Герметизирующая жидкость - RU2772724C1

Описание

Изобретение относится к герметизирующим жидкостям (невысыхающим анаэробным герметикам), предназначенным для защиты от коррозии баков-аккумуляторов горячего водоснабжения энергетических предприятий и находящейся в них воды от насыщения кислородом воздуха.

При хранении деаэрированной воды в баках-аккумуляторах горячего водоснабжения энергетических предприятий происходит насыщение ее кислородом воздуха. Высокая температура воды до 95°С и кислород в воде вызывают интенсивное коррозионное разрушение баков - аккумуляторов горячего водоснабжение. Одновременно ухудшается и качество воды и растворенного в воде ионов железа и загрязнение ее продуктами коррозии.

Для устранения указанных недостатков используют герметизирующие жидкости, которые создают на поверхности зеркала деаэрированной горячей воды плавающий слой, защищающий от насыщения воды кислородом воздуха, а на стенках бака-аккумулятора образуют пленку, защищающую металлическую поверхность от коррозии.

Известна герметизирующая жидкость для защиты деаэрированной воды и гидрофильных жидкостей от испарения, насыщения загрязнениями и защиты оборудования от коррозии, которая содержит высокомолекулярный полиизобутилен и церезин в количестве 1-3,5 и 0,3-0,6 масс. ч. на 100 масс. ч. нефтяного масла. Жидкость может дополнительно содержать полиэтилсилоксановую жидкость и/или полиуретановый каучук (RU 2109028, 1998). Данная жидкость обладает повышенной термической стабильностью, однако склонна образовывать стойкие водные эмульсии за счет содержания в составе полисилоксановой жидкости. Состав базовой основы, который включает нефтяное масло и полисилоксановую жидкость, не влияет на термическую стабильность высокомолекулярного полиизобутилена и не улучшает антикоррозионные свойства герметизирующей жидкости.

Одним из способов повышения термоокислительной стабильности и антикоррозионных свойств герметизирующих жидкостей является введение в их состав антиокислительных присадок и ингибиторов коррозии.

Известна герметизирующая жидкость состава (% масс): полиизобутилен высокомолекулярный 2,5-3,3, инден-кумароновая смола 0,8-1,1, антиоксидант - продукт конденсации формальдегида с орто-третбутил-паракрезолом 0,05-0,14, церезин - воск, продукт обезмасливания петролатумов от депарафинизации остаточных рафинатов нефтей 0,93-0,95, 4-метил-2,6-дитретичный бутилфенол 0,3-0,5, продукт модификации подсолнечного масла конденсатом диэтаноламина с борной кислотой 0,3-0,5 и индустриальное масло до 100 (RU 2163918, 2001).

Недостатком герметизирующей жидкости по данному патенту является ее невысокие термоокислительная стабильность и защитные свойства.

Наиболее близкой к изобретению является герметизирующая жидкость, содержащая (% масс): высокомолекулярный полиизобутилен с молекулярной массой 18-20⋅10⁴, жирные кислоты таллового масла, модифицированные производными хлорофилла, 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол, продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтаноламином и борной кислотой, нейтрализованный раствором гидроокиси калия и нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С - 12-50 мм²/с, взятые при следующем соотношении компонентов, % масс: высокомолекулярный полиизобутилен с молекулярной массой 18-20⋅10⁴ - 3,5-3,6, жирные кислоты таллового масла, модифицированные производными хлорофилла - 5,0-5,5, 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол - 0,3-0,5, продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтаноламином и борной кислотой, нейтрализованный раствором гидроокиси калия - 0,3-0,5 нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С - 12-50 мм²/с - остальное до 100 (RU 2617170, 2017).

Недостатком известной герметизирующей жидкости является ее невысокие термоокислительная стабильность и защитные свойства. Таким образом, известная герметизирующая жидкость является недостаточно эффективной.

Техническая проблема данного изобретения заключается в создании герметизирующей жидкости, обладающей высокими эксплуатационными характеристиками.

