CC BY
961
УДК 620.197.3
СОВРЕМЕННЫЕ ЛЕТУЧИЕ ИНГИБИТОРЫ АТМОСФЕРНОЙ КОРРОЗИИ
(ОБЗОР)
© 2017 Н. В. Данякин1, А. А. Сигида2
1 войсковая часть 11262, командир роты e-mail:diesel_kva@mail. ru
2 33 Центральный научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации, начальник отдела, канд. техн. наук e-mail: sigidass@mail.ru
Статья посвящена обзорному анализу современных летучих ингибиторов атмосферной коррозии, представленных на зарубежном и отечественном рынках за последние десять лет. Особое внимание в работе уделено рассмотрению образцов, имеющих универсальный спектр применения; приведены подробные сведения о свойствах и аспектах их использования. В результате анализа из ряда объектов исследования определен нетоксичный ингибитор, обладающий свойствами универсальности защищаемых металлов и наиболее длительным сроком действия.
Ключевые слова: летучий ингибитор атмосферной коррозии, ингибитор атмосферной коррозии, ингибитор, атмосферная коррозия, коррозия металла, защита от коррозии.
Коррозией называется процесс разрушения металлов под воздействием химического или же физико-химического влияния окружающей среды. Сам термин происходит от латинского слова «corrodere» («разъедать»). Причиной данного явления может быть термодинамическая неустойчивость определенных металлов к различным компонентам, находящимся в окружающей среде. Результатом такого воздействия будет возникновение продуктов коррозии, например ржавчины, которая может привести к порче и выходу из строя различного рода конструкций оборудования или снаряжения.
К началу XX в. было установлено, что определенные газовые химические соединения способны осаждаться на поверхность металлов и защищать их от вредоносного воздействия окружающей среды [Кузнецов 2015: 12-14]. Данные соединения получили наименование летучих ингибиторов коррозии или VCI - volatile corrosion inhibitors. Первое промышленное применение получили нитрины в соединении дициклогексиламин натрия, их применяли в 50-60 гг. XX в. для защиты военной техники от коррозии [Там же: 16-17]. Однако данный вид защиты имел определенные недостатки, которые не позволили ему занять все области применения, а именно: защита только железа и алюминия, слабое защитное воздействие в начальном этапе применения ввиду низкого парциального давления, большой токсичности и сложности в расчете точной дозировки [Там же: 12-14].
Прорывом в данной области можно считать конец 1960-х гг. С этого периода начали проводиться ежегодные международные симпозиумы по теме коррозий, создаваться исследовательские группы, разрабатывающие данную проблематику. Результатом такой работы стало появление новых видов летучих ингибиторов, они были лишены недостатков предыдущего поколения и стали способны замедлять как анодный, так и катодный процессы коррозии металлов [Кузнецов 2014: 2126-2127]. На сегодняшний день разработаны и выпущены на рынок ингибиторы совершенно нового
уровня, которые абсолютно безвредны для человека и могут использоваться даже в прямом контакте с продуктами питания.
Новейшие разработки данного продукта есть у импортных и отечественных производителей. Из иностранных образцов можно выделить VIBATAN Metal Antiox 01792. Это универсальный суперконцентрат летучего ингибитора коррозии для черных и цветных металлов. Он нашел широкое применение в изготовлении пленок из ПЭ и ЭВА, производимых продувным или плоскощелевым методом, предотвращая появление коррозии на металлических, электронных и электротехнических частях изделий.
Еще одним суперконцентратом летучего ингибитора коррозии из этой линейки является VIBATAN Metal Antiox 01801 [Гончарова и соавт. 2014: 22-24]. Сфера его применения - антикоррозионные пленки для военной промышленности и крупного машиностроения. Во время его использования образуются нетоксичные пары, которые тончайшим изолирующим слоем покрывают металлические части и предотвращают их окисление.
Последним из этой группы ингибиторов стоит выделить VIBATAN Metal Antiox 01792. Он универсален в применении, и его разрешено использовать в прямом контакте с продуктами питания [Келлер, Рейнхард 2015: 28-30].
