מבוא כללי לתוספים למניעת חלודה.

חלודה היא תערובת של תחמוצות והידרוקסידים הנוצרות על משטחי מתכת על ידי פעולת חמצן ומים, ולעתים מכילה קרבונטים הנוצרים במגע עם פחמן דו חמצני באוויר.

לדוגמה:

• החלודה העיקרית של ברזל היא תחמוצת ברזל, המורכבת בעיקר מתחמוצת ברזל והידרוקסיד של ברזל, בדרך כלל היא אדומה.
• חלודה נחושת מורכבת בדרך כלל מקרבונט נחושת בסיסי, שהוא המרכיב העיקרי של חלודה ירוקה שנוצרת על פני הנחושת. זוהי תרכובת אנאורגנית עם הנוסחה הכימית Cu₂(הו)₂שיתוף₃.

בעיית קורוזיה מתכת נפוצה בתעשיות שונות במשק. קורוזיה מתכת עלולה לפגוע מאוד בביצועים ובערך הסחורה של מוצרי מתכת, ואף לגרום לתקלות גדולות, המובילות לגריטה של ​​ציוד. כדי למנוע חלודה, אנשים אימצו שיטות שונות, ושמן מונע חלודה הוא שיטת ההגנה הנפוצה ביותר להגנה על מתכת מפני קורוזיה. בתחומי התעשייה יש לתת את מירב תשומת הלב לחלודה של ברזל ופלדה. חלודה היא בעיה חמורה ביותר הגורמת נזק למוצרי פלדה ולציוד מכני.

כאן, אנו דנים בעיקר בתוספים נגד חלודה לפלדה.

 

תוספים למניעת חלודה ידועים גם בכמה שמות אחרים, כולל:

 

• תוסף אני-חלודה
• מעכב חלודה
• תוספים מעכבי קורוזיה
• תוסף מעכב קורוזיה
• מעכבי חלודה וקורוזיה

 

היסטוריה קצרה שלתוספים למניעת חלודה

 

• בתחילה, בני אדם השתמשו בחמאה, לנולין ושומני נפט למניעת חלודה ממתכת
• בשנות ה-30 פותחו בהדרגה מעכבי חלודה סינתטיים. הופיעו מעכבי חלודה נפט סולפונט מסיסים בשמן, ואחריהם חומצות קרבוקסיליות כגון חומצה אלקיל או אלקניל סוקסינית ומעכבי חלודה חומצי פוספט. מעכבי חלודה מסוג חומצה קרבוקסילית כגון אלקיל או חומצה סוקסינית אלקניל היו בשימוש נרחב בשמן טורבינות.
• לאחר מלחמת העולם השנייה, שמן נגד חלודה ותוספים נגד חלודה התפתחו במהירות והיו בשימוש נרחב במניעת חלודה של מוצרי מתכת.
• בשנות ה-50, הופיעו מעכבי חלודה רבים כמו אסטרים של חומצות שומן פוליאול, אמינים אורגניים, מלחי אמינים אורגניים, תרכובות הטרוציקליות, שמני נפט מחומצנים, שעוות פרפין מחומצנת ומלחי המתכות שלה, ובנזוטריאזול.

 

כיצד פועל התוסף נגד חלודה?

מעכבי חלודה הם בעיקר חומרים קוטביים, והמבנה המולקולרי שלהם מאופיין ב:

• קצה אחד הוא קבוצה פונקציונלית קוטבית מאוד עם תכונות הידרופיליות, ולחוזק הקוטביות יש השפעה על מניעת חלודה;

• הקצה השני הוא קבוצת אלקיל לא קוטבית בעלת תכונות הידרופוביות, ואורך שרשרת האלקיל משפיע גם על עמידות החלודה שלה.

