Средство для очистки от ржавчины поверхности черных металлов



Средство для очистки от ржавчины поверхности черных металлов
Средство для очистки от ржавчины поверхности черных металлов
Средство для очистки от ржавчины поверхности черных металлов
Средство для очистки от ржавчины поверхности черных металлов

 


Владельцы патента RU 2550476:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова" (САФУ) (RU)

Изобретение относится к химическим средствам удаления продуктов коррозии с поверхности черных металлов. Средство является экологически безопасным и представляет собой продукт деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой в водно-органосольвентной среде. Предложенное средство позволяет очищать поверхности черных металлов от ржавчины без растворения самих металлов. 3 табл., 21 пр.

 

Изобретение относится к средствам, предназначенным для удаления продуктов коррозии с поверхности черных металлов.

Удаление ржавчины с поверхности черных металлов является важной практической задачей, для решения которой обычно используется три способа: термический, механический и химический. Часто при очистке металла эти способы комбинируют.

Термический способ заключается в нагревании изделия газовой горелкой или в горне. Ржавчина отстает от поверхности металла и ее очищают проволочной щеткой.

При механическом способе удаления оксидов с поверхности металлических деталей простой формы обработку проводят стальным скребком, проволочной щеткой, абразивными пастами. Механическую очистку улучшает использование рыбьего жира, который впитывается в слой оксидов. В результате ржавчина легко удаляется. Недостатком использования абразивных паст является то, что в результате их воздействия происходит износ изделия и его порча. Абразивные пасты нельзя применять при зачистке резьбовых отверстий и других малодоступных участков поверхности.

Химическая очистка заключается в том, что ржавую поверхность обрабатывают реагентами. После обработки поверхность металла пассивируют.

Для химической очистки от продуктов коррозии рационально применять химические средства в виде паст и растворов.

Известна паста, предназначенная для очистки поверхности от продуктов коррозии, содержащая соляную кислоту или другие минеральные кислоты - плавиковую, серную, азотную [Ямпольский А.И. Травление металлов. М.: Металлургия. - 1980. - с.225]. Однако пары этих кислот токсичны, поэтому использование антикоррозионных продуктов на их основе представляет определенную опасность.

Известно применение растворов ортофосфорной кислоты различной концентрации, чаще всего 85 мас.%. Применение такого концентрированного раствора представляет опасность и затруднительно при обработке вертикальных и потолочных поверхностей.

Известно средство «Teroxyd», которое представляет собой бесцветную прозрачную жидкость. «Teroxyd» содержит 10…25% ортофосфорной кислоты и органические вещества. В аннотации рекомендуется хранить препарат вдали от источников огня, а обработку поверхности производить в хорошо вентилируемом помещении. Очистка поверхности с помощью этого средства содержит элементы химической и механической очистки, поэтому не может быть рекомендована в случае эмалированных и пластмассовых изделий.

Известно применение для удаления ржавчины средства «Морж» [ТУ 48-1402-6-89, 2383-357-02068474-96], которое включает воду, 14-16% ортофосфорной кислоты, до 1% алкилгидроксамовых кислот, 1,7-1,9% алифатического спирта нормального или изомерного строения, содержащего в углеводородной цепи 2-5 атомов углерода, а также стеарат цинка в количестве 1,5-1,6% и аэросил от 4 до 5%. Недостатками средства «Морж» являются сложный состав и технология его получения.

На основе ортофосфорной кислоты, амилодекстрина разработано чистящее средство [Патент РФ №2403321, МПК C23G 5/02, C23G 1/02, C23F 1/1, 2010 г.]. Недостатком этого чистящего состава является то, что амилодекстрин является водорастворимым полисахаридом, подверженным постепенному ступенчатому кислотному гидролизу, поэтому длительное хранение этого средства исключается.

Известна паста для очистки металлических поверхностей [Авторское свидетельство СССР №985149, кл. C23G 5/02 1981. Паста для очистки металлических поверхностей], которая состоит из ортофосфорной кислоты, жидкого стекла, поливинилового спирта, поверхностно-активных веществ, органических растворителей и воды.

