DE2201289A1 - Verfahren zum Entfernen von Korrosionsknoetchen von einer metallischen Unterlage und zum Verhindern einer weiteren Korrosion - Google Patents
Verfahren zum Entfernen von Korrosionsknoetchen von einer metallischen Unterlage und zum Verhindern einer weiteren KorrosionInfo
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Description
zur Eingabe vom 11. JailUar 1972 VA/ Named.Anm. W„ E0 ZIMMIE, INC.
Verfahren zum Entfernen von Korrosionsknötchen von einer metallischen Unterlage und zum Verhindern einer weiteren Korrosion
Es wurde überraschenderweise gefunden, daß durch eine sehr kleine Menge eines wasserlöslichen polyelektrolytisehen organischen
Polymers eine Korrosion metallischer Flächen verhindert werden kann. Es ist bekannt, Polymere zum Ausflocken von Schmutzteilchen
zu verwenden, die von durch Boiler oder andere Wassersysteme strömendem Wasser mitgenommen werden* Es war indes nicht bekannt,
daß solche Polymere zum überziehen metallischer Flächen verwendet werden können, um eine Korrosion zu verhindern.
Es wurden bestimmte bekannte, die Korrosion steuernde Chemikalien in Kombination mit dem einen überzug bildenden Polymer geprüft.
Überraschenderweise ergeben Mischungen aus Polymer und gewissen wasserlösliche«, Siliciumdioxid enthaltenden Verbindungen
und/oder Chrom enthaltenden Verbindungen eine bemerkenswerte synergistische Wirkung. Mit geeigneten empirisch festgestellten
Mischungen aus Polymer, Siliciumdioxid und/oder Chrom kann die Korrosion durch Wasser verringert werden, die üblicherweise
metallische Unterlagen zerstört, wobei gleichzeitig weniger jeden Bestandteils erforderlich ist, als sich aus dem bekannten
Stand der Technik ableitet.
In vielen Fällen ist es zweckmäßig, ein zweites Polymer zuzusetzen,
um in den meisten Fällen die Bildung von Kesselstein zu vermeiden* Der Kesselsteininhibitor muß mit den anderen Bestandteilen
des korrοsionsverhindernden Zusatzes verträglich sein.
Beispiele solcher verträglichen Zusätze sind Polyacrylsäure, Polyacrylate, organische Phosphonate und Mischungen dieser, die
ein verhältnismäßig niedriges Molekulargewicht von etwa 1.000
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bis 50.000 haben«
Es wurde gefunden, daß sehr kleine Mengen bestimmter als Ausflockungsmittel
bekannter polyelektrolytischer organischer Polymere zur Verhinderung der Korrosion von Eisen-, Aluminium-, Kupfer-
und anderen Legierungen in Berührung mit Wasser äußerst wirksam sind» Es wurde insbesondere gefunden, daß, bezogen auf
das Wasser, weniger als 2 Gew.-# dieser Polymere zur Verhinderung dieser Korrosion wirksam sind· Die Gründe hierfür sind folgende
:
1. Das Polymer flockt Schmutz aus,
2. es vermeidet eine früher gebildete Knötchenkorrosion und
3. es überzieht die Flächen und verhindert eine beachtliche Berührung
des Metalls mit dem vom Wasser mitgenommenen Sauerstoff.
Es kann keine Erklärung dafür gegeben werden, warum das Polymer an dem Substrat haftet und nicht in Lösung bleibt; Versuche haben
indes ergeben, daß sich ein dünner Film des Polymers auf dem Substrat bildet. Die bekannten Korrosionsinhibitoren, wie Silicate
und Chromate, reagieren in irgendeiner Weise mit dem Polymer und puffern so die Chromat- oder Silicationen, wobei durch
gewisse Konzentrationen die wäßrigen Lösungen übersättigt werden können.
zu
Es wurde gefunden, daß #ttr den Polyelektrolyten, die einen Überzug
auf einem Substrat bilden und dadurch die Korrosion vieler Legierungen verhindern können, die Polymere rechnen, die aus
Verbindungen der Formel:
\ I
C = C-R
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hergestellt werden, in der R Nitril-, Amid-, Imid- und Carboxylgruppen
und COOM bedeutet, worin M eine niedere Alkylgruppe mit vorzugsweise 1 bis 4 Kohlenstoffatomen ist, und deren wasserlösliche
Salze. Elemente, wie Halogene, besonders Chlor, oder Alkyl- oder Arylgruppen sowie Wasserstoff können in der Hauptkette
des Polymers vorliegen«.
