Ингибитор коррозии металлов
Изобретение относится к химии и может быть использовано при получении маслорастворимых ингибиторов коррозии сульфонатного типа, преимущественно для антикоррозионной обработки черных металлов. Составы могут применяться в качестве добавок в моторные масла, смазочно-охлаждающие жидкости, а также для антикоррозионной и консервационной обработки материалов. Ингибитор содержит, мас.%: оксид и/или гидроксид магния - 0,23-0,92; оксид лантана - 0,15-5,58; триглицериды высших карбоновых кислот - 4,38-67,93; алкилбензосульфокислота - 6,79-43,90; алканоламин - 1,53-22,64; органический растворитель - остальное. Технический результат: изобретение позволяет повысить защитную способность при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия. 11 з.п. ф-лы, 2 табл.
Изобретение относится к химии и может быть использовано в получении маслорастворимых ингибиторов коррозии сульфонатного типа, преимущественно для антикоррозионной обработки черных металлов. Заявляемые составы могут применяться в качестве добавок в моторные масла, смазочно-охлаждающие жидкости, а также в качестве антикоррозийных и консервационных материалов, в том числе для антикоррозионной обработки транспортных средств.
В науке и технике широко известны ингибиторы коррозии черных металлов на основе магнийсодержащих комплексов (см. патент США: №4094801, МПК С 10 М 001/44, опубл. 13.06.1978; патент США №4120655, МПК C 23 F 011/12; C 23 F 011/14; C 23 F 011/16, опубл. 11.07.1977; патент США №4253976, МПК С 10 М 001/44, опубл. 03.03.1981; патент США №4260500, МПК С 10 М 001/44, опубл. 07.04.1981; №4322479, МПК В 35 В 009/00, опубл. 30.03.1982). Известные ингибиторы коррозии черных металлов содержат оксид или гидроксид магния, сульфоновую кислоту, фосфорную кислоту, смесь их с органической кислотой, или смесь их эфиров, или их солей, воду и органический растворитель в различных соотношениях.
Основным недостатком данных ингибиторов коррозии является низкая защитная способность при атмосферном воздействии, а также при воздействии широко используемых в хозяйственных целях таких активаторов коррозии как соли металлов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является ингибитор коррозии металлов на основе магнезиальных комплексов (патент RU №2197563, МПК C 23 F 11/02, опубл. 27.01.2003). Данный ингибитор содержит оксид или гидроксид магния, жирорастворимый органический реагент - природный жир, алкилбензосульфокислоту и органический растворитель, а также алканоламин при следующем соотношении компонентов, мас.%: оксид или гидроксид магния - 0,21-3,70; природный жир - 3,65-72,03; алкилбензосульфокислота - 3,43-74,10; алканоламин - 1,10-27,49; органический растворитель - остальное.
Недостатком данного ингибитора коррозии металлов является относительно низкие значения эксплуатационных характеристик при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия, который до сих пор является одним из основных противогололедных средств. Так, например, при использовании известного состава открытые поверхности транспортных средств ежегодно требуют повторной антикоррозионной обработки для поддержания требуемого уровня защиты.
Технической задачей заявляемого изобретения является повышение защитной способности при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия.
Поставленная техническая задача решается тем, что, в отличие от известного, заявляемый ингибитор коррозии металлов дополнительно содержит оксид лантана при определенном соотношении компонентов.
Заявляемый состав содержит оксид лантана, оксид магния и/или гидроксид магния, триглицериды высших карбоновых кислот, алканоламин, алкилбензосульфокислоту и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| оксид лантана | 0,15-5,58 |
| оксид и/или гидроксид магния | 0,23-0,92 |
| триглицериды высших карбоновых кислот | 4,38-67,93 |
| алкилбензосульфокислота | 6,79-43,90 |
| алканоламин | 1,53-22,64 |
| органический растворитель | остальное. |
В качестве триглицеридов высших карбоновых кислот могут быть использованы жиры животного происхождения, и/или растительные масла, и/или синтетические триглицериды высших карбоновых кислот. В качестве жиров животного происхождения могут быть использованы свиное сало, говяжий жир, бараний жир. В качестве растительных масел может быть использованы подсолнечное масло, соевое масло, льняное масло, оливковое масло, пальмовое масло и т.п. природные масла. В качестве алканоламина может быть использован триэтаноламин или диэтаноламин. В качестве органического растворителя может быть использован одноатомный спирт, например метанол, этанол, 1-пропанол, 1-гексанол, изопропанол, изобутанол, 2-пентанол, 2,2-диметил-1-пропанол, или смесь с индустриальным маслом.
