ЛЕТУЧИЙ ИНГИБИТОР АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ Российский патент 2010 года по МПК C23F11/02 

Изобретение относится к технике защиты черных и цветных металлов от атмосферной коррозии с помощью летучих ингибиторов коррозии (ЛИК).

Аналогами предлагаемого ингибитора являются амины, например бензиламин - ингибитор атмосферной коррозии черных металлов, никеля; однако этот ингибитор не защищает медь, алюминий, цинк, латунь и малоэффективен при конденсации влаги [А.Алцыбеева, С.Левин. Ингибиторы коррозии металлов. Химия. 1968].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ингибитору является ЛИК ИФХАН-1, 1-диэтиламино-2-метилбутанон-3 - универсальный летучий ингибитор атмосферной коррозии черных и цветных металлов [ГОСТ 9.014-78 - Временная противокоррозионная защита изделий]. Несмотря на все достоинства, прототип не обеспечивает эффективную защиту черных и цветных металлов в условиях периодической конденсации влаги.

Задачей настоящего изобретения является разработка высокоэффективного летучего ингибитора атмосферной коррозии для защиты черных и цветных металлов, обеспечивающего длительную защиту при различных условиях эксплуатации защищаемого оборудования, в том числе и в условиях периодической конденсации влаги.

Поставленная задача достигается тем, что ингибитор, содержащий амин, дополнительно содержит гетероциклическое азотсодержащее соединение (ГАС) и кетон, при следующем соотношении компонентов (мас.%):

амин 25-70 гетероциклическое азотсодержащее соединение 25-70 кетон 1-25

Ниже приводится подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность, а также примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора.

Амины известны как ингибиторы коррозии черных металлов и лишь некоторые представители аминов оказывают незначительный ингибирующий эффект на коррозию цветных металлов.

В то же время ряд гетероциклических азотсодержащих соединений известны как ингибиторы коррозии цветных металлов, таких как медь, алюминий и его сплавы, цинк и др. Но не ингибируют коррозию черных металлов, что и было показано лабораторными испытаниями.

Кетоны, в частности циклогексанон, в свою очередь, известен как ингибитор коррозии меди в растворах щелочей и в растворах персульфата калия. Предполагается, что циклогексанон адсорбируется на поверхности меди.

При совместном введении в коррозионную среду амина, кетона и гетероциклического азотсодержащего соединения нами впервые было обнаружено не аддитивное, а значительное повышение эффективности защиты, свидетельствующее о существенном взаимном усилении действия всех компонентов.

Объяснить природу обнаруженного неаддитивного возрастания эффективности ингибирования при совместном введении в коррозионную среду указанных выше веществ в настоящее время не представляется возможным, поскольку для этого необходимо дальнейшее проведение фундаментальных общенаучных исследований.

Антикоррозионное действие ЛИК оценивали в условиях периодической интенсивной конденсации влаги.

Исследования проводили в отношении образцов стали Ст3; чугуна СЧ-18-20; меди М-1; цинка Ц0 и сплава алюминия Д16. Ячейка для испытаний представляла собой вакуумный эксикатор со встроенным теплообменником [Андреев Н.Н., Кузнецов Ю.И. // Коррозия: материалы, защита. - 2006. - №8. - С.28-35]. Перед испытаниями плоские образцы металлов зачищали наждачной бумагой различной зернистости, обезжиривали ацетоном и помещали на теплообменник в эксикатор. На дно ячейки устанавливали стеклянный бюкс с 1 г ингибитора, в парах которого образцы экспонировали трое суток. Далее в ячейку помещали чашку Петри с 10 мл дистиллированной воды и ежедневно в течение 3 ч по шлангам, выведенным из крышки ячейки, пропускали через теплообменник холодную воду. Продолжительность опытов составляла 21 сутки. Об эффективности защиты судили по скорости коррозии, которые рассчитывали по формуле:

К=ΔР/(S·t), где

ΔР - массопотеря образца;

S - площадь образца;

t - продолжительность испытаний.

Ингибитор готовили посредством смешения амина, кетона и гетероциклического азотсодержащего соединения в весовых соотношениях, указанных в табл.1.

