СРЕДСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ИЗДЕЛИЙ ОТ ПРОДУКТОВ КОРРОЗИИ Российский патент 2009 года по МПК C23G1/02 C23F1/14 

Изобретение относится к химическим средствам удаления продуктов коррозии с поверхности черных и цветных металлов, а также с неметаллических поверхностей.

Для очистки от продуктов коррозии различных металлических изделий, санитарно-технических узлов, труднодоступных участков оборудования и транспортных средств (резьбовые соединения, глухие отверстия малого диаметра) целесообразно применять химические средства в виде паст и растворов.

Известны пасты, предназначенные для очистки поверхности от продуктов коррозии, содержащие соляную кислоту или другие минеральные кислоты - плавиковую, серную, азотную (Ямпольский А.И. Травление металлов. М.: Металлургия, 1980, с.225). Однако пары этих кислот токсичны, поэтому использование антикоррозионных продуктов на их основе представляет определенную опасность.

Широко применяемые абразивные пасты имеют ряд недостатков, а именно - в результате их воздействия происходит износ изделия и его порча. Применение абразивных паст исключается при зачистке резьбовых отверстий и других малодоступных участков поверхности.

Известно применение растворов ортофосфорной кислоты различной концентрации, чаще всего 85 мас.%. Применение такого концентрированного раствора также представляет опасность и неудобно при обработке вертикальных и потолочных поверхностей.

Известно также выпускаемое фирмой «Teroson» (Германия) средство «Teroxyd» и паста «Морж», выпускавшаяся отечественным предприятием «Балтхим» по ТУ 48-1402-6-89.

Препарат «Teroxyd» представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. Он содержит 10-25% ортофосфорной кислоты и органические вещества, которые обнаруживаются по запаху. В аннотации рекомендуется хранить препарат вдали от источников огня, а обработку поверхности производить в хорошо вентилируемом помещении.

Обработка коррелированной поверхности заключается в том, что вначале она очищается щеточкой из стальной проволоки, а затем мягкой кисточкой наносят жидкий препарат. Все эти сведения изложены на поверхности флакона, содержащего около 100 мл упомянутой жидкости. Обе кисточки находятся в одной упаковке с флаконом.

Очевидно, что очистка поверхности с помощью указанного средства содержит элементы химической и механической очистки, поэтому не может быть рекомендована в случае эмалированных и пластмассовых изделий.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению, взятой за прототип, является паста для удаления ржавчины «Морж», представленная в ТУ 48-1402-6-89, 2383-357-02068474-96.

Паста «Морж» включает воду, 14-16% ортофосфорной кислоты, до 1% алкилгидроксамовых кислот, 1,7-1,9% алифатического спирта нормального или изостроения, содержащего в углеводородной цепи 2-5 атомов углерода, а также стеарат цинка в количестве 1,5-1,6% и аэросил от 4 до 5%.

Процесс получения пасты «Морж» состоит из двух стадий. Вначале расчетное количество ортофосфорной кислоты растворяют в воде и к полученному раствору добавляют алкилгидроксамовую кислоту (или смесь алкилгидроксамовых кислот) спирт. Затем смесь доводят до кипения и кипятят при 95°С с обратным холодильником в течение одного часа или двух часов в зависимости от состава алкилгидроксамовых кислот.

Продукт термообработки охлаждают и добавляют при перемешивании порошкообразные компоненты - аэросил и стеарат цинка. После того как паста приобретает консистенцию сметаны, она готова к употреблению.

К недостаткам пасты «Морж» следует отнести относительно высокую себестоимость, что можно объяснить большой ценой сырья и необходимостью его транспортировки на расстояния, превышающие тысячу километров, так как пункты производства сырья сильно разбросаны: Ивано-Франковская область Украины (аэросил), Волгоградская область РФ (алкилгидроксамовые кислоты), Ставрополь (стеарат цинка), Ленинградская область или Тольятти (ортофосфорная кислота). Процесс получения пасты является двухстадийным, а фасовка пасты при комнатной температуре представляет определенную трудность, нагревание значительно увеличивает энергоемкость процесса в целом.