В составе средства для очистки металлических поверхностей содержится уксусная кислота, в качестве ПАВ - сульфанол НП-3 и поливиниловый спирт. В качестве растворителей - сольвент и тетрафурфурилоксисилан, а в качестве спирта - глицерин [Авторское свидетельство СССР №1723200, кл. C23G 5/02 от 17.04.1990].

В составе этих средств имеются экологически вредные и опасные вещества, и проведение работ с пастами требует дополнительных мер безопасности и применения средств защиты. Проблематичным представляется вторичное использование или утилизация отработанной пасты.

Гидролизный лигнин (ГЛ) является побочным продуктом, который образуется при кислотном гидролизе растительных полисахаридов с целью получения раствора моносахаридов для дальнейшего их применения для биохимической переработки [Чудаков М.И. Промышленное использование лигнина. М.: Лесная промышленность. - 1972. - 216 с.].

ГЛ относится к сильно конденсированным лигнинам, которые не растворяются в водных средах, в том числе кислотах и щелочах.

При деполимеризации ГЛ азотной кислотой в органосольвентной среде образуются водорастворимые продукты, содержащие до 11 мМоль карбоксильных групп на 1 г продукта деполимеризации [Хабаров Ю.Г., Лахманов Д.Е. Изучение деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой в водно-органосольвентной среде. - Физикохимия растительных полимеров: материалы V международной конференции (8-11 июля 2013 года). - Архангельск: Ин-т экол. Проблем Севера УрО РАН, 2013. - с.33-35]. Процесс деполимеризации проводят обрабатывая ГЛ раствором азотной кислоты в апротонном органическом растворителе при температуре кипения реакционной смеси. При этом происходит деполимеризация ГЛ, сопровождающаяся накоплением карбоксильных групп. После завершения реакции растворитель и неизрасходованную кислоту отделяют от продукта деполимеризации.

Изобретение относится к применению продукта деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой в водно-органосольвентной среде в качестве средства для очистки поверхности черных металлов от ржавчины.

Предпосылкой для применения продукта деполимеризации (ПД) в качестве средства для очистки поверхности металла явилось то, что ПД обладает свойствами экологически безопасного водорастворимого хелатирующего соединения полимерной природы.

Пример 1. Ржавые стальные прутки из стали марки Ст 3 КП диаметром 5 мм поместили в раствор продукта деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой (концентрация 123 г/л, содержание СООН групп в продукте деполимеризации гидролизного лигнина 9 мМоль/г) на 30 минут. После выдержки прутки промыли дистиллированной водой и высушили. Результаты изучения поверхности металла с помощью микрофотографии в отраженном свете свидетельствуют о том, что поверхность обработанных прутков стала серебристой, без следов ржавления.

Пример 2. Ржавые стальные прутки диаметром 5 мм поместили в раствор лимонной кислоты (концентрация 120 г/л, содержание СООН групп в лимонной кислоте 15,63 мМоль/г) на 30 мин. После выдержки прутки промыли дистиллированной водой и высушили. Результаты изучения поверхности металла с помощью микрофотографии в отраженном свете свидетельствуют о том, что поверхность обработанных прутков имеет большое количество следов ржавления.

Пример 3. Ржавые стальные прутки диаметром 5 мм поместили в раствор щавелевой кислоты (концентрация 120 г/л, содержание СООН групп в лимонной кислоте 22,22 мМоль/г) на 30 мин. После выдержки прутки промыли дистиллированной водой и обсушили. Результаты изучения поверхности металла с помощью микрофотографии в отраженном свете свидетельствуют о том, что поверхность обработанных прутков стала серебристой, без следов ржавления.

При обработке металлов средствами, устраняющими с поверхности металла продукты коррозии, происходит растворение оксидов железа. Поэтому эффективность применения различных средств была дополнительно проверена путем измерения степени растворения оксида железа(III) в различных растворах.

Пример 4. В химический стакан поместили навеску оксида железа(III) 304 мг и добавили 5 мл раствора продукта деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой (концентрация 123 г/л). Через 15 мин нерастворившийся продукт отделили от раствора фильтрованием, промыли дистиллированной водой и высушили при 105°C до постоянной массы. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 268 мг. В условиях опыта растворилось 11,8% оксида железа(III).

Пример 5. Опыт в условиях примера 4, отличающийся тем, что навеска оксида железа(III) составила 307 мг, а продолжительность обработки - 45 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 264 мг. В условиях опыта растворилось 14,1% оксида железа(III).

Пример 6. Опыт в условиях примера 4, отличающийся тем, что навеска оксида железа(III) составила 301 мг, а продолжительность обработки - 60 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 246 мг. В условиях опыта растворилось 18,3% оксида железа(III).

Пример 7. Опыт в условиях примера 4, отличающийся тем, что в качестве раствора для травления использован раствор щавелевой кислоты концентрацией 120 г/л, навеска оксида железа(III) составила 300 мг, а продолжительность обработки - 15 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 239 мг. В условиях опыта растворилось 20,4% оксида железа(III).

Пример 8. Опыт в условиях примера 7, отличающийся тем, что навеска оксида железа(III) составила 302 мг, а продолжительность обработки - 45 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 213 мг. В условиях опыта растворилось 29% оксида железа(III).

Пример 9. Опыт в условиях примера 7, отличающийся тем, что навеска оксида железа(III) составила 306 мг, а продолжительность обработки - 60 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 220 мг. В условиях опыта растворилось 28% оксида железа(III).

Пример 10. Опыт в условиях примера 4, отличающийся тем, что в качестве раствора для травления использован раствор лимонной кислоты концентрацией 120 г/л, навеска оксида железа(III) составила 305 мг, а продолжительность обработки - 15 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 285 мг. В условиях опыта растворилось 6,6% оксида железа(III).

Пример 11. Опыт в условиях примера 10, отличающийся тем, что навеска оксида железа(III) составила 305 мг, а продолжительность обработки - 45 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 281 мг. В условиях опыта растворилось 7,9% оксида железа(III).

Пример 12. Опыт в условиях примера 10, отличающийся тем, что навеска оксида железа(III) составила 305 мг, а продолжительность обработки - 60 мин. Масса не растворившегося оксида железа(III) составила 283 мг. В условиях опыта растворилось 7,2% оксида железа(III).

Для проверки эффекта травления были приведены опыты, в которых в растворы, предназначенные для очистки поверхности металла от ржавчины, были помещены стальные прутки без следов ржавления. После выдержки в течение заданного времени была определена масса прутков.

Пример 13. Стальные прутки диаметром 2 мм, изготовленные из стали Ст3 ПС, без следов ржавления, массой 2,7129 г поместили в раствор продукта деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой (концентрация 27 г/л, содержание СООН групп в продукте деполимеризации гидролизного лигнина 10,4 мМоль/г) на 1 ч. После выдержки прутки промыли дистиллированной водой, высушили и определили массу. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 2,7126 г. Убыль массы 0,01%.

Пример 14. Опыт в условиях примера 13, отличающийся тем, что продолжительность выдержки составила 2 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 2,7126 г. Убыль массы 0,01%.

Пример 15. Опыт в условиях примера 13, отличающийся тем, что продолжительность выдержки составила 24 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 2,7120 г. Убыль массы 0,03%.

Пример 16. Опыт в условиях примера 13, отличающийся тем, что в качестве реагента использован раствор лимонной кислоты, концентрацией 120 г/л, масса стальных прутков без следов коррозии 3,0408 г, продолжительность выдержки составила 1 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 3,0384 г. Убыль массы 0,08%.

Пример 17. Опыт в условиях примера 16, отличающийся тем, что продолжительность выдержки составила 2 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 3,0376 г. Убыль массы 0,11%.

Пример 18. Опыт в условиях примера 16, отличающийся тем, что продолжительность выдержки составила 24 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 3,0314 г. Убыль массы 0,31%.

Пример 19. Опыт в условиях примера 16, отличающийся тем, что в качестве реагента использован раствор щавелевой кислоты, концентрацией 120 г/л, масса стальных прутков без следов коррозии 3,1385 г, продолжительность выдержки составила 1 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 3,1379 г. Убыль массы 0,02%.

Пример 20. Опыт в условиях примера 19, отличающийся тем, что продолжительность выдержки составила 2 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 3,1384 г. Убыль массы 0,01%.

Пример 21. Опыт в условиях примера 19, отличающийся тем, что продолжительность выдержки составила 24 ч. Масса стальных прутков после выдержки в растворе составила 3,1384 г. Убыль массы 0,01%.

Результаты примеров 1-21 сведены в таблицы 1-3.

Результаты, приведенные в таблице 1, показали, что обработка поверхности стали с помощью раствора продукта деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой позволяет полностью устранить следы ржавления. Эффект объясняется растворением оксидов железа с поверхности металла. Это подтверждается и результатами примеров 4-11 (таблица 2).

Предлагаемый реагент является избирательным, он производит очистку поверхности металла от ржавчины без растворения самого металла (без эффекта травления). Об этом свидетельствуют данные, приведенные в таблице 3. С учетом того, что удельное содержание кислых групп в предлагаемом препарате в 1,5-2 раза меньше, чем в лимонной и щавелевой кислотах, можно утверждать, что продукт деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой более эффективен в качестве средства для очистки поверхности металла, чем лимонная и щавелевая кислота.

Таким образом, очистка поверхности предлагаемым средством происходит эффективно (обеспечивается высокая степень чистоты), при этом не происходит травления поверхности металла. Кроме того, предлагаемый препарат является экологически безопасным и не токсичным.

Применение продукта деполимеризации гидролизного лигнина азотной кислотой в водно-органосольвентной среде в качестве средства для очистки поверхности черных металлов от ржавчины.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано на предприятиях энергетического комплекса, предприятиях утилизации и производства высокомощных трансформаторов напряжения для очистки трансформаторов от совтола с целью их повторного использования.

Изобретение относится к смесевому растворителю, включающему перхлорэтилен. Растворитель характеризуется тем, что для расширения температурного диапазона использования в него дополнительно введен четыреххлористый углерод при следующем соотношении компонентов (мас.%): перхлорэтилен - 33,00…45,00, четыреххлористый углерод - 55,00…67,00.
Изобретение относится к невоспламеняющимся композициям, включающим фторированное соединение, представляющее собой 1,1,1,3,3-пентафторбутан, 1,2-дихлорэтилен и эффективное количество стабилизатора фторированного соединения или 1,2-дихлорэтилена, где количество стабилизатора составляет меньше чем 0,5% масс.

Изобретение относится к области органической химии, в частности к разработке неполярных смесевых растворителей жиров, масел, смазок. .

Изобретение относится к созданию жидкой очищающей композиции, используемой в радиоэлектронике для поверхностного монтажа с помощью трафаретной печати электрорадиоэлементов и интегральных схем ответственных соединений, а также для жестких условий эксплуатации.

Изобретение относится к моющему средству для очистки металлических и других поверхностей от технологических смазок и микрочастиц металла, масел, смазок, битума, консервационных составов, следов смазочно-охлаждающей жидкости и других загрязнений.

Изобретение относится к обработке деталей, в частности к химической обработке внутренних поверхностей деталей с использованием фторсодержащих поверхностно-активных веществ, и может быть использовано в авиадвигателестроении, газотурбостроении, энергетике и других отраслях техники при ремонте и изготовлении лопаток турбины и при эксплуатации двигателя.
Изобретение относится к химической обработке металлических поверхностей от продуктов коррозии и может быть использовано для очистки поверхностей керамических, стеклянных и пластмассовых изделий от ржавчины, известковых отложений и различных загрязнений.
Изобретение относится к области очистки поверхностей и может быть использовано для очистки поверхностей от масложировых загрязнений в радиоэлектронике, точном машиностроении, оптике и других областях техники.
Наверх