Для улучшения технологических свойств заявляемого состава и ускорения процесса растворения он дополнительно может содержать многоатомный спирт в количестве не более 1,5 мас.% от общей массы состава. В качестве многоатомных спиртов может быть использованы сорбит, глюкоза, пентаэритрит, пентадиол, этиленглиголь, глицерин и другие известные вещества. Содержание воды в многоатомном спирте не должно превышать 15 мас.%.
Содержание указанных компонентов в составе ингибитора коррозии черных металлов обеспечивает повышение защитной способности при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия за счет получения комбинированного ингибитора коррозии черных металлов, а именно совмещения получения сульфоната металла с синтезом моно- и диглицеридов и сложных эфиров жирных кислот и алканоламина. В результате взаимодействия компонентов состава друг с другом протекает ряд химических процессов, приводящих к образованию соединений, которые в свою очередь, обеспечивают достижение поставленной задачи. Так, в результате взаимодействия оксида или гидроксида магния и оксида лантана с алкилбензосульфокислотой происходит образование алкилбензолсульфонатов магния и лантанов, которые обеспечивают комбинированное ингибирующее действие. Органический растворитель одновременно является средой и промоутером протекающих химических реакций. Дополнительное введение в заявляемый состав многоатомных спиртов ускоряет процесс образования сульфонатов металлов. В результате взаимодействия триглицерида и алканоламина происходит реакция переэтерификации с образованием смеси моно- и диглициридов жирных кислот, сложного эфира жирной кислоты и триэтаноламина (диэтаноламина), также оказывающих комбинированное ингибирующее действие. В результате полимеризации по ненасыщенным связям моно- и диглициридов жирных кислот, сложного эфира жирной кислоты и триэтаноламина (диэтаноламина) усиливается защитная способность ингибитора коррозии металлов. В результате комплексообразования алкилбензолсульфоната магния и лантана с моноглицеридами, диглицеридами, сложными эфирами жирной кислоты и триэтаноламина (диэтаноламина) происходит образование донорно-акцепторных связей Me - 0, Me - N, и усиливается защитная способность ингибитора коррозии металлов.
Мы полагаем, что содержание указанных компонентов в заявленных количествах в исходном составе обеспечивает повышение защитной способности готового продукта при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия за счет возникновения синергетического эффекта при его получении. Указанный эффект связан с образованием комбинированного ингибитора коррозии черных металлов и влиянием на его свойства процессов полимеризации и комплексообразования.
Возможность протекания процессов комплексообразования в заявляемом составе обеспечивает надежный механизм взаимодействия антикоррозионного состава с обрабатываемой поверхностью, в том числе за счет протекания процессов хемосорбции. Реализуемый заявляемым составом механизм защитного действия позволяет исключить необходимость специальной подготовки обрабатываемой поверхности к антикоррозионной обработке, что, в свою очередь, повышает удобство его использования.
Примеры конкретного выполнения.
Для осуществления заявляемого изобретения готовились следующие составы ингибитора коррозии черных металлов, отличающиеся друг от друга содержанием компонентов, а именно: состав 1 - при оптимальном соотношении компонентов с использованием оксида магния, состав 2 - при оптимальном соотношении компонентов с использованием гидроксида магния, составы 3 и 4 при граничных значениях компонентов с использованием оксида магния, составы 5 и 6 при граничных значениях компонентов с использованием гидроксида магния.
В составах 1, 3 в качестве алканоламина использовали диэтаноламин, в составах 2, 4-6-триэтаноламин "ч" (см. ТУ 6-09-14-1553-78), алкилбензосульфокислоту (см. ТУ 2481-036-04689375-95), марки "А", оксид лантана марки ЛаО-Д (см. ТУ 48-4-523-90 с изм. 1-2). Для составов 1-3, 5 в качестве органического растворителя использовали спирт этиловый технический (этанол). Для состава 4 и 6 в качестве органического растворителя использовали смесь (1:3) этанола и индустриального масла И-20А по ГОСТ 20799-88, последний вводят в качестве разбавителя. В составе 1 и 4 в качестве триглицерида карбоновых кислот использовали подсолнечное масло (рафинированное и нерафинированное соответственно), в составе 2 - оливковое масло, в составе 3 - соевое масло, в составе 5 - свиное сало, в составе 6 - говяжий жир. Для получения ингибитора коррозии черных металлов из состава 1 в реактор, снабженный мешалкой и прямым холодильником, помещали 100 г алкилбензосульфокислоты, и 150 г подсолнечного масла, перемешивали и прибавляли 10,2 г оксида лантана, 2,5 г оксида магния, 10 мл этанола при дальнейшем перемешивании реакционную массу постепенно нагревали до температуры 110°С в течение 1-2 часов, после чего в реактор приливали 40 г диэтаноламина и поднимали температуру до 160-180°С при одновременном перемешивании до получения однородной массы и полного растворения оксида магния и лантана.