Für die Zwecke der Erfindung besonders geeignete polyelektrolytische
Polymere sind die Polymere der Acryl- und Methacrylsäurederivate, zum Beispiel Acrylsäure, die Alkalimetall- und Ammoniumsalze
der Methacrylsäure, Acrylamid, Methacrylamid, die JN-Alkylacrylate,
die Aminoalkylmethacrylamide und die N-Alkyl-substituierten
Aminoalkylester der Acryl- oder Methacrylsäuren. Diese Polymere können Homopolymere oder Copolymere mit anderen ·θβ·
copolymerisierbaren Monomeren sein, wie Äthylen, Propylen, Isobutylen, Styrol, Methyl-styrol, Vinylacetat, Vinylformat, Alkyläther,
Acrylonitril, Methacrylonitril, Vinylchlorid, Vinylidenchlorid, die Alkylacrylate,·die Alkylmethacrylate, die Alkylmaleate
und die Alkylfumarite und andere» olefinische copolymerisierbare Monomere« Die Copolymere dieser Art, welche mindestens
50 Mol-$ der Acryl- oder Methacrylsäurederivate enthalten, sind bevorzugt, besonders, wenn das Comonomer hydrophob ist oder keine
ionisierbare Gruppe enthält. Polymere dieser Art können unmittelbar durch Polymerisation geeigneter Monomere oder durch
eine folgende chemische Reaktion anderer Polymere erfolgen, zum Beispiel durch Hydrolyse von Acrylonitril- oder Methacrylonitrilpolymereno
Unter den verschiedenen für die Zwecke der Erfindung brauchbaren polyelektrolytischen Polymeren können die hydrophilen Polymere
unmittelbar durch Polymerisation oder Copolymerisation einer oder mehrerer der verschiedenen zur Verfügung stehenden organischen
Monomeren mit aliphatischer NichtSättigung erfolgen, wenn diese Verbindungen eine hydrophile g Gruppe, wie Carboxylgruppen,
enthalten. Im allgemeinen können weitere Arten polyelektro-
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lytischer Polymere durch eine folgende Umsetzung der Polymere und Mischpolymere erfolgen«, Zum Beispiel können Nitrilgruppen
enthaltende Polymere hydrolysiert werden, um wasserlösliche^ Amid und Carboxy enthaltende Polymere zu bilden, oder sie können
hydriert werden, um Amin enthaltende Polymere zu bilden. In entsprechender Weise können Mischpolymere aus Maleinsäureanhydrid
und Vinylacetat zur Bildung von Polymeren hydrolysiert werden, die hydrophile Lactonringe enthalten. Andere hydrophile Polymere
können in der Weise hegestellt werden, daß man Mischpolymere von Vinylacetat hydrolysiert, wobei die Acetylgruppen entfernt
werden und Hydroxygruppen bleiben, die die löslichmachende Wirkung der vorliegenden polyelektrolytischen Gruppen erhöhen.
Nicht hydrophile Polymere können durch andere Reaktionen in Lactam oder Amid enthaltende, stärker hydrophile Polymere
übergeführt werden. Polyvinylalkohol, der als solcher kein PoIyelektrolyt
ist, kann durch Veresterung mit zweibasLschen Säuren in einen Polyelektrolyt übergeführt werden, wobei einer der
Carboxylgruppen mit der Alkoholgruppe reagiert und die andere in der Seitenkette vorliegende Carboxygruppen die hydrophile
Eigenschaft bewirkt. Andere Arten von Polymeren können durch Umsetzen von Halogen enthaltenden Polymeren, zum Beispiel den Polymeren
oder Copolymeren von Vinylchloracetat oder Vinylchloräthyläther,
mit Aminen hergestellt werden, um Aminsalzgruppen und quaternäre Ammoniumgruppen zu bilden, durch welche das sonst
unlösliche Polymer hydrophil wirdo Weitere lösliche Polymere kön
nen ürch eine säurekatalysierte Polymerisation von Äthylenimin oder eine Ammonolyse von Keton enthaltenden Polymeren, wie PoIyvinylmethylketon,
gewonnen werden. Entsprechende reaktive Halogenatome können mit Bisulfit umgesetzt werden, um die reaktiven
Halogene durch Sulfonsäuregruppen zu ersetzen.
