EP0002780B1 - Verwendung von Korrosionsinhibitoren in wässrigen Systemen - Google Patents
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
- C23F11/10—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids using organic inhibitors
- C23F11/14—Nitrogen-containing compounds
- C23F11/145—Amides; N-substituted amides
Definitions
- the invention relates to the use of alkanolamine salts of maleic acid as low-foaming corrosion inhibitors for metals in aqueous systems.
- DE-AS 11 49 843 discloses amine salts of amic acids which are obtained as lubricants by reacting succinic or maleic anhydride with primary alkylamines which contain 4 to 30 C atoms in the alkyl chain and then neutralizing with such amines. and fuel additives with rust protection.
- the agents mentioned by way of example in this literature reference are oil-soluble and in most cases not water-soluble. Insofar as they are water-soluble, it has been found that they either develop much too strong foam in the above-mentioned systems (see also the mention of the addition of foam absorbers in this patent specification) or they lose a large part of their anticorrosive action when the foam action is low.
- water solubility and water hardness insensitivity are influenced by the chain length.
- maleic acid isooctyl, isononyl, isodecyl, isoundecyl and / or isododecylamic acids which have been neutralized with mono-, di- or tri-C 2 - to C 3 -alkanolamines or their mixtures.
- n-Cg and lower such as nC 7 - and C ;
- Isoalkylamines as starting materials greatly weaken the anticorrosive effect of the end products and that starting with a longest chain of isoalkylamines of more than 8 carbon atoms, end products with excessive foaming action are formed as starting products.
- isoalkylamines with more than 7 C atoms have a low sensitivity to water hardness as the starting product. Above about 12 carbon atoms, the water hardness sensitivity of the end products is increased very much, and the water solubility is also severely restricted.
- Starting compounds for the preparation of the compounds to be used according to the invention are maleic anhydride and primary isoalkylamines having 8 to 12 carbon atoms and having a longest chain of 6 to 8 carbon atoms, such as isooctylamines, isononylamines, isodecylamines, isoundecylamines and isododecylamines, of which the isooctylamines and isononylamines are preferred.
- These amines can also be used in a mixture with corresponding proportions of n-alkylamine. Such mixtures originate e.g. of oxo synthesis.
- the reaction of the maleic anhydride with the amine or amine mixture in question can be carried out by known methods.
- the amic acids obtained are then neutralized with one of the alkanolamines as defined or with mixtures thereof in a manner known per se.
- An excess of alkanolamine is preferably used.
- Special alkanolamines for the purposes of the invention are, for example, di- or triethanolamine or di- and triisopropanolamine or mixtures thereof.
- the maleic acids formed are mixed with the corresponding alkanolamine in molar ratios of 1: 1 to 2: 8 and stirred until a clear liquid results.
- a crystalline substance is formed with a melting point of 69 ° C and an acid number of 252 (theoretically: 247).
- this maleic acid 30 parts by weight of this maleic acid are then mixed with 70 parts by weight of triethanolamine with a portion of diethanolamine and stirred without additional heating until a clear liquid is obtained.
- a crystalline substance is formed with a melting point of 62 ° C and an acid number of 235 (theoretically: 233).
- a liquid with an acid number of 191 (theoretically: 191) is formed.
- the corrosion protection effect was determined by the so-called “Herberts” corrosion test and the “gray cast iron” filter test.
- the foam damping was determined by the "IG impact method” based on DIN 53 902.
- the corrosion protection effect is in 1% aqueous solution at active substance and at a water hardness of 10 ° d.H. on the Herberts test system introduced in the metalworking sector.
- This consists of a standardized gray cast iron plate and also standardized steel chips of 5 mm length, which are supplied by Alfred Herberts, Coventry / England.
- the square plate with the dimensions 100x100x5 mm is carefully sanded using a belt grinder with 120 corundum sanding belt, washed with white spirit and ethanol and dried with a clean cloth.
- the steel chips supplied with the test system which are obtained under standardized conditions from 0.40% carbon steel, are placed on the prepared cast steel plate in four piles using a suitable metal or plastic spoon with the capacity of a normal teaspoon so that they separate from each other and have the same distance from the edges of the plate.
- the chips should lie in a single layer in the narrowest possible position.
