ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В СЕРНОЙ, СОЛЯНОЙ И ОРТОФОСФОРНОЙ КИСЛОТАХ Российский патент 2001 года по МПК C23F11/04 

Изобретение касается защиты металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может быть применено для травления в металлообрабатывающих производствах, а также для кислотных очисток в энергетике и пищевой промышленности.

Известно применение уротропина для снижения скорости коррозии стали в соляной и серной кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.Е. Ингибиторы коррозии металлов: Л. Химия, 1968, 28-29 с.). Однако для стадии для других металлов (например, для титана и цинка) эффективность уротропина недостаточно велика. Кроме того, уротропин применяют в высоких концентрациях, достигающих 2% (т. е. исчисляемых в сотнях миллимолей на литр).

Наиболее близким к предлагаемому ингибитору по технической сущности к полученным результатам является известный ингибитор, представляющий собой продукт конденсации анилина и капринового альдегида (В.Г. Турбина, Н.Г. Ключников. Защита от коррозии стали в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов: в сб. статей "Ингибиторы коррозии металлов", ЦНИИ технологии судостроения, изд. Судостроение, 1965, с. 124-129).

Известный ингибитор защищает сталь лучше, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (92.07; 95,50; 97,29%). Еще слабее ингибитор защищает титан и цинк. Он неэффективен также против наводороживания стали.

Задача, на решение которой направлено данное изобретение, состоит в создании ингибитора кислотной коррозии не только стали, но и титана, и цинка, обладающего высокой антикоррозионной способностью для названных металлов. Положительный эффект изобретения возникает за счет совместного усиления (синергизма) защитного действия компонентов предлагаемого ингибитора.

Для достижения указанной технической задачи предлагается в серную, соляную и ортофосфорную кислоты вводить ингибитор, содержащий в своем составе уротропин, продукт конденсации амина и альдегида-ацетилацетон-о-аминофенол и 2,4-динитрофенилтиоцианат. Два последних вещества имеют следующее строение:


Компоненты ингибитора берутся в следующих концентрациях, мас.%:
Ацетилацетон-о-аминофенол - 18,2-29,7
2,4-Динитрофенилтиоцианат - 22,7-24,3
Уротропин - 45,9-59,1
При введении ингибитора в кислоты сначала растворяют в кислоте продукт конденсации, затем 2,4-динитрофенилтиоцианат и уротропин.

Результаты испытаний предлагаемого ингибитора содержатся в табл. 1. Для сравнения в табл. 2 собраны данные по известному ингибитору коррозии. Приводятся также три примера.

Пример 1. В 500 мл 5N серной кислоты добавляется 3 г ингибитора, содержащего 29,7% продукта конденсации (0,89г), 23,4% 2,4-динитрофенилтиоцианата (0,73 г) и 45,9% уротропина (1,375 г). Каждый компонент ингибитора в указанной последовательности растворяется в кислоте при энергичном перемешивании. В кислоту погружались 3 стальных образца размером 30 х 20 х 1 мм и выдерживались в кислоте при 20 ± 1^oC 48 ч, при 80 ± 1^oC 0,5 ч. Предварительно образцы обрабатывались тонкой наждачной шкуркой, обезжиривались ацетоном, выдерживались в эксикаторе над хлоридом кальция в течение 2 ч, взвешивались на аналитических весах.

В результате измерений были получены следующие результаты (средние для трех повторностей): скорость коррозии в чистой кислоте составила при 20^oC 8,66 • 10^-4 г/дм²•ч, при 80^oC 22,1500 г/дм²•ч; в ингибированной кислоте соответственно 7,8 • 10^-6 г/дм²•час и 1,767 •10^-1 г/дм²•ч. Из указанных скоростей коррозии были вычислены коэффициенты торможения для предлагаемого ингибитора K_т = V_чист/V_инг (где V_чист и V_инг - скорости коррозии в чистой и ингибированной кислоте соответственно. Они равны при 20^oC K_т = 111,1, при 80^oC K_т = 125. По коэффициентам торможения были рассчитаны степени защиты: Z₂₀ = (1 - 1/111,1) • 100% = 99,1%, Z₃₀ = (1 - 1/125) • 100% = 99,2%. Были также проведены испытания в тех же условиях, но с введением в кислоту отдельных компонентов ингибитора. При этом коэффициенты торможения составили 2,9 (степень защиты 65,5%) для продукта конденсации (0,89 г ); 4,5 (степень защиты 77,7%) для 2,4-динитрофенилтиоцианата(0,73 г); 1,9 (степень защиты 47,3%) для уротропина (1,375 г). Таким образом, отдельные компоненты предлагаемого ингибитора имеют гораздо более низкую эффективность, чем сам ингибитор. Теоретический коэффициент торможения для смеси компонентов, полученный путем перемножения указанных выше частных коэффициентов, составляет 24,8, то есть более чем в 4 раза ниже, чем K_т для предлагаемого ингибитора. Следовательно, взаимное действие смеси компонентов приводит к значительному синергитическому усилению их эффективности. Измерение потенциалов также свидетельствует о том же: для отдельных компонентов смещение потенциалов составляет 15-40 мВ, для предлагаемого ингибитора - 150 (катодный процесс) и около 90 мВ (анодный процесс).