К наиболее распространенным ЛИАК отечественного производства можно отнести производные и соли алифатических, ароматических, циклических и гетероциклических аминов [Кашковский 2013: 2168]. Они главным образом являются нитритами, нитратами, боратами, фосфатами, бензоатами и нитробензоатами. На российском рынке за последние годы к уже известным летучим ингибиторам НДА, Г-2, КЦА, ИФХАН-100 и ВНХЛ-49 добавился целый ряд новых образцов: ВНХ-Л-20, Н-М-1, ФМТ, ИФХАН-34, ИФХАН-67, ИФХАН-118, НДА, ХЦА, КЦА, СП-В, КПГ-ПК. Их можно разделить на две группы:
• защита металлов от биологической и атмосферной коррозии;
• защита металлов от атмосферной коррозии.
К первой группе относится ингибитор ВНХ-Л-20. Он является летучим средством от атмосферной и микробиологической коррозии. Применение разрешает ГОСТ 9.014-88 «ЕСЗКС» [Коляда, Кремнева 2014: 106-107]. Область использования достаточно широка: умеренные, тропические, морские и полярные климатические условия. Основное назначение заключается в защите от биоповреждений сложных металлических поверхностей и неметаллических материалов. Используется внутри изолированного пространства для консервации, хранения, а также транспортировки грузов на дальние расстояния. Срок защиты зависит от способа использования, герметичности обрабатываемого пространства, условий хранения при длительной консервации. Срок защиты составляет от 5 до 10 лет.
Ингибитор атмосферной коррозии Н-М-1, так же как и предыдущий, используется для защиты от атмосферной и биологической коррозии в ходе эксплуатации, хранения и консервации оборудования, техники и механизмов в различных климатических условиях, от тропических до полярных широт. Может применяться и для защиты металлов от состояния коррозии и межоперационной консервации теплового и энергетического оборудования. Ингибитор Н-М-1 является аналогом ингибитора М-1 [Кузнецов 2015: 17-18]. Для его производства взамен синтетических жирных кислот С10-С13 применены жирные кислоты С10-С18 [Коляда, Кремнева 2014: 108]. Данные соединения эффективно подавляют рост наиболее распространенных видов плесневых грибов и защищают изделия от биоповреждений. Гарантийный срок хранения составляет 2 года с момента выпуска. Технологические и
защитные свойства летучего ингибитора Н-М-1 включены в ГОСТ 9.014-78 «Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования».
Следующим в списке летучих ингибиторов атмосферной коррозии для временного хранения черных металлов стоит препарат ФМТ. Применяется как антикоррозионное средство для стали и конструкций из нее для межоперационного хранения и транспортировки в условиях умеренного климата. Может использоваться для консервации нефтеперерабатывающего оборудования. Срок защиты, с учетом соблюдения методов хранения, составляет от 1,5 до 3 лет [Кашковский 2013: 2170]. Стоит упомянуть, что данный ингибитор используется в реставрационных работах для оружейных коллекций Государственного Эрмитажа.
Ингибитор ИФХАН-34 нашел широкое применение в современных канализационных и водопроводных системах отопления. Имеет хорошие защитные свойства внутренних поверхностей труб от биологической коррозии в водной и водно-ограниченной среде. В состав данного ингибитора входят безопасные для человека вещества, отсутствует токсичность; он обладает биоцидным воздействием, не содержит нитратов и хроматов. Защита происходит в широком диапазоне температур от -40 до +100 оС [Кузнецов 2015: 20]. Применяется для защиты от коррозии цветных и черных металлов (в том числе чугуна), а также сплавов на их основе. Гарантийный срок составляет 2 года.
Смесовый ингибитор ИФХАН-67 способен защищать в водных растворах не только черные, но и ряд цветных металлов. Его активные компоненты полностью водорастворимы и летучи, но с различным давлением в равновесных парах. Это факт не позволяет отнести данный ЛИК к универсальному типу ввиду того, что адсорбция и формирование защитной наноразмерной пленки из газовой фазы или из водного раствора может значительно отличаться. Результаты проведенных исследований показали, что ИФХАН-67 полностью предотвращает появление коррозии на Ст3 и сплаве Д16. Азометины хорошо защищают медь и алюминиевый сплав Д16; помимо этого, К-этанолбензилиденимин в достаточной степени защищает латунь. Но бензойная кислота (один из основных рабочих компонентов) плохо защищает Ст3, алюминиевый сплав Д16 и медь, не показывает защитных свойств на цинке, латуни и чугуне [Агафонкин, Кузнецов 2009: 103]. Поскольку ингибитор начал применяться недавно, нет точных сведений о его действительном сроке защиты металлов. По имеющимся данным, на протяжении двух лет с начала его использования в промышленности нет подтвержденных фактов появления коррозии на распыленных поверхностях [Агафонкин 2008: 79]. Значения концентрации токсичных паров при распылении и испарении отсутствуют. Нет ограничений к использованию ингибитора в разных климатических условиях.