- the solutions or emulsions to be tested for their corrosion behavior are applied to the piles of chips by means of a measuring pipette in such a quantity that the liquid reaching the cast steel plate is held together by the chips. After standing for 24 hours in an atmosphere of 70% relative humidity, the chips are shaken off the plate by tilting. It the clearly visible outline of the dried aqueous medium remains. Depending on the corrosiveness of the liquid, rust marks of smaller or larger dimensions have formed at the contact points of the chips, which can also have grown together to form a closed rust layer. The assessment can be made by visually estimating the percentage of rust in the area.
- a further corrosion test consists of the gray cast iron filter sample.
- a petri dish with an inner diameter of approx. 10 cm is used with a suitable lid dish.
- a black band round filter is placed in the Petri dish.
- a suitable spoon is used to distribute 5 to 10 g of coarse cast iron GG-20 shavings onto the filter in such a way that a uniform heap is formed in the middle, which is around 1.5 cm away from the edge.
- the chips have a length of approx. 5 to 8 mm and must be obtained from clean gray cast iron GG-20 material without the use of drilling oil or other cooling lubricants. All fine components must be screened off.
- the impact method was used based on DIN 53 902.
- the simple test procedure was sufficient, in which the stamp with the perforated plate by hand 30 ma! in 30 s evenly up and down and then carefully pulled out (IG impact method).
- the foam volume is read on the graduated foam cylinder after 1, 5 and 10 min in ml. Information about temperature, concentration and water hardness are also important.
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Description
- Die Erfindung betrifft die Verwendung von Alkanolaminsalzen von Maleinamidsaüren als schaumarme Korrosionsinhibitoren für Metalle in wäßrigen Systemen.
- In technischen Reinigungs- und Kühlprozessen, die sich in Gegenwart von Wasser abspielen, stellt sich immer das Problem des Korrosionsschutzes, wenn korrosionsgefährdete Metalle, vornehmlich Eisen oder eisenhaltige Legierungen, durch diese Prozesse direkt tangiert werden (z.B. wäßrige technische Reiniger, Kühlwässer, Kühlschmierstoffe für die Metallbearbeitung).
- Ein weiteres Problem, das bei solchen Prozessen auftritt, vor allem bei Kühlwässern und Kühlschmierstoffen, ist die zu starke Schaumbildung, die vor allem auftritt, wenn dem Wasser organische Korrosionsschutzmittel, die häufig Tensideigenschaften zeigen, zugesetzt werden. Bisher mußten daher meistens zusammen mit dem organischen Korrosionsschutzmittel noch Schaumdämpfer eingesetzt werden.
- Das Ziel der Erfindung bestand in der Auffindung solcher Additive in den genannten Sytemen, die
- 1. wasserlöslich sind,
- 2. eine gute Korrosionsschutzwirkung zeigen,
- 3. möglichst nicht zum Schäumen neigen und
- 4. soweit wie möglich wasserhärteunempfindlich sind.
- Bekannt sind aus der DE-AS 11 49 843 Aminsalze von Amidsäuren, die man durch Umsetzung von Bernstein- oder Maleinsäureanhydrid mit primären Alkylaminen, die 4 bis 30 C-Atome in der Alkylkette enthalten, und anschließender Neutralisation mit solchen Aminen erhält, als Schmier- und Brennstoffadditive mit Rostschutzwirkung. Die in dieser Literaturstelle beispielhaft genannten Mittel sind aber öl- und in den meisten Fällen nicht wasserlöslich. Soweit sie wasserlöslich sind, wurde festgestellt, daß sie in den obengenannten Systemen entweder viel zu starken Schaum entwickeln (siehe auch die Nennung des Zusatzes von Schaumdämpfern in dieser Patentschrift) oder sie verlieren bei geringer Schaumwirkung einen großen Teil ihrer antikorrosiven Wirkung.
- Es lag nun nahe, für wäßrige Systeme bei der Neutralisation nicht die in DE-AS 11 49 843 genannten Amine, sondern die in diesem Bereich üblichen Alkanolamine zu verwenden. Dabei stellte sich aber heraus, daß hier, je nach Kettenlänge des Restes R gemäß der im Patentanspruch genannten Formel, entweder (bei langer Kette) ausgesprochen starke Schäumer entstehen, die fast wasserlöslich sind, oder (bei kurzer Kette) die Korrosionsschutzwirkung verloren geht.
- Zusätzlich werden auch die Wasserlöslichkeit und die Wasserhärteunempfindlichkeit durch die Kettenlänge beeinflußt.
- Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß für einen bestimmten, sehr engen Bereich der Kettenlänge von R, wenn gleichzeitig ein bestimmter Isomerisierungsgrad von R vorliegt, das Ziel der Erfindung erreicht wird.
