Ингибитор коррозии металлов

Ингибитор коррозии металлов

Реферат

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 С10М 001/44, опубл. 13.06.1978; патент США №4253976, МПК С10М 001/44, опубл. 03.03.1981; патент США №4260500, МПК С10М 001/44, опубл. 07.04.1981; патент США №5589445, МПК С10М 001/40, опубл 31.12.1996; патент РФ 2244734, МПК С10М 159/24, опубл. 20.01.2005; Патент РФ 2152384, МПК С07С 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.

Известен также 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 C23F 11/02, опубл. 27.01.2003).

Недостатком данного ингибитора коррозии черных металлов являются 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.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является ингибитор коррозии металлов, содержащий, мас.%: оксид лантана 1,22-7,08; триглицериды высших карбоновых кислот 4,17-71,41; алканоламин 1,25-19,52; алкилбензосульфокислоту 7,00-40,83; щавелевую кислоту 0,71-4,17 и органический растворитель - остальное (Патент РФ №2285752, МПК C23F 11/18, 2006 г.).

Известный ингибитор проявляет хорошие антикоррозионные ингибирующие свойства, в том числе в присутствии водных растворов хлорида натрия, однако, требует довольно длительного времени для его изготовления: 1-2 часа на первой стадии синтеза (растворения оксида лантана) и 2 часа на стадию переэтерификации триглицеридов алканоламинами.

Технической задачей заявляемого изобретения является сокращение длительности приготовления состава при одновременном сохранении повышенной защитной способности при воздействии водной среды в присутствии активатора коррозии - хлорида натрия.

Поставленная техническая задача решается тем, что, в отличие от известного, заявляемый состав ингибитора коррозии черных металлов вместо щавелевой кислоты содержит соль лантана в форме кристаллогидратов при определенном соотношении компонентов.

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

оксид лантана	1,20-9,36
триглицериды высших карбоновых кислот	5,50-70,56
алкилбензосульфокислота
(в пересчете на 100% основного вещества)	9,92-53,94
алканоламин	1,65-21,17
соль лантана	0,01-0,94
органический растворитель	остальное

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. В качестве солей лантана используют органические или неорганические соли. Соли лантана используют в виде кристаллогидратов солей.

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 протекает ряд химических процессов, приводящих к образованию соединений, которые, в свою очередь, обеспечивают достижение поставленной задачи. Так, в результате взаимодействия оксида лантана и соли 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.

Полагают, 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 не известно использование солей лантана в системах взаимодействия оксидов редкоземельных элементов и алкилбензолсульфокислоты в масле. В заявляемом составе соли лантана проявляют ранее неизвестные для них свойства - являются промоутером взаимодействия оксида редкоземельного металла с алкилбензолсульфокислотой 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), соль лантана в форме кристаллогидратов или их водных растворов с концентрацией 20 - 40 мас.%.

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-8А 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 150 г подсолнечного масла, перемешивали и прибавляли 17,0 г оксида лантана, 0,2 г кристаллогидрата нитрата лантана, при дальнейшем перемешивании реакционную массу нагревали до температуры 90-105°С и перемешивали при этой температуре в течение 0,3-0,5 часа до полного растворения оксида лантана, после чего в реактор приливали 45 г диэтаноламина, поднимали температуру до 160-180°С и перемешивали в течение 1,5 часов до получения однородного прозрачного раствора.

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 0,5М 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 (0,5М NaCl).

Ингибитор коррозии по патенту №2197563 (контрольный состав) моделировали в соответствии с описанием изобретения для одной и той же партии алкилбензолсульфокислоты и того же триглицерида карбоновой кислоты аналогично составу 1. Состав по прототипу получали по описанию, приведенному в патенте №2285752.

Результаты испытаний заявляемого ингибитора коррозии металлов для составов 1-6, а также соответствующие показатели известного ингибитора коррозии черных металлов (контрольный состав), приведены в таблице 2. Эффективность антикоррозионных свойств составов 1-6 (по изобретению) находится на одном уровне с эффективностью состава, изготовленного по прототипу. Эффективность антикоррозионных свойств составов по изобретению (№1-№6) заметно выше, чем эффективность антикоррозионных свойств контрольного состава. Кроме того, температура, необходимая на стадии растворения оксида лантана по изобретению (№1-№6), существенно ниже температуры, необходимой для растворения оксида лантана при изготовлении состава по прототипу. Общая длительность процесса, необходимого для изготовления составов по прототипу, примерно на 2,0-2,5 часа больше, чем длительность изготовления составов по изобретению.

