Коррозия, обусловленная формулой и упаковкой, Часть 1.

Автор: У. Стивен Тейт , 1 ноября 2025 г.

Уверен, все слышали о законодательстве ЕС 2025/24, касающемся упаковочных материалов, которое вступило в силу в январе этого года. Это революционное законодательство, вероятно, потребует значительных усилий либо по поиску альтернативных пластиковых (полимерных) материалов для упаковки, либо по переводу продукции из пластиковой упаковки в металлическую.

Эта серия из двух статей в рубрике «Уголок коррозии» призвана помочь в реализации проектов, направленных на переход к новым пластиковым материалам или к металлическим контейнерам. Я также работаю над Белой книгой по законодательству ЕС 2025/24 с точки зрения инженера-материаловеда.

Коррозия защитной пленки представляет собой сложное взаимодействие (синергию) большого числа факторов, связанных с составом и самой пленкой. По моему опыту, существует как минимум семь основных факторов, связанных с составом, и пять основных факторов, связанных с пленкой, которые могут вызывать или способствовать коррозии защитной пленки при распылении.

Факторы, которые могут вызывать коррозию или способствовать ей:
Семь основных факторов, вызывающих коррозию распылительных установок или способствующих ей, следующие:

1) Составная вода или вода с примесями
2) Тип аэрозольного пропеллента (например, HFC 152a, DME, CO2)
3) Составы, содержащие ингредиенты с ненасыщенными молекулами
4) Поверхностно-активные вещества/моющие средства
5) Ингибиторы коррозии
6) Ароматизаторы
7) Эмульсии

Факторы упаковки, которые могут вызывать/способствовать коррозии:
Пластмассы, покрытия и пленки — все это полимеры, и все три будут в совокупности называться полимерами в обеих частях этой колонки.

Пять основных факторов упаковки (обозначены 8–12 для обеспечения единообразия):

8) Тип упаковки (например, аэрозольные баллончики, пакеты с клапаном, пластиковые бутылки и т. д.)
9) Тип обработки внутренней поверхности упаковки (например, жесть и полимеры)
10) Химический состав и микроморфология полимеров
11) Микросреда внутри упаковки (например, свободное пространство, сварные швы, швы и т. д.)
12) Металлургия внутренней упаковки (например, алюминиевые или стальные банки, алюминиевая фольга, алюминиевая фольга, ламинированная полимерами, и внутренние металлические покрытия)

Существует 479 001 600 возможных комбинаций этих 12 факторов, которые могут вызвать синергию, приводящую к значительно более агрессивной коррозии, чем та, которая вызвана одним фактором. Другими словами, высокая вероятность синергии дополнительно увеличивает вероятность агрессивной и неожиданной коррозии, которая вызывает или способствует очень короткому сроку службы упаковки.

В этом выпуске я рассмотрю коэффициенты формулы 1–4 ; в следующем выпуске мы завершим обсуждение коэффициентами формулы 5–7 , а также всеми коэффициентами упаковки.

1) Вода.
Вода может присутствовать в составе формулы либо в качестве ингредиента, либо в качестве неожиданного примеси в безводной формуле. Молекулы воды малы и легко впитываются в поры и пустые каналы полимеров; затем они диффундируют через полимер, вызывая образование пузырей, трещин или протечек. Вода также является растворителем для других ингредиентов формулы и часто выводит их на поверхность металла под полимерами. Химический состав жидкостей, диффундирующих в полимеры и проходящих через них, обычно отличается от их основного состава в формуле.

Молекулы воды диссоциируют на ион водорода и гидроксильный ион следующим образом:

Уравнение 1:
H2O → H+ + OH-

Концентрация ионов водорода в воде обозначается как pH. Например, вода с нейтральным pH, равным семи, содержит 0,0000007 моль/литр ионов водорода, а вода с pH, равным двум, содержит 0,02 моль/литр ионов водорода. Другими словами, чем ниже pH, тем больше ионов водорода доступно для коррозии.
Ионы водорода, согласно уравнению 1, электрохимически активны и отнимают электроны у металла, как показано в уравнении 2.

Уравнение 2:
2H+ + 2e- (из металла) → H2 (газ)

2) Вещества.
Вода слабо растворима в топливе HFC152A; следовательно, она может привнести примеси воды в безводные составы. Примеси воды могут способствовать или не способствовать коррозии распылительной упаковки в зависимости от их концентрации в составе и химического состава топлива.

ДМЭ (диметиловый эфир) в качестве топлива является сильным растворителем для многих полимеров. Следовательно, существует высокая вероятность того, что ДМЭ может вызвать коррозию полимеров, приводящую к коррозии металла под полимерами.

Углекислый газ (CO2) в качестве топлива растворяется в воде, образуя угольную кислоту. Угольная кислота диссоциирует на ионы водорода и бикарбонатные ионы, как показано в уравнении 3:

Уравнение 3:
H2CO3 (угольная кислота) → HCO3- (бикарбонат-ион) + H+

Ион водорода в уравнении 3 является электрохимически активным (см. уравнение 2), а бикарбонат-ион в уравнении 3 также является электрохимически активным, как показано в уравнении 4.

Уравнение 4:
2HCO3- (бикарбонат-ион) + 2e- (из металла) → H2 + 2CO3 =

Не все виды топлива способствуют коррозии распылительных форсунок или вызывают её. Например, ни азот, ни сжиженный нефтяной газ (углеводородные топлива) не обладают электрохимической активностью, а сжиженные нефтяные газы обычно являются слабыми растворителями. Следовательно, азот и сжиженный нефтяной газ, как правило, не способствуют коррозии распылительных форсунок и не вызывают её.

3) Составные ингредиенты, содержащие ненасыщенные молекулы.
Молекулы составных ингредиентов с ненасыщенными химическими связями могут отбирать электроны у металлов. Однако, когда ненасыщенные связи обладают слабой электроотрицательностью, они часто адсорбируются на поверхности металла и делятся электронами, а не отбирают их. В такой ситуации иногда происходит ингибирование коррозии вместо её возникновения.

4) Поверхностно-активные вещества/моющие средства.
Поверхностно-активные вещества делают металлические поверхности более или менее восприимчивыми к адсорбции воды. Следовательно, поверхностно-активные вещества могут способствовать коррозии металла, когда они смачивают металлическую поверхность (гидрофильные). Гидрофильные поверхностно-активные вещества также усиливают абсорбцию и диффузию через полимеры.

Гидрофобные поверхностно-активные вещества отталкивают воду, уменьшая ее всасывание и диффузию через полимеры и, таким образом, либо препятствуя, либо подавляя коррозию полимеров.

Некоторые поверхностно-активные вещества, такие как лаурилсульфат натрия, вызывают коррозию в самых разных средах, например, в составе потребительских товаров.

Испытания на коррозию необходимы для определения того, вызовет ли данная формула или ее ингредиенты коррозию выбранных компонентов распылительного оборудования или, наоборот, будет препятствовать ей.

В следующем выпуске мы завершим обсуждение факторов формулы 5–7, а также факторов, влияющих на коррозию корпуса, или способствующих ей.

Спасибо за ваш интерес, увидимся в декабре. Свяжитесь со мной по телефону 608-831-2076; rustdr@pairodocspro.com или через наши два сайта: pairodocspro.com и aristartec.com .