- Dieses Ziel erreicht man mit solchen speziellen Salzen von Maieinamidsäuren, wie sie gemäß den Patentansprüchen definiert sind.
- Es handelt sich um Maleinsäure-isooctyl-, isononyl-, -isodecyl-, isoundecyl- und/oder -isododecylamidsäuren, die mit Mono-, Di- oder Tri-C2- bis-C3-alkanolaminen oder deren Gemischen neutralisiert worden sind.
- Sie unterscheiden sich von denen in der DE-AS 11 49 843 genannten Salzen nicht nur durch die Verwendung der Alkanolamine zur Salzbildung, sondern auch durch die spezielle, in der genannten Auslegeschrift nicht wörtlich offenbarte Amidsäurekomponente. Die Ausgangsstoffe zu ihrer Herstellung sind dort zwar genennt, jedoch nicht die Endprodukte selbst.
- Es hat sich gezeigt, daß bereits n-Cg- und niedrigere wie n-C7- und C; Isoalkylamine als Ausgangsprodukte die antikorrosive Wirkung der Endprodukte stark schwächen und daß ab einer längsten Kette der Isoalkylamine von mehr als 8 C-Atomen als Ausgangsprodukte Endprodukte mit zu starker Schaumwirkung entstehen. Eine geringe Wasserhärteempfindlichkeit besteht bei Endprodukten aus Isoalkylaminen mit mehr als 7 C-Atomen als Ausgangsprodukt. Ab etwa 12 C-Atomen wird die Wasserhärteernpfindlichkeit der Entprodukte sehr stark erhöht, und auch die Wasserlöslichkeit wird stark eingeschränkt.
- Ausgangsverbindungen zur Herstellung der erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen sind Maleinsäureanhydrid und primäre Isoalkylamine mit 8 bis 12 C-Atomen und mit einer längsten Kette von 6 bis 8 C-Atomen, wie Isooctylamine, Isononylamine, Isodecylamine, Isoundecylamine und Isododecylamine, von denen die Isooctylamine und Isononylamine bevorzugt sind. Diese Amine können auch in Mischung mit entsprechenden n-Alkylaminanteilen eingesetzt werden. Solche Mischungen entstammen z.B. der Oxosynthese.
- Die Umsetzung des Maleinsäureanhydrids mit dem betreffenden Amin oder Amingemisch kann nach bekannten Methoden erfolgen. Die erhaltenen Amidsäuren werden dann mit einem der definitionsgemäßen Alkanolamine oder auch mit Mischungen davon in an sich bekannter Weise neutralisiert. Dabei wird vorzugsweise ein Überschuß an Alkanolamin verwendet.
- Spezielle Alkanolamine im Sinne der Erfindung sind beispielsweise Di- oder Triäthanolamin oder Di- und Triisopropanolamin oder deren Gemische.
- Als wirksamste Produkte haben sich die 2- Äthylhexyl-Halbamide und die Isononyl-Halbamide der Maleinsäure erwiesen, die mit Triäthanolamine und Diäthanolamin neutralisiert worden sind.
- Außer mit den genennten Halbamiden allein erzielt man die erfindungsgemäßen Ergebnisse wie gesagt auch dann, wenn den Halbamiden bis zu 90 Gew.% an Verbindungen der definitionsgemäßen Formel zugesetzt sind, in der R einen n-Alkylrest mit 8 bis 12 C-Atomen bedeutet. Hier sind vor allem die n-Octyl-, -nonyl-, -decyl- und -dodecylhalbamide zu nennen.
- Maleinsäureanhydrid wird unter N2-Atmosphäre bei 60 bis 70°C geschmolzen, dann wird unter Rühren das entsprechende Amin im Molverhältnis 1:1 bei 60 bis 100°C zugegeben und eine halbe Stunde bis eine Stunde nachgerührt.
- Zur Neutralisation werden die entstanden Maleinamidsäuren mit dem entsprechenden Alkanolamin in Molverhältnissen von 1:1 bis 2:8 miteinander gemischt und gerührt, bis sich eine klare Flüssigkeit ergibt.
- 147 g (1,5 Mol) Maleinsäureanhydrid werden unter N2-Atmosphäre bei 60 bis 70°C geschmolzen, dann werden unter Rühren 193,5 g (1,5 Mol) 2-Äthylhexylamin bei 60 bis 80°C zugegeben und eine halbe Stunde bei 80°C nachgerührt.