Die verschiedenen ρ Polyelektrolyten der vorstehend beschriebenen
Art sind äthylenische Polymere, die längs einer im wesentlichen linearen Kohlenstoffatommolekülkette zahlreiche Seitenketten
haben. Diese Seitenketten können Kohlenwasserstoffgruppen,
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Carbonsäuregruppen oder Derivate dieser sein, SuIfonsäuregruppen
oder Derivate dieser, heterocyclische Stickstoffgruppen, Aminoalkylgruppen,
Alkoxygruppen und andere organische Gruppen, wobei die Zahl der Gruppen und die relativen Mengen der hydrophilen
und hydrophoben Gruppen derart ist, daß die vorliegende wasserlösliche
Verbindung eine beachtlich große Zahl ionisierbarer Gruppen aufweist. Die Länge solcher fortlaufender Kohlenstoffkette
muß derart sein, um Verbindungen mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von wenigstens 10o000 zu ergeben.
Zu den verschiedenen vorstehend beschriebenen Polymeren und wasserlöslichen
Salzen dieser gehören beispielsweise folgende: hydrolysiertes Polyacrylnitril und Polyacrylamid, sulfoniertes
Polystyrol, Acrylamid-Acrylsäure-Copolymere, Polyacrylsäure, 1/2 Calciumsalz hydrolysierten 1:1 Copolymers von Vinylacetat-MaIeinsäureanhydrid,
hydrolysiertes Styrolmaleinsäureanhydridcopolymer, Ammoniumpolyacrylat, Natriumpolyacrylat, Ammoniumpolymethacrylat,
Natriumpolymethacrylat, Diäthanolammoniumpolyacrylat, Guanidinpolyacrylat, Dimethylaminoäthylpolymethacrylat,
Acrylamid-Acrylonitril-Copolymer, Methacrylsäure-Dimethylaminoäthylmethacrylat-Copolymer,
Natriumpolyacrylat-Vinylalkoho!-Copolymer,
hydrolysiertes Methacrylsäure-Acrylonitril-Copolymer, Vinylacetat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Vinylfοrmatmaleinsäureanhydridcopolymer,
Vinylmethyläther-Maleinsäureanhydrid-Copolymer,
Isobutylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymer, Styrolmaleinsäureanhydridcopolymer, Äthylacrylat-Maleinsäureanhydrid-Copolymer,
Vinylchloridmaleinsäureanhydridcopolymer, hydrolysiertes Acrylonitril-ffe-Vinylacetat-Copolymer, hydrolysiertes Acrylonitril-Methacrylonitril-Copolymer,
hydrolysiertes Acrylonitril-Methacrylonitril-Vinylacetat-Terpolymer, hydrolysiertes Acrylonitril-Methacrylsäure-Copolymer,
und Vinylpyridin-Acrylonitril-Copolymer. Polymere mit cationaktiven Gruppen sind ebenfalls
brauchbar. Geeignete Verbindungen sind zum Beispiel Äthylenimin, Äthylacrylat und Acrylamidpropylbenzyldimethylammoniumchlorid,
Copolymere von Methylolacrylamid und Acrylamidpropylbenzyldi-
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methylammoniumchlorid, Copolymere von Butadien und 2-Vinylpyridin
und gewisse quaternäre Verbindungen, wie Polydimethylaminostyrol quaterniert mit Benzylchlorid, Alkylchlorid etc. und quaternierte
Copolymere von Vinylalkohol und Morpholinyläthylvinylätherund dergleichen.
Das Molekulargewicht dieser Polymere ist ziemlich weitläufig.
