Результат интеллектуальной деятельности: ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ И КОРРОЗИОННОГО РАСТРЕСКИВАНИЯ ПОД НАПРЯЖЕНИЕМ

Изобретение относится к защите металлов от коррозии, а именно к ингибиторам коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением (КРН) стальных трубопроводов.

Подземные стальные трубопроводы подвержены интенсивной коррозии и КРН. Для защиты от коррозии на трубы наносят защитные покрытия, в т.ч. грунты. Часто для повышения их эффективности в состав грунтов вводят ингибиторы. Известно большое количество ингибиторов коррозии, используемых в составе грунтов /Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. - М.: Химия, 1980. - 200 с./ [1]. Аналогом предлагаемого ингибитора является магниевая соль олеиновой кислоты, используемая в составе ингибированных битумных и битумно-полимерных грунтов /Богданова Т.И., Шехтер Ю.Н. Ингибированные нефтяные составы для защиты от коррозии. - М.: Химия, 1984. - 248 с./ [2]. Однако олеат магния не достаточно эффективен при защите стали от коррозии и не защищает сталь от КРН. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому ингибитору является смесь солей высших алифатических кислот со щелочноземельными металлами и аминами /Кузнецов Ю.И., Андреев Н.Н., Олейник С.В., Лукьянчиков О.А. Ингибированные покрытия типа ИФХАН для временной защиты металлоизделий. Тезисы докладов научно-технической конференции «Проблемы защиты металлов от коррозии». Липецк, 1985, с. 84-85/ [3]. Однако и этот ингибитор (прототип) недостаточно эффективен в отношении коррозии стали и ее КРН.

Цель настоящего изобретения - разработка ингибитора, обеспечивающего при введении в грунтовочное покрытие эффективную защиту стали от коррозии и КРН.

Поставленная цель достигается тем, что ингибитор на основе смеси солей высших алифатических кислот с щелочноземельными металлами и аминами дополнительно содержит замещенный триалкоксисилан при следующем соотношении компонентов (мас. %):

В качестве солей высших алифатических кислот с щелочноземельными металлами используют олеаты или стеараты кальция, магния или бария, а также продукты взаимодействия таллового масла или кокосового масла с оксидами этих металлов.

В качестве солей высших алифатических кислот с аминами используют олеаты или стеараты октадециламина, аминов таллового или кокосового масла, а также продукты взаимодействия таллового масла или кокосового масла с аминами этих масел.

В качестве замещенного триалкоксисилана используют винилтриэтоксисилан, винилтриметоксисилан, аминопропилтриэтоксисилан или метакрилоксипропилтриметоксисилан.

Ниже приводятся примеры конкретных составов предлагаемого ингибитора и подробное описание изобретения, поясняющее его техническую сущность.

Все ингибиторы готовили смешением компонентов при температуре 50-60°С: в грунт битумно-полимерный ГТ-760ИН ингибиторы по примерам 1.1-1.11, 2.1-2.12, а также ингибитор - аналог и ингибитор - прототип вводили в количестве 4%.

Продукты взаимодействия таллового масла и кокосового масла с оксидами кальция, магния или бария получали перемешиванием компонентов при температуре 80-90°С в течение 2 часов. Оксиды щелочноземельных металлов брали в избытке. После приготовления продуктов нерастворившиеся вещества отделяли фильтрованием через тонкую металлическую сетку.

Продукты взаимодействия таллового масла или кокосового масла с аминами этих масел получали перемешиванием равных весовых количеств компонентов при температуре 80-90°С в течение 2 часов.

Композиция-прототип содержала равные весовые количества стеаратов кальция и октадециламина. Такое соотношение компонентов ингибитора-прототипа является оптимальным по данным [3].

Для оценки эффективности исследуемых ингибиторов к отношении коррозии прямоугольные образцы стали Х70 (30×40 мм) однократно окунали в грунт с добавками ингибитора и сушили в течение 10 дней в комнатных условиях. Толщина покрытия составляла 110-120 мкм. После сушки (10 дней в комнатных условиях) образцы помещали в камеру солевого тумана на 60 суток. В ходе эксперимента фиксировали время до появления на поверхности образцов очагов коррозии.

Оценка эффективности исследуемых ингибиторов в отношении КРН проводилась на цилиндрических образцах ГОСТ 1497 - 84, тип IV с размерами рабочей части d₀=2,5 мм, l₀=25 мм, изготовленных из трубной стали категории прочности Х70. Образцы однократно окунали в грунт с добавками ингибитора и сушили в течение 10 дней в комнатных условиях. Толщина покрытия составляла 110-120 мкм. После сушки образцы помещали в камеру искусственного климата при температуре 30°С и 100% относительной влажности воздуха и выдерживали в течение 30 суток. Коррозионно-механические испытания образцов проводились методом медленного растяжения с постоянной скоростью, равной 2×10^-9 м/с, при выдержке в испытательном растворе. Испытательная среда представляет собой водный раствор, содержащий хлористый калий (0,12 г/л), бикарбонат натрия (0,48 г/л), хлористый кальций (0,18 г/л), сульфат магния (0,13 г/л) и сульфид натрия (0,08 г/л) на фоне боратного буфера с рН 7,0 (борной кислоты 24,8 г/л, буры 2,1 г/л). Данный раствор имеет ионный состав, близкий к составам грунтовых электролитов, вызывающих КРН трубных сталей.