- Es ensteht eine kristalline Substanz mit einem Schmelzpunkt von 69°C und einer Säurezahl von 252 (theoretisch: 247).
- 30 Gewichtsteile dieser Maleinamidsäure werden dann mit 70 Gewichsteilen Triäthanolamin mit einem Anteil Diäthanolamin gemischt und ohne zusätzliches Erhitzen gerührt, bis sich eine klare Flüssigkeit ergibt.
- 147 g (1,5 Mol) Maleinsäureanhydrid werden ,inter N2-Atmosphäre bein 60 bis 70°C geschmolzen, dann werden unter Rühren 213 g (1,5 Mol) eines Isononylamins langsam bei 60 bis 100°C zugegeben und eine halbe Stunde bis eine Stunde bei dieser Temperatur nachgerührt.
- Es entsteht ein kristalliner Stoff mit einem Schmelzpunkt von 62°C und einer Säurezahl von 235 (theoretisch: 233).
- 30 Gewichtsteile der entstandenen Maleinamidsäure werden dann mit 70 Gewichtsteilen Triäthanolamin (wie in Beispiel 1) ohne zusätzliches Erwärmen vermischt und gerührt, bis sich eine klare Flüssigkeit ergibt.
- 147 g (1,5 Mol) Maleinsäureanhydrid werden unter N2-Atmosphäre bei 60 bis 70°C geschmolzen, dann werden unter Rühren 273 g (1,5 Mol) Isododecylamin (längste Kette: 6 C-Atome) langsam bei 60 bis 80°C zugegeben und eine Stunde bei 80°C nachgerührt.
- Es entsteht eine Flüssigkeit mit einer Säurezahl von 191 (theoretisch: 191).
- 30 Gewichtsteile der entstandenen Maleinamidsäure werden dann mit 70 Gewichtsteilen Triäthanolamin (wie in Beispiel 1) ohne zusätzliches Erhitzen vermischt und gerührt, bis eine Flüssigkeit mit leichter, homogen verteilter Trübung entstanden ist.
- Neben den drei in den Beispielen genannten erfindungsgemäßen Produkten werden in der Tabelle eine Reihe anderer Maleinamidsäureen und eine Bernsteinamidsäure als Vergleich herangezogen, womit der äußerst enge Bereich des Zusammentreffens der verschiedenen anwendungstechnischen Eigenschaften nachgewiesen wird, die das Ziel der Erfindung bilden.
- Die korrosionsschützende Wirkung wurde durch den sogenannten "Herberts"-Korrosionstest und den "Grauguß"-Filtertest bestimmt. Die Schaumdämpfung wurde durch die "IG-Schlagmethode" in Anlehnung an DIN 53 902 ermittelt.
- Die Korrosionstest wurden wie folgt durchgeführt:
- Die Korrosionschutzwirkung wird in an Wirksubstanz 1 %iger wäßriger Lösung und bei einer Wasserhärte von 10°d.H. an dem auf dem Metallverarbeitungssektor eingeführten Herberts-Test-System veranschaulicht. Dieses besteht aus einer standardisierten Grauguß-Platte und ebenfalls standardisierten Stahlspänen von 5 mm Länge, die von der Firma Alfred Herberts, Coventry/England geliefert werden. Die quadratische Platte mit den Abmessungen 100x100x5 mm wird vor der Prüfung mittels einer Bandschleifmaschine mit Korund-Schmirgelband der Körnung 120 sorgfältig abgeschliffen, mit Testbenzin und Äthanol gewaschen sowie mit einem reinen Tuch getrocknet. Dann werden die mit dem Prüfsystem gelieferten Stahlspäne, die unter standardisierten Bedingungen aus 0,40 %igem Kohlenstoffstahl gewonnen werden, mittels eines geeigneten Metall- oder Plastiklöffels mit dem Fassungsvermögen eines normalen Teelöffels in vier Häufchen so auf die vorbereitete Gußstahlplatte gesetzt, daß sie voneinander und von den Randern der Platte gleichen Abstand haben. Die Späne sollen in einfacher Schicht bei engstmöglicher Lage liegen.
