Патент на изобретение №2347854

(54) ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ В СЕРНОЙ, СОЛЯНОЙ И СУЛЬФАМИНОВОЙ КИСЛОТАХ

(57) Реферат:

Изобретение относится к защите металлов от коррозии и может быть использовано в машиностроении при травлении, в энергетике и пищевой промышленности для кислотных очисток оборудования, а также при кислотных промывках скважин. Ингибитор содержит, мас.%: 5-нитросалицилальсульфатиазол 29,0-23,3; 3-додецилбензимидазол иодид 9,6-19,5; полиэтиленполиамин 61,3-57,1. Технический результат: повышение эффективности защиты от коррозии стали, титана и алюминия, а также увеличение торможения наводороживания стали. 2 табл.

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может применяться в машиностроении при травлении, для кислотных очисток оборудования в энергетике и пищевой промышленности, а также при кислотных промывках скважин.

Известно применение полиэтиленполиамина (ПЭПА) в качестве ингибитора при коррозии стали в 5-10 н. соляной кислоте (Брынза А.П., Герасютина Л.Н., Федаш В.П., Бейбарова Е.Я. “Полиэтиленполиамин – ингибитор коррозии стали в соляной кислоте”, “Защита металлов”, 1983, т.19, с.961). ПЭПА замедляет коррозию стали в соляной кислоте в широком интервале температур 20-90°С, но защитный эффект его довольно мал, составляя 61-95% (степень защиты).

Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является известный ингибитор кислотной коррозии, содержащий продукт конденсации анилина с каприновым альдегидом (Турбина В.Г., Ключников Н.Г. «Защита стали от коррозии в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов». Сб. статей «Ингибиторы коррозии металлов». – М.: ЦНИК технологии, «Судостроение», 1965, с.124-129). Известный ингибитор защищает сталь лучше, чем ПЭПА. Однако степени защиты все же недостаточно велики: 92,07; 95,50 и 97,29% соответственно в 3,5 и 7 н. растворах соляной кислоты. Для титана и алюминия эффективность защиты еще ниже. Кроме того, известный ингибитор слабо замедляет наводороживание стали.

Техническая задача предлагаемого изобретения состоит в том, чтобы повысить эффективность защиты от коррозии в кислотах для стали, титана и алюминия, а также увеличить торможение наводороживания стали.

Названная техническая задача решается с помощью введения в серную, соляную и сульфаминовую кислоту ингибитора коррозии, содержащего продукт конденсации амина и альдегида, полиэтиленамина и дополнительно 3-додецилбензимидазол иодида, а в качестве продукта конденсации 5-нитросалицилальсульфатиазола.

Последний компонент имеет следующее строение:

Структура 3-додецилбензимидазол иодида

Полиэтиленполиамин представляет собой смесь высокомолекулярных фракций полиаминов со средней молекулярной массой 150-170 а.е.м.

Главными компонентами ПЭПА являются тетраэтиленпентамин

H₂NCH₂CH(NH₂)CH₂CH(NH₂)C₂H₂CH(NH₂)CH₂CHNH₂

и триэтилентетрамин

H₂NCH₂CH(NH₂)CH₂CH(NH₂)CH₂CHNH₂.

Указанные вещества входят в состав разработанного ингибитора в следующих концентрациях (мас.%):

Для удобства приготовления ингибированных растворов кислот приводятся концентрации компонентов ингибитора в той же последовательности, выраженные в г/л: 0,9-1,8; 0,3-1,5 и 1,9-4,4. Для ускорения растворения продукта конденсации рекомендуется навеску его предварительно растворить в 2-3 мл ацетона (экспериментально показано, что ацетон практически не влияет на защитные свойства ингибитора). Введение компонентов в растворы кислот осуществляется в следующей последовательности: производное бензимидазола (при энергичном перемешивании), затем ПЭПА и, наконец, продукт конденсации (или ацетоновый раствор его).

Скорость коррозии образцов стали, титана и алюминия измерялась по объему выделившегося водорода и гравиметрическим методом по убыли массы образцов. Наводороживание стали определялось на крутильной машине К-5 по числу оборотов проволочных образцов до их излома.

Результаты опытов приведены в таблицах 1 и 2, а также в примерах.

