Ингибитор коррозии для грунтовок по металлу

Изобретение относится к области защиты металла от коррозии лакокрасочными покрытиями путем введения ингибитора коррозии в грунтовки по металлу бората хрома состава 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4H₂O и изучено его влияние на коррозионно-электрохимическое поведение стали 3 в 3%-ном растворе NaCl. Технический результат: борат хрома состава 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4H₂O является новым эффективным, малотоксичным ингибитором коррозии к грунтовкам по металлу с меньшим содержанием хромата. 2 ил, 2 табл.

 

Изобретение относится к области защиты металла от коррозии лакокрасочными покрытиями, в частности, может быть использовано в качестве ингибиторов коррозии для грунтовок по металлу.

В лакокрасочных покрытиях на металлах основную защитную функцию выполняют грунтовки. Антикоррозионное действие грунтовок в основном определяется типом и содержанием ингибиторов. Известно широкое применение в составе грунтовок свинец- и хромсодержащих ингибиторов. В качестве хромсодержащих ингибиторов в основном используют хроматы цинка, стронция, бария и калия (Розенфельд И.Л. Защита металлов от коррозии лакокрасочными покрытиями, 1987. - 224 с.).

В настоящее время на российском рынке ощущается острый дефицит противокоррозионных присадок к грунтовкам. Потребность российских производителей лакокрасочных материалов в ингибиторах коррозии для грунтовок едва удовлетворяется на 30% за счет внутреннего рынка.

Существенным недостатком хроматных ингибиторов является их токсичность. В связи с этим работы, направленные на уменьшение содержания хромата в грунтовке, при условии, что защитные свойства не ухудшаются, являются весьма актуальными (Корсунский Л.Ф., Калинская Т.В., Стенин С.Н. Неорганические пигменты. Справ. изд. - СПб.: Химия, 1992. - 336 с.).

Соли борной кислоты также нашли применение в качестве ингибиторов коррозии для грунтовок (Дринберг А.С, Ицко Э.Ф., Калинская Т.В. Антикоррозионные грунтовки. Москва, 2008. - 168 с.).

Действие слаборастворимых боратных ингибиторов усиливается, если их комбинировать с хроматными присадками.

Таким образом, возникает необходимость изучения системы типа борат - хромат - вода. Нами была исследована система пентаборат калия - хромат калия - вода при 25°C по методике (Садетдинов Ш.В., Павлов Г.П. и др. Взаимодействие борной кислоты с метил-, этил-, фенилгидразинами // Журнал неорганической химии. - 1998. - Т. 43, №5, с. 866-869). Полученные данные по растворимости в системе KB₅O₈ - K₂CrO₄ - H₂O при 25°C приведены в табл. 1.

Из табл. 1 следует, что пентаборат калия взаимодействует с хроматом калия с образованием нового двойного соединения состава 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4Н₂О (бората хрома) (фиг. 1).

Состав нового соединения установлен методом «остатков» Скрейнемакерса, а также химическим анализом образца.

Для 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4Н₂О найдено, мас.%: KB₅O₈ - 64,40; K₂CrO₄ - 27,39. Вычислено, мас.%: KB₅O₈ - 62,42; K₂CrO₄ - 27,41.

Согласно результатам кристаллооптического исследования твердых фаз показатели преломления кристаллов исходных соединений и полученного на их основе нового двойного соединения (бората хрома) отличаются, что подтверждает их индивидуальность. Показатель преломления Ng и Np для KB₅O₈·4Н₂О равны: 1,492 и 1,446; K₂CrO₄ - 1,742 и 1,703; 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4Н₂О - 1,650 и 1,618 соответственно.

Синтез бората хрома осуществляли следующим образом. В реакционную колбу емкостью 250 мл налили 100 мл дистиллированной воды и растворили в ней 44,3 г (0,2 моля) пентабората калия и 15,5 г (0,1 моля) хромата калия. Смесь непрерывно перемешивали в течение 6 часов при комнатной температуре, затем раствор перенесли в кристаллизатор для выращивания кристаллов. Выход продукта - 57,4 г, что составляет 96,0%.

