ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ Российский патент 2006 года по МПК C23F11/18 

Изобретение относится к химии и может быть использовано в получении маслорастворимых ингибиторов коррозии металлов сульфонатного типа, преимущественно для антикоррозийной 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 антикоррозийной обработки транспортных средств.

Известны ингибиторы коррозии черных металлов на основе сульфонатов щелочноземельных металлов, где в качестве исходных компонентов используют оксид или гидроксид металла, сульфоновую кислоту, фосфорную кислоту, смесь их с органической кислотой, или смесь их эфиров, или их солей, воду и органический растворитель в различных соотношениях (патент США №4094801, МПК С 10 М 001/44, опубл. 13.06.1978; 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; патент США №5589445, МПК С 10 М 001/40, опубл. 31.12.1996; патент РФ 2244734, МПК С 10 М 159/24, опубл. 20.01.2005; патент РФ 2152384, МПК С 07 С 303/32, опубл. 20.01.2005). Известные ингибиторы коррозии черных металлов в первую очередь используют как присадки к маслам.

Основным недостатком данных ингибиторов коррозии являются низкие защитные свойства при атмосферном воздействии и воздействии водной среды в присутствии широко используемого в хозяйственных целях активатора коррозии - хлорида натрия.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является ингибитор коррозии черных металлов на основе магнезиальных комплексов, содержащий 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 (патент РФ №2197563, МПК C 23 F 11/02, опубл. 27.01.2003).

Недостатком данного ингибитора коррозии черных 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 черных металлов вместо оксида или гидроксида магния содержит оксид лантана и щавелевую кислоту при определенном соотношении компонентов.

Заявляемый состав ингибитора коррозии металлов содержит оксид лантана, триглицериды высших карбоновых кислот, алканоламин, алкилбензосульфокислоту и органический растворитель при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид лантана1,22-7,08триглицериды высших карбоновых кислот4,17-71,41алкилбензосульфокислота (в пересчете на 100% основного вещества)7,00-40,83алканоламин1,25-19,52щавелевая кислота0,71-4,17органический растворительостальное.

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 могут 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, или моноэтаноламин.

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, протекают ряд химических процессов, приводящих к образованию соединений, которые в свою очередь, обеспечивают достижение поставленной задачи. Так, в результате взаимодействия оксида лантана с алкилбензосульфокислотой происходит образование алкилбензолсульфоната лантана, который обеспечивает комбинированное ингибирующее действие. В результате взаимодействия глицерида 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 черных металлов. В результате комплексообразования алкилбензолсульфоната магния и лантана с моноглицеридами, диглицеридами, сложными эфирами жирной кислоты и триэтаноламина (диэтаноламина) происходит образование донорно-акцепторных связей Me - O, Me - N, и усиливается защитная способность ингибитора коррозии черных 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.

В науке и технике нам не известно использование щавелевой кислоты в системах масло - редкоземельные металлы, т.к. общеизвестно, что редкоземельные металлы образуют нерастворимые или малорастворимые соединения. В заявляемом составе щавелевая кислота проявляет ранее неизвестные для нее свойства - является промоутером взаимодействия оксида редкоземельного металла с алкилбензосульфокислотой в масле. Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

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 лантана, состав 2 - при оптимальном соотношении компонентов с использованием оксида лантана, составы 3 и 4 при граничных значениях компонентов с использованием оксида лантана составы 5 и 6 при граничных значениях компонентов с использованием оксида лантана.

В составах 1, 3 в качестве алканоламина использовали диэтаноламин, в составах 2,4-6-триэтаноламин "ч" (ТУ 6-09-14-1553-78), может быть использован моноэтаноламин по ТУ 6-09-2447-86, алкилбензосульфокислоту (ТУ 2481-036-04689375-95) марки "А" с содержанием основного вещества не менее 96%, оксид лантана марки ЛаО-Д (ТУ 48-4-523-90 с изм. 1-2), щавелевую кислоту в форме дегидрата (ГОСТ 22180-76). В составе 1 и 4 в качестве триглицерида высших 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 составов 1-4 в качестве органического растворителя участвуют несульфированные соединения, в частности алкилбензол, находящийся в составе исходной алкилбензолсульфокислоты в качестве примеси. Для составов 5, 6 в качестве органического растворителя участвует алкилбензол, находящийся в составе исходной алкилбензолсульфокислоты и дополнительно вводят индустриальное масло И-20А по ГОСТ 20799-88.