Стандартным способом определялось относительное сужение образца (Ψ), а именно после разрыва образца измеряли минимальный диаметр образца в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По среднему арифметическому из полученных значений вычислялась площадь поперечного сечения образца после разрыва. Относительное сужение после разрыва образца вычисляли по формуле: Ψ=(S_o-S_k)⋅100%/S_o (где S_o - начальная площадь поперечного сечения образца, мм²; S_k - площадь поперечного сечения образца после разрыва, мм²). На основании полученных значений Ψ рассчитывали показатель склонности материала к КРН в коррозионной среде: I=(Ψ-Ψ_кор)⋅100%/Ψ (где Ψ_кор - среднее значение относительного сужения образца, полученное при испытаниях в коррозионной среде; Ψ - среднее значение относительного сужения образца при испытаниях на воздухе) и эффективность ингибирования процесса КРН определяли по величине показателя Z=(I_фон-I_инг)⋅100%/I_фон (где I_инг и I_фон - показатели склонности металла к КРН в ингибированной среде и без ингибитора соответственно). Величина Z использовалась как критерий влияния ингибитора на КРН. При полном ингибировании процесса КРН показатель Z=100%.

Данные табл. 1 свидетельствуют, что ингибитор коррозии и КРН на основе стеарата бария, стеарата октадециламина и винилтриэтоксисилана при соблюдении указанных соотношений компонентов (примеры 1.1-1.5) и введении в грунтовку обеспечивает более эффективную защиту стали от коррозии и КРН, чем композиции аналога и прототипа. Это проявлялось в более высоких временах до появления на поверхности образцов очагов коррозии в камере солевого тумана и показателях эффективности ингибирования КРН.

Нарушение указанных соотношений компонентов ведет к резкому снижению (ниже уровня прототипа) защиты металла от коррозии и КРН (примеры 1.6-1.11).

Резкий рост защитных свойств предлагаемого ингибитора при соблюдении указанных выше соотношений компонентов имеет синергетический характер. Природа его в настоящее время неясна.

Данные табл. 2 иллюстрируют возможность использования в составе ингибитора коррозии и КРН в качестве солей высших алифатических кислот со щелочноземельными металлами: олеата кальция (пример 2.1), олеата магния (пример 2.2), олеата бария (пример 2.3), стеарата кальция (пример 2.4), стеарата магния (пример 2.5), стеарата бария (пример 2.6), продуктов взаимодействия таллового масла с оксидом кальция (пример 2.7), оксидом магния (пример 2.8), оксидом бария (пример 2.9), или кокосового масла с оксидом кальция (пример 2.10), оксидом магния (пример 2.11) и оксидом бария (пример 2.12).

В качестве солей высших алифатических кислот с аминами можно использовать олеат октадециламина (примеры 2.1), олеат аминов таллового масла (пример 2.2), олеат аминов кокосового масла (пример 2.3), стеарат октадециламина (примеры 2.4, 2.7, 2.12), стеарат аминов таллового масла (пример 2.5), стеарат аминов кокосового масла (пример 2.6), а также продукт взаимодействия таллового масла с аминами таллового масла (пример 2.8), продукт взаимодействия таллового масла с аминами кокосового масла (пример 2.9), продукт взаимодействия кокосового масла с аминами таллового масла (пример 2.10), продукт взаимодействия кокосового масла с аминами кокосового масла (пример 2.11).

В качестве замещенного триалкоксисислана можно использовать винилтриэтоксисилан (примеры 2.1-2.3), винилтриметоксисилан (примеры 2.4-2.6), аминопропилтриэтоксисилан (примеры 2.7-2.9), метакрилоксипропилтриметоксисилан (примеры 2.10-2.12).

Таким образом, результаты коррозионных испытаний свидетельствуют, что предлагаемый ингибитор коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением превосходит по защитным свойствам преобразователь - аналог и преобразователь - прототип.

Использование предлагаемого ингибитора коррозии и коррозионного растрескивания под напряжением позволит увеличить сроки службы стальных трубопроводов.

Литература

1. Розенфельд И.Л., Рубинштейн Ф.И. Антикоррозионные грунтовки и ингибированные лакокрасочные покрытия. - М.: Химия, 1980. - 200 с.

2. Богданова Т.И., Шехтер Ю.Н. Ингибированные нефтяные составы для защиты от коррозии. - М.: Химия, 1984. - 248 с.

3. Кузнецов Ю.И., Андреев Н.Н., Олейник С.В., Лукьянчиков О.А. Ингибированные покрытия типа ИФХАН для временной защиты металлоизделий. Тезисы докладов научно-технической конференции «Проблемы защиты металлов от коррозии». Липецк, 1985, с. 84-85.