Полученный продукт представляет собой желтые кристаллы; температура плавления 894°C; растворимость в воде 62,0 г/100 г (при 25°C).

В качестве объекта сравнения использовали хромат калия, который широко используется на практике в качестве противокоррозионного пигмента.

Хромат калия и борат хрома состава 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4Н₂О являются наиболее близкими по совокупности существенных признаков и достигаемому результату ингибиторами коррозии к грунтовкам, поэтому хромат калия и был принят за прототип (Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. М.: Химия, 1980. - 200 с.).

Целью заявляемого изобретения является расширение ассортимента эффективных антикоррозионных присадок к грунтовкам с меньшим содержанием токсичного хромата.

Противокоррозионные свойства прототипа и заявляемого в качестве изобретения ингибитора оценивали методами гравиметрии и снятия потенциодинамических поляризационных кривых.

Гравиметрические испытания проводили следующим образом. Образцы стали 3 размером 50×10×2 мм шлифовали, обезжиривали и в течение суток выдерживали в эксикаторе под хлоридом кальция. Коррозионной средой являлся 3%-ный раствор NaCl. Испытания проводили в стационарных условиях в течение 3 месяцев и после экспозиции очищенные от продуктов коррозии образцы взвешивали с точностью до четвертого знака.

Скорость коррозии ρ определяем по формуле:

ρ=Δm·1000/Sτ(г/м²·час),

где Δm - потеря массы, г;

τ - время, час;

S - площадь, см².

Защитные свойства ингибитора прототипа и заявляемого выражаются величинами ингибиторного эффекта j и защитного действия z и вычисляются по формулам, соответственно:

j₁=ρ₀/ρ₁ и z₁=(ρ₀-ρ₁)·100/ρ₀ (%),

j₂=ρ₀/ρ₂ и z₂=(ρ₀-ρ₂)·100/ρ₀ (%),

где ρ₀ - скорость коррозии в 3%-ном растворе NaCl (контроле);

ρ₁ - скорость коррозии в присутствии ингибитора прототипа;

ρ₂ - скорость коррозии в присутствии заявляемого ингибитора.

Данные по влиянию хромата калия (прототипа) и бората хрома состава 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4Н₂О (заявляемого ингибитора) на коррозионное поведение стали 3 в химически агрессивной среде 3%-ного раствора хлорида натрия приведены в табл. 2.

Из данных табл. 2 следует, что с повышением концентрации антикоррозионных добавок от 0,5 до 1,5 мас.% в расчете на безводную соль скорость коррозии стали 3 в 3%-ном растворе хлорида натрия заметно снижается. При этом степень защиты стали в 3%-ном растворе NaCl при концентрации прототипа 1% составляет 31,4%, а в присутствии заявляемого ингибитора при той же концентрации это значение становится равным 98,6%, что превышает значение степени защиты стали прототипом. Дальнейшее увеличение концентрации рассматриваемых ингибиторов практически не усиливает антикоррозионные свойства раствора.

Для электрохимических исследований выбрали 1%-ный раствор ингибиторов в 3%-ном растворе NaCl и были сняты потенциодинамические поляризационные кривые стали 3 (фиг. 2).

В 3%-ном растворе NaCl сталь 3 интенсивно растворяется (кривые 1 и 1′). В присутствии ингибиторов (кривые 2 и 2′; 3 и 3′) потенциалы ионизации металла смещены в положительную сторону относительно Е_кор. в фоновом электролите. При этом антикоррозионное действие заявляемого ингибитора значительно выше прототипа.

Результаты электрохимических исследований коррелируют с данными, полученными гравиметрическим методом. Следует отметить, что заявляемый ингибитор преимущественно замедляет анодный процесс.

Борат хрома состава 2KB₅O₈·K₂CrO₄·4Н₂О, применяемый в качестве ингибитора коррозии к грунтовкам по металлу, характеризующийся тем, что он имеет следующее соотношение компонентов, мас.%:

пентаборат калия	64,40
хромат калия	27,39
вода	остальное до 100