ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2003 года по МПК C23F11/173 

Предлагаемое техническое решение относится к защите металлов от коррозии в нейтральных водных средах с применением поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата в качестве ингибитора и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в экологии при транспортировке сточных вод по трубам, их обработке в аппаратах и приготовлении хладагентов и рассолов с использованием солей СаСl₂ и MgCl₂.

Известно, что поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфат используют в качестве флокулянта (Пат. РФ 2048479, М кл. 6 С 08 F 26/06, 4/40, 1995 б.и. 32). Однако в качестве ингибитора коррозии данное соединение не используют.

Известен состав защиты металлов от коррозии в нейтральных средах на основе неорганических боратов, нитрита натрия, бензотриазола и арилкарбоксилата натрия, 3-нитрофталата, олеата и фенилантранилата при соответствующем соотношении компонентов (Авт. св. СССР 644295, С 23 F 11/08 и С 09 К 15/00, 1980, б.и. 11).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата относится сложность состава и его приготовления, а также значительные концентрации ингибитора, составляющие от 14 до 32 г/л, что приводит к высокой стоимости этого способа защиты от коррозии и загрязнению хранящихся или транспортируемых продуктов.

Известна композиция для защиты металлов от коррозии в нейтральной среде на основе хроматов и фосфатов с введением в нее солей аминов и органических кислот с добавкой поверхностно-активных веществ (Авт.св. СССР 280163, С 23 F 11/08, 1972, б.и. 5).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата? относится сложность приготовления состава с заданной пропорцией компонентов, а также большие расходы солей, достигающие 25 г/л, что приводит к удорожанию этого способа защиты от коррозии.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ защиты от коррозии нефтеперерабатывающего оборудования с помощью ингибитора - органоаминоалкоксисиланов общей формулы
R(СН₂)n Si(ОС₂Н₅)₃,
где R= H₂N-, С₆Н₅NН-, (C₂H₂)₂N-, Н₂N(СН₂)₆NН-, H₂NC₂H₄NHC₂H₄NH-; n=1 или 3 (Авт.св. СССР 254307, С 23 F 11/10, 1974, б.и. 6).

К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относится значительный расход ингибитора, составляющий от 100 мг/л до 2 г/л, что приводит к высокой стоимости этого метода защиты металлов от коррозии.

Задачей технического решения является применение известного вещества поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата как флокулянта по новому назначению в качестве ингибитора коррозии металлов, обеспечивающего снижение скорости коррозии металлов в нейтральных водных растворах солей, которые могут служить хладагентами, при этом обеспечивают высокий эффект защиты металлов от коррозии при его малых концентрациях.

Техническим результатом является снижение скорости коррозии металлов в нейтральных водных растворах солей, которые могут служить хладагентами, при малых концентрациях предлагаемого вещества в качестве ингибитора, что приводит к уменьшению его расхода и влияния на технологические свойства водных растворов.

Поставленный технический результат достигается при использовании поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата с молекулярной массой 2,5•10⁶-4,5•10⁶ и общей формулой (C₁₀H₁₅NO₄S)_n, где n=10000÷20000, в качестве ингибитора коррозии металлов.

Данное вещество является водорастворимым полиэлектролитом, где в качестве полимерной матрицы выступает поли-1,2-диметил-5-винилпиридиний, с положительным зарядом, сосредоточенным на атоме азота, а отрицательно заряженным противоионом является метилсульфатная группа.

При контакте указанного полиэлектролита с металлами, обладающими свободными электронами, положительно заряженные диметил-пиридиниевые группы адсорбируются на поверхности металла, образуя комплекс, отрицательно заряженный противоион взаимодействует с катионами металла и удерживает их в комплексе.

Для экспериментальной проверки предлагаемого способа защиты от коррозии с помощью предлагаемого ингибитора в сравнении со способом, выбранным за прототип, была проведена серия опытов.

Оценка коррозионной стойкости металлов железа, алюминия и меди в присутствии указанного полиэлектролита проводилась в нейтральных водных растворах хлористого кальция (32% массовых) и хлористого магния - бишофита (45% массовых) по десятибалльной шкале при нормальных условиях: давлении 1 атм и температуре 20^oС.

Предварительно проведенными исследованиями определена оптимальная концентрация предлагаемого ингибитора, обеспечивающая наибольшую защиту от коррозии, которая составила 30-40 мг/л.