Таблица 1 Скорость коррозии К для Ст3 Соотношение компонентов (% вес.) Скорость коррозии К (г/м²cyтки) 0:0:0 50:25:25 69:30:1 60:25:15 30:45:25 25:70:5 20:80:0 80:20:0 70:0:30 Ингибитор в отсутствие ингибитора 30,3 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- БА:БТА:БН ----- 3,2 0,3 2,07 5,18 5,81 6,4 0,29 1,01 БА:БТА:ЦГН ----- 4,78 0,09 3,09 5,34 5,92 6,41 0,2 1,12 БА:ТТА:ЦГН ----- 5,15 0,24 2,84 5,8 5,34 6,77 0,25 0,83 ТБА:АТА:ЦГН ----- 6,01 0,27 2,99 5,43 5,81 5,98 0,31 0,94 ТБА:БТА:БН ----- 3,28 0,44 3,01 5,03 5,14 6,34 0,24 0,88 ТБА:ТТА:ЦГН ----- 6,11 0,11 3,55 5,7 6,03 6,81 0,18 0,92 ДМБА:АТА:БН ----- 4,28 0,36 2,96 5,49 5,64 6,13 0,28 1,09 ДМБА:БТА:ЦГН ----- 4,8 0,01 2,8 5,57 5,6 6,0 0,23 0,91 ДМБА:ТТА:ЦГН ----- 5,16 0,29 3,0 5,46 5,59 6,4 0,26 0,95 Скорость коррозии К для СЧ-18-20 Соотношение компонентов (% вес.) Скорость коррозии К (г/м²cyтки) 0:0:0 50:25:25 69:30:1 60:25:15 30:45:25 25:70:5 20:80:0 80:20:0 70:0:30 Ингибитор в отсутствие ингибитора 31,9 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- БА:БТА:БН ----- 6,2 0,01 3,27 5,13 7,15 7,95 1,1 2,77 БА:БТА:ЦГН ----- 6,16 0,02 2,91 5,98 6,74 8,01 1,66 2,93 БА:ТТА:ЦГН ----- 6,0 0,22 2,87 6,0 6,77 7,72 1,62 2,42 ТБА:АТА:ЦГН ----- 6,88 0,07 3,18 6,18 6,9 7,8 1,74 2,36 ТБА:БТА:БН ----- 5,9 0,08 3,14 5,92 7,44 7,94 1,83 2,75 ТБА:ТТА:ЦГН ----- 6,1 0,03 3,05 5,74 7,39 7,89 1,46 2,54 ДМБА:АТА:БН ----- 5,56 0,05 3,28 5,98 7,24 8,0 1,52 2,68 ДМБА:БТА:ЦГН ----- 6,4 0,03 3,3 5,96 7,1 7,85 1,4 2,8 ДМБА:ТТА:ЦГН ----- 6,57 0,09 3,31 5,86 7,11 7,88 1,49 2,89 Скорость коррозии К для M-1 Соотношение компонентов (% вес.) Скорость коррозии К (г/м²cyтки) 0:0:0 50:25:25 69:30:1 60:25:15 30:45:25 25:70:5 20:80:0 80:20:0 70:0:30 Ингибитор в отсутствие ингибитора 4,6 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- БА:БТА:БН ----- 0,58 0,01 0,35 0,08 0,00 0,00 5,1 1,97 БА:БТА:ЦГН ----- 0,49 0,00 0,25 0,01 0,00 0,00 4,66 1,93 БА:ТТА:ЦГН ----- 0,51 0,02 0,29 0,06 0,00 0,00 4,62 1,42 ТБА:АТА:ЦГН ----- 0,04 0,00 0,17 0,09 0,00 0,00 3,74 0,36 ТБА:БТА:БН ----- 0,07 0,01 0,03 0,03 0,00 0,00 3,83 0,95 ТБА:ТТА:ЦГН ----- 0,09 0,00 0,032 0,07 0,00 0,00 3,46 0,54 ДМБА:АТА:БН ----- 0,33 0,01 0,041 0,14 0,00 0,00 4,52 1,28 ДМБА:БТА:ЦГН ----- 0,05 0,00 0,03 0,11 0,00 0,00 4,64 0,91 ДМБА:ТТА:ЦГН ----- 0,054 0,00 0,033 0,12 0,00 0,00 4,49 0,99

Скорость коррозии К для Ц0 Соотношение компонентов (% вес.) Скорость коррозии К (г/м²cyтки) 0:0:0 50:25:25 69:30:1 60:25:15 30:45:25 25:70:5 20:80:0 80:20:0 70:0:30 Ингибитор в отсутствие ингибитора 27,4 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- БА:БТА:БН ----- 9,57 0,24 6,35 7,19 7,64 6,86 5,01 11,07 БА:БТА:ЦГН ----- 9,49 0,2 6,55 8,01 7,95 6,91 4,25 10,93 БА:ТТА:ЦГН ----- 9,5 0,26 6,49 8,16 8,45 7,15 4,32 11,42 ТБА:АТА:ЦГН ----- 8,44 0,3 5,87 7,09 8,01 6,28 4,76 10,66 ТБА:БТА:БН ----- 9,47 0,18 6,73 7,13 7,85 7,01 4,73 10,95 ТБА:ТТА:ЦГН ----- 8,59 0,1 6,62 6,87 7,49 6,84 4,52 10,74 ДМБА:АТА:БН ----- 9,63 0,17 6,41 6,14 7,1 6,64 4,62 11,98 ДМБА:БТА:ЦГН ----- 9,17 0,12 6,4 5,28 6,94 6,14 3,21 11,9 ДМБА:ТТА:ЦГН ----- 9,54 0,13 6,54 6,32 7,13 6,59 4,08 10,79