Для получения ингибитора коррозии черных металлов из состава 1 в реактор, снабженный мешалкой и прямым холодильником, помещали 100 г алкилбензосульфокислоты и 220 г подсолнечного масла, перемешивали и прибавляли 17,0 г оксида лантана, 10 г щавелевой кислоты, при дальнейшем перемешивании реакционную массу постепенно нагревали до температуры 110°С в течение 1-2 часов, после чего в реактор приливали 60 г диэтаноламина и поднимали температуру до 160-180°С при одновременном перемешивании до получения однородной массы и полного растворения оксида 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.

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 0,5 М 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 (0,5 М NaCl).

Ингибитор коррозии, принятый за прототип, моделировали в соответствии с описанием изобретения для одной и той же партии алкилбензолсульфокислоты и того же триглицерида карбоновой кислоты - состав 7.

Результаты испытаний заявляемого ингибитора коррозии металлов для составов 1-6, а также соответствующие показатели известного ингибитора коррозии черных металлов, принятого за прототип, приведены в таблице 2.

Анализ результатов проведенных испытаний позволяет сделать следующие выводы.

- Заявляемый ингибитор коррозии черных металлов обеспечивает достижение следующих показателей защитной способности при погружении в 0,5 М раствор хлорида натрия: площадь пораженной поверхности при экспозиции 720 часов составляет 3-5% 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 черных металлов.

- Заявляемый ингибитор коррозии черных 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 черных металлов, хотя применение в заявляемом количестве возможно.

- Заявляемый ингибитор коррозии черных металлов обеспечивает достижение следующих показателей защитной способности при погружении в 0,5 М раствор хлорида натрия: площадь пораженной поверхности при экспозиции 312 часов составляет 15-20% 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 черных металлов обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:

- 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 0,5 М NaCl в течение 720 часов составляет 3-5% 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 металловНаименование компонентовПримеры по изобретению, вес.г./мас.%1234561. Оксид лантана17,0/4,1817,0/4,185,1/1,225,1/1,2234,0/7,0834,0/7,082. Алкилбензолсульфокислота (в пересчете на 100% основного вещества)98,0/24,0898,0/24,0829,40/7,0029,40/7,00196,0//40,83196,0//40,833. Триглицерид высших карбоновых кислот, в частности:220,0/54,05220,0/54,05300,0/71,41300,0/71,4120,0/4,1720,0/4,17- подсолнечное (рафинированное) масло+------ подсолнечное (нерафинированное) масло---+--- соевое масло--+---- оливковое масло-+----- свиное сало----+-- говяжий жир-----+4. Алканоламин, в частности:60,0/14,7460,0/14,7482,0/19,5282,0/19,526,0/1,256,0/1,25- диэтаноламин++--++- триэтаноламин--++--5. Щавелевая кислота10,0/2,4610,0/2,463,0/0,713,0/0,7120,0/4,1720,0/4,176. Органический растворитель (алкилбензол)2,0/0,492,0/0,490,6/0,140,6/0,144,0/0,834,0/0,83И-20А----200,0/41,67200,0/41,67ВСЕГО, мас.%:100.00100.00100.00100.00100.00100.00

Таблица 2
Результаты испытаний заявляемого и известного ингибиторов коррозии металлов (сталь 3, 10% ингибитора коррозии черных металлов в масле И-20А)№Наименование показателяПримеры по изобретениюПрототип1234561Время до появления первых признаков коррозии при погружении в электролит по ГОСТ 9.054-75 (метод 4), час3003001501503003001502Площадь пораженной поверхности при погружении в электролит (0,5М NaCl) в течение 312 ч., %115311493Площадь пораженной поверхности при погружении в электролит (0,5М NaCl) в течение 720 ч., %53201533100

Изобретение относится к области защиты металлов от коррозии и может быть использовано при получении маслорастворимых ингибиторов сульфонатного типа, преимущественно для антикоррозионной обработки черных металлов. Ингибитор содержит, мас.%: оксид лантана 1,22-7,08, триглицериды высших карбоновых кислот 4,17-71,41, алкилбензосульфокислота (в пересчете на 100% основного вещества) 7,00-40,83, алканоламин 1,25-19,52, щавелевая кислота 0,71-4,17, органический растворитель остальное. Технический результат: повышение защитной способности при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия. 5 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Ингибитор коррозии металлов, включающий оксид металла, триглицериды высших карбоновых кислот, алканоламин, алкилбензосульфокислоту и органический растворитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит щавелевую кислоту, а в качестве оксида металла содержит оксид лантана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Оксид лантана1,22-7,08Триглицериды высших карбоновых кислот4,17-71,41Алкилбензосульфокислота (в пересчете на 100% основного вещества)7,00-40,83Алканоламин1,25-19,52Щавелевая кислота0,71-4,17Органический растворительОстальное