Es können Molekulargewichte so niedrig wie 15.000 brauchbar sein
wie aber auch Molekulargewichte im Bereich von mehr als 5 bis 15 Millionen. Wenn die Polymere ein ausreichend niedriges Molekulargewicht
haben, um wasserlöslich zu sein, besitzen sie die für die Zwecke der Erfindung erforderlichen Eigenschaften. Polymere
mit beachtlich über 2 Millionen liegenden Molekulargewichten haben eine solche Löslichkeit· Die Schwierigkeit, die Molekulargewichte
im Bereich von 2 bis 15 Millionen zu bestimmen, macht die Zahlenwerte etwas weitläufig. Viskositätsmessungen,
insbesondere Messungen zur Bestimmung der grundmolaren Viskositätszahl,
sind besonders wirkungsvoll, um die Molekulargewichte in diesem Bereich zu ermitteln.
Die Polyacrylamide sind für die Zwecke der Erfindung besonders brauchbar. Polyacrylamide mit einem Molekulargewicht von annäkhernd
2 bis 5 Millionen geben gute Resultate und sind bevorzugt.
Polyelektrolyte haben längs der Kette Zentren elektronischer Aktivität.
Polyacrylamide haben zum Beispiel längs der Kette mindestens fünf Polyacrylsäureglieder und, wenn das Molekulargewicht
etwa 1 Million oder 2 Millionen ist, ist der Anteil solcher Säureglieder sehr klein, aber es liegen genügend Säureglieder
oder andere Zentren elektronischer Aktivität vor, um die Theorie zu stützen, daß sich ein dünner Film von annähernd molekularer
Stärke auf der Oberfläche der Anlage bildet. Eine Experimentalanalyse
hat bestätigt, daß auf Oberflächen von Eisen-, Kupfer- und Aluminiumlegierungen die gebildeten Überzüge annähernd
eine monomolekulare Stärke haben, Ein solcher Film oder
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Überzug scheint als eine Art Dielektrikum zur Inhibi%erung einer
galvanischen Wirkung zu wirken. Ohne jede Beschränkung auf eine solche Theorie oder die folgenden Theorien, die mit der Erfindung
vorgetragen werden, darf doch festgestellt werden, daß die Ergebnisse mit diesen Theorien übereinstimmen·
Die Polymere können durch mindestens zwei bestimmte Arten der Bindung auf der zu schützenden Oberfläche absorbiert sein. Entweder
ist eine oder eine Kombination dieser beiden Bindungen zu einer gegebenen Zeit wirksam. Die hauptsächliche Art der Verknüpfung
eines Polymers von der Art eines Polyacrylamides ist
durch eine Wasserstoffbindung. Das ist eine allgemeine Art der
Bindung durch organische Säuren, Amide, Alkohole, Amine und an-· dere Verbindung^"1 die ein Wasserstoff- an ein stark elektronegatives
Atom gebunden haben. Bei diesen Verbindungen hat das Wassers to ff atom beachtlich an seiner elektronischen Atmosphäre verloren
und es ist fähig, von der Oberfläche des Eisens oder Stahls abgegebene Atome aufzunehmen. Der Wasserstoff wird dann zwischen
den Oberflächenatomen und dem Sauerstoff oder Stickstoff in dem Polymer geteilt.
Spezifische elektrostatische Seitenbindungen ist eine andere Art der Bindung, die auftritt, wenn das Polymer θ salzartige Verbindungen
zu bestimmten Stellen auf der festen Oberfläche der Anlage bildet. Die Zahl der funktioneilen Gruppen, die solche Bindungen
bilden, sind beschränkt auf Carboxylate, Phosphate, Sulfonate und Mercaptanderivate.
Die Menge des zur Bildung eines Überzuges auf einer metallischen Fläche erforderlichen Polymers ändert sich mit dem Molekulargewicht
des jeweils verwendeten Polymers; gute Ergebnisse können indes durch eine Anfangskonzentration von so wenig wie 0,3 bis
10 ροp.m. erzielt werden. Beim fortlaufenden Gebrauch können
die Konzentrationen so niedrig wie 0,01 p.p.m. sein. Eine höhere
Konzentration des Polymers in Lösung ist bei dem ursprünglichen
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Durchgang durch das System wünschenswert, und es ist ferner wünschenswert,
daß die Poljanerlösung als erste durch das System strömt. Bei einer höheren Konzentration beim ersten Durchgang
hat das Polymer eine bessere Gelegenheit, die freiliegenden metallischen Flächen zu überziehen, ehe eine beachtliche Korrosion
eintritt. Wenn sich jedoch Korrosionsknötchen oder Ablagerungen vor der Anwendung des Polymers gebildet haben, flockt die Lösung
das Sediment aus, entfernt die Knötchen und überzieht dann die gereinigte metallische Fläche. Es sei darauf hingewiesen, daß
die Ausflockung verhältnismäßig langsam vor sich geht und deshalb ein ursprünglicher Überzug bevorzugt ist.
