ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах

Формула изобретения

Ингибитор коррозии металлов в серной, соляной и ортофосфорной кислотах на основе уротропина и продукта конденсации амина и альдегида, отличающийся тем, что он дополнительно содержит (индолил-3)уксусную кислоту и 3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид, а в качестве продукта конденсации n-дипентиламиносалицилаль-2-амино-4-нитрофенол при следующем соотношении компонентов, мас.%:

n-дипентиламиносалицилаль-2-амино-4-нитрофенол	15,8-12,1
(индолил-3)уксусная кислота	10,3-15,0
3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')
пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид	25,9-32,3
уротропин	48,0-40,6

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к защите металлов от кислотной коррозии с помощью ингибиторов и может применяться при травлении металлов, бурении скважин и кислотных очистках оборудования.

Известно применение уротропина для уменьшения скорости коррозии стали в соляной и серной кислотах (Алцыбеева А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов. - Л.: Химия, 1968, с.28-29). Однако при торможении коррозии в соляной и серной кислотах стали и других металлов (например, титана и индия) эффективность уротропина недостаточна. К тому же уротропин используется в весьма высоких концентрациях, достигающих 2% (т.е. исчисляемых в сотнях миллимолей на литр).

По технической сущности и полученным результатам наиболее близким к предлагаемому ингибитору является известный ингибитор, представляющий собой продукт конденсации анилина и капринового альдегида (В.Г.Турбина, Н.Г.Ключников. Защита от коррозии стали в соляной кислоте продуктами конденсации аминов и альдегидов: в сб. статей «Ингибиторы коррозии металлов», ЦНИИ технологии судостроения. Изд. Судостроение, 1965, с.124-129).

Известный ингибитор более эффективно защищает сталь, чем уротропин, но степени защиты все же недостаточно велики (92,07; 95,50; 97,29% соответственно в 3,5 и 7 н. соляной кислоте). Еще ниже эффективность известного ингибитора для титана и индия. Он весьма слабо защищает сталь от наводороживания.

Техническая задача настоящего изобретения заключается в повышении степени защиты стали, титана и индия от коррозии в серной, соляной и ортофосфорной кислотах, а также степени снижения наводороживания стали.

Для того чтобы достигнуть указанного результата, в названные кислоты предлагается добавлять ингибитор, содержащий в своем составе продукт конденсации амина и альдегида, в качестве которого применяют дипентиламино-4-нитрофенол, а также (индолил-3)уксусную кислоту, 3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид и уротропин.

Перечисленные вещества имеют следующее строение:

n-дипентиламиносалицилаль-2-амино-4-нитрофенол (далее азометин);

(индолил-3)уксусная кислота (далее производное уксусной кислоты);

3-этил-2[5'-(3'-этилбензтиазолинилиден-2'')пентадиен-1',3'-ил]бензтиазолийиодид (далее производное тиазола).

Указанные компоненты содержатся в составе предлагаемого ингибитора в следующих концентрациях, мас.%:

азометин	15,8-12,1
производное уксусной кислоты	10,3-15,0
производное тиазола	25,9-32,3
уротропин	48,0-40,6

При применении предлагаемого ингибитора компоненты растворяют в кислотах при энергичном перемешивании. В последнюю очередь добавляется производное тиазола, предварительно растворенного в нескольких миллилитрах этанола.

Скорость коррозии стали, титана и индия определялась как по уменьшению масс образцов металлов после травления их в чистых кислотах, а также в ингибированных кислотах, так и по объему выделившегося при травлении водорода. Наводороживание стали измерялось методом скручивания образцов на крутильной машине К-5 до их излома (измерялось число оборотов проволочного образца до разрушения).

Результаты опытов по коррозии и наводороживанию для предлагаемого ингибитора приводятся в таблице 1 и примерах. В таблице 2 содержится то же для известного ингибитора.

Пример I. В 500 мл 3 н. H₂SO₄ растворен ингибитор (2,5 г), содержащий (мас.%) 12,1 азометина; 15,0 производного уксусной кислоты; 32,3 производного тиазола и 40,6 уротропина. В чистую 3 н. серную кислоту помещали 3 образца стали размером 30×20×1 мм. В ингибированную кислоту также помещали 3 образца того же размера. Образцы предварительно зачищались тонкой наждачной бумагой, обезжиривались ацетоном, выдерживались в эксикаторе в течение 2 ч над прокаленным хлористым кальцием и взвешивались на аналитических весах.