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 <1% при оптимальном соотношении компонентов (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 <1% 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 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 0,5М NaCl в течение 720 часов составляет <1 при указанной концентрации ингибитора в индустриальном масле и оптимальном соотношении реагентов;

- исключение содержания воды в конечном продукте;

- уменьшение времени растворения оксида лантана примерно на 2,0-2,5 часа по сравнению с прототипом;

- сокращение энергопотребления за счет снижения температуры первой стадии синтеза и уменьшения общего времени получения готового продукта;

- 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 1Составы ингибитора коррозии металлов
Наименование компонентов	Примеры по изобретению, вес. г/мас.%
1	2	3	4	5	6
1. Оксид лантана	17,0/5,45	17,0/5,45	5,1/1,20	5,1/1,20	34,0/9,36	34,0/9,36
2. Алкилбензолсульфокислота (в пересчете на 100% основного вещества)	98,0/31,39	98,0/31,39	29,40/6,92	29,40/6,92	196,0/53,94	196,0/53,94
3. Триглицерид высших карбоновых кислот, в частности:	150,0/48,05	150,0/48,05	300,0/70,56	300,0/70,56	20,0/5,50	20,0/5,50
- подсолнечное (рафинированное) масло	+	-	-	-	-	-
- подсолнечное (нерафинированное) масло	-	-	-	+	-	-
- соевое масло	-	-	+	-	-	-
- оливковое масло	-	+	-	-	-	-
- свиное сало	-	-	-	-	+	-
- говяжий жир	-	-	-	-	-	+
4. Алканоламин, в частности:	45,0/14,41	45,0/14,41	90,0/21,17	90,0/21,17	6,0/1,65	6,0/1,65
- диэтаноламин	+	-	-	-	+	-
- триэтаноламин	-	+	+	+	-	+
5. Соль лантана	0,2/0,06	0,2/0,06	0,05/0,01	0,05/0,01	3,4/0,94	3,4/0,94
- нитрат	+			+
- хлорид		+			+
- оксалат			+			+
6. Органический растворитель (алкилбензол)	2,0/0,64	2,0/0,64	0,6/0,14	0,6/0,14	4,0/1,10	4,0/1,10
И-8А	-	-	-	-	100,0/27,52	100,0/27,52
ВСЕГО, мас.%:	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00	100.00

Таблица 2Результаты испытаний заявляемого и известного ингибиторов коррозии металлов (сталь 3, 10% ингибитора коррозии черных металлов в масле И-20А)
№	Наименование показателя	Примеры по изобретению	Контрольный
1	2	3	4	5	6
1	Время до появления первых признаков коррозии при погружении в электролит по ГОСТ 9.054-75 (метод 4), час	300	300	300	300	300	300	150
2	Площадь пораженной поверхности при погружении в электролит (0,5М NaCl) в течение 312 ч, %	≤1	≤1	5	5	≤1	≤1	49
3	Площадь пораженной поверхности при погружении в электролит (0,5М NaCl) в течение 720 ч, %	≤1	≤1	20	20	≤1	≤1	100

1. Ингибитор коррозии металлов, включающий оксид лантана, триглицериды высших карбоновых кислот, алкилбензосульфокислоту, алканоламин и органический растворитель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит соль лантана при следующем соотношении компонентов, мас.%:

оксид лантана	1,20-9,36
триглицериды высших карбоновых кислот	5,50-70,56
алкилбензосульфокислота	9,92-53,94
алканоламин	1,65-21,17
соль лантана	0,01-0,94
органический растворитель	остальное

2. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве триглицеридов высших карбоновых кислот используют жиры животного происхождения.

3. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве триглицеридов высших карбоновых кислот используют растительные масла.

4. Ингибитор по п.2, отличающийся тем, что в качестве жиров животного происхождения используют сало свиное, или жир говяжий, или жир бараний.

5. Ингибитор по п.3, отличающийся тем, что в качестве растительного масла используют подсолнечное масло, или соевое масло, или оливковое масло, или льняное масло.

6. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве органического растворителя используют алкилбензол или смесь алкилбензола и индустриального масла.

7. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве соли лантана используют органические или неорганические соли в виде кристаллогидратов солей.