Bei Systemen, die nur einmal durchströmt werden, und bei sehr großen Kühltürmen werden befriedigende Ergebnisse dadurch erzielt,
daß man die vorstehend angegebenen Mengen während einer so kurzen Zeit wie fünfzehn Minuten bis zu einer halben Stunde
je Tag nach dem ersten Überzug anwendet. Eine einstündige Behandlung je Tag ist für die ersten neunzig Tage bevorzugt, um
vorliegende Knötchen zu entfernen, wenn durch einen ersten Durchgang kein Überzug gebildet worden ist. Bei kleineren Umlaufsystemen,
bei welchen die Kosten im Vergleich zu denen, welche mit einer Korrosion verbunden sind, nicht ins Gewicht fallen, können
diese Mengen fortlaufend angewendet werden. Die bisherigen Versuche weisen darauf hin,, daß eine tägliche Behandlung während
fünfzehn Minuten die Bildung von Knötchen verhindert.
Ein wesentliches Merkmal der Polymere ist, daß sie praktisch chemisch
inert sind und sich nicht nachteilig auf die Wirkung anderer üblicherweise in Kühlwasser vorliegender Chemikalien auswirken. Sie können infolgedessen in Systeme eingebracht werden, die
siecn,
bereits wegen der Kessel/bildung, wegen der Härte des Wassers und der Vermeidung von biologischem Wachstum mit Chemikalien behandelt worden sind, ohne daß -dt das chemische Gleichgewicht dieses Systems gestört wird.
bereits wegen der Kessel/bildung, wegen der Härte des Wassers und der Vermeidung von biologischem Wachstum mit Chemikalien behandelt worden sind, ohne daß -dt das chemische Gleichgewicht dieses Systems gestört wird.
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Die Kombination der erfindungsgemäß vorgesehenen Polymeren mit anderen Korrosionsinhibitoren mit besonderer Wirkung ist deshalb
vorteilhaft. Es wurde gefunden, daß eine synergistische Wirkung eintritt, wenn man ein Polymer, wasserlösliche^ Siliciumdioxid
enthaltende Verbindungen und/oder wasserlösliche^ Chrom enthaltende
Verbindungen kombinierte
Die Anwendung wasserlöslieheflT Siliciumdioxid enthaltender Verbindungen
ist zur Aufbereitung von Wasser seit langem bekannt, und üblicherweise werden Mengen von etwa 50 p.p.m. je nach dem
pH des Wassers und anderer Faktoren angewendet.
Die Verwendung wasserlöslicher Chromate oder von anderen sechswertiges
Chrom enthaltenden Verbindungen ist in den letzten Jahren zur Vermeidung von Verunreinigungen von Wasser verboten worden.
Verhältnismäßig hohe Konzentrationen sechswertiges Chrom enthaltender Verbindungen sind zur Erzielung einer größeren Wirkung
empfohlen, zum Beispiel von 200 bis 2.000 p.p.m. Das Ablassen von Wässern mit solchen Konzentrationen an sechswertigem
Chrom in Ströme ist gesetzlich verboten.
Es wurde gefunden, daß die Wirkung eines gegebenen Polymers von
einer Reihe von Faktoren abhängt, nämlich seiner Art und seines Molekulargewichts, dem pH des Wassers, w die Stärke der bereits
eingetretenen Knötchenbildung und der Konzentration von Elektrolyten in dem Wasser. Wenn eine Knötchenbildung in bereits vorgeschrittenen
Stufen vorliegt, dann können, bezogen auf das Gewicht des Wassers, weniger als zwei Gewichtsprozent des Polymers
verwendet werden; vorzugsweise sind weniger als 1 Gew.-% wirkungsvoll.