- Die auf ihr Korrosionsverhalten zu prüfenden Lösungen bzw. Emulsionen werden mittels einer Meßpipette in solcher Menge auf die Späne-Häufchen gegeben, daß die die Gußstahlplatte erreichende Flüssigkeit gerade von den Spänen zusammengehalten wird. Nach einer Standzeit von 24 Stunden in einer Atmosphäre von 70% relativer Luftfeuchtigkeit werden die Späne von der Platte durch Kippen heruntergeschüttelt. Es hinterbleibt der deutlich sichtbare Umriß des angetrockneten wäßrigen Mediums. An den Kontaktstellen der Späne mit der Platte haben sich je nach Korrosivität der Flüssigkeit Rostmarken kleinerer oder größerer Ausdehnung ausgebildet, die auch zu einer geschlossenen Rostschicht zusammengewachsen sein können. Die Beurteilung kann durch visuelles Abschätzen in Flächenprozent Rostanteil geschehen.
- Eine weitere Korrosionsprüfung besteht in der GraugußFilterprobe. Verwendet wird eine Petrischale von ca. 10 cm Innendurchmesser mit passender Deckelschale. In die Petrischale legt man ein Schwarzband-Rundfilter. Auf das Filter werden mit einem passenden Löffel 5 bis 10 g grobe Grauguß GG-20-Späne so verteilt, daß ein gleichmäßiger Haufen in der Mitte entsteht, der ringsum ca. 1,5 cm vom Rand Abstand hat. Die Späne haben ca. 5 bis 8 mm Länge und müssen aus sauberem Grauguß-GG-20-Material ohne Verwendung von Bohröl oder sonstigen Kühlschmiermitteln gewonnen sein. Alle feinen Bestandteile müssen abgesiebt werden.
- Von der auf Korrosivität zu prüfenden Lösung oder Emulsion werden jeweils 5 ml gleichmäßig mit einer Meßpipette auf die Späne gegeben. Der pH-Wert der Prüfflüssigkeit wird registriert, da er für die Beurteilung von wesentlicher Bedeutung ist. Er kann auf einen bestimmten Standardwert, z.B. 8,5, gestellt sein. Nach der Befeuchtung wird die Deckelschale aufgesetzt und 2 Stunden unter normalen Laborbedingungen bei 23 bis 25°C und ca. 7096 relativer Luftfeuchtigkeit stehen gelassen. Danach wird der Deckel abgenommen und das Filter kurz umgekehrt und auf die Oberfläche von Leitungswasser gelegt, wodurch es von den Spänen befreit wird. Gleich darauf wird das so befreite Filterpapier mit einer Indikatorlösung folgender Zusammensetzung besprüht und dadurch durchtränkt:
- 1 g Kaliumhexacyanoferrat (111)
- 30 g Kochsalz
- 1 I Wasser
- Dann läßt man den Indikator 17 Sekunden lang an der Luft einwirken. Schließlich wird sorgfältig in fließendem Trinkwasser gespült und an mäßig warmem Ort an der Luft getrocknet. Auf dem Filterpapier ergeben sich nach dieser Prozedur, je nach Korrosivatät des Mediums, braungelbe, gelbe und/oder blaugrüne Flecken verschiedener Intensität, wobei die braungelbe oder gelbe Farbe ungünstiger zu bewerten ist. Ein einwandfreies Verhalten zeigt sich durch Fehlen jeglicher Braun- oder Gelbfärbung und allenfalls spurenweisem Vorhandensein von blaugrünen, blassen Flecken an. Die Filter sind völlig farbstabil und können deshalb zur Dokumentation dienen. Eine Bewertungsskala kann folgendermaßen lauten:
- sehr schlecht: intensive große, überweigend (--) gelbbraune Flecken;
- schlecht: intensive große Flecken mit etwa gleichem gelbbraunen und blaugrünen Anteil;
- mittelmäßig: abgeblaßt mittelgroße Flecken mit (+-) etwa gleichem gelben und blaugrünen Anteil;
- gut: stark abgeblaßte, kleine (steck-(+) nadelkopfgröße) Flecken mit über wiegendem Anteil an blaugrün;
- sehr gut: keinerlei Flecken oder höchstens (++) sehr wenige, sehr kleine blaßblaugrüne Flecken
- Es wurde in Anlehnung an die DIN 53 902 die Schlagmethode verwendet. Zur Prüfung genügte das einfach Prüfungsverfahren, bei dem der Stempel mit der Lochplatte per Hand 30 ma! in 30 s gleichmäßig auf- und abgeführt und dann vorsichtig herausgezogen wird (IG-Schlagmethode). Das Schaumvolumen wird an dem graduierten Schaumzylinder nach 1, 5 und 10 min in ml abgelesen. Von Wichtigkeit sind daneben Angaben über Temperatur, Konzentration und Wasserhärte.
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