 

כאשר מוצרי שמן המכילים מעכבי חלודה באים במגע עם מתכות, לקבוצות הקוטביות במולקולות מעכבי החלודה יש ​​כוח ספיחה חזק על פני המתכת, היוצרות שכבת הגנה הדוקה של מולקולה אחת או מרובת מולקולות על פני המתכת, ומונעות את המדיום המאכל. לבוא במגע עם המתכת, ובכך לשחק תפקיד מניעת חלודה.
למעכבי חלודה יש ​​גם השפעה ממיסה על מים וכמה חומרים מאכלים. על ידי מסיס של חומרים אלה במיצלות, יש להם השפעה מפזרת או מנטרלת על חומרים קורוזיביים, ובכך מבטלים את שחיקת המתכות על ידי חומרים קורוזיביים. כמובן שלמעכבי חלודה אלקליין יש השפעה מנטרלת גם על חומרים חומציים, המונעים שיתוך מתכות על ידי חומצות.

 

ישנם שני סוגים של ספיחה של מעכבי חלודה על משטחי מתכת:ספיחה פיזיתוספיחה כימית:

 

• הדיפול של המולקולות הקוטביות של מעכבי חלודה עובר משיכה אלקטרוסטטית עם פני המתכת, ויוצרים ספיחה פיזית, כגון סולפונטים;
• אם המולקולות הנספגות יכולות להגיב כימית עם מתכות, נוצרת ספיחה כימית, כמו חומצה אלקניל-סוצינית.

סוגים עיקריים של מעכבי חלודה

מעכבי חלודה נפוצים מחולקים לחמש קטגוריות על סמך המבנה שלהם:

 

• סולפונטים
• חומצות קרבוקסיליות ונגזרות חומצה קרבוקסיליות
• אסטרים
• פוספטים ומלחים אורגניים
• אמינים אורגניים
• ותרכובות הטרוציקליות.

סולפונט

סולפונטהוא מעכב חלודה מוקדם בשימוש.

 

• על פי מקור חומרי הגלם, ניתן לחלק אותו לסולפונטים נפט וסולפונטים סינתטיים;

• לפי סוג המתכת, ניתן לחלק אותה לבריום סולפונט, סידן סולפונט, מגנזיום סולפונט, נתרן סולפונט ואבץ סולפונט.

• סידן סולפונט הוא הסולפונט הנפוץ ביותר כחומר ניקוי, ואחריו מגנזיום סולפונט. בריום סולפונט הוא הסולפונט הנפוץ ביותר כמעכב חלודה, ואחריו מלחי נתרן וסידן. בנוסף לסולפונטים מתכת, ישנם גם מלחי אמוניום;

• לפי מספר הבסיס, ניתן לחלק אותו לסולפונטים ניטרליים ולסולפונטים מבוססים.

 

סולפונטים מתכת בוחרים בדרך כלל מלחי בריום, סידן או נתרן. תרכובות קוטביות אלו יכולות לשפר את העמידות בפני חלודה, ומשטחי מתכת רטובים, וליצור ציפוי שלם ואחיד יותר. לסולפונטים יש זיקה למתכות ויכולים להסיר מים ממשטח המתכת. סולפונטים מתכתיים מסייעים גם בהמסת שעווה ושעווה מחומצנת בנוזלים.

בריום סולפונטוסידן סולפונט מספקים את ביצועי הניקוז הטובים ביותר, בעוד שנתרן סולפונט הוא המתאים ביותר לייצור מעכבי חלודה מתחלבים (על בסיס מים).

לסולפונטים ממתכת יש ראש הידרופילי (קוטבי), זנב הידרופובי (לא קוטבי) הנדבק (נספח כימית) למשטח המתכת, וזנב מורחב שמתרחק מהמתכת ומספק סרט מחסום. סולפונטים מתכת עצמם מספקים מחסום בין משטח המתכת לסביבה החיצונית.

הזנב ההידרופובי של מולקולות שעווה או שעווה מחומצנת מסתבך עם מולקולות סולפונט, ויוצר ממברנה חזקה והידרופוביה יותר מסולפונט או שעווה בלבד.

לדוגמה, באותה סביבת בדיקה
ממס המכיל 10% סולפונטים או שעווה מחומצנת יכול לספק 30 יום של הגנה מפני קורוזיה בקופסה לחה;
עם זאת, שילוב של 10% שעווה וסולפונטים יכול לספק מעל 60 ימים של הגנה מפני קורוזיה בקופסה לחה.