Liegt eine starke Knötchenbildung vor, dann sind Konzentrationen des Polymers im Bereich von 0,01 bis 300 Teilen je
Million Teilen Wasser wirkungsvoll, um einen wirksamen Überzug zu bilden und eine weitere Korrosion zu verhindern, sei es durch
Sedimentierung, Knötchenbildung oder eine andere galvanische Wirkung. Andere Bedingungen können andere Konzentrationen des
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Polymers erfordern; der wirkungsvollste Bereich beträgt jedoch annähernd 0,3 bis 10 Teile je Million Teile Wasser, wenn das Polymer
in Kombination mit dem vorgenannten Siliciumdioxid oder Chrom verwendet wird. Ohne Chrom oder Siliciumdioxid beläuft
sich die empfohlene Menge an polyelektrolytischem Polymer auf etwa 50 bis 250 p.p.m.
Die Erfindung ist wirkungsvoll gegen Korrosion von Systemen, die in Tanks auftreten, die längere Zeit stillstehen, oder gegen Korrosion
in strömenden Systemen· Der Überzug wird durch strömendes Wasser nicht entfernt, da der dünne Film an den metallischen
Flächen, wo keine beachtliche Turbulenz herrscht, haften bleibt. Der Überzug wird sich deshalb als schützend gegen vom Wasser mitgenommenen
Sauerstoff auswirken. Der Polymerüberzug wird langsam entfernt, da er Sediment oder Korrosionsprodukte ausflockt und
infolgedessen von Zeit zu Zeit erneuert werden muß.
-Bex Vorratslösungen kgruf durch Zusetzen
von 1 bis 20 Gew.-% des Polymers zu Wasser bei einer Temperatur von etwa 33 C werden. Diese konzentrierte Lösung
wird dann dem in das System fließenden Wasser zugegeben, um die
ft gewünschte Konzentration zu erhalten. Wahlweise kann man das Polymer auch in trockener Form dem System zuführen, zum Beispiel
in einfacher Weise dadurch, daß man trockene Polymerteilchen dem Wasser zuführt, wenn es von der Hauptleitung einfließt. Das Wasser
kann dann in eines oder mehrere Kühlsysteme geleitet werden.
Die wasserlöslichen Siliciumdioxid und/oder Chrom enthaltenden Verbindungen können in gleicher Weise wie das Polymer zugegeben
werden, und zwar entweder getrennt oder als Mischung· In Ausnahmefällen, wenn das Wasser besonders sauer oder basisch ist, können
geeignete Puffersubstanzen zugesetzt werden, um das pH auf annähernd 6,0 bis 10,0 zu bringen. Gelegentlich kann auch eine
Säure oder Base zu diesem Zweck verwendet werden.
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- .11 _
Das wasserlösliche Siliciumdioxid wird vorzugsweise in Form folgener
Gruppen verwendet: Silicate des Natriums, Lithiums, Kaliums und Ammoniums sowie Ortho- und Metaformen von Kieselsäuren.
Jede Quelle wasserlöslichen Siliciumdioxids ist für die Zwecke der Erfindung brauchbar, und so sind offensichtlich Alkalimetallsilicate
eine brauchbare Quelle wasserlöslichen Siliciumdioxids. Es können flüssige oder trockene Natriumsilicate mit einem Gewichtsverhältnis
von etwa 0,67 zu 3,75 SlOJNa 0 verwendet werden
j die üblichste Form des zur Verfügung stehenden Siliciumdioxids
ist trockenes kristallines Natriummetasilicat (Na2SiO^ ·
5H2O) in Form einer 40° Baume starken Natriumsilicatlösung mit
einem Gewichtsverhältnis Si02/Na2O von etwa 3,22. Siliciumdioxid
liegt vorzugsweise in Mengen von etwa 0,1 bis 500 Teilen je Million
Teilen Wasser und vorzugsweise im Bereich von 3 bis 50 p.p.m. vor.
Die bevorzugte sechswertiges Chrom aufweisende Verbindung sind die Alkalimetallchromate und -dichromate, Ammoniumchromat, Chromsäure
sowie 4 ihre^ Hydrate und Mischungen dieser. Die am stärksten
bevorzugte Konzentration an Chrom ist etwa 0,3 bis 10 p.p.m.; aber die Konzentration kann auch so niedrig wie 0,1 p.p.m. und
so hoch wie 500 p.p.m. sein, um noch wirksam zu bleiben.
