CC BY
31
УДК 620.193
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДЫ ВЫСШИХ АЛИФАТИЧЕСКИХ АМИНОВ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗАЩИТНЫХ МАСЛЯНЫХ ПЛЕНОК
© А.Г. Шубина, Н.В. Ше и,
Shubina A. G„ Shell N.V. Influence of the high aliphatic amines nature and temperature to charakteristics of the oils protective films. The protective films thickness as function R of aliphatic amines (emulgin and amines C10-Cu. Cn-Cjo) used for creation oil CM under the atmospheric conditions has been considered in the article.
ВВЕДЕНИЕ
Создание малокомпонентных антикоррозионных покрытий на масляной основе требует изучения закономерностей, связанных с полифункциональными свойствами присадок [1]. Важной характеристикой консервационных составов является толщина Н защитной пленки, формирующейся на поверхности металлоизделия, поскольку именно ею определяется расход ингибирующей масляной композиции. Толщина пленки, в свою очередь, зависит от природы и вязкости минерального масла, загущающей способности соответствующих поверхностно-активных веществ (ПАВ), вязкостно-температурных показателей состава и др. [2].
В качестве ингибиторов атмосферной коррозии углеродистой стали рекомендуется использовать наряду с другими органические соединения, содержащие атом N [3, 4), в том числе алифатические амины. Однако влияние длины углеводородного радикала (Я) этих веществ на свойства консервационных материалов (КМ) (вязкостные характеристики, защитная эффективность, Н и др.) остается неясным.
В данном сообщении авторами предпринята нога, пка, в определенной мере, восполнить этот пробел. С этой целью рассмотрена величина Н как функция величины Л высших алифатических аминов, используемых для создания масляных КМ применительно к атмосферным условиям.
МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
В качестве растворителя-основы (РО) использованы индустриальное И-20А и трансформаторное (ТМ) масла, в которые вводились в качестве ПАВ с полифункциональными свойствами эмульгин [5] и амины фракций
С|о~С14 и С17-С20 [6]. Сшин»,, — 1—10 мае. %.
Загущающий эффект оценивался посредством измерения кинематической вязкости (V) исследуемых составов в интервале температур 20...80 °С с шагом 5 °С по ГОСТ 33-83 [7]. Толщина формирующейся на поверхности стали СтЗ (образцы размером 60x30x3 мм) защитной масляной пленки определялась в соответствии с методикой, описанной в [2].
Относительная ошибка эксперимента вычислялась по методу малых выборок |8| с проведением 6 нарал-
лельных измерений (доверительная вероятность 0,95) и в проведенных экспериментах не превышала 6 %.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
Толщины формирующихся на стали СтЗ масляных защитных покры тий на основе эмульгина и дистиллированных аминов фракций С,0-С|4 и С|т-С20 представлены в таблице 1.
В ходе эксперимента удалось проследить зависимость Н масляных покрытий от кинематической вязкости наносимой композиции Ранее показано [9), что функция Н = Fly) передается выражением
lgtf = a + -ylgv (1)
с у= 2/3, который при некоторых допущеннях вытекает из уравнения Левича [10]. Экспериментально связь И с коэффициентом наклона у получена за счет варьирования температуры (Спав = const, рис. 1 и 2). Влияние v композиций эмульгина на базе масел И-20А и ТМ на толщину пленки, образуемой на поверхности стали СтЗ, показано в [2, рис. 7]. Величины коэффициента у для исследуемых составов приведены в таблице 2.
Таблица 1
Влияние концентрации, природы ПАВ и температуры нанесения на /У, мк.
Числитель - РО - индустриальное масло И-20А, знаменатель - ТМ
ПАВ Спав. Температура, 5С
мае. % 20 40 50 60 70
отсут- ствует - 12,4/7,0 7.3/6.9 4,4/5,8 4.0/5.1 2,6/4,9
1 - - 14,2/11, -/7.9 12.7/-
эмуль 3 32.8/21.5 16,4/16, 14,5/12. 14.0/8,0 13,4/5,6
гин 5 18,0/12, -/8,1 13.8/-
10 129.0/101,0 33.1/30. 25.9/14. 19.7/8,5 -/5.8
1 26,8/11,4 16,0/8,1 14,6/7,7 10,4/6,7 9,8/5.6
амины 3 24,3/11,3 13.0/7,2 11,4/7,0 10.0/6,3 9,7/5,4
Сіо- 5 22,4/10,9 11.4/7,1 10,2/6,8 9.0/5.9 7,9/4,7
С,4 10 17.8/10,2 9.8/6,9 8,8/6,7 7,9/5.6 6,6/4,4
амины 1 19,5/15,4 15.2/12. 14,7/7,5 14,5/5.7 13.2/5.0
3 42.5/22.0 21,9/12. 18.4/10, 14.5 х.: 13,9 7,1
Cjo 5 48.8/23,9 24,6/13. 19,0/12. 17.2/10, 15,1 8,5
10 58,0/47,2 30.2/20. 20,1/14. 17.1/12, 16,2/9,0
Рис. 1. Влияние кинематической вязкости масляных композиции на основе алифатических аминов фракции С17-С20 на толщину пленки, формируемой на поверхности стали СтЗ. Изменение V обусловлено варьированием температуры в интервале 20-80 °С (изотермические условия), а) С„„„ мае. %: 1 - отсутствует, 2 - 1; 3 - 3; 4 - 5; 5 - 10. РО - трансформаторное масло, б) С„„а, мае. %: 1 - отсутствует. 2 - 3; 3 - 5; 4 - 10. РО - индустриальное масло И-20А
Рис. 2. Влияние кинематической вязкости композиций на основе трансформаторного (а) и индустриального И-20А (б) масел и амина фракции Сю-Сы на толщину формируемой ими на поверхности стали СтЗ масляной пленки. Изменение V обусловлено варьированием температуры в интервале 20-80 °С (изотермические условия), а) См,„. мас. %: 1 - отсутствует, 2 -1; 3 - 3; 4 - 5; 5 - 10. Трансформаторное масло, б) С»0„„ мас. %: 1 - отсутствует. 2 — 3; 3 — 5; 4 — 5; 5 — 10. Индустриальное масло И-20А
Таблица 2
Значения коэффициента наклона у в зависимости от природы ПАВ и растворителя-основы
ПАВ Растворитель-основа
масло И-20А ТМ
эмульгин 0,72 ± 0,22 0,79 ±0,12
амины фракции С10-С14 0,61 ±0,05 0,44 ± 0,02
амины фракции С17-С20 0,67 ± ОД 0,85 ± 0,06
Зависимость Н защитной пленки от природы, концентрации ПАВ и температуры представлена на рис. 3 и 4 (РО - индустриальное масло И-20А и ТМ соответственно) и рис. 5 [2].
Рис. 3. Влияние температуры, природы и Сцлв па толщину защитой масляной пленки, формируемой на стали СтЗ составами на основе индустриального масла И-20А ПАВ: 1 - отсутствует, 2 - эмульгин; 3 - амины фракции Ср-С»; 4 - амины фракции Сю-См. а) Спав = 1 мае. %; б) Сцлв = 10 мае. %
Н.МК
Рис. 4. Влияние температуры, природы н СПАВ на толщину защитного масляного покрытия, образуемого на стали СтЗ композициями на базе ірансформаторного масла. ПАВ: 1 - отсутствует. 2 - эмульгин; 3 - амины фракции С17-С20,4 - амины фракции Сю-Сц. а) Спав = 1 мае. %; б) Спав = 10 мае. %
ОБСУЖДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Из таблицы 1 и рис. 1 и [2, рис. 7] видно, что Н = = F(v) для эмульгина и высших алифатических аминов фракции С|т-С2о и возрастает с увеличением кинематической вязкости составов. Подобная зависимость не характерна для композиций аминов С10-Си и независима от РО, поскольку в КМ на основе этого вещества обнаружен и описан эффект «разбавителя» [6]. Его влиянием можно объяснить уменьшение толщины защитной пленки с ростом концентрации присадки (таблица 1, рис. 3 и 4).
Наибольшую толщину масляного покрытия при Спав = Ю мае. % ( = 100-120 мк) удалось получить, вводя в ТМ и масло И-20А смесь аминов с длинным и коротким R (эмульгин). Высшие алифатические амины с ис S 17 дают величину Н больше, чем в случае аминов фракции С|0-С|4.
На основе анализа полученных результатов следует, что на толщину формирующейся на металле пленки КМ оказывает большое влияние не только подбор Г1АВ, но и природа РО: товарное индустриальное масло И-20А образует на поверхности стали СтЗ защитное покрытие, имеющее меньшую величину Н но сравнению с таковой у ТМ, тогда как v (И-20А) > v (ТМ) при соответствующих температурах. Между тем рассматриваемые консервационные составы на базе масла И-20А образуют большую Н пленки, чем на основе 'ГМ. Это явление, видимо, можно объяснить присутствием в индустриальном масле заводских присадок, отсутствующих в ТМ. Вероятно, поэтому пленка последнего лучше удерживается поверхностью стали СтЗ. При введении в масло И-20А ПАВ заводские присадки, возможно, кооперируются с ним и в итоге повышают не только вязкость получаемого КМ, но и в значительной степени увеличивают толщину пленки.
В области температур 70-80 °С (рис. 3, 4) у применяемых масел величина Н слабо зависит от I. Такая картина была обнаружена также для -зависимости кинематической вязкости от I, что интерпретировано как результат отсутствия мицеллообразования. Сопоставление зависимостей «Я - /» и «V - /» при Спав = = 1-10 мае. % показывает, что именно вязкостные характеристики систем отвечают за толщину образующейся защитной пленки.
Величины коэффициента наклона у, рассчитанные для исследуемых композиций (таблица 2), показывают, что модифицированное уравнение Левича (1) удовлетворительно применимо для составов эмульгина и аминов фракций Сю-См и С|7-С2о в индустриальном масле И-20А.
Для систем, содержащих высшие алифатические амины с nc¿ 17, /іс< 10 и эмульгин в ТМ выявлено несоответствие уравнению (1), однако обусловлено ли это природой РО или структурой составов аминов на основе ТМ, - ответить пока -затруднительно.
Величина а уравнения Левича (1) определяется природой защитного КМ и зависит от ПАВ, СПАв и РО (рис. 7 [2|, рис. 1 и 2).
ВЫВОДЫ
1. Толщина формирующихся на поверхности стали СтЗ защитных пленок на масляной основе зависит от природы РО и высших алифатических аминов; возрастает в ряду эмульгин > амины фракции С|т-С20 > амины С ю-С |4. Составы на базе индустриального масла И-20А образуют пленки с большей величиной Н по сравнению с таковыми на основе ТМ.
2. Удовлетворительная корреляция теории с экспериментом получена при применении в качестве РО масла И-20А. Его замена на ТМ ведет к несоответствию уравнению Левича
3. Уменьшение длины R применяемых аминов (С ю-С 14) ведет к снижению величины Н защитной пленки. Повышение его концентрации в масле так же не способствует росту толщины консервационного покрытия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Шель Н.В., Ликсутина А.П., Цыганкова Л. Е. и др. Влияние солевого состава водной фазы и температуры на уровень водопоглоще-ния и вязкость масляных композиций на базе СЖК // Вести. ТГУ Сер. Естеств. и тсхнич. науки Тамбов. 1999. Т. 4. Вып. 1. С. 36-43
2. Шель Н.В., Ермакова О.Н., Крылова А.Г. и др. Влияние природы и концентрации ПАВ. температуры н содержания воды на толщину формирующихся на металле пленок защитных масляных композиций // Вести. ТГУ. Сер Естеств. и тсхнич. науки Тамбов. 1999 Т. 4 Вып. 1.С. 44-48.
3. Кулиев AM. Химия и химическая технология прнсадок к маслам и топливам. Л.: Химия, 1985. 312 с.
4. Розенфсльд H.JJ. Летучие ингибиторы коррозии // Коррозия и защита от коррозии: Сб. науч. тр. / Отв ред. ИЛ Розенфсльд, А.В. Бялобжеский М.: ВИНИТИ. 1971. Т. 1. С. 156-213.
5. Шель Н.В.. Поздняков А. П.. Крылова А.Г. и др. Некоторые вопросы разработки полифункциональных добавок к минеральным маслам //Вести. ТГУ. Сер. Естеств. и тсхнич науки. Тамбов. 1998. Т. 3. Вып. 4. С. 373-378.
6. Шубина А.Г., Шель Н.В., Реброва О.В. Реологические свойства масляных композиций на базе алифатических аминов // Всстн. ТГУ. Сер. Естеств. и тсхнич. науки. Тамбов. 2001 В печати.
7. Вигдорович В.П., Сафронова П.В., Прохоренков В.Д. Влияние состава и структуры карбоновых кислот на загущение сухих и об-водиенных масел // Защита металлов. 1995. Т 31 ЛГ* 5. С. 511-515.
8. Физико-химические методы анализа / Под ред. В К Алексовского и К.Б. Яцнмнрского. Л.: Химия. 1971. 424 с.
9 Шель Н.В., Ермакова О.Н., Бернацкий П.Н. и др. // Вести. ТГУ.
Сер. Естеств. и технич. науки. Тамбов. 1997 Т. 2. Вып. 2. С. 188.
10. Левин В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М : Физматгиз, 1959 699 с.