 

נתרן סולפונאטבעל תכונות אנטי חלודה ותחליב והוא נפוץ בשימוש בשמנים אמולסיביים נגד חלודה (נוזלים). הוא משמש למניעת חלודה במהלך תהליכי ייצור וממלא תפקיד בשימון, קירור, מניעת חלודה וניקוי בנוזלי חיתוך מתכת.
באופן כללי, ככל שהמשקל המולקולרי של נתרן סולפונט גדול יותר, כך הביצועים שלו למניעת חלודה טובים יותר.

 

בריום פטרוליום סולפונטהוא מעכב החלודה המוקדם והנפוץ ביותר בסין. יש לו מניעת חלודה טובה, עמידות מצוינת בפני קורוזיה למתכות שונות, כמו גם ביצועי עקירת מים וניטרול חומצה מצוינים, במיוחד עמידות יוצאת דופן בפני קורוזיה של מי מלח.

 

בדרך כלל, סולפונטים נייטרליים, בעלי בסיס נמוך או בינוני משמשים כמעכבי חלודה. סולפונטים בעלי בסיס גבוה משמשים לעתים קרובות כחומרי ניקוי בשמן מנוע, וממלאים תפקיד מנטרל וניקוי. הסיבה לכך היא שככל שערך הבסיס של הסולפונטים גבוה יותר, כך הביצועים נגד החלודה שלהם גרועים יותר.

 

הקשר בין מספר הבסיס לביצועים נגד חלודה שלסידן סולפונאט.

 

פריט	מספר בסיס כולל, mgKOH/g	ימי מניעת חלודה
סידן פטרוליום סולפונט א	0	﹥50
סידן סולפונט סינטטי B	0	﹥50
סידן פטרוליום סולפונאט C	22	﹥50
סידן סולפונט סינטטי D	27	﹥50
סידן פטרוליום סולפונאט E	305	14
סידן סולפונט סינטטי F	400	8

דינוניל נפתלין סולפונטהוא סוג נוסף של סולפונט סינתטי, אותו ניתן לסווג למספר סוגים: מלח בריום, מלח סידן, מלח אבץ ומלח אמוניום.

 

 

בריום דינוניל נפתלין סולפונאטבעל מסיסות שמן טובה ועמידות בפני חלודה, אך העמידות שלו למי מלח אינה טובה כמו זו של בריום נפט סולפונט. השימוש בו דומה לזה של בריום נפט סולפונאט, והוא מתאים במיוחד לוויסות שמנים למניעת חלודה של סרט קשיח ושמן רך. הוא גם נפוץ בשימוש בשימון גריז והוא סוג חשוב של מעכב חלודה.

לחלק ממלחי הבריום של Dinonyl Naphthalene Sulfonate יש גם תכונות אנטי-אמולסיפיקציה, כגון מלחי בריום ניטרליים של Dinonyl Naphthalene Sulfonate.

 

חומצות קרבוקסיליות, מלחי קרבוקסילטים ונגזרותיהם

חומצות שומן ארוכות שרשרתיש מידה מסוימת של עמידות בפני חלודה, ולמלחי מתכת חומצות שומן יש בדרך כלל עמידות לחלודה חזקה יותר מחומצות שומן מקוריות.

למעכבי חלודה מסוג חומצה קרבוקסילית יש עמידות טובה ללחות, וגם אפקט בדיקת החשיפה של קופסת התריסים הוא טוב, אך הם חסרי ביצועי נטרול חומצה ויש להם עמידות לקויה לקורוזיה לעופרת ואבץ.
למלחי המתכת שלו עמידות טובה בפני קורוזיה למתכות.
לרוב החומצות הקרבוקסיליות או מלחי המתכת של החומצה הקרבוקסילית יש עמידות ירודה בפני מי מלח ועקירת מים.

