Способ получения ингибитора коррозии металлов

 

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано в различных отраслях промышленности. Осуществляют взаимодействие гексаметилендиамина с фосфорной кислотой и мочевиной в присутствии глицерина. Реагенты используются в соотношении (моль): гексаметилендиамин: фосфорная кислота: мочевина : глицерин = 1,0 : 0,67 - 2,0 : 2,0 - 2,5 : 0,2 - 0,5. Полученный ингибитор коррозии в концентрации 25 - 100 мг/л дает защитный эффект в нейтральной воде с общим солесодержанием 200 мг/л 83 - 99%. 2 табл.

Изобретение относится к области защиты от коррозии и может быть использовано в различных отраслях промышленности для защиты металлических агрегатов и оборудования от коррозионного разрушения. Эффективным методом борьбы с коррозией является применение ингибиторов коррозии. Эти вещества вводятся в коррозионную среду в небольшом количестве и, как правило, модифицируют поверхность металла, препятствуя протеканию электрохимических реакций с его участием [1 и 2]. Использование в качестве ингибиторов неорганических реагентов (полифосфатов, фосфатов, хроматов, нитратов, нитритов, силикатов, боратов, ванадатов и других солей щелочных или щелочноземельных металлов) приводит к введению в систему зачастую высокотоксичных реагентов или реагентов, вызывающих развитие микроорганизмов и водорослей в коррозионной среде [3].

Более совершенным и гибким методом оказалось использование органических ингибиторов коррозии [2, 4, 5]. В качестве ингибиторов используют органические соединения (или их смеси), содержащие азотистые, кислородные, сернистые, фосфорные и другие функциональные группы. Выпуск и ассортимент органических ингибиторов расширяется из года в год. Недостатками использования органических ингибиторов является: 1. Получение некоторых ингибиторов является трудоемким и многостадийным, базируется на дорогом и труднодоступном сырье.

2. Некоторые органические ингибиторы являются высокотоксичными, оказывают отрицательное влияние на окружающую среду.

3. Под действием воды и кислорода воздуха многие органические реагенты подвергаются различным химическим превращениям, за счет чего снижается их защитный эффект, и появляются новые, порой токсичные продукты.

4. Ряд соединений, применяемых в качестве ингибиторов, способствует развитию микроорганизмов и водорослей и, тем самым, вызывают появление биообрастаний на поверхности и провоцируют биокоррозию.

5. Некоторые органические ингибиторы не могут использоваться в хлорированной воде, в воде с высоким содержанием ионов хлора и кальция, в кислых или щелочных средах.

6. Низкомолекулярные полифункциональные органические соединения, защищая черные металлы, усиливают коррозию некоторых цветных металлов и сплавов, по-видимому, за счет образования комплексных соединений.

Эти и некоторые другие причины приводят к постоянному созданию новых ингибиторов коррозии.

В литературе имеются сведения о создании ингибиторов коррозии на основе гексаметилендиамина. Так, в качестве пассиватора используется хромат гексаметилендиамина [6]. Однако такой реагент является очень высокотоксичным для высших растений и животных. Для ингибирования коррозии в водооборотных системах может быть использована смесь гексаметилендиамина и нитрита натрия [7] . Однако эта смесь также обладает указанными выше недостатками - токсичностью (гексаметилендиамин), инициирование биообрастаний (нитрит натрия) и др.

Известен способ получения ингибитора коррозии на основе конденсации гексаметилендиамина с алкилфенолами (RC₆H₄OH) и формальдегидов [8] (прототип). Для осуществления данного способа реагенты смешиваются в эквимолярном соотношении, затем смесь нагревают 1 ч. при 100-105^oC и продукт реакции RC₆H₃(OH)CH₂)₆NH выделяют перегонкой с водяным паром и используют в качестве ингибитора коррозии в системе электролит/нефть в присутствии сероводорода.

Несмотря на высокий выход продукта способ - прототип обладает рядом существенных недостатков: 1. Все используемые реагенты являются высокотоксичными веществами. Поэтому, в случае если они останутся не прореагировавшими, (например: при нарушении стехиометрии, плохом перемешивании, перегревах и т.д.) они образуют высокотоксичные отходы.

2. Процесс получения ингибитора требует перегонки с водяным паром, который является высоко энергоемким и приводит к образованию большого количества сточных вод.

3. Получение ингибиторов коррозии плохо растворяются в воде, поэтому имеют ограниченное применение. Например, они не могут использоваться в водооборотных системах.

4. Исходные алкилфенолы относятся к достаточно дорогим и трудно доступным реагентам.

Цель предлагаемого технического решения - разработка способа получение ингибитора коррозии металлов, обладающего высоким защитным эффектом, с использованием более доступных реагентов.

Поставленная цель достигается путем осуществления взаимодействия гексаметилендиамина с фосфорной кислотой и мочевиной в присутствии глицерина. В результате реакции образуется стеклообразный полимерный продукт, растворимый в воде и обладающий ингибирующим действием. Используемые реагенты наиболее целесообразно применять в следующем соотношении (моль): гексаметилендиамин: фосфорная кислота: мочевина: глицерин = 1: 0,67 - 2:2 - 2,5:0,2 - 0,5. Структура полученного полимера однозначно не установлена. Судя по ИК-спектру (таблетки KBr), в полимере содержат карбамидные и гуанидиновые группировки, метиленовые и метиновые фрагменты.

