.ej. ácido p-nitrobenzoico o ppropilbenzoico, con una amina orgánica primaria, un ácido carboxílico alifático y un tensioactivo. El líquido tiene propiedades anticorrosivas mejoradas.

EP0553962A1, se refiere a nuevas composiciones inhibidoras de la corrosión, que comprenden inhibidores de la corrosión a base de ácido carboxílico, ácidos aminobenzoicos y, opcionalmente, alcanolamina y borato de metal alcalino. Entre los componentes aparece 10-60% en peso de uno o más ácidos aminobenzoicos. Se indica así mismo que el funcionamiento de las composiciones es notablemente mejor en intervalos de pH alcalinos (pág. 9, líneas 27-28) . En esta patente (EP0553962A1) entre un 10 al 60% del peso estaría compuesto por el ácido aminobenzoico. Considerando un 10% en peso del compuesto, se debería incorporar una cantidad de ácido aminobenzoico de 100 gr/litro correspondiente a una molaridad aproximada de 0, 7M. El coste asociado es alto.

La tesis: "Investigation of inhibition effect of some amino acids against steel corrosion in chloride-containing alkaline solution", evalúa el efecto inhibidor de la corrosión de cuatro aminoácidos, mediante espectroscopía de impedancia electrónica (EIS) , observándose en general los mejores resultados para el ácido p-aminobenzoico. Se indica la influencia del pH entre los factores que afectan al proceso.

Sin embargo, los ensayos de la inhibición de la corrosión en cada uno de los artículos científicos, en las patentes y en la tesis doctoral mencionados se han llevado a cabo únicamente en sistemas acuosos y no está probada la efectividad de la monocapa 25 inhibidora de la corrosión en sistemas sometidos a tensión. La mayor parte de los inhibidores descritos en el estado del arte se han estudiado para sistemas acuosos, donde se pueden controlar mejor las variables termodinámicas, pero, para poder desarrollar monocapas inhibidoras de la corrosión estables y duraderas, se hace necesario el estudio de su comportamiento en sistemas sólidos. Este tipo de sistemas presenta, a lo largo del tiempo, variaciones en sus características debido, por ejemplo, a los cambios de pH, oxígeno o a la entrada de agentes contaminantes y/o agresivos.

Por otro lado, en el estado del arte mencionado los enlaces generados son del tipo covalente dativo (o coordinativo) por la unión del grupo funcional amina a la superficie del acero, por lo que la monocapa inhibidora carece de altas prestaciones frente a tensiones, como pueden ser los esfuerzos rasantes de adherencia.

Por tanto, es necesario desarrollar nuevos inhibidores de la corrosión de elementos de acero y nuevos procedimientos de fijación de capas inhibidoras de la corrosión en elementos de acero que puedan responder satisfactoriamente a esfuerzos de adherencia en materiales compuestos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una disolución inhibidora de la corrosión de la superficie de cualquier elemento de acero.

Ninguno de los compuestos utilizados en la disolución desarrollada es perjudicial para el medio ambiente.

La disolución de la invención sirve para crear monocapas inhibidoras estables para ser utilizadas en sistemas no acuosos, en hormigón armado, por ejemplo, sin afectar a las características adherentes.

Además la presente invención se refiere a unos procedimientos de fijación de una monocapa inhibidora de la corrosión sobre elementos de acero a partir de la disolución inhibidora mencionada anteriormente. Estos procedimientos conducen a la formación de una capa resistente y estable en el tiempo, debido al enlace iónico que se forma entre el acero y el grupo carboxilato, y el enlace metal-nitrógeno, es decir, el enlace covalente que se forma entre el acero y el grupo amina.

Este procedimiento logra una doble unión ordenada generada entre la monocapa inhibidora y la superficie del acero. Mediante la formación de un enlace tipo quelato, se produce una capa más resistente y con mayor capacidad adherente en elementos compuestos sometidos a tensiones.

Además se consigue mayor reducción en la intensidad de corrosión comparándolo, con un método tradicional como el fosfatado, por lo que se puede considerar más efectivo.

Cuando el elemento de acero es un material compuesto, la unión entre el elemento de acero y el recubrimiento no se debilita, al no modificarse la adherencia superficial del elemento revestido.

En materiales compuestos, el reducido espesor de la capa fijada... [Seguir leyendo]

1. Disolución inhibidora de la corrosión de un elemento de acero que comprende: agua desionizada, al menos una sal neutra, al menos un ácido aminocarboxílico, un compuesto alcalino seleccionado de entre NaOH o KOH, caracterizada por tener un pH mayor de 9, preferiblemente de entre 9 y 12.

2. Disolución según la reivindicación anterior, donde la sal neutra se selecciona de entre carbonatos, nitratos, boratos o una combinación de los mismos.

3. Disolución según la reivindicación anterior, donde la sal neutra se selecciona de entre NaHCO3, KNO3 y Na2B4O7.10H2O. 15

4. Disolución, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la sal neutra está en una concentración de entre 0, 1 M y 0, 005 M.

5. Disolución, según la reivindicación anterior, donde la sal neutra está en una 20 concentración de entre 0, 01 M y 0, 005 M.

6. Disolución, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el ácido aminocarboxílico se selecciona de entre 2-aminobenzoico, 4-aminobenzoico, 11aminoundecanoico, 2-aminobutanodioico, 2-aminopentanodioico o una combinación de los mismos.

7. Disolución, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el ácido aminocarboxílico está en una concentración de entre 0, 1 M y 0, 005 M.

8. Disolución, según la reivindicación anterior, donde el ácido aminocarboxílico está en una concentración de entre 0, 01 M y 0, 005 M.

9. Disolución, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que además comprende un compuesto orgánico hidrosoluble y donde dicha disolución está 35 caracterizada por tener un pH mayor de 11, preferiblemente de entre 11 y 14.

10. Disolución, según la reivindicación anterior, donde el compuesto orgánico hidrosoluble es un gel hidrosoluble orgánico seleccionado de entre un gelificante animal, un gelificante vegetal, agar-agar, latex, o cualquiera de sus combinaciones.

11. Procedimiento de fijación de una monocapa inhibidora de la corrosión sobre elementos de acero que comprende las siguientes etapas: a) limpiar la superficie del elemento de acero a proteger, b) llevar a cabo un decapado químico de la superficie del elemento de acero obtenido en la etapa a) , limpiar y secar, c) poner en contacto el elemento de acero obtenido en la etapa b) con una disolución inhibidora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

12. Procedimiento según la reivindicación anterior, donde el decapado químico de la 15 etapa b) se realiza con un ácido fuerte seleccionado de entre HNO3, HCl o H2PO4.

13. Procedimiento de fijación según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque la etapa c) se lleva a cabo en una celda electroquímica, donde el ánodo está formado por el elemento de acero, el cátodo está formado por grafito, acero inoxidable o platino, el electrolito es la disolución inhibidora según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, y donde se aplica una intensidad de corriente entre los electrodos, entre el ánodo y el cátodo que forman la celda electroquímica, de entre 0, 1 y 1 mA por cada cm2 de superficie del elemento de acero a proteger.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, caracterizado 30 porque la etapa c) se lleva a cabo borboteando aire en la disolución.

15. Procedimiento de fijación de una monocapa inhibidora de la corrosión sobre elementos de acero que comprende las siguientes etapas: a) limpiar la superficie del elemento de acero a proteger, b) poner en contacto el elemento de acero obtenido en la etapa a) con una disolución inhibidora según cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10.

16. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 11 a 15, donde el espesor de la monocapa inhibidora de la corrosión es de entre 0, 05 a 0, 15 nm.