Скорость коррозии К для Д16 Соотношение компонентов (% вес.) Скорость коррозии К (г/м²cyтки) 0:0:0 50:25:25 69:30:1 60:25:15 30:45:25 25:70:5 20:80:0 80:20:0 70:0:30 Ингибитор в отсутствие ингибитора 4,65 ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- ----- БА:БТА:БН ----- 2,67 0,14 3,55 3,09 2,61 2,73 3,21 5,77 БА:БТА:ЦГН ----- 2,49 0,12 3,51 3,01 2,58 2,91 3,75 5,63 БА:ТТА:ЦГН ----- 2,45 0,17 3,39 3,13 2,69 2,82 3,32 5,12 ТБА:АТА:ЦГН ----- 1,54 0,03 2,47 2,09 1,88 2,28 1,6 2,36 ТБА:БТА:БН ----- 1,47 0,01 2,71 2,03 1,87 2,01 1,23 2,35 ТБА:ТТА:ЦГН ----- 1,69 0,01 2,62 2,17 1,9 1,84 1,52 2,74 ДМБА:АТА:БН ----- 2,43 0,07 3,21 2,19 2,09 1,94 3,62 4,78 ДМБА:БТА:ЦГН ----- 2,1 0,00 3,0 2,2 1,9 1,81 3,2 4,0 ДМБА:ТТА:ЦГН ----- 2,34 0,11 3,34 2,22 2,13 1,89 3,8 4,59

Список сокращений в таблице 1: БА бензиламин ТБА трибензиламин ДМБА диметилбензиламин АТА аминотриазол ТТА толилтриазол БТА бензотриазол ЦГН циклогексанон БН бутанон

В табл.1 приведены результаты испытаний по сравнительной эффективности ингибиторов по отношению к черным (сталь Ст3 и чугун СЧ-18-20) и цветным (медь, цинк и сплав Д16) металлам и иллюстрирующие обнаруженный синергетический эффект.

Данные испытания показали, что оптимальным % весовым соотношением компонентов ингибитора является амин:ГАС:кетон (60:25:15), а наиболее эффективным по отношению как к черным, так и к цветным металлам является смесь амин:ГАС:кетон при следующем соотношении компонентов (%вес.) 69:30:1. Как видно из таблицы 1 при отклонении от вышепредложенного соотношения компонентов не происходит одновременной защиты как черных, так и цветных металлов.

Дальнейшие испытания предлагаемого ингибитора, аналога и прототипа проводились по уже описанной выше методике. Степень защиты, величины которых приводятся в таблице 2, рассчитывались по следующей формуле:

Z=(1-К₁/К₂)·100%, где

K₁ - скорость коррозии в присутствии ингибитора;

К₂ - скорость коррозии в отсутствие его.

Значения K₁ и К₂ вычислялись аналогично предыдущему примеру.

Таблица 2   Степень защиты Z, % Металл Ст3 СЧ-18-20 М-1 Ц0 Д16 Предлагаемый состав 99,96 99,9 100 99,56 100 Аналог 65,7 58,6 0 0 44,27 Прототип 67,68 74,3 69,6 78,87 77,3

Таким образом, как следует из результатов коррозионных испытаний, приведенных в табл.2, предлагаемый ингибитор превосходит ингибитор-аналог и ингибитор-прототип по своим защитным свойствам по отношению к черным и цветным металлам в условиях периодической конденсации влаги.

Все входящие в состав предлагаемого ингибитора вещества производятся промышленно и не являются дефицитными.

Использование предлагаемого ингибитора позволит существенно увеличить сроки службы металлического оборудования.

Изобретение относится к области защиты черных и цветных металлов от атмосферной коррозии с помощью летучих ингибиторов коррозии - ЛИК. ЛИК содержит, мас.%: амин 25-70, гетероциклическое азотсодержащее соединение 25-70, кетон 1-25. Технический результат: разработка высокоэффективного ЛИК для защиты металлов, обеспечивающего длительную защиту при различных условиях эксплуатации защищаемого оборудования, в том числе и в условиях периодической конденсации влаги. 3 з.п. ф-лы, 2 табл.

1. Летучий ингибитор коррозии на основе амина, отличающийся тем, что он дополнительно содержит гетероциклическое азотсодержащее соединение и кетон при следующем соотношении компонентов, мас.%:
амин 25-70 гетероциклическое азотсодержащее соединение 25-70 кетон 1-25

2. Летучий ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве амина он содержит бензиламин или его производные - трибензиламин и диметилбензиламин.

3. Летучий ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве гетероциклического азотсодержащего соединения он содержит аминотриазол, толилтриазол или бензотриазол.

4. Летучий ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве кетона он содержит циклогексанон или бутанон.