ישנם מעכבי חלודה רבים המבוססים על חומצה קרבוקסילית, והביצועים שלהם משתנים מאוד עם מבנים שונים. חומצה Nonylphenoxyacetic היא מעכב חלודה מתכת שחורה עם מסיסות שמן טובה, ומלחי האמינים ומלחי האימידאזולין שלה הם גם מעכבי חלודה טובים;

לדוגמה,N-oleoyl סרקוזיןומלח האוקטאמוניום שלו אימידאזולין הם גם מעכבי חלודה יעילים למתכות ברזל ומתכות לא ברזליות. אלו הם מעכבי חלודה של חומצה חד-קרבוקסילית, וכן מעכבי חלודה המכילים שתי חומצות קרבוקסילית. מעכב החלודה המייצג והנפוץ המכיל שתי חומצות קרבוקסיליות הוא חומצה אלקניל או אלקיל סוקסינית, בעיקרחומצה סוקסינית דודצניל. המאפיינים שלו הם עמידות טובה לחלודה, מינון נמוך וחוסר רגישות למים. הוא משמש בעיקר בשמן טורבינה, והוא נמצא בשימוש נרחב גם בשמן הידראולי ושמן מסילות מנחה.

מבין מעכבי חלודה קרבוקסיליטים, החשובים יותראבץ נפטנאטוסבון מגנזיום לנולין. אבץ נפתנאט הוא בעל מסיסות שמן טובה ויש לו השפעות מניעת חלודה על מתכות ברזליות ולא ברזליות כאחד. הוא משמש בדרך כלל בשילוב עם בריום נפט סולפונט במינון של 2% עד 3% (מסה)) כדי לאטום שמן למניעת חלודה.

 

אסטרים

לחומצה אדיפית ולחומצה בנזואית יש השפעות נגד חלודה במים. אם הם מאסטריים, ניתן להשיג חומרים נגד חלודה מסיסים בשמן.

 

מוצרים מייצגים כולליםסורביטול מונוולאט(ספאן-80), פנטאריתריטול מונוולאט, דודקנילסוצ'ינט ולנולין.

טווח-80הוא מעכב חלודה נפוץ וחומר פעיל שטח המשלב מניעת חלודה ותכונות מתחלבות. יש לו תוצאות טובות במבחני קופסאות תריסים ויש לו תכונות חסינות לחות ועקירת מים. הוא משמש בשמני איטום וחיתוך שונים.

The rust resistance of different fatty acid sorbitol esters varies, generally oleic acid esters>stearic acid esters>אסטרים של חומצה לאורית.

ביצועי מניעת החלודה של מונו-אסטרים וטריאסטרים דומים, ולאסטרים שונים יש כושר קורוזיביות מסוים לעופרת.

בהשוואה לטריאסטרים, למונו-אסטרים יש יותר קורוזיביות לאבץ.

חצי אסטר של חומצה דוצנילסוציניתבעל תכונות טובות למניעת חלודה ואנטי אמולסיפיקציה והוא מתאים לשמן טורבינות נגד חמצון וחלודה.

שׁוּמָן צֵמֵרהוא חומר שומני מורכב המופרש על ידי גוף הכבש ומוצמד לצמר. לפני הטוויה, יש להסיר שומנים ולשטוף את הצמר כדי להסיר לנולין. מוציאים, משחררים ריח ומפילים מתמיסת הניקוי ולאחר הייבוש מקבלים חומר שומני חום-צהוב, כלומר לנולין, שיכול לשמש כמעכב חלודה.
לנולין הוא שומן טבעי שלמרות שהוא מעכב חלודה עתיק, עדיין נמצא בשימוש נרחב כיום. לנולין הוא לא רק חומר נגד חלודה, אלא גם חומר ליצירת סרטים לשמן רך נגד חלודה.
מאפייני הטמפרטורות הנמוכות וההידבקות של לנולין ונגזרותיו כמעכבי חלודה מצוינים. לנולין יש יכולת נוגדת חמצון לאוויר, יציבות טובה של הציפוי, ויש לו גם מאפיינים של כוח מתחלב ואגירת מים.
בשל ההיגרוסקופיות החזקה ומסיסות הממס הירודה של לנולין, ניתן להפחית את ערך ההידרוקסיל בטווח של אי הפחתת עמידות לחלודה.
מעכבי חלודה על בסיס לנולין מציגים בדרך כלל עמידות טובה לחלודה, במיוחד במי ים ומי מלח, עם עמידות מצוינת בפני קורוזיה. עם זאת, יש להם זיקה חזקה למתכות וביצועי הסרת שומנים גרועים.
השילוב של לנולין וסולפונטים יכול להשיג תכונות מעולות של מניעת חלודה והסרת שומנים בשל האפקט הסינרגטי. הכנת סבון מתכת מלנולין יכולה לשפר את עקירת המים ואת עקירת הזיעה בידיים, וניתן להשתמש בה כדי לייצר שמן מונע חלודה מסוג עקירה.