Аналогично получали ингибитор коррозии черных металлов из составов 2-6. Массовые проценты и эквивалентные весовые количества ингредиентов для приготовления составов 1-6 приведены в таблице 1.
В заявляемые составы ингибитора коррозии металлов дополнительно вводили многоатомные спирты - сорбит, глицерин и этиленглиголь. Как показали наши исследования, введение многоатомных спиртов в количестве, превышающем 1,5 мас.% от массы состава, приводит к уменьшению антикоррозийонных свойств готового состава, т.е. оказывает негативное воздействие на целевые свойства состава. Введение многоатомных спиртов в количестве менее или равное 1,5 мас.% приводит к улучшению технологичности приготовления состава, ускоряет процесс его приготовления, оказывая промотирующее действие.
Полученные ингибиторы коррозии представляют собой мазеподобный продукт красно-коричневого цвета. Каждый состав ингибитора коррозии испытывали по ГОСТ 9.054-75 (метод 4). В качестве электролита применяли раствор 0,5М NaCl и раствор солей (хлориды натрия, кальция, магния, сульфата и карбоната натрия) по ГОСТ 9.054-75 (метод 4). Для каждого состава заявляемого ингибитора коррозии черных металлов определяли следующие показатели:
- время до появления первых признаков коррозии при постоянном погружении в электролит по ГОСТ 9.054-75 (метод 4),
- площадь пораженной поверхности (%) за 312 и 720 ч в при постоянном погружении в электролит (0,5М NaCl).
Ингибитор коррозии, принятый за прототип, моделировали в соответствии с описанием изобретения (см. патент RU №2197563, МПК C 23 F 11/2, опубл. 27.01.2003, состав 1) для одной и той же партии алкилбензолсульфокислоты и того же триглицерида карбоновой кислоты - состав 7.
Результаты испытаний заявляемого ингибитора коррозии металлов для составов 1-4, а также соответствующие показатели известного ингибитора коррозии металлов, принятого за прототип, приведены в таблице 2.
Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать следующие выводы.
- Заявляемый ингибитор коррозии металлов обеспечивает достижение следующих показателей защитной способности при погружении в 0,5 М раствор хлорида натрия: площадь пораженной поверхности при экспозиции 720 часов составляет 2% при оптимальном соотношении компонентов, использовании оксида и гидроксида магния (см. табл.2 для составов 1 и 2). При этом значение вязкости конечного продукта обеспечивает возможность его применения в качестве ингибитора коррозии металлов.
- Заявляемый ингибитор коррозии металлов обеспечивает достижение следующих показателей защитной способности при погружении в 0,5 М раствор хлорида натрия: площадь пораженной поверхности при экспозиции 720 часов составляет 3% при максимально допустимом значении оксида лантана (см. табл.2 для составов 5 и 6). При этом значение вязкости конечного продукта повышается, что ведет к технологическим затруднениям его применения в качестве ингибитора коррозии металлов, хотя применение в заявляемом количестве возможно.
- Заявляемый ингибитор коррозии металлов обеспечивает достижение следующих показателей защитной способности при погружении в 0,5 М раствор хлорида натрия: площадь пораженной поверхности при экспозиции 312 часов составляет 17% при минимально допустимом значении оксида лантана (см. табл.2 для составов 3 и 4). Полученные значения защитной способности соответствуют нижнему пределу эксплуатационных требований.
Использование заявляемого ингибитора коррозии металлов обеспечивает следующие технико-экономические преимущества преимущественно в отношении черных металлов:
- повышение защитной способности при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия, а именно:
время до появления первых признаков коррозии при постоянном погружении в электролит по ГОСТ 9.054-75 (метод 4) составляет не менее 150 часов при указанной концентрации ингибитора в индустриальном масле,
площадь пораженной поверхности при постоянном погружении в раствор 0,5М NaCl в течение 720 часов составляет 2% при указанной концентрации ингибитора в индустриальном масле и оптимальном соотношении реагентов,
- исключение содержания воды в конечном продукте
- исключение содержания летучих растворителей в конечном продукте
- упрощение способа получения ингибитора черных металлов за счет обеспечения возможности проведения его в одну стадию
- обеспечение возможности получения экологически безопасного ингибитора коррозии (нетоксичность соответствует IV классу опасности).
