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揮発性腐食抑制剤（VCI ）は、金属を腐食から保護する物質です。腐食抑制剤は、材料（通常は金属または合金）の腐食速度を低下させる化学化合物です。揮発性腐食抑制剤（VCI）は、保護蒸気を放出することで金属表面を腐食から保護する化学化合物です。NACE International規格TM0208によると、これらの物質は、揮発、密閉された雰囲気内での蒸気輸送、および金属表面へのその後の凝縮というプロセスを通じて作用し、金属表面への吸収、溶解、および疎水性効果を含む保護分子層を形成し、それによって金属表面の腐食速度が抑制されます。これらは、気相抑制剤、気相腐食抑制剤、および蒸気輸送腐食抑制剤とも呼ばれます。
VCIは、使用されるシステムの種類に応じてさまざまな配合で提供されます。たとえば、フィルム、オイル、コーティング、クリーナーなどです。また、鉄、非鉄、または複数の金属の用途で保護を提供するさまざまな配合もあります。その他の変数には、接触相抑制剤に対する気相の量などがあります。[ 1 ] VCI化合物は常温で揮発性であるため、金属構造のアクセスできない隙間に到達できます。[ 2 ]
V.VCIは真空VCIとも呼ばれ、真空環境下での性能と防錆性能という特別な特性を備えていることを意味します。
VCIの最初の大規模な使用は、シェルのジシクロヘキシルアンモニウム亜硝酸塩（DICHAN）の特許に遡ることができ、これは最終的にVPI 260として商品化されました。 [ 3 ] DICHANは、さまざまな供給システム、VCI粉末、VCI紙、VCI溶液、VCIスラッシュ化合物などを介して、さまざまな金属部品を腐食から保護するために米軍によって広く使用されました。
健康、安全性、性能上の制約に関する懸念から、DICHANは衰退し、中程度の強さの塩基と弱い揮発性酸の塩である現代のVCI化合物が主流となっている。[ 4 ]現在、市販のVCI化合物は、中程度の強さの塩基と弱い揮発性酸の塩である。典型的な塩基はアミンであり、酸は炭酸、亜硝酸、カルボン酸である。[ 5 ]
鋼の場合、最初のステップは、抑制剤が気空間に揮発することです。これは、分子の単純な進化を伴う場合もあれば、化学物質が最初に解離してから揮発する場合もあります。[ 6 ] 分子は、保護される金属表面に到達するまで、密閉された気空間を拡散します。分子が金属表面に到達すると、考えられる経路は 2 つあります。まず、分子が金属表面に吸着し、腐食性イオンに対するバリアを形成し、凝縮した水を排除します。[ 6 ] [ 7 ]
2番目の経路は、金属表面に存在することが示されている凝縮水層に関係しています。[ 8 ] VCI分子は凝縮水層に溶解し、pHを上昇させます。アルカリ性のpHは鋼の耐食性に有益な効果があることが示されています。[ 6 ]
銅の場合のメカニズムは鋼の場合と同様に、阻害剤の生成から始まります。しかし、いったん銅の表面に到達すると、阻害剤は保護作用を持つ銅ベンゾトリアゾール錯体を形成します。[ 9 ]
蒸気圧はVCIの効果において重要なパラメータです。室温では、最も好ましい圧力範囲は10 −3～10 −2 Paです。圧力が不十分だと保護層の形成が遅くなり、圧力が高すぎるとVCIの効果は短時間しか持続しません。[ 10 ] [ 11 ]
VCIは、非常に幅広い応用分野で活用されています。
包装– VCI の最初の広く普及した用途の 1 つは、輸送や保管のために部品を包むために使用された VCI 紙でした。その後、この技術は VCI フィルムの開発とともに進化し、抑制剤がポリエチレンフィルムに組み込まれました。 [ 8 ] VCI 技術はその後、亜硝酸ナトリウムなどの抑制剤をポリエチレン フィルムに直接含浸させるように進化しました。これにより、金属部品を、通常、部品を使用する前に除去する必要がある防錆 (RP) オイルを必要とせずに保管できます。VCI フィルムが金属に直接接触している場所では、VCI 分子が金属表面に吸着し、酸素、水分、塩化物などの腐食性物質に対する目に見えない分子バリアを形成します。VCI 分子がフィルムから蒸発してパッケージ全体に拡散すると、フィルムに直接接触していない金属表面にも保護分子層が形成されます。パッケージを取り外すと、VCI 分子は単に蒸発して漂います。 [ 12 ] VCI フィルムは、直接接触と蒸気作用の両方によって金属を保護します。大型機器/資産は、長期屋外保管のためにVCI熱収縮フィルムで包まれます。輸送中または保管中の電子機器を完全に保護するためにポリマーフィルムを使用する場合は、静電気放電（ESD）、腐食の防止、および使用後のフィルムの廃棄を考慮する必要があります。ポリマーフィルムが電子機器の包装材料として適している主な特性は、フィルムが静電気放電を抑制できることです。VCIフィルムに最近追加された特性は生分解性です。 [ 12 ]