Die vorstehend angegebenen Siliciumdioxid- und Chromkonzentrationen
beruhen auf der gleichzeitigen Anwendung mit 4 geeigneten Mengen an polyelektrolytxschem organischen Polymer und gegebenenfalls mit Kesselstein inhibierenden Polymeren, die noch weiter
unten erörtert werden. Wenn Siliciumdioxid und Chrom mit dem polyelektrolytischen organischen Polymer kombiniert werden, soll
die Konzentration jedes dieser Bestandteile innerhalb der angegebenen Grenzen liegen, aber die Gesamtmenge dieser Zusätze soll
im Bereich von etwa 0,2 bis 1.000 p.p.m. und, was am wünschenswertesten ist, im Bereich von etwa 3 bis 100 p.p.m. liegen.
In der folgenden Gegenüberstellung sind die wirksamsten Ergeb-
209837/1U5
220128$
nisse veranschaulicht, die durch die Vereinigung von Wasser und eines polyelektrolytisehen organischen Polymers mit einer Chrom
enthaltenden Verbindung, einer Siliciumdioxid enthaltenden Verbindung oder einer Kombination von Siliciumdioxid und Chrom entefe·
haltenden Verbindungen erzielt worden sind. Das für die Versuche verwendete erfindungsgemäße und bekannte Polymer war Polyacrylamid
mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von etwa 3 bis 5 Millionen; als Chromat wurde Natriumchromat und als
Silicat Natriumsilicat verwendet; das Wasser hatte ein pH von etwa 7,2 bis 7,4.
Geprüftes Leitungswasser in Cleveland
Chromat (CrO,), 50 ppm Chromat (CrO,), 25 ppm
Silicat (SiO ), 50 ppm Silicat (SiO2), 25 ppm
Polymer (Polymer), 50 ppm Polymer (Polymer), 5 ppm Polymer (Polymer), 2 ppm
Polymer, 2 ppm Silicat (SiO2), 25 ppm
Polymer, 2 ppm Chromat (CrO,), 25 ppm
Polymer, 2 ppm Silicat, 25 ppm Chromat, 25 ppm
Aussehen nach 6 Tagen (Flußeisen)
starke Eisenoxidablagerungen, ausgeprägter Lochfraß Probestück stark überzogen mit
Eisenoxid und ernsthafter Lochfraß
Eisenoxidablagerungen und stark ausgeprägter Lochfraß starker Überzug mit Eisenoxid
und starker Lochfraß leichte Rostflecken, kein Lochfraß
Eisenoxidniederschläge, sehr weich, etwas Lochfraß starke Eisenoxidniederschläge,
alle lose anhaftend, etwas Lochfraß
Probestück sauber, kein Lochfraß
etwas Eisenoxidablagerungen, sehr leichter Lochfraß
Probestück sauber, kein Lochfraß
Z 9/1
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(Die Abkürzung Mmpy" bedeutet "Milligramm pro Jahr")
Chromat/Pho sphat/Zink 30 ppm 5 ppm 2 ppm
Polymer 1 ppm; Chromat 10 ppm; Silicat 8 ppm
Probestücke zeigten geringe Loch- und Knötchenbildung
Korrosionsgeschwindigkeit 3,5 mpy Lochtiefe 30 mpy
Korrosionsgeschwindigkeit 3,5 mpy Lochtiefe 30 mpy
Probestücke zeigten keine Loch- und Knötchenbildung
Korrosionsgeschwindigkeit 1,7 mpy Lochtiefe keine
Korrosionsgeschwindigkeit 1,7 mpy Lochtiefe keine
Fall 2
Chromat/Pho sphat 25 ppm 10 ppm
Polymer 0,75 ppm Silicat 10 ppm Probestücke zeigten Ablagerungen
von Eisenoxid, sowie geringefügige Loch- und Knötchenbildung Korrosionsgeschwindigkeit 2,5 mpy
Lochtiefe 40 bis 60 mils
Probestücke zeigten leichte Abscheidung von Eisenoxid, keine Knötchenbildung
Korrosionsgeschwindigkeit 1,3 mpy Lochtiefe 1,5 bis 1,7 mpy
Fall 3
Polyphosphat/Ferrocyanid 30 ppm 10 ppm
Polymer 1 ppm Silicat 15 ppm Starke Abscheidungen von Eisenoxid, Korrosion mit Lochbildung
Korrosionsgeschwindigkeit 5-10mpy sehr offensichtliche Lochbildung