При 20°C образцы выдерживались в растворе кислоты (без ингибитора и с ингибитором) 48 часов, при 90°C - в течение 0,5 часа. Точность поддержания температуры составляла ±1°C. По полученным данным по уменьшению массы образцов были рассчитаны скорости коррозии, а затем по последним определены коэффициенты торможения ( ) для ингибиторов, которые равны следующим величинам:

при 20±1°C =46,6

при 90±1°C =200

Коэффициенты торможения пересчитывались на степень защиты по уравнению

Z₂₀=97,9%,

Z ₉₀=99,5%.

Для отдельных компонентов ингибитора получены следующие величины коэффициентов торможения:

	20°C	90°C
азометин	1,7	2,5
производное уксусной кислоты	2,2	3,8
производное тиазола	2,9	4,5
уротропин	1,5	2,3

Произведение величин (условно теоретических) при 20°C составляет 16,3, при 90°C - 98,3. Полученные произведения превосходят экспериментально найденные значения коэффициентов соответственно в 2,9 и 2 раза. Столь значительные отличия в величинах свидетельствуют о том, что при совместном нахождении в растворе кислот компоненты ингибиторов усиливают защитное действие друг друга, т.е. приводят к появлению синергического эффекта. К тому же заключению приводит и сравнение поляризационных кривых: и анодная, и катодная поляризация в 4-компонентном растворе ингибитора примерно в 6 раз превышает величины ее, полученные в кислотах с отдельными компонентами.

В экспериментах с известным ингибитором (5 г/л) степень защиты от коррозии составляет 91%, а от наводороживания всего 5%.

Пример II. В 500 мл 7 н. HCl растворено 2,5 г 4-компонентного ингибитора того же состава, что и в примере I. В указанном растворе при 20±1°C и 90±1°C проведены опыты по измерению скорости коррозии титана. Аналогичные эксперименты проделаны в том же растворе соляной кислоты с известным ингибитором, взятым в той же концентрации, что и предлагаемый (5 г/л). Степени защиты от коррозии титана с 4-компонентным ингибитором составили 90,1% (при 20°C) и 92,9% (при 90°C), с известным - соответственно 30,1% и 41,0%.

Были выполнены измерения скорости коррозии при тех же температурах в растворах 7 н. HCl с отдельными компонентами ингибитора, концентрации которых были одинаковы с концентрациями в предлагаемом ингибиторе. В результате были получены следующие величины коэффициентов торможения:

	20°C	90°C
азометин	1,7	2,3
производное уксусной кислоты	1,2	1,3
производное тиазола	1,6	1,9
уротропин	1,3	1,4

Перемножение полученных коэффициентов дает для 20°C =4,2, для 90°C =8,0 (принимаемые за теоретические величины, т.е. не учитывающие возможность взаимного усиления защитного действия компонентов). Экспериментальные при указанных температурах примерно в 2 раза больше (10,1 и 14,1), что позволяет сделать заключение о синергизме действия компонентов и для титана.

Пример III. При тех же условиях, что и в предыдущих примерах, но с 5 н. ортофосфорной кислотой проведены опыты с индием. Степени защиты от коррозии для индия составляют 53,9 (20°C) и 58% (90°C), что значительно превышает величины этого показателя, полученные с известным ингибитором 19,2 (20°C) и 29,5 (90°C). Для индия также наблюдается синергическое усиление защитного действия 4-компонентного ингибитора по сравнению с теоретической величиной, определяемой при перемножении коэффициентов торможения отдельных ингибиторов: для предлагаемого ингибитора ₂₀=2,2, ₉₀=2,4, в то время как для произведения величины его и при 20°C, и при 90°C почти в 2 раза меньше (соответственно 1,2 и 1,4).

Таким образом, данные, приведенные в таблицах 1 и 2, а также в примерах I-III однозначно свидетельствуют о преимуществе предлагаемого ингибитора по эффективности защиты в кислых средах для стали и особенно ярко для титана и индия. Значительно выше для предлагаемого ингибитора и степени защиты от наводороживания стали сравнительно с известным ингибитором (превосходство в несколько раз).

Дополнительные эксперименты, проведенные с ингибитором ПБ-5, широко применяемым в практике антикоррозионной защиты стали, показали существенное преимущество предлагаемого ингибитора: для первого коэффициент торможения коррозии составил 44, а для предлагаемого около 60. Кроме того, ПБ-5 коагулирует при накоплении солей железа в травильной ванне, в то время как предлагаемый остается в растворе кислоты.