Одним из направлений в разработке новых ЛИАК стоит универсальность по отношению к металлам. Данные требования привели к решению использовать вместе с циклогексиламином остатков хромовой кислоты. В результате подобного смешения был получен универсальный ингибитор - хромат циклогексиламина ХЦА. Производится в виде ярко-желтого кристаллического порошка. В основе защитных свойств ингибитора лежит его свойство гидролиза в присутствии влаги, внешний вид ЛИАК - кристаллический порошок светло-желтого цвета, нерастворимый в воде, малотоксичен. Температура плавления составляет 230-240° С. Показывает отличные защитные свойства на следующих металлах: серебро, никель, олово, оксидированый магний, медь. Дает относительную защиту от коррозии алюминию, кадмию и железу [Кузнецов 2015: 21]. При попадании на деревянные изделия, краску, кожу или текстиль не оказывает отрицательного воздействия. Производится согласно ТУ 6-02-683-87 [Маслов 2015].
КЦА - карбонат циклогексиламина, порошок белого цвета, хорошо растворим в спиртах и воде. Применяется для защиты от атмосферной и микробиологической коррозии черных металлов, алюминия и его сплавов, а также изделий из них для консервации, транспортирования и эксплуатации в различных климатических условиях. Применяется в виде водных или спиртовых растворов. Дополнительно может применяться в виде добавки к ингибитору НДА. Обеспечивает защиту изделий от 2 до 3 лет.
Одним из отечественных ЛИАК, массово внедренных в промышленное производство, стал карбонат моноэтаполамина. Основной способ применения -нанесение на бумагу, которую впоследствии используют для оборачивания стальных изделий, измерительных или медицинских приборов. Марку и плотность бумаги для обработки летучим ингибитором выбирают исходя из типа защищаемого металла и продолжительности консервации [Коляда, Кремнева 2014: 108]. В случае правильного подбора антикоррозионной бумаги гарантируется строго определенный срок ее защитного действия. В большинстве случаев он строго индивидуален. Современные требования к производству подобного типа бумаги с пропиткой летучими ингибиторами направлены в сторону универсальности применения, от умеренного климата до арктических широт.
Концентрат ингибиторов коррозии и отложения солей СП-В изготавливается согласно ТУ 2415-006-11490846-04 и представляет собой комбинацию водорастворимых органических и неорганических веществ, которые позволяют эффективно предотвратить коррозию широкого спектра металлов. ЛИАК СП-В пожаро- и взрывоопасен, однако не обладает токсичными свойства [Келлер, Рейнхард 2015: 28]. Внешний вид: прозрачная жидкость с карамельным запахом. Цвет от прозрачного до темно-розового. Применение и распыление на открытом воздухе не наносит вреда окружающей природе. Концентрат используется для защиты от коррозионного разрушения корпусов морских и речных судов, систем водоснабжения и систем охлаждения двигателей судов на период зимней консервации. Срок ингибирования зависит от концентрации препарата, максимальный гарантийный период применения до 5 лет.
Ингибитор коррозии КПГ-ПК производится в виде комплексного жидкого продукта на основе водного раствора 1,2-пропиленгликоля с внедрением ингибирующих и окрашиваемых добавок. Данный ЛИАК замедляет на порядок скорость протекания коррозии, понижает концентрацию накипи на внутренних поверхностях трубопроводов и емкостей отопительных систем, выравнивает процессы теплообмена в оборудовании [Кузнецов 2014: 2130]. Применение КПГ-ПК понижает затраты на обслуживание систем теплопередачи за счет большого снижения отложений накипи и продуктов коррозии внутри конструкций. Однако, ввиду того что теплоносители на основе пропиленгликоля имеют вид бесцветной жидкости, возникает сложность в определении утечки и своевременности ее устранения. Подобных случаев можно избежать, добавив в общий концентрат краситель. Внедряемый в системы ингибитор не токсичен, выпускается согласно ТУ 2422-014-11490846-07 и имеет соответствующие гигиенические заключения о безвредности для человека. Защитные свойства сохраняются на срок до 5 лет.