| Таблица 1 Составы ингибитора коррозии металлов | |||||||
| Наименование компонентов | Примеры по изобретению, вес.г./ мас.% | Прототип, мас.% | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | |
| 1. Оксид лантана | 12,7/4,04 | 12,7/4,03 | 0,66/0,15 | 0,66/0,15 | 25,4/5,57 | 25,4/5,56 | - |
| 2. Оксид магния | 1,6/0,51 | - | 1,0/0,23 | - | 3,2/0,70 | - | 0,21-3,70 |
| Гидроксид магния | - | 2,08/0,66 | - | 1,3/0,29 | - | 4,2/0,92 | 0,21-3,70 |
| 3. Алкилбензолсульфокислота | 100,0/31,82 | 100,0/31,77 | 30,0/6,79 | 30,0/6,79 | 200,0/43,90 | 200,0/43,80 | 3,43-74,10 |
| 4. Триглицерид высших карбоновых кислот, в частности: | 150,0/47,72 | 150,0/47,65 | 300,0/67,93 | 300,0/67,88 | 20,0/4,39 | 20,0/4,38 | 3,65-72,03 |
| - подсолнечное (рафинированное) масло | + | - | - | - | - | - | + |
| - подсолнечное (нерафинированное) масло | - | - | - | + | - | - | + |
| - соевое масло | - | - | + | - | - | - | + |
| - оливковое масло | - | + | - | - | - | - | + |
| - свиное сало | - | - | - | - | + | - | + |
| - говяжий жир | - | - | - | - | - | + | + |
| 5. Алканоламин, в частности: | 40,0/12,73 | 40,0/12,71 | 100,0/22,64 | 100,0/22,63 | 7,0/1,54 | 7,0/1,54 | 1,10-27,49 |
| - диэтаноламин | + | - | + | - | - | - | - |
| - триэтаноламин | - | + | - | + | + | + | + |
| 6. Органический растворитель, в частности: | 10,0/3,18 | 10,0/3,18 | 10,0/2,26 | 10,0/2,26 | 200,0/43,90 | 200,0/43,80 | остальное |
| - спирт этиловый технический (этанол) | + | + | + | - | + | - | + |
| - смесь спирта этилового технического (этанола)и индустриального масла И-20А в соотношении 1:3 соответственно | - | - | - | + | - | + | + |
| ВСЕГО, мас.%: | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Таблица 2 Результаты испытаний заявляемого и известного ингибиторов коррозии металлов (сталь 3, 10% ингибитора коррозии металлов в масле И-20А) | ||||||||
| № | Наименование показателя | Примеры по изобретению | Прототип | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||
| 1 | Время до появления первых признаков коррозии при погружении в электролит по ГОСТ 9.054-75 (метод 4), час | 300 | 300 | 150 | 150 | 300 | 300 | 150 |
| 2 | Площадь пораженной поверхности при погружении в электролит (0,5М NaCl) в течение 312 ч., % | 1 | 1 | 17 | 17 | 1 | 1 | 49 |
| 3 | Площадь пораженной поверхности при погружении в электролит (0,5М NaCl) в течение 720 ч., % | 2 | 2 | 50 | 50 | 3 | 3 | 100 |
1. Ингибитор коррозии металлов, включающий оксид и/или гидроксид магния, триглицериды высших карбоновых кислот, алканоламин, алкилбензосульфокислоту и органический растворитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит оксид лантана при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Оксид лантана | 0,15-5,58 |
| Оксид и/или гидроксид магния | 0,23-0,92 |
| Триглицериды высших карбоновых кислот | 4,38-67,93 |
| Алкилбензосульфокислота | 6,79-43,90 |
| Алканоламин | 1,53-22,64 |
| Органический растворитель | Остальное |
2. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит многоатомный спирт в количестве не более 1,5 мас.% от массы состава.
3. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он в качестве алканоламина содержит диэтаноламин.
4. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он в качестве алканоламина содержит триэтаноламин.
5. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он в качестве органического растворителя содержит одноатомный спирт.
6. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он в качестве органического растворителя содержит смесь одноатомного спирта с индустриальным маслом.
7. Ингибитор по п.5 или 6, отличающийся тем, что он в качестве одноатомного спирта содержит метанол, или этанол, или 1-пропанол, или 1-гексанол, или изопропанол, или изобутанол, или 2-пентанол, или 2,2-диметил-1-пропанол.
8. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он в качестве триглицеридов высших карбоновых кислот содержит жиры животного происхождения.
9. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что он в качестве триглицеридов высших карбоновых кислот содержит растительные масла.
10. Ингибитор по п.8, отличающийся тем, что он в качестве жиров животного происхождения содержит сало свиное, или жир говяжий, или жир бараний.
11. Ингибитор по п.9, отличающийся тем, что он в качестве растительного масла содержит подсолнечное масло, или соевое масло, или оливковое масло, или льняное масло.
12. Ингибитор по п.2, отличающийся тем, что он в качестве многоатомного спирта содержит сорбит, или глицерин, или этиленгликоль, или глюкозу, или пентаэритрит, или пентадиол.