Предлагаемый ингибитор может использоваться при травлении стали, титана и индия, а также при кислотных промывках оборудования, в котором имеются названные металлы.

Таблица 1
Степень защиты от коррозии стали, титана и индия, а также степень защиты от наводороживания стали предлагаемым ингибитором (концентрация, 5 г/л).
№ п/п	Металл	Концентрация компонентов ингибитора, мас.%	Кислота, концентрация, экв/л	t °C	Степень защиты, %
азометин	производное уксусной кислоты	производное тиазола	уротропин	от коррозии	от наводороживания
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1	сталь	15,8	10,3	25,9	48,0	H2SO4, 3	20	94,6	27,3
2	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		95,5
3	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		97,9	36,9
4	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	H2SO4, 3	90	94,6
5	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		97,9
6	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,5
7	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	H2SO4, 5	20	98,4	39,0
8	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		99,1
9	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,5	46,1
10	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	98,0
11	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		99,3
12	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,7
13	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 3	20	99,2	25,8
14	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		99,6
15	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		98,3	34,5
16	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	94,5
17	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		98,6
18	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,8
19	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 5	20	99,3	25,8
20	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		99,8

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
21	сталь	12,1	15,0	32,3	40,6	HCl, 5	20	99,9	41,3
22	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 5	90	95,4
23	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		96,0
24	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,5
25	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 7	20	97,9
26	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		99,0
27	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,9
28	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 7	90	95,0
29	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		95,4
30	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		98,0
31	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	H3PO4, 5	20	98,8
32	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		99,0
33	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		99,7
34	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	94,5
35	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		95,8
36	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		97,9
37	титан	15,8	10,3	25,9	48,0	H2SO4, 8	20	71,5
38	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		71,9
39	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		73,7
40	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	86,1
41	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		86,9
42	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		91,5
43	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 7	20	87,3
44	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		89,9
45	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		90,1
46	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	89,2
47	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		91,5
48	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	HCl, 7	90	92,9

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
49	титан	15,8	10,3	25,9	48,0	H3PO4, 5	90	80,1
50	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		81,5
51	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		83,0
52	индий	15,8	10,3	25,9	48,0	H2SO4, 3	20	64,5
53	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		69,2
54	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		75,7
55	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	H2SO4, 3	90	73,7
56	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		78,0
57	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		80,7
58	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 3	20	71,7
59	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		75,4
60	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		76,1
61	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	69,9
62	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		71,9
63	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		79,2
64	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	HCl, 5	20	74,5
65	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		76,9
66	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		83,3
67	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	67,7
68	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		69,2
69	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		78,7
70	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	H3PO4, 5	20	46,9
71	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		50,8
72	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		53,9
73	-//-	15,8	10,3	25,9	48,0	-//-	90	48,0
74	-//-	14,0	12,9	29,0	44,1	-//-		49,2
75	-//-	12,1	15,0	32,3	40,6	-//-		58,0

Таблица 2
Степень защиты от коррозии и от наводороживания для известного ингибитора (5 г/л)
№ п/п	Металл	Кислота, концентрация, экв/л	t°C	Степень защиты, %
от коррозиии	от наводороживания
	1	2	3	4	5
1	сталь	H2 SO4, 3	20	91,0	5
2	-//-	-//-	90	90,8
3	-//-	H2SO4, 5	20	91,1	9
4	-//-	-//-	90	87,7
5	-//-	HCl, 3	20	92,5	3
6	-//-	-//-	90	90,2
7	-//-	HCl, 5	20	94,9	3
8	-//-	-//-	90	90,0
9	-//-	HCl, 7	20	97,3	4
10	-//-	-II-	90	96,2
11	-//-	Н3РО4, 5	20	90,3
12	-//-	-II-	90	87,5
13	титан	H2SO4, 8	20	44,3
14	-//-	-//-	90	46,0
15	-//-	HCl,	20	30,1
16	-//-	-II-	90	41,0
17	-//-	H3PO4, 5	20	36,3
18	-//-	-//-	90	33,1
19	индий	H2SO4, 3	20	39,0
20		-//-	90	42,9
21		H2 SO4, 5	20	36,4
22		-//-	90	40,5
23		HCl, 3	20	34,5
24		-//-	90	44,8
25		HCl, 5	20	44,9
26		-//-	90	48,3
27		Н3 РО4, 5	20	19,2
28		-//-	90	29,5