コーティング- コーティングにおける代替腐食抑制技術として VCI を使用することは新しい概念ではありません。しかし、ここ数年、重金属を含む従来の抑制剤の使用を削減するための環境圧力の高まりに伴い、VCI の人気が高まっています。VCI 粒子は金属基材に対して極性引力を持つため、消泡剤や湿潤剤、レベリング剤などの他の添加剤の性能を損なうことなくコーティングに組み込むことができます。VCI は通常、全体の配合に対して重量比で非常に少量添加されます。VCI の粒子サイズは、従来使用されている抑制剤と比較して非常に小さいです。これにより、VCI はより小さな空隙に効果的に移動できます。VCI が金属表面に吸着すると、疎水性の効果的なバリアを形成し、水分が金属表面に浸透するのを防ぎます。その結果、腐食セルの形成が防止され、水分が無効になります。[ 13 ]
カプセル、フォーム、カップなどの形状のVCIエミッターは、電気キャビネットやジャンクションボックスなどに設置され、ボックス内の様々な部品を腐食から保護します。VCIエミッターは、硫化水素（H₂S ）、二酸化硫黄（SO₂ ）、アンモニア、および湿気に対しても優れた保護効果を発揮します。VCIエミッターは、電気的特性、表面特性、または光学的特性を変化させないため、主に電気部品に使用されます。
パイプケーシング– VCIとハイドロゲルの混合物をパイプケーシング（外側のパイプ）とキャリアパイプ（内側のパイプ）の間の環状空間に注入し、キャリアパイプの腐食を防ぎます。この用途は、CP保護パイプラインの短絡したケーシングに対処する手段としてPHMSAによって承認されたため、最近より広く注目されています。（PHMSAの規則では、PHMSA規制パイプラインの短絡したケーシングは修理または処理する必要があると規定されています）。詳細はNACE SP-200にも記載されています。[ 14 ]
パイプラインの保護（内部） - VCI は、新規および/または既存の使用停止パイプラインの内部表面の腐食を軽減するために広く使用されています。[ 9 ]トップオブザライン (TOL) 腐食は、通常、層状流動体制と断熱性の低い湿性ガスパイプラインで発生します。TOL 腐食は、主に気相での保護の問題です。[ 15 ]試験では、TOL の腐食保護を提供する可能性が最も高いのは、アゾール、特定のアセチレンアルコール、および「グリーン」揮発性アルデヒドであることが示されました。[ 16 ]
新しいパイプラインの場合、水圧試験から運用開始までの期間は非常に予測不可能で、数ヶ月に及ぶこともあります。過去のデータによると、残留水圧試験水が原因で重大な腐食問題が発生する可能性があることが示されています。[ 14 ]ピグで検査可能なパイプライン の場合、水圧試験作業の完了後、2 つのピグの間に VCI水溶液がパイプラインに押し込まれます。これにより、パイプラインが運用開始されるまで腐食が軽減されます。[ 14 ]ピグで検査できないパイプラインの場合、排水後に残留水圧試験水が溜まる可能性のある低い部分を特定し、近くの高い場所に VCI 水溶液を追加して、阻害剤溶液が低い部分に流れ込むようにし、残留水を阻害剤で処理します。[ 14 ]
休止中のパイプライン区間については、低地部分を特定し、低地部分を所定の深さまで満たすように、近くの高所に抑制剤溶液を添加する。[ 14 ]
地上貯蔵タンク（土壌側底） - 地上貯蔵タンクの底は、腐食を防ぐために通常、内側（製品側）にコーティングされています。底の反対側（土壌側）はコーティングされておらず、保護されていない鋼材が基礎に直接置かれています。基礎には、砂床とライナーを備えたコンクリートリングウォール、コンクリートやアスファルトなどの硬いパッド、二重底、そして単純な土壌など、さまざまなスタイルがあります。[ 14 ] VCIは、タンクの基礎に応じてさまざまな方法で適用されます。