Самым долговременным по показателям коррозионной защиты, является летучий ингибитор НДА. Сроки защиты варьируются от 10 до 20 лет в зависимости от применяемого способа нанесения и условий хранения. Используется в виде порошка, который засыпается в сублиматор для получения ингибитированного воздуха, или порошка для опудривания или напыления на защищаемые поверхности [Кузнецов 2015: 16]. Эффективно защищает изделия из различных марок стали, алюминия и его
сплавов, никеля, хрома и кобальта. Ингибитор относится к горючим веществам и воспламеняется от температуры свыше +1480 С. По степени воздействия на человека, в соответствии с ГОСТом 12.1.007, относится ко 2 классу высокоопасных веществ.
ИФХАН-118 - универсальный ингибитор коррозии 4-го поколения, его применение на практике согласовано с органами санэпиднадзора и регламентируется ГОСТом 9.014-78 «ЕСЗКС. Временная противокоррозионная защита изделий. Общие требования» [Андреев 2016: 29]. Эффективен при защите широкого спектра черных и цветных металлов (с покрытиями и без) в агрессивных атмосферах. Наиболее эффективен для защиты железа, алюминия, меди, цинка, олова и их сплавов. Технология использования ингибитора зависит от конкретной задачи. Обычно консервация сводится к введению ЛИК в упаковку (с учетом норм закладок) методом распыления или закладки на носителе. Расконсервация осуществляется извлечением барьерного материала или проветриванием. Срок защиты до 5 лет. ИФХАН ЛИК 118 внесен в ГОСТ 9.014.
В условиях современного мирового рынка сохранение товарного вида и качества изделий является первостепенной задачей для производителей. Протекание на поверхности металлов и сплавов атмосферной коррозии ведет к огромным как прямым, так и косвенным потерям материальных ресурсов. Этому виду коррозионных разрушений подвержены не только крупногабаритные сооружения и техника, но и приборы, инструменты, запасные части и другие различные металлические принадлежности. В связи с этим вопрос снижения потерь от атмосферной коррозии при транспортировке и хранении стоит весьма остро. Успешно справиться с подобной задачей позволяют описанные ЛИАК.
Стоит отметить, что рынок ингибиторов отечественного и импортного производства обширен, однако создание новых образцов не прекращается. Основной упор в разработке делается на универсальность защиты как от атмосферной, так и микробиологической коррозии, а также на применение с широким спектром материалов и максимальным сроком действия с возможностью безопасного использования для человека и окружающей среды. Из приведенных в нашем обзоре ингибиторов лишь один (ВНХ-Л-20) отвечает всем предъявленным требованиям, являясь в своем роде универсальным.