Испытания на новодороживание стальных проволочных образцов проводились на крутильной машине К-5 до излома образца. Отрезки проволоки (длина 15 см, диаметр 0,8 мм) ставились на скручивание после травления в чистой кислоте, в ингибированной кислоте (составы растворов - как и при измерении скорости коррозии) и нетравленные образцы. Опыты проводились в 5-10 повторностях.

Число оборотов до излома составляло после выдержки в чистой кислоте 2, в ингибированной 26, для нетравленных образцов 55. Вычислялось уменьшение числа оборотов до излома по сравнению с нетравленным образцом: для чистой кислоты разность составляла 53, для ингибированной - 29. Коэффициент уменьшения наводороживания в присутствии ингибиторов вычислялся по формуле K = 53/29 = 1,83, а затем определялась степень защиты Z = (1-1/K) • 100%. В данном примере она равна 45,3 или округленно 45%. Затем были проведены опыты с известным ингибитором по той же методике с концентрацией ингибитора 5 г/л. Степень защиты от коррозии равна 91,3% (K_т = 11,5), от наводороживания 8%.

Пример 2. Измерялось торможение коррозии титана в течение 2 часов в 7N соляной кислоте при 80^oC. Ингибитор брался в той же концентрации, образцы имели размер как и в примере 1.

Коэффициент торможения коррозии составляет 11,8 (степень защиты 91,5%). Для отдельных компонентов K_т оказались равны: для продукта конденсации 1,2, для 2,4-динитрофенилтиоцианата 2,3, для уротропина 1,5. Теоретический коэффициент 4,14>, то есть как и в примере 1 предлагаемый ингибитор проявляет явные признаки синергизма, то есть усиления защитных свойств за счет совместного действия компонентов.

Известный ингибитор брался в концентрации 5 г/л. Степень защиты в 7N соляной кислоте при 80^oC составила 45,4%.

Пример 3. Испытывался предлагаемый ингибитор в 3N ортофосфорной кислоте для цинка при 20^oC. Концентрации ингибитора и другие условия опыта были такими же, что и в примерах 1 и 2. Коэффициент торможения составил 12,7 (степень защиты 92,1%). Для отдельных компонентов ингибитора коэффициенты были равны 2,3 (степень защиты 56,52%) для продукта конденсации; 1,7 (степень защиты 41,2%) для 2,4-динитрофенилтиоцианата; 1,15 (степень защиты 13%) для уротропина.

Теоретический коэффициент торможения коррозии равен 4,5, то есть почти в три раза ниже, чем для предлагаемого ингибитора, что и для цинка показывает синергитическое повышение эффективности ингибитора.

Для проверки антикоррозионного действия известного ингибитора проводились опыты, где концентрация последнего составила 5 г/л. Степень защиты равна 39%.

Исходя из описанных примеров и из результатов, собранных в табл. 1 и 2, можно сделать следующие выводы о положительном эффекте применения предлагаемого ингибитора.

1. Предлагаемый ингибитор превосходит известный по степени защиты от коррозии для всех трех испытанных металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах и более эффективно тормозит коррозию их.

2. Еще более значительно преимущество предлагаемого ингибитора над известным по торможению наводороживания для стали.

Дополнительные опыты показали, что предлагаемый ингибитор существенно эффективнее защищает от кислотной коррозии сталь, чем широко применяемый в производстве ингибитор ПБ-5 (для первого коэффициент торможения равен 100, а для известного только 44). Кроме того, в отличие от ПБ-5 предлагаемый ингибитор не коагулирует при накоплении солей железа в травильных растворах.

Положительный эффект применения предлагаемого ингибитора обусловлен синергизмом совместного действия компонентов, входящих в состав ингибитора.

Предлагаемый ингибитор рекомендуется для травления в кислотах стали, титана и цинка в машиностроении, а также при кислотных очистках стального оборудования в энергетике и пищевой промышленности.

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может быть использовано для травления металлов в кислотах и кислотных очисток оборудования. Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах содержит, мас. %: ацетилацетон-о-аминофенол 18,2-29,7; 2,4-динитрофенилтиоцианат 22,7-24,3 и уротропин 45,9-59,1. Применение ингибитора позволяет повысить степень защиты от коррозии стали, титана и цинка, а также снизить наводороживание стали. 2 табл.

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах, содержащий продукт конденсации амина с альдегидом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 2,4-динитрофенилтиоцианат и уротропин, а в качестве продукта конденсации амина с альдегидом ацетилацетон-о-аминофенол при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ацетилацетон-о-аминофенол - 18,2 - 29,7
2,4-динитрофенилтиоцианат - 22,7 - 24,3
Уротропин - 45,9 - 59,1т