В отсутствии глицерина (или при его недостатке) получается полимер, нерастворимый в воде. Растворимость полимера падает также при уменьшении содержания мочевины и фосфорной кислоты. Избыток глицерина приводит к увеличению времени реакции и получению продукта, обладающего меньшим ингибирующим эффектом. Большой избыток мочевины и фосфорной кислоты приводит к перерасходу реагентов и дает снижение ингибирующего эффекта у продукта.

Разработанный способ обладает следующими преимуществами: 1. Единственным высоко токсичным реагентом в данном способе является гексаметилендиамин, который используется в таком соотношении с другими реагентами (в частности, с мочевиной), что обеспечивает его полное превращение. Таким образом способ не предусматривает образование токсичных отходов.

2. Процесс получения ингибитора одностадиен и не требует дополнительной аппаратуры (кроме реакционной).

3. Мочевина, глицерин и фосфорная кислота являются доступными, достаточно дешевыми, многотоннажными продуктами.

4. Полученный ингибитор коррозии хорошо растворим в воде, поэтому может быть использован в водооборотных системах.

Реализация способа получения ингибитора коррозии металлов показана на следующих примерах.

Пример 1. В круглодонную колбу на 100 см³, снабженную мешалкой и патрубком для ввода реагентов, помещали 11.6 г (0,1 моль) гексаметилендиамина и 17.6 г (0.18 моль) фосфорной кислоты и 2.76 г (0.03 моль) глицерина. Полученную смесь нагревали до образования жидкой гомогенной смеси и прибавляли при перемешивании 13.2 г (0.22 моль) карбамида. Затем смесь нагревали до полного прекращения выделения газов и получения однородной массы (1.5 ч., 130^oC). При охлаждении реакционная масса застывала. Получали 40.3 г стеклообразного полимера с температурой плавления 130-180^oC (выше 180^oC наблюдается разложение). Элементный анализ удовлетворительно отвечает брутто формуле: C₉H₁₉N₄О · 1.5 H₃PO₄.

В табл. 1 полученный полимер обозначен как образец N 1 для проведения коррозионных испытаний. Аналогичным образом образцы ингибитора были получены при других соотношениях реагентов (табл. 1).

Использование полученных образцов полимеров в качестве ингибиторов коррозии было проверено на образцах из стали Ст-10, размером 10х50х1.5 мм, которые, отшлифованные и обезжиренные (с применением толуола и этанола), подшивались в перемешиваемую коррозионную среду (объем 1 л). В качестве коррозионной среды использовалась водопроводная вода с pH 7 и общим солесодержанием 200 мг/л. Время испытаний 120 ч., температура 20^oC. В отсутствие ингибитора скорость коррозии составила 0.35 мм/год. Результаты испытаний ингибиторов предъявлены в табл. 2.

Таким образом, разработан способ получения ингибитора коррозии металлов, который легко реализуется на практике, базируется на доступных реагентах, а полученный продукт обладает высоким защитным действием при концентрации в коррозионной среде 25-100 мг/дм³. Учитывая, что получаемый полимер содержит гуанидиновые функции, можно ожидать для него дополнительно биоцидной активности [12 и 13].

Использованные источники.

1. Жук Н. П. Курс теории коррозии и защиты металлов. М.: Металлургии, 1976, с. 492.

2. Акользин А.П. Противокоррозионная защита стали пленкообразователями. М.: Металлургия, 1989, с. 192.

3. Кудели Ю.И. и др. Защита от коррозии водоохлаждаемого оборудования. Обзорная информация. НИИТЭХим. М.: 1979.

4. Брегман Дж. Ингибиторы коррозии. М.: Химия, 1966.

5. Робинсон Д.С. Ингибиторы коррозии. М.: Металлургия, 1983, с. 272.

6. Шехтер Ю.Н. Защита металлов от коррозии. М-Л.: Химия, 1964, с. 20.

7. Цветков В.В. и др. Ингибирование коррозии металлов систем рециркулирующих водопользования. Химико-фармацевтический журнал. 1994, N 5, с.50.

8. Абдулаев Г.К., Фархадова С.М., Агамалиев Э.А. Способ получения ингибитора коррозии. Авторское свидетельство СССР N 164513, 1964.

9. Малышева Л.Ф. и др. Фотометрическое определение в воде некоторых фунгицидных веществ с гуанидиновой функцией. Заводская лаборатория, 1985, с. 3.

10. Химическая энциклопедия т. 3, Издательство Большая Российская энциклопедия М., т. 1992, с. 1239.

Формула изобретения

Способ получения ингибитора коррозии металлов на основе гексаметилендиамина, отличающийся тем, что проводят реакцию гексаметилендиамина с фосфорной кислотой и мочевиной при нагревании в присутствии глицерина при следующем соотношении компонентов, моль: гексаметилендиамин : фосфорная кислота : мочевина : глицерин = 1 : 0,67 - 2 : 2 - 2,5 : 0,2 - 0,5.

РИСУНКИ

Рисунок 1