Effect of aging electrolyte and organic coating type on the corrosion mechanism of tinplate

Abstract

Dünya genelinde metal ambalaj kaplamalarının pazar payı, 2018 yılında 2 milyarolarak raporlanmıştır. Bu pazarın büyük bir kısmı gıda ve kozmetik gibi değerli ürünlerinkorunmasına odaklanmaktadır. Kullanılan kaplamaların büyük bir kısmı Bisfenol A(BPA) ile üretilen epoksi bazlı reçineler içermektedir. BPA ile ilgili geçtiğimiz yıllardagetirilen yasal kısıtlamalar, BPA içermeyen kaplamalara yönelik yeni bir talepyaratmıştır. Bu tezde, epoksi (EP) ve polyester bazlı (PE) reçinelerle üretilen iki farklıkaplama karşılaştırılmıştır. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Taramalı ElektronMikroskobu (SEM), Elektron Dispersif Spektroskopisi (EDX), ElektrokimyasalEmpedans Spektroskopisi (EIS) ve DC Polarizasyon testleri, kaplamaların bozunmadüzeyini incelemek için kullanılmıştır. Endüstriyel ve model kalay kaplı çelik(tinplate)numuneleri, yapılan yüzey analizleri ile karşılaştırılmıştır. Alınan AFM sonuçları, yüzeykompozisyonunda farklılıklar olduğunu göstermektedir. Kaplanmamış tinplatekorozyonu incelemek için, asidik bir elektrolit, endüstride sık kullanılan mono asitçözeltileri ile karşılaştırılmıştır. En yüksek kalay çözme hızı, karışık asitlerden hazırlananelektrolit ile gözlemlenmiştir. Bu nedenle, kaplanmış yüzeyler bu karışık asit çözeltisi ileyaşlandırılmıştır. EIS sonuçları, elektrolit tipinin, korozyon mekanizmasını etkilediğinigöstermektedir. Elektrolitte bekletme sırasında, EP numunelerinde, düşük frekansta dahayüksek empedans, daha yüksek kaplama direnci ve düşük kapasitans değerlerigözlemlenmiştir. Sterilizasyondan sonra gerçekleştirilen AFM ölçümleri, PE'inyüzeyinde EP'ye göre daha büyük porlar oluştuğunu göstermektedir. Buna rağmen EP'yekıyasla daha iyi korozyon koruyucu özellikler (daha düşük korozyon ürünleri ve dahayüksek empedans değerleri) gözlemlenmiştir. EIS verilerinin modellenmesinden sonraelde edilen bu sonuçlar EP sisteminin, daha geniş elektrokimyasal aktif alana ve düşükdifüzyon direncine atfedilmiştir.

Market share of the can coating industry was 2 billion dollars in 2018 globally. Alarge portion of this market is focused on protecting valuable goods such as foods andcosmetics. Recent bans on the Bisphenol A(BPA) created a BPA-free coating demanddue to the high portion of BPA based coatings in the industry such as epoxy. Aconventional epoxy based (EP) can coating was compared with a new design of BPAfree polyester coating(PE). Atomic Force Microscopy(AFM), Scanning ElectronMicroscopy(SEM), Electron Dispersive Spectroscopy(EDX), ElectrochemicalImpedance Spectroscopy(EIS), Direct Current(DC) Polarization were used to investigatedegradation. Industrial and model tinplate samples are compared with surfaceinvestigation methods. AFM results indicate the surface composition difference. Toinvestigate bare tinplate corrosion, a mixture of acidic electrolyte was prepared andcompared with other conventional aging electrolytes, containing mono acids. Theelectrolyte prepared from mixed acids was found to have the highest detinning abilities.Therefore, coated samples were aged with this mixed acid solution electrolyte. EIS resultsindicated that the type of electrolyte alters the corrosion mechanism, indicated by theobservance of different time constants at different time scales. During immersion tests,EP based coatings showed better corrosion resistance as shown by higher impedance atlow frequency, higher coating resistance and lower capacitance values. However, aftersterilization, polyester coated samples showed better corrosion protective abilities(indicated by lower amount of corrosion products and higher impedance values)compared to the epoxy sample even though AFM measurements indicated that it hadlarger pore sizes after aging compared to epoxy sample. These results are attributed to thelarger electrochemical area and higher diffusion properties of EP coatings, obtained aftermodelling of EIS data