Уменьшение концентрации предлагаемого ингибитора коррозии ниже 30 мг/л не позволяет образовывать сплошную тонкую защитную пленку на поверхности металла, что в местах разрыва этой пленки приводит к снижению ингибирования скорости коррозии.

Увеличение концентрации предлагаемого ингибитора коррозии выше 40 мг/л приводит к химическому взаимодействию полиэлектролита с металлом и его химической коррозии за счет отрыва поверхностных ионов металла молекулами избыточного ингибитра и переносом катионов внутрь нейтрального водного раствора солей.

Предлагаемый водорастворимый полиэлектролит получают при полимеризации четвертичной аммониевой соли 1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата в водной среде в присутствии окислительно-восстановительного инициатора β-оксипропил-трет-бутилпероксида. Ингибирующее действие предлагаемого полиэлектролита заключается в том, что, адсорбируясь на поверхности металла, он образует тонкую защитную пленку (комплекс металл-полиэлектролит), которая препятствует протеканию окислительно-восстановительных процессов.

Опыты проводились по методике согласно ГОСТ 9.506-87 (СТ СЭВ 5733-86).

Пример 1
В стеклянную ванночку заливают 500 мл 32% водного раствора СаСl₂ и добавляют в качестве ингибитора 3 мг предлагаемого ингибитора (поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата), а затем в этот раствор помещают обезжиренный стальной образец - пластинка с известной поверхностью и массой. Через 90 суток образец взвешивают на аналитических весах и по формуле
V=(M - m)/(F • 90 • 24),
где М - масса образца металла до начала опыта, г; m - масса образца металла в конце опыта; F- поверхность металла образца, м²; 90 • 24 - время опыта, час.

Пример 2
В примере по пункту 1 в качестве ингибитора используют вещество органоаминоалкоксисилан, выбранное за прототип.

Пример 3
В примере по пункту 1 опыты проводят без применения ингибитора коррозии.

Пример 4
В примере по пункту 1 исследования проводились с 45% водным раствором MgCl₂ и концентрацией предлагаемого ингибитора 40 мг/л.

Пример 5
В примере по пункту 4 опыты проводят с ингибитором, выбранным за прототип.

Пример 6
В примере по пункту 4 опыты проводят без ингибитора.

В таблице приведены результаты опытов, описанных в примерах 1-6 по защитному действию ингибиторов коррозии на железо (строка 1).

Результаты опытов с образцами других металлов - алюминия и меди, проведенные аналогично описанным выше опытам с образцами железа, приведены в этой же таблице, 2 и 3 строки.

Как видно из таблицы, при концентрациях 30-40 мг/л ингибитор, выбранный за прототип, практически уменьшает скорость коррозии на 4,5-8%, а предлагаемый ингибитор на 15-28%. Дополнительные опыты показывают, что для достижения той же степени защиты от коррозии концентрация ингибитора в прототипе должна быть 170-2000 мг/л, то есть увеличена в 5,7-50 раз по сравнению с концентрацией ингибитора по предлагаемому способу защиты от коррозии.

Это позволяет уменьшить влияние ингибитора на технологические свойства нейтральных водных растворов и рассолов, используемых в качестве хладагентов в теплообменном оборудовании и снизить дополнительное загрязнение сточных вод, направляемых по трубопроводам на очистку, а главное уменьшить стоимость затрат на покупку, приготовление и эксплуатацию ингибитора по предлагаемому способу защиты от коррозии.

Изобретение относится к защите металлов от коррозии в нейтральных водных средах с применением поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата в качестве ингибитора и может найти применение в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической, машиностроительной и других отраслях промышленности, а также в экологии при транспортировке сточных вод по трубам, их обработке в аппаратах и при приготовлении хладагентов и рассолов с использованием солей СаСl₂ и MgCl₂. Техническим результатом является снижение скорости коррозии при малых концентрациях предлагаемого вещества в качестве ингибитора и его влияния на технологические свойства нейтральных водных растворов и уменьшение стоимости защиты металлов от коррозии. Технический результат достигается при использовании поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата с молекулярной массой (2,5÷4,5)•10⁶ и общей формулой (С₁₀Н₁₅NO₄S)_n, где n=10000÷20000, в качестве ингибитора коррозии металлов в нейтральных растворах. 1 табл.

Применение поли-1,2-диметил-5-винилпиридинийметилсульфата с молекулярной массой (2,5•10⁶ - 4,5•10⁶) и общей формулой
(С₁₀Н₁₅NO₄S)_n,
где n=10000÷20000,
в качестве ингибитора коррозии металлов в нейтральных водных растворах.