Указанная техническая проблема достигается созданием описываемой герметизирующей жидкости, содержащей высокомолекулярный полиизобутилен с молекулярной массой 18-20⋅10⁴, жирные кислоты таллового масла, модифицированные производными хлорофилла, 4-метилен-бис-(2,6-ди-трет-бутилфенол), продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтаноламином и борной кислотой, нейтрализованный раствором гидроокиси калия, диоктиловый эфир о-фталевой кислоты и нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С - 12-50 мм²/с, взятые при следующем соотношении компонентов, % масс:

вязкостью при 50°С - 12-50 мм²/с

Достигаемый технический результат заключается в повышении эксплуатационных свойств герметизирующей жидкости, в частности, в улучшении термоокислительной стабильности и защитных свойств при высокой деэмульгирующей способности, что приводит к увеличению ее срока службы в баках - аккумуляторах горячего водоснабжения.

Ниже приведена характеристика используемых в описываемой герметизирующей жидкости компонентов:

- высокомолекулярный полиизобутилен с молекулярной массой 18-20⋅10⁴, например, марка П-200 (ГОСТ 13303-86);

- жирные кислоты таллового масла, модифицированные производными хлорофилла - ингибитор атмосферной коррозии ФМТ - продукт на основе жирных кислот таллового масла (ЖКТМ), модифицированных производными хлорофилла (ПХ) (RU 2256005, 2005; RU 97101732, 1997). Химический состав ЖКТМ (жирные кислоты таллового масла), % мас.: насыщенные жирные кислоты С₁₂-С₂₆- 6-19; олеиновая кислота - 28-51; линолевая кислота - 37-64. Химический состав (ПХ), % мас.: хлорофиллины, феофитин, феофорбид, хлорин - 4.4-5,0; насыщенные и полиненасыщенные жирные кислоты - 47,0-50,0; фитостерины, каратиноиды - 1,0-3,0; макро- и микроэлементы - 15,0-20,0; маннит - 5,0-6,0; микроцеллюлоза - 18,0-21,0; аминокислоты и белки - 1,0-2,0. Продукт имеет следующие показатели: внешний вид - однородная маслянистая жидкость; запах - близкий к запаху хвои; цвет - от темно-зеленого до темно-коричневого; массовая доля воды - следы; подлинность: характерные полосы поглощения производных хлорофилла в интервале, нм, - 400-430; 630-670;

- 4-метилен-бис (2,6-ди-трет-бутилфенол) получают конденсацией пространственно-затрудненного фенола (2,6-ди-трет-бутилфенола) с формальдегидом в щелочной среде. Эмпирическая формула: С₂₉Н₄₄О₂. Продукт имеет промышленное название Агидол-23(МБ-1). Выпускается по ТУ 2425-436-05742686-2001 с изм. 1-5. Внешний вид-мелкокристаллический порошок от кремового до светло-желтого цвета Температура начала плавления не ниже 153 С.

- продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтаноламином и борной кислотой, нейтрализованный раствором гидроокиси калия - ингибитор коррозии ТЕЛА3-K. Синтез ингибитора коррозии ТЕЛА3-K осуществляют в две стадии. На первой стадии получают промежуточный продукт (ТУ 2461-003-42408198-00) путем нагрева реакционной смеси, состоящей из олеиновой кислоты, диэтаноламина и борной кислоты (при мольном соотношении, например, 2:3:1 соответственно) до 200-220°С с перемешиванием до прекращения выделения Н₂О. Промежуточный продукт модифицируют путем введения гидроокиси калия в реакционную смесь при постоянном перемешивании в соотношении, например 5 г KOH на 100 г продукта, полученного на первой стадии при 160°С. Основные физико-химические показатели ингибитора коррозии ТЕЛА3-K: аминное число, мг HCl/г - не менее 40, содержание механических примесей, % мае, не более 0,15 и воды, % мас., не более 0,5;

- диоктиловый эфир о-фталевой кислоты (эфир двухосновных кислот) имеет следующие характеристики: молекулярная масса - 390, плотностью при 20°С, кг/м³, не более 986; кислотным числом, мг КОН/г, не более 0,07, числом омыления, мг КОН/г, не более 290 и температурой вспышки, °С, не ниже -205;

- нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С - 12-50 мм²/с, например, индустриальное масло И-12А, И-20А, И-40А или И-50А (ГОСТ 20799-88).