Пример I. В 1 л 5 н. H₂SO₄ растворили 5,2 г ингибитора (продукт конденсации 26,1, производное бензимидазола 14,8, ПЭПА 59,1 мас.%). Образцы стали, зачищенные тонкой наждачной бумагой, обезжиренные ацетоном, выдержанные в течение 2-х часов в эксикаторе над прокаленным хлоридом кальция, взвешивались на аналитических весах и затем погружались в чистую и ингибированную серную кислоту. При 20°С опыт продолжался 48 часов, при 90°С – 0,5 часа. Все опыты по измерению скорости коррозии проведены не менее, чем в 5-ти повторностях.

Коэффициенты торможения определялись на основе экспериментальных результатов, из которых находился средний показатель изменения массы образцов m₁ для чистой кислоты и m₂ для кислоты с ингибитором и По полученным таким образом коэффициентам торможения ₂₀ и ₉₀ вычислялись степени защиты от коррозии

При 20°С Z=99,5%, для 90°С Z=98,9%. Для известного ингибитора те же показатели имеют величины соответственно 90,5 и 87,7%.

Затем были определены коэффициенты торможения для отдельных компонентов ингибитора, которые брались в тех же концентрациях, в каких они входят в состав трехкомпонентного ингибитора.

Коэффициенты торможения имеют следующие величины (при 20°С):

Произведение коэффициентов дает величину 36,4, что значительно ниже, чем для трехкомпонентного ингибитора. Следовательно, можно констатировать, что наблюдается заметный синергизм, т.е. взаимное усиление защитного действия компонентов.

Аналогичная картина имела место и при 90°С, значения коэффициентов торможения в той же последовательности компонентов равны 3,0; 3,5; 3,4; произведение частных коэффициентов 35,7. Синергизм проявляется в меньшей мере, но наличие взаимного усиления действия компонентов несомненно.

Заключение о синергическом эффекте в смеси компонентов подтверждается и поляризационными измерениями, которые показали увеличение и катодной, и анодной поляризации (примерно в 3 и 2 раза соответственно).

Как уже было отмечено выше, защита от коррозии с предлагаемым ингибитором заметно выше, чем с известным. Еще существеннее эффект снижения наводороживания стали предлагаемым ингибитором сравнительно с известным: в этом случае степень защиты повышается в несколько раз (для предлагаемого ингибитора она составляет в серной кислоте 45%, а для известного всего 9%).

Пример II. Аналогичные опыты были проведены с трехкомпонентным ингибитором на титане в 7 н. HCl. Степень защиты при 20°С составила 90,2%, при 90°С – 91,5%. Для известного ингибитора соответственно 71,7 и 70,9%. Сравнение коэффициентов торможения для предлагаемого ингибитора (смесь 3-х компонентов) и произведения частных коэффициентов торможения для отдельных компонентов также указывает на наличие синергизма компонентов в смеси (для смеси =12,4, для произведения отдельных компонентов =5,8).

Пример III. В 1 н. растворе сульфаминовой кислоты проведены опыты с алюминиевыми образцами с предлагаемым и известным ингибиторами (концентрации их те же, что и в примерах I и II). Коэффициент торможения для предлагаемого ингибитора равен 34,6, для известного заметно ниже – 24,5. Взаимное усиление защитного действия компонентов предлагаемого ингибитора обнаружено и для алюминия: для произведения частных коэффициентов торможения получена величина 10,5, что более чем в 3 раза меньше для смеси.

Таким образом, для всех трех испытанных металлов предложенная смесь компонентов проявила синергизм, в результате чего трехкомпонентный ингибитор оказался более эффективным, чем известный. Преимущество предлагаемого ингибитора обнаружилось как при торможении коррозии, так и, особенно значительно, для уменьшения наводороживания.

В дополнительных опытах с известным и широко применяемым в антикоррозионной практике ингибитором ПБ-5 было выяснено, что он значительно уступает предлагаемому ингибитору в двух отношениях: во-первых, по коэффициенту торможения стали в 3 н. HCl (соответственно для ПБ-5 =41, а для предлагаемого =83,3); во-вторых, ПБ-5 коагулирует при накоплении солей железа, в то время как предлагаемый – не коагулирует.

Предлагаемый ингибитор может быть рекомендован при травлении стали, титана и алюминия в названных выше кислотах, а также при очистках оборудования, в котором имеются перечисленные металлы.

Формула изобретения

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и сульфаминовой кислотах, содержащий продукт конденсации амина с альдегидом, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 3-додецилбензимидазол иодид и полиэтиленполиамин, а в качестве продукта конденсации 5-нитросалицилальсульфатиазол при следующем соотношении компонентов, мас.%: