СОСТАВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ И СОЛЕОТЛОЖЕНИЙ
COMPOSITION FOR PROTECTION OF METALS FROM CORROSION AND SCALE

Изобретение относится к составам для ингибирования коррозии и солеотложений в теплообменном оборудовании систем технического водоснабжения, для приготовления смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ) и межоперационной защиты узлов и деталей из черных и цветных металлов.
Известен состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, содержащий, мас.%: триполифосфат натрия (ТПФ) - 83,4, хлорид хрома - 8,3 и аминокислоты или их соли - 8,3 (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968. - С.119).
Недостатком данного состава является его относительно низкая эффективность при защите от коррозии (85-87%) и солеотложений (80-84%) цветных металлов.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, содержащий, мас.%: триполифосфат натрия 10-20, бензотриазол 30-40 и борат этаноламина 40-60 (RU 2355821 С1, кл. C23F 11/08, 11/14, 14/02, 20.05.2009).
Недостатком данного состава является то, что он не позволяет надолго защитить от коррозии и солеотложений теплообменное оборудование из цветных металлов, так как содержит бензотриазол, являющийся летучим ингибитором.
Техническим результатом изобретения является создание ингибитора, позволяющего повысить эффективность защиты от коррозии и отложения солей теплообменного оборудования из цветных металлов.
2
6
Данный результат достигается тем, что состав для защиты металлов от коррозии и солеотложений, включающий триполифосфат натрия и азотсодержащее соединение, дополнительно содержит 2-гидроксиэтилметакрилат и сахарозу, а в качестве азотсодержащего соединения - продукт конденсации борной кислоты с моноэтаноламином и смесью жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С-С при мольном соотношении 1:5:3 соответственно при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Триполифосфат натрия
10,0-20,0
Продукт конденсации борной кислоты
с моноэтаноламином и смесью жирных кислот
70,0-80,0
2-гидроксиэтилметакрилат
2,0-4,0
Сахароза
6,0-8,0
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что введение указанного продукта конденсации, 2-гидроксиэтилметакрилата и сахарозы при заявленном соотношении компонентов позволяет получить состав, позволяющий надежно защитить системы оборотного водоснабжения из цветных металлов от коррозии и солеоотложений на срок не менее двух лет.
2
3
10
ТПФ (NaPO) является продуктом переработки термической ортофосфорной кислоты и имеет следующие физико-химические показатели (ГОСТ 13493-86 с изменениями 1, 2, 3):
массовая доля пятиокиси фосфора, % не менее
56,5
массовая доля триполифосфата натрия, % не менее
92,0
массовая доля первой формы триполифосфата натрия, % не более
10,0
массовая доля железа, % не более
0,02
массовая доля нерастворимых в воде веществ, % не более
0,13
pH 1%-ного водного раствора
9,7±0,3
Способ получения продукта конденсации заключается в следующем.
2
6
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, загружают смесь жирных кислот предельного и непредельного ряда с углеводородным радикалом С-С и моноэтаноламин (МЭА), соответствующий ТУ 2423-159-00203335-2004. Реакционную массу нагревают при перемешивании до 80-90°С, после чего вводят борную кислоту (ГОСТ 18704-78) и поднимают температуру реакционной смеси до 150-160°С, выдерживая ее при этой температуре в течение 2,0-2,5 ч до образования однородной массы с аминным числом не менее 40 мг HCl/г. Мольное соотношение борная кислота: МЭА: смесь жирных кислот составляет 1:5:3.
2
6
8
В качестве смеси жирных кислот используют низкомолекулярные жирные кислоты растительных масел (подсолнечного, соевого, рапсового, льняного и т.д.) ряда С-С или синтетические жирные кислоты (СЖК) соответствующих фракций. Применение жирных кислот ряда C и выше при синтезе не позволяет получить водорастворимые продукты.
Полученные продукты конденсации представляют собой жидкости от желтого до коричневого цвета и имеют следующие характеристики.
Кинематическая вязкость при 100°С, сСт - не более 65,0.
Аминное число, мг HCl/г - не менее 40.
Зольность, % - отсутствует.
Температура вспышки в открытом тигле, °С - не ниже 200.
6
10
3
2-Гидроксиэтилметакрилат (CCHO) получают реакцией этерификации метакриловой кислоты этиленгликолем:
2
3
2
2
2
3
2
2
2
СН=С(СН)СООН+ОНСНСНОН→СН=С(CH)COOCHCHOH+HO
3
Представляет собой прозрачную жидкость с относительной плотностью 1,08 г/см (20°С), температурой вспышки 101°С, температурой кипения 250°С и молекулярной массой 130,14 а.е.м.
12
22
11
3
Сахароза (CHO) - кристаллическое вещество белого цвета с молекулярной массой 342,3 а.е.м. и относительной плотностью 1,5879 г/см (15°С). Растворимость, г/100 г: 179 (0°С) и 487 (100°С) в воде, 0,9 (20°С) в этаноле.
В промышленности сахарозу получают из сахарной свеклы. Для этого ее разрезают на тонкие стружки и извлекают сахарозу и другие растворимые вещества горячей водой (диффузия). Полученный раствор, содержащий 12-15% сахарозы, обрабатывают известью (дефекация). При этом нейтрализуются и частью осаждаются свободные кислоты (щавелевая, лимонная), а также фосфаты, белковые и красящие вещества свеклы. Раствор, содержащий избыток извести, обрабатывают углекислотой (сатурация). Образующийся карбонат кальция, адсорбировавший примеси, отделяют на вакуум-фильтре, после чего раствор подвергают повторной дефекации и сатурации. Очищенный раствор упаривают в вакуум-аппаратах. Сахарозу выделяют из охлажденного раствора в виде мелких кристаллов, которые центрифугированием отделяют от маточного раствора.
Предложенный состав получают последовательным смешением триполифосфата натрия с продуктом конденсации, 2-гидроксиэтилметакрилатом и сахарозой. Рабочая концентрация полученного ингибитора в воде составляет 2-3 мас.%.
Композиции образцов предложенного состава для защиты от коррозии и солеотложений представлены в табл.1. Примеры 4 и 5 являются контрольными.
2
2
2
4
Коррозионные испытания образцов из углеродистой стали марки Ст.10 и цветных металлов проводили в искусственной воде на основе оборотной промышленной воды, имевшей следующий состав, мг/л: CaCl - 294,8; NaCl - 36,0; NaSO - 391,4; NaOH - 38,0.
Коррозионные испытания выполняли с помощью потенциостата П-5848 на вращающемся дисковом электроде при скорости движения воды 1 м/с, температуре 20°С и концентрации состава 2,0 мас.% (табл.2).
3
-
2+
Испытания на способность состава предотвращать отложения солей осуществляли в ультратермостате при 60°С и времени выдержки 5 ч. Исследования проводили в природной грунтовой воде с общей жесткостью 15,2 мг-экв/л, содержащей НСО  - 5,4 мг-экв/л и Ca - 9,8 мг-экв/л (табл.3).
Использование предложенного состава позволит надежно защитить теплообменное оборудование из черных и цветных металлов систем оборотного технического водоснабжения от коррозии и солеотложений.
Таблица 1
Компоненты
Содержание компонентов по примерам, мас.%
1
2
3
4
5
ТПФ
10,0
15,0
20,0
21,0
9.0
Продукт конденсации борной кислоты с МЭА и смесью жирных кислот растительных масел ряда С<sub>2</sub>-С<sub>6</sub> при мольном соотношении 1:5:3
80,0
70,0
69,0
Продукт конденсации борной кислоты с МЭА и СЖК фракции С<sub>2</sub>-С<sub>6</sub> при мольном соотношении 1:5:3
75,0
81,0
2-Гидроксиэтилметакрилат
4,0
3,0
2,0
1,0
5,0
Сахароза
6,0
7,0
8,0
9,0
5,0
Таблица 2
Результаты коррозионных испытаний предложенного состава
Показатель
Вода, содержащая предложенный состав по примерам
Вода, содержащая состав по прототипу
Вода
1
2
3
4
5
Скорость коррозии стали Ст.10, мА/см<sup>2</sup>
0,30
0,29
0,28
0,35
0,30
0,30-0,33
3,47
Коррозионное воздействие на металлы по потере массы при 88±2°С (336 ч), г/м<sup>2</sup>/сутки:
медь Ml
0,02
0,018
0,016
0,024
0,018
0,12
2,8
латунь Л-62
0,053
0,052
0,05
0,06
0,05
0,15
1,9
припой ПОС-40-2
0,2
0,18
0,17
0,25
0,17
0,32
2,4
алюминий АК-6М2
0,1
0,09
0,08
0,14
0,08
0,26
2,3
чугун СЧ-25
0,04
0,035
0,03
0,046
0,03
0,05
1,8
сталь 20
0,04
0,036
0,032
0,047
0,032
0,043
1,7
Защитная эффективность, %
96
97
98
94
96
94-96
-
Таблица 3
Степень защиты Z (%) от солеотложений в природной грунтовой воде при 60°С
Среда, концентрация ингибитора, мас.%
Общая жесткость, мг-экв/л
НСО<sub>3</sub> <sup>- </sup>мг-экв/л
Са<sup>2+</sup>мг-экв/л
Z
Исходная вода
15,2
5,4
9,8
-
Прототип
0,5
10,2
3,8
6,4
67
1,0
12,9
4,8
8,1
85
2,0
14,9
5,3
9,6
98
Предложенный состав
0,5
12,9
4,4
8,5
85
1,0
14,6
5,0
9,6
96
2,0
15,2
5,4
9,8
100