פוספט אורגני ומלחיו

פוספטים אורגניים הם בעיקר אורתופוספטים, פוספיטים ופוספונים.אורתופוספטמשמש בעיקר כמעכב חלודה.

מעכבי חלודה מסוג פוספט כוללים:

מלח דודציל פוספט בודד או כפול דודקוקסיפרופיל איזופרופנולמין, בעל תכונות נוגדות חמצון, מניעת חלודה ואנטי-בלאי;
למלח Alkyl imidazoline פוספט יש תכונות עמידות בפני חלודה ובלאי.
אסטרים של פוספט יכולים לשמש גם כתוספים נגד שחיקה בלחץ קיצוני והם משמשים לעתים קרובות בחומרי סיכה ושמנים לעיבוד מתכת. זה יכול לייצר השפעות מצוינות למניעת חלודה בשילוב עם נפט סולפונטים ומונואסטרים של סורביטול אנהידריד.
אמינים אורגניים, מלחים שלהם ותרכובות הטרוציקליות
מלחי האמין הנפוצים בסין כולליםחומצה N-אולאית סרקוזין אוקטדצילאמין מלחוheptadenyl imidazoline succinate. למעכבי חלודה אמינים אורגניים יש עמידות טובה בפני לחות, תזוזת מים וניטרול חומצה, אך התוצאות של בדיקת מאה העלים גרועות, עם קורוזיה גדולה יותר לעופרת וקורוזיה מסוימת לנחושת ואבץ. בעת השימוש, יש לנקוט משנה זהירות.
בנזוטריאזולהוא מעכב החלודה הנפוץ ביותר מבין התרכובות ההטרוציקליות. זהו מעכב קורוזיה מצוין וחומר נגד שינוי צבע עבור נחושת לא ברזלית וסגסוגותיה, ויש לו גם השפעה מסוימת למניעת חלודה על פלדה.

 

עם זאת, בנזוטריאזול אינו מסיס בשמן מינרלי ומסיס במים. בדרך כלל, כאשר מוסיפים שמן מינרלי, יש להוסיף ממס משותף: ניתן להמיס אותו באתנול, פרופנול או בוטנול תחילה, ולאחר מכן להוסיף אותו לשמן מינרלי; זה יכול להיות מומס גם בממיסים משותפים כגון בוטיל פתלט, דיוקטיל פתלט, טריבוטיל פוספט או קרזיל פוספט לפני הוספת שמן מינרלי.

תרכובות הטרוציקליות כוללות גם תרכובות הטרוציקליות המכילות חנקן, כגון1,3,4-תיאדיאזול ונגזרותיו. המבנה המולקולרי של תרכובות אלו קומפקטי יחסית. כאשר הוא נספג על משטחי מתכת, הוא מועיל להגברת חוזק סרט השמן ולעיכוב יעיל של קורוזיה של אלמנטים גופרית וזרחן בשמן סיכה. כמחלקה של תרכובות הטרוציקליות המכילות חנקן, 1,3,4-תידיאזול ונגזרותיו, צמד האלקטרונים הבודדים של ההטרואטומים במולקולה יכולים לספוח כימית עם מתכות, וליצור סרט פסיבציה של סרט שמן צפוף על פני המתכת. . סרט פסיבציה זה יכול לבודד פירוק קטליטי של מתכת ולמנוע מוצרים חומציים מלכלוך מתכות, כך שהוא יכול לשמש כתוסף נגד קורוזיה לשמן סיכה.