La ruggine è costituita da ossido di ferro (III) idrato a formula Fe2O3 · H2O e non possiede alcuna delle proprietà fisiche del metallo, ad esempio la resistenza alla trazione.
Il ferro tende ad arrugginire in presenza di aria e questa è una reazione spontanea, ma poco desiderabile.
La formazione della ruggine costituisce un problema in quanto limita la durata degli oggetti in ferro oltre a danneggiare irreversibilmente impianti idraulici e termici ; inoltre anche negli elettrodomestici come cucina, lavastoviglie, frigorifero, lavatrice si può creare uno strato di ruggine che si diffonde rapidamente. In natura il ferro è presente sotto forma di ematite il cui nome deriva dal colore rosso che ricorda quello del sangue.
Da un punto di vista chimico la composizione dell’ematite è simile a quella della ruggine e il ferro tende spontaneamente a trasformarsi lentamente nella forma in cui esiste in natura.
Formazione della ruggine
La formazione della ruggine è un processo elettrochimico che richiede presenza contemporanea di aria e acqua. Il ferro metallico è soggetto a una semireazione di ossidazione del tipo :
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 e–
Gli elettroni forniti dall’ossidazione del ferro fluiscono verso una regione catodica, dove vengono consumati in una reazione che coinvolge l’ossigeno contenuto nell’aria e l’acqua secondo la reazione:
2 H2O (l) + O2(aq) + 4 e–→ 4 OH–(aq)
Gli ioni Fe2+ e OH– che si liberano nelle due reazioni danno la seguente reazione:
Fe2+(aq) + 2 OH–(aq)→Fe(OH)2(s)
L’ idrossido di ferro (II) in seguito viene ossidato a ossido di ferro (III) idrato.
Esistono vari metodi di prevenzione della ruggine con l’uso di preparati antiruggine ,la copertura con grasso o olio e il rivestimento del metallo con plastica possono costituire valide alternative la prevenzione della corrosione può anche essere effettuata tramite controlli e correzione della composizione dell’ambiente.
Inoltre in leghe ferro carbonio come l’acciaio si può limitare fortemente l’ossidazione aggiungendo, nelle stesse, metalli quali cromo e nichel che ricoprendosi spontaneamente di uno strato sottile di ossido detto film dando luogo al fenomeno della passivazione che preserva la lega da fenomeni corrosivi.
Inoltre tale film possiede una importante proprietà che è quella di essere dinamicamente stabile ovvero, se la superficie della lega viene danneggiata, sono in grado di autopassivarsi nuovamente evitando cosi’ l’esposizione all’aria del materiale ferroso.
Antiruggine
L’antiruggine va usato in modo preventivo quindi in presenza di ruggine preesistente si deve procedere prima a eliminarla tramite spazzolatura e carteggiatura. Oltre al classico minio ora illegale esistono in commercio una nuova generazione di antiruggine che sono sostanze di tipo polimerico: polimeri acrilici e poliuretani.
Solitamente l’antiruggine è di colore grigio in quanto di più facile copertura. Per le sostanze antiruggine il pigmento più usato è il fosfato di zinco Zn3(PO4)2 non inquinante e che dà ottime prestazioni e che è formulato per essere sovraverniciato con prodotti sintetici.
Un valido prodotto antiruggine deve:
- aderire bene al supporto ferroso inibendone l’ossidazione
- dar luogo alla formazione di una pellicola che fornisca una protezione puramente meccanica contro l’umidità.
Ciò che accomuna i prodotti antiruggine è la loro solubilità in acqua e la presenza di un gruppo idrofilo (polare) e di uno idrofobo (apolare). Il gruppo polare può essere cationico (ad esempio un gruppo amminico) o anionico (ad esempio solfonato RSO3– che è il più usato).
Tale gruppo presenta un forte legame con la superficie metallica da cui è adsorbito.
Tipi
Un prodotto antiruggine a base acquosa presenta vantaggi dal punto di vista ecologico e ha il vantaggio di essere poco infiammabile ; l’acqua tuttavia non deve rimanere nella pellicola protettiva ,ma deve evaporare per non accrescere il pericolo di corrosione.
I prodotti antiruggine sono generalmente venduti sotto forma di concentrato che comprende i componenti attivi, additivi ed emulsionanti, dissolti nell’olio. L’acqua è aggiunta al momento dell’applicazione.
Una formulazione tipica per un concentrato antiruggine consiste in
- Olio minerale ( 70-80%)
- Componenti attivi inibitori della ruggine (20-25%)
- Agenti disperdenti ( circa 5%)
Considerato che l’olio minerale è in grado di dissolvere gli additivi inibitori fortemente polari originando un’emulsione stabile, sono adoperati gli oli naftenici dotati di maggiori caratteristiche polari rispetto agli oli paraffinici e mostrano maggiore stabilità dopo l’applicazione.
Un metodo più sofisticato per prevenire la formazione della ruggine è la zincatura a caldo, processo metallurgico che genera un rivestimento protettivo di lunga durata.
Una volta che la ruggine si è formata si possono adoperare convertiruggine i quali sono costituiti da una miscela di acidi inorganici passivanti. Essi sono l’acido fosforico o l’acido ossalico, capaci di interagire con la ruggine trasformandola. Sono applicati con il pennello e dopo il tempo di posa indicato dal produttore la superficie è ripulita. Successivamente si applica una vernice di finitura precedendo tale applicazione con un fondo antiruggine.