Задачей предлагаемого изобретения является улучшение экономических показателей и экологических свойств процесса очистки изделий от продуктов коррозии.

Поставленная задача достигается тем, что средство для очистки изделий от продуктов коррозии, включающее ортофосфорную кислоту и загуститель, подвергнутые термической обработке, содержит следующие компоненты, мас.%:

Крахмал 8,0-10,0 Ортофосфорная кислота 30,0-32,0 Вода Остальное

Полезный эффект антикоррозионного действия средства является следствием синергизма действия компонентов, подвергнутых указанной обработке, во вновь полученной композиции.

Важной характеристикой средства является малая величина съема металла, равная 2×10^-5 см. Поэтому предлагаемое средство можно использовать для очистки от ржавчины деталей малой толщины, различных стальных мембран, т.е. в тех случаях, когда применение механических способов крайне нежелательно, поскольку может изменить функциональные характеристики прибора или устройства за счет абразивного эффекта. Отсюда улучшаются экономические показатели путем использования предлагаемого средства за счет устранения специальных методов очистки поверхности, включая механическую.

Экономические показатели улучшаются также за счет того, сто предлагаемое средство может быть получено достаточно просто промышленным способом, поскольку в состав средства входят вещества недефицитные, сырьевая база доступна и выпускается российской промышленностью.

Улучшаются экологические свойства процесса очистки изделий от продуктов коррозии, так как средство экологически безопасно для работ персонала и среды, не содержит вредных продуктов реакции, которые не требуют специальных методов утилизации.

Эффект использования предлагаемого средства достигается за счет химического взаимодействия компонентов состава с окисленными формами металла, образуя легко удаляемые продукты с очищенной поверхности. После использования средства сохраняется высокое качество обрабатываемой поверхности.

Качество оценивали эффективностью антикоррозионного действия в соответствии с условиями применения средства. Для этого использовалась листовая сталь-3 в виде пластинок с размером: 100×100×3 мм.

Эти пластинки подвергались атмосферной коррозии в условиях Санкт-Петербурга в течение года, для чего они устанавливались в вертикальном положении, незащищенные от атмосферных осадков, и ориентация их относительно стран света менялась через равные промежутки времени, чтобы степень коррозии была одинаковой на обеих сторонах пластинки.

Толщина слоя ржавчины, появившейся после такой обработки, была измерена микрометром и составляла 0,16-0,25 мм.

Для оценки степени очистки коррелированные образцы укладывали в горизонтальное положение и наносили слой пасты толщиной 3-4 мм, также поступали и с пастой-прототипом. Время выдержки пасты на очищаемой поверхности во всех экспериментах составляло 40 минут. По истечении этого времени слой пасты удаляли посредством сухой чистой ветоши, а затем натирали 15% раствором медного купороса (сульфата меди (П). При этом поверхность стали, очищенная от ржавчины, покрывалась налетом меди в соответствии с уравнением реакции: CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu.

Площадь, покрытую налетом меди, измеряли с помощью курвиметра, что позволяло оценить ее количественно.

Обработку во всех случаях проводили дважды, причем один раз после нанесения пасты пластинка фиксировалась в вертикальном положении и один раз - в горизонтальном.

Пример 1. Приготовление средства.

В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой и обратным холодильником, загружали 85% ортофосфорной кислотой и водой, взятых в объемном соотношении 1:4, затем добавляли крахмал в количестве 10% от общей массы загрузки.

Содержимое колбы нагревали до 60-70°С при перемешивании на водяной бане до превращения его в желеобразную массу. Образовавшуюся массу разливали в расходную тару и выдерживали при комнатной температуре 2-4 часа, после чего использовали по назначению.

Готовое к использованию средство представляет собой продукт взаимодействия комплекса веществ заявленного состава и новообразований в виде полиэфиров, образуемых полисахаридами с ортофосфорной кислотой в различных соотношениях заявленных компонентов с разной молекулярной массой (в алигомерных и полимерных формах),

Определить содержание конкретного полимерного эфира в полученном средстве невозможно.

Пример 2.

4 пластинки из стали 3, подвергнутые коррозии в условиях С-Петербурга, как описано выше, обрабатывали различными средствами:

№1 - средством «Teroxyd» германского производства (в соответствии с инструкцией, прилагаемой к каждой единице упаковки).

№2 - водным раствором ортофосфорной кислоты (концентрация 85%).

№2 - водным раствором ортофосфорной кислоты (концентрация 85%).

№3 - пастой «Морж» в соответствии с инструкцией, данной в заявке на изобретение.

№4 - предлагаемым средством.

Результаты опытов представлены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1 Состав для чистки № пластинки Чистота поверхности, % Примечание Известный (прототип) 3 99,0 Отдельные точки недотрава Известный (аналог) 1,2 95,0 Несколько точек недотрава Предлагаемый 4 100,0 Поверхность протравлена полностью

Из данных табл.1 следует, что с использованием предлагаемого состава достигается полная степень очистки поверхности стали, в то время как при использовании известных составов - аналогов и прототипа - на поверхности остается до 5% продуктов коррозии.

Пример 3.

В стальном стержне (сталь 3) сечением 10×10 мм были просверлены отверстия и нарезана резьба М3, М4, М6 - по 4 отверстия на каждый размер. Образцы подвергались атмосферной коррозии в условиях С.-Петербурга в течение 1 года, вследствие чего вворачивание болтов в соответствующие им отверстия стало невозможным даже при значительном усилии на гаечном ключе.

Для оценки предлагаемого и известных способов очистки от продуктов коррозии по одному отверстию каждого размера (всего 12) было обработано: №№1, 6, 7 - средством «Teroxyd», №№2, 8, 11 - пастой «Морж», №№3, 5, 10 - 85%-ным раствором ортофосфорной кислоты, №№4, 6, 9 - предлагаемой пастой в соответствии с примером 2.

Очистку отверстий от остатков паст во всех случаях производили одинаково, протаскивая через отверстие кусок ткани, смоченной в растворе питьевой соды.

Сравнительную оценку эффективности действия использованных средств для удалений продуктов коррозии производили качественно - по физическому усилию, прилагаемому на гаечный ключ при заворачивании болта. При этом вворачивание болтов в отверстия №№2, 4, 6, 8, 9, 11, обработанные прототипом и предлагаемым средством, происходило при нормальном усилии на гаечном ключе.

При вворачивании болтов в отверстия №№3, 5, 10, обработанные водным раствором ортофосфорной кислоты, усилие также было почти нормальным, но потребовалась дополнительная обработка струей воды и дополнительная обработка протягиванием куска сухой ткани.

В отверстия №№1, 6, 7, обработанные средством «Teroxyd», болты завернуть не удалось.

Таким образом, представленные данные, а также таблица 1 свидетельствуют о преимуществах предлагаемой пасты по сравнению с прототипом и средствами-аналогами в эффективности действия по удалению ржавчины, особенно на вертикальных и труднодоступных резьбовых поверхностях.

Была проверена возможность использования в составе пасты различных крахмалов, так как известно, что строение и свойства этих полимеров значительно различаются

При изготовлении средства по примеру 1 были использованы различные крахмалы, представленные в таблице 2. В этой же таблице представлены результаты испытаний в соответствии с примером 2 средства, изготовленного по примеру 1 с использованием различных крахмалов.

Поскольку крахмал является природным биополимером, невозможно детально охарактеризовать его в химическом отношении, соответствующее исследование требует слишком больших материальных затрат. Поэтому в таблице 2 крахмалы обозначены по названиям фирм-производителей, указанных в маркировке транспортной тары.

Продукт каждой из указанных фирм-производителей был использован для изготовления пяти образцов пасты, следовательно, результаты, представленные в таблице 2, достаточно надежно характеризуют крахмалы как исходный материал для изготовления пасты.