コンクリートの環状壁、砂床、ライナーを備えたタンクの場合、VCIは通常、水溶液として設置されます。溶液は、漏洩検知ポートから最小限の圧力で注入されるか（砂を通しての溶液の分布は主に毛細管現象による）、または事前に設置された有孔管の分配システムを通して注入されます。[ 17 ]タンクは稼働中または停止中である可能性があります。
硬質パッド上のタンクには、タンクが稼働中か停止中かによってさまざまなオプションがあります。稼働中のタンクの場合、穴あきパイプのリングがチャイムの縁に沿って設置され、膜で密閉されます。これにより、タンクの底と基礎パッドの間にVCIを分配するための密閉空間が作られます。VCIは、穴あきパイプにねじ込まれたメッシュスリーブ内の粉末として供給されます。VCIがなくなったら、これらのスリーブを新しいものと交換します。[ 18 ]床が取り外された停止中のタンクの場合、硬質パッドに溝が切られます。溝の端からタンクのチャイムを超えて伸びるチャネルも切られます。メッシュカバー付きの穴あきパイプが切られた溝の底に敷かれます。次に、溝に砂が充填されます。その後、タンクの底が通常どおり設置されます。VCIは、穴あきパイプに取り付けられるメッシュスリーブ内の粉末として供給されます。穴あきパイプの端は密閉されます。 VCIが枯渇したら、メッシュスリーブを取り外し、新しいスリーブを取り付けます。[ 19 ] 床を取り外していないタンクが使用停止状態の場合、一般的な方法は、タンクの床の健全性を確認するために使用されたヘリウムポートであることが多い、床に設置されたポートを通して、水溶液としてVCIを注入することです。[ 18 ]
二重底タンクには、2 つの典型的な形状があります。1 つ目は、2 つの底の間にライナーと砂床があるタイプで、2 つ目は、ライナーと放射状のスロットがあるコンクリートパッドがあるタイプです (このタイプの二重底は、エル セグンド二重底と呼ばれることが多いです)。ライナーと砂床がある二重底の場合、VCI は水溶液として供給され、漏洩検知ポートから注入されます。稼働中のエル セグンド底の場合も、VCI は水溶液として供給され、漏洩検知ポートから注入されます。ポートは閉じられ、溶液は短時間放置されます。その後、ポートが開かれ、VCI 溶液が排出され、空間内に残留量の VCI 溶液が残ります。この残留 VCI が空間の腐食防止を提供します。稼働停止中のエル セグンド底の場合、漏洩検知ポートがあるコンクリートの溝に有孔管が設置されます。抑制剤粉末を含むメッシュ スリーブが有孔管に挿入され、漏洩検知ポートが閉じられます。
地上貯蔵タンク（屋根） – 地上貯蔵タンクのヘッドスペース内の環境は、特に原油を貯蔵するタンクでは非常に腐食性が高い場合があります。この環境は、原油に一般的に含まれる酸性物質（サワー原油）によって腐食性が高くなります。腐食防止は、タンクの屋根に設置されたポートに取り付けられたディスペンサーシステムによって供給されます。（ポートと遮断弁は、タンクが使用されていないときに設置されます。）VCI を含むボトルをディスペンサーに入れ、遮断弁を開きます。VCI は蒸気圧が高いため、ディスペンサー内の空気空間を抑制剤で飽和させ、開いたポートから貯蔵タンクのヘッドスペースに拡散します。[ 20 ] [ 21 ]
オイル- オイルにおける VCI の最も一般的な用途は、エンジンや油圧システムなどのオイル含有システムを断続的に使用する場合や、長期保管 (休止) 中に保護することです。VCI 処理されたオイルは通常、既存のオイルに添加され、ユニットを運転して処理されたオイルをシステム全体に完全に循環させます。その後、保管のためにシステムを停止します。VCI 処理されたオイルは、システム内または密閉空間内の空隙に噴霧することもできます。[ 21 ]
大型密閉空間の内部– VCI は、タンク、容器、ボイラー、配管、熱交換器などの機器の内部、特に保管中や輸送中の空洞や凹んだ部分を保護するために使用されてきました。一般的な適用方法としては、VCI 粉末を内部空洞に噴霧または吹き込む方法、あるいは粉末をパケット状にして空間内に配置する方法があります。少量の場合は、パケットを空間内に単純に散布します。大量の場合は、パケットをリード線に取り付け、それを空間の周囲に吊り下げます。[ 22 ]
水処理– 休止/保管の準備として、パイプライン、ポンプ、マニホールド、密閉ピット、熱交換器などを洗浄/すすぎするために、水性VCI溶液が使用されてきました。
特殊カバー– VCIフィルムカバーは、化学プラントやオフショアプラットフォームなどの過酷な環境下でフランジやバルブなどを保護するために使用されてきました。[ 23 ]