Общая характеристика современных летучих ингибиторов коррозии
№ п/п Наименов ание Описание Применение Указания к применению Токсичность Срок действия защиты
1 ИФХАН-34 Концентрат Защита черных и цветных металлов от атмосферной и биологической коррозии Зависит от конкретной задачи Не токсичен При хранении в герметичной таре 5 лет
2 ИФХАН-67 Концентрат Защита черных и некоторых цветных металлов от атмосферной коррозии Защищает изделия из чугуна, стали 3 класса, алюминия и его сплавов, цинка и меди Не токсичен Минимум 2 года
3 ИФХАН-118 Маслянистая желтая жидкость с характерным запахом Защита черных и цветных металлов от атмосферной коррозии Зашита широкого спектра изделий из цветных и черных металлов (с покрытиями и без) Не токсичен При хранении в герметичной таре не менее 5 лет
4 ВНХ-Л-20 Белый кристаллический порошок Защита от биоповреждений и атмосферной коррозии Защита широкого спектра изделий из цветных и черных металлов (с покрытиями и без) Не токсичен От 5 до 10 лет
5 Н-М-1 Пастообразное вещество коричневого цвета Защита от биоповреждений Защищает изделия из стали, чугуна, цинка, никеля, хрома, алюминия, меди и ее сплавов Не токсичен 2 года
6 ФМТ Однородная маслянистая жидкость темно-зеленого цвета Защита от атмосферной коррозии Защищает изделия из черных металлов Малоопасное вещество При использовании водных эмульсий от 1 до 3 месяцев. При использовании других основ от 1,5 до 3 лет
7 НДА Порошок светло-желтого цвета Защита от атмосферной коррозии Защищает изделия из различных марок стали, алюминия и его сплавов, никеля, хрома и кобальта 2 класс опасности От 10 до 20 лет
8 ХЦА Кристаллически й порошок светло-желтого цвета Защита от атмосферной коррозии Защита серебра, никеля, олова, оксидированного магния, меди. Дает относительную защиту алюминию, кадмию и железу Умеренно опасное вещество (3 класс опасности) 5 лет
9 КЦА Порошок белого цвета Защита от атмосферной и микробиологической коррозии Защищает изделия из черных металлов, алюминия и его сплавов Малотоксичен От 2 до 3 лет
10 СП-В Прозрачная жидкость с карамельным запахом Защита от атмосферной коррозии Защита изделий из черных и некоторых цветных металлов Не токсичен До 5 лет
11 КПГ-ПК Многокомпонент ный жидкий продукт Защита от атмосферной коррозии Защита изделий из черных и некоторых цветных металлов Не токсичен До 5 лет
Список сокращений
ЛИАК - летучий ингибитор атмосферной коррозии ЭВА - этиленвинилацетат ПЭ - полиэтилен
Библиографический список
Агафонкин А. В., Действие летучего ингибитора ИФХАН-67 на электрохимическое и коррозионное поведение металлов // Тезисы докладов «Физикохимия-2008»: Московская конференция-конкурс молодых ученых, аспирантов и студентов. М., 2008. С. 79.
Агафонкин А.В., Кузнецов Ю.И. Ингибирование атмосферной коррозии металлов композициями на основе азометинов // Тезисы докладов «Физикохимия-2009»: Московская конференция-конкурс молодых ученых, аспирантов и студентов. М., 2009. С. 103.
Андреев Н.Н., Гончарова О.А., Андреева Н.П., Максаева Л.Б., Петрунин М.А., Кузнецов Ю.И. Адсорбция паров летучего ингибитора ИФХАН-118 на железе и стали // Коррозия: материалы, защита. М., 2016. № 2. С. 28-31.
Гончарова О.А., Кузнецов Ю.И., Андреев Н.Н., Надькина Е.А. Формирование наноразмерных слоев на металле летучими органическими соединениями для повышения защиты от атмосферной коррозии // Коррозия: материалы, защита. М., 2014. №6. С. 20-26.
Кашковский Р.В. Перспективы развития метода раздельной оценки вкладов пленки ингибитора и продуктов коррозии в общий защитный эффект // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. Тамбов, 2013. Вып. 5. Т. 18. С. 2167-2171.
Келлер С., Рейнхард Г. Упаковочные материалы, содержащие летучие ингибиторы коррозии. Принципы защиты // Коррозия: материалы, защита. М., 2015. № 8. С. 24-34.
Коляда Л.Г., Кремнева А.В. Изучение антикоррозионных свойств комбинированных упаковочных материалов для металлопродукции // Теория и технология металлургического производства. 2014. Вып. 2(15). С. 105-109.
Кузнецов Ю.И. Прогресс в науке об ингибиторах коррозии // Коррозия: материалы, защита. М., 2015. №3. С. 12-23.
Кузнецов Ю.И. Органические ингибиторы атмосферной коррозии // Вестник ТГУ. Томск, 2014. Т.18. Вып. № 5. С. 2126-2132.
Маслов Д.Ю. Упаковочные материалы для защиты металлопродукции от коррозии // Инновационная наука. 2015. Вып. 11. С. 77-78.
Мамулова Н.С., Сухотин А.М., Сухотина Л.П., Флорианович Г. М., Яковлева А.Д. Все о коррозии: справочник. СПб.: Химиздат, 2000. 512 с.