Таблица 2 Результаты испытаний средства полученной с использованием различных крахмалов №№ пп Использованный крахмал Чистота поверхности обработанной пастой, % 1. Беслановский маисовый комбинат 100,0 2. ООО «Проммикс», г.Москва 100,0 3. Крахмал ГОСТ 7699-78 100,0 4. Днепропетровский крахмал - паточный комбинат. Украина 100,0 5. Немаркированный, РФ 100,0

Приведенные в таблице 2 экспериментальные данные свидетельствуют о том, что использование крахмалов различного происхождения в предлагаемой пасте не изменяет ее активности по отношению к продуктам коррозии.

Общее соотношение компонентов средства, мас.%:

Крахмал 8,0-10,0 Кислота ортофосфорная 30,0-32,0 Вода Остальное

является оптимальным для эффективного ее действия, о чем свидетельствуют данные таблицы 3.

Таблица 3 №№ Содержание компонентов мас.% Чистота поверхности, % Примечание крахмал Ортофосфорная кислота 1 2 3 4 5 1 0 30,0 22 На вертикальной поверхности не удерживается 2 2,0 30,0 25 « 3 4,0 30,0 25 « 4 6,0 30,0 40 « 5 8,0 30,0 55 Паста удерживается на вертикальной поверхности 6 10,0 30,0 75 Размазывается в тонкий слой и удерживается 7 12,0 30,0 70 Паста плохо размазывается в тонкий слой 8 10,0 32,0 100,0 Размазывается в тонкий слой и удерживается 9 10,0 34,0 100,0 Паста быстро разжижается 10 10,0 33,0 100,0 Паста за 7 суток разжижается 11 12,0 34,0 95,0 Паста за 3 суток разжижается

Таким образом, эффективность действия пасты имеет причиной непредсказуемый синергизм в композиции, составленной из воды, ортофосфорной кислоты и крахмала, взятых в соотношении, мас.%:

Ортофосфорная кислота 30,0-32,0 Крахмал 9,0-10,5 Вода Остальное

Ни один из указанных элементов не может быть изменен с выходом за указанные пределы без ухудшения качества пасты, снижения ее функциональных характеристик. Важной характеристикой пасты является малая величина съема металла. Для ее определения пластинки из стали 3 были очищены от ржавчины механически, взвешены, обработаны предлагаемой пастой в соответствии с примером 2 и вновь взвешены. Разница в массе пластинки до и после обработки и обработанная площадь, дали возможность вычислить величину съема металла, она оказалась равной, 2·10^-5 см. Это означает, что предлагаемое средство можно использовать для очистки от ржавчины деталей малой толщины, различных стальных мембран, т.е. в тех случаях, когда применение механических способов крайне нежелательно, поскольку может изменить функциональные характеристики прибора или устройства за счет абразивного эффекта.

Исключение необходимости механической очистки изделий приводит в конечном счете к повышению производительности труда. Средство может быть достаточно просто получено промышленным способом, поскольку все исходные вещества выпускаются российской промышленностью.

СПб центр санэпиднадзора дал заключение, что по токсикологической характеристике паста относится к веществам IV класса опасности.

Большой интерес вызвало предлагаемое средство на международной выставке Российский фермер, все отзывы потребителей оказались положительными и можно рассчитывать на широкое применение средства в быту, промышленности и сельскохозяйственном производстве.

Средство апробировано с положительными результатами в гостинице «Прибалтийская» и ООО «Хлебтрансс».

Изобретение относится к химическим средствам удаления продуктов коррозии с поверхности черных и цветных металлов, а также с неметаллических поверхностей. Средство включает ортофосфорную кислоту, крахмал и воду, подвергнутые термической обработке при следующем содержании компонентов, мас.%: ортофосфорная кислота 30,0-32,2, крахмал 8,0-10,0, вода - остальное. Изобретение позволяет улучшить экономические показатели и экологические свойства процесса очистки изделий от продуктов коррозии. Данное средство можно использовать для очистки от ржавчины деталей малой толщины, различных стальных мембран, т.е. в тех случаях, когда применение механических способов крайне нежелательно. 3 табл.

Средство для очистки изделий от продуктов коррозии, включающее ортофосфорную кислоту, крахмал и воду, подвергнутые термической обработке при следующем содержании компонентов, мас.%:
ортофосфорная кислота 30,0-32,2 крахмал 8,0-10,0 вода остальное