Leichte Abscheidungen von Eisenoxid
Korrosionsgeschwindigkeit 3-5 mpy kein Angriff durch Lochbildung
Fall 4
Organi sch/Zink 75-100
Starke Abscheidungen von Eisenoxid
Korrosionsgeschwindigkeit 8-12mpy Starke Lochbildung
Korrosionsgeschwindigkeit 8-12mpy Starke Lochbildung
Z 9/1
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Polymer 1 ppm Keine Abscheidungen
Silicat 15 ppm Korrosionsgeschwindigkeit 1-3 mpy
keine Lochbildiung
Fall 5
Chromat/Zink Geringfügige Abscheidungen von
10 ppm 10 ppm Eisenoxid
Korrosionsgeschwindigkeit 3-5 mpy mäßige Lochbildung
Polymer/Chromat/Silicat Keine Abscheidungen 1 ppm 5 ppm 3-5 ppm Korrosionsgeschwindigkeit 1-3 mpy
keine Lochbildung
Die vorgenannten Fälle entsprechen in der Praxis erhaltenen Ergebnissen
an verschiedenen Orten in den Vereinigten Staaten; die erfindungsgemäß erzielten Ergebnisse sind wesentlich besser als
die mit den bekannten Mitteln.
mit Aus den bei Flußeisen erzielten Ergebnissen kann man die/Kupfer-
und Aluminiumlegierungen zu erwartenden Ergebnisse extropolieren und berechnen, wie dies zum Beispiel in dem "Corrosion Handbook"
von Η» Ho Ohlig, Verlag John R0 Wiley & Sons, 1953, ausgeführt
wird·
Aus den Versuchsergebnissen ergibt sich, daß mit dem erfindungsgemäßen
Mittel eine Korrosion von Eisen-, Aluminium- und Kupferlegierungen
wesentlich besser verhindert werden kann als mit den bekannten Mitteln; außerdem sind zur Erzielung der gleichen Ergebnisse
wesentlich geringere Mengen des erfindungsgemäßen Mittels erforderlich als an den bekannten Korrosionsschutzmitteln
aufgewendet viden mußten, was im Hinblick auf den Umweltschutz
von besonderer Bedeutung ist. Die wesentlich geringeren erforderlichen Mengen an sechswertigem Chrom liegen zwischen der wirksamen
und der gesetzlich zugelassenen Höchstgrenzeo
Die erfindungsgemäßen Mittel haben den weiteren Vorteil, daß sie mit gewissen zur Verhinderung von Kesselstein eingesetzten Sub-
209837/1145
stanzen verträglich sind«, Beisp-eiele solcher zur Verhinderung
der Kesselsteinbildung dienenden Mittel sind Polyacrylsäure, Polyacrylat, organische Phosphonate und Mischungen dieser. In Kombination
mit den erfindungsgemäßen korrosionsverhindernden Zusätzen sollen die Kesselsteinbildung verhindernde Polymere ein
durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 1.000 bis 50.000 haben und mit dem Wasser in Konzentrationen von etwa 0,5 bis 20
Teilen je Million Teilen V/asser gemischt werden. Viele dieser
Kesselsteinbildung verhindernden Polymere sind bekannt; es ist jedoch nicht bekannt, daß diese Polymere auch in der besonderen
Kombination mit den erfindungsgemäßen Mitteini und in so geringen Konzentrationen wirksam sind.
Es ist nicht bekannt, warum die Kesselstein verhindernden Polymere
in so niedrigen Mengen wirksam sind; es wird angenommen, daß die lange Kette des polyelektrolytischen organischen Polymers
während der Bewegung, durch Abrieb, wenn es durch die Pumpen und Rohre strömt, kleiner wird. Falls diese Theorie zutreffend
ist, wird sich die tatsächliche Konzentration an niedermolekularem Polymer mit der Zeit erhöhen, besonders in einem geschlossenen
System. Versuche weisen indes darauf hin, daß die Kesselstein inhibierenden Polymere bei den angegebenen