Герметизирующую жидкость готовят по следующей технологии: резка и вальцевание полиизобутилена, набухание полиизобутилена в 1/3 объема индустриального масла с кинематической вязкостью при 50°С - 12-50 мм²/с при температуре 20±2°С в течение 12 ч, перемешивание до полного растворения полиизобутилена при температуре 100-110°С, введение оставшегося индустриального масла с получением состава с требуемой динамической вязкостью, охлаждение до температуры 60-70°С и введение вышеуказанных присадок в заданных концентрациях при перемешивании в течение 1,5-2 ч. При температуре 60-70°С производят фильтрование герметизирующей жидкости и слив готового продукта.

Изобретение иллюстрируется нижеприведенным примером, не ограничивающим его использование.

Герметизирующую жидкость по рецептурам 1-8 готовят по вышеприведенной технологии.

В таблице 1 приведены составы герметизирующей жидкости, содержащие компоненты в различных концентрациях.

Результаты сравнительных испытаний герметизирующей жидкости различных составов по термоокислительной стабильности и антикоррозионным свойствам представлены в таблице 2.

Оценку эффективности описываемой герметизирующей жидкости проводят в сравнении с вышеописанными известными герметизирующими жидкостями.

Окисление герметизирующих жидкостей проводят в стальных чашках на приборе Папок-РМ при воздействии кислорода воздуха, температуры и каталитическом действии металла при температуре 140°С в течение 6 ч. Для оценки термоокислительной стабильности защитных жидкостей используют показатель «относительное изменение динамической вязкости» при температуре 90°С после окисления. Определение динамической вязкости проводят на ротационном вискозиметре в соответствии с ГОСТ 1929-87 при градиенте сдвига до 100 с^-1.

Относительное изменение динамической вязкости X_dv, %, после окисления рассчитывают по формуле:

- где η_d1 и η_d1 - расчетные значения динамической вязкости герметизирующей жидкости до и после окисления при нулевом градиенте скорости сдвига, Па⋅с.

Для определения деэмульгирующих свойств герметизирующих жидкостей используют стандартный метод определения способности нефтяных масел отделяться от воды по ASTM D 1401. Равные объемы (по 40 мл) герметизирующей жидкости и дистиллированной воды помещают в цилиндр, который термостатируют при температуре 82°С в течение 5 мин. Оценку деэмульгирующих свойств герметизирующей жидкости производят по объему отделившихся герметизирующей жидкости, воды и образованной эмульсии по истечение 0,5 ч после окончания испытания.

Для оценки защитных свойств герметизирующих жидкостей применяют стандартные лабораторные методы (ГОСТ 9.054 - 75), а именно:

- в морской воде (время испытаний 300 ч);

- в дистиллированной воде (время испытаний 300 ч);

- при воздействии сернистого ангидрида в концентрации 0,015% об. при температуре 40±2°С и относительной влажности воздуха 95±2% в течение 24 ч, из которых 7 ч воздействие сернистого газа и 17 ч конденсация влаги на образцах.

Для коррозионных испытаний применяют стальные пластинки Ст3кп с размерами 50,0×50,0×3,0±0,2 мм. Подготовку поверхности под нанесение защитных жидкостей проводят по ГОСТ 9.054-75.

Защитную способность оценивают по изменению массы пластины за время испытаний.

Скорость коррозии рассчитывают по формуле:

где V_p - скорость коррозии пластинки, г/(м²⋅ч); Δm - средняя потеря массы пластинок, г; S - площадь поверхности пластинки, м²; Τ - продолжительность испытания, ч.

Защитный эффект герметизирующей жидкости определяют относительно стальной пластинки без покрытия по формуле:

где Ζ - защитный эффект материала, %; V_p0 и V_p1 скорости коррозии пластинок без защитного материала и с герметизирующей жидкостью, г/(м²⋅ч).

Приведенные в таблицах данные обосновывают эффективность описываемой герметизирующей жидкости. Результаты испытаний показывают, что наиболее оптимальными составами герметизирующих жидкостей являются составы №2-4 (таблицы 1 и 2), которые обеспечивают высокие термоокислительную способность, защитные свойства. При более низких концентрациях используемых компонентов (состав 1) желаемый эффект не достигается. При увеличении концентраций компонентов выше заявляемых (состав 5) показатели термоокислительной стабильности и защитных свойств находятся на уровне показателей для герметизирующих жидкостей составов 2-4. При введении 4-метилен-бис-(2,6-ди-трет-бутилфенола) и диоктилового эфира о-фталевой кислоты в соотношениях по примерам 2-4 наблюдается синергетический эффект, заключающийся в резком увеличении термоокислительной стабильности и защитных свойств герметизирующей жидкости.

Важнейшим показателем герметизирующей жидкости является ее деэмульгирующие свойства, то есть устойчивость материала к образованию эмульсий с водой. Для оценки деэмульгирующих свойств предложенного состава герметизирующей жидкости, содержащей синтетические эфиры двухосновных кислот, кроме диоктилового эфира о-фталевой кислоты, используют диизононилфталат и ди (2-пропилгептил) адипинат.

Ниже приведена характеристика, используемых в составе герметизирующей жидкости синтетических эфиров двухосновных кислот:

- диизононилфталат (CAS №68515-48-0), имеющий следующие характеристики: молекулярная масса - 419, плотность при 20°С, кг/м³, не более 977, кислотное число, мг КОН/г, не более 0,05, число омыления, мг КОН/г, не более 273, температура самовоспламенения, °С, не менее 380.

- ди (2-пропилгептил) адипинат, имеющий следующие характеристики: кинематическая вязкость при 40°С, мм²/с - 11,5, индекс вязкости - 114, плотность при 20°С, кг/м³ - 912, кислотное число, мг КОН/г, не более 0,1, йодное число, г 1/г - 0,03, температура вспышки в открытом тигле, °С - 223, температура застывания °С - минус 42.

Рецептуры герметизирующих жидкостей, содержащих синтетические эфиры двухосновных кислот приведены в таблице 3.

В таблице 4 приведены данные по деэмульгирующим свойствам герметизирующей жидкости, содержащей синтетические эфиры двухосновных кислот.

Отсутствие эмульсии (таблица 4) наблюдают у герметизирующей жидкости только при введении в ее состав диоктилового эфира о-фталевой кислоты (состав 1). Герметизирующая жидкость полностью отделяется от воды - герметизирующая жидкость 40 мл. и вода 40 мл. Герметизирующие жидкости, содержащие диизононилфталат ди - (2-пропилгептил) адипинат (состав 2 и 3) образует соответственно 7 и 10 мл эмульсии. Синтетические эфиры на основе двухосновных кислот - диизононифталат и ди-2-пропилгептил адипинат при введении в состав герметизирующей жидкости образуют эмульсии, что делает невозможным их применение.

Таким образом, предложенная герметизирующая жидкость обладает высокими термоокислительной стабильностью, защитными и деэмульгирующими свойствами.

Реферат

Изобретение относится к герметизирующим жидкостям (невысыхающим анаэробным герметикам), предназначенным для защиты от коррозии баков-аккумуляторов горячего водоснабжения энергетических предприятий и находящейся в них воды от насыщения кислородом воздуха. Предложена герметизирующая жидкость, содержащая, масс.%: высокомолекулярный полиизобутилен с молекулярной массой 18-20⋅10⁴ - 3,5-3,6, жирные кислоты таллового масла, модифицированные производными хлорофилла, - 5,0-5,5, 4-метилен-бис-(2,6-ди-трет-бутилфенол) - 0,3-0,5, продукт конденсации олеиновой кислоты с диэтаноламином и борной кислотой, нейтрализованный раствором гидроокиси калия - 0,3-0,5, синтетический эфир двухосновных кислот 3,0-5,0 и нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С 12-50 мм²/с - остальное до 100. Технический результат – предложенная герметизирующая жидкость обладает высокими термоокислительной стабильностью, защитными и деэмульгирующими свойствами, что приводит к увеличению ее срока службы в баках-аккумуляторах горячего водоснабжения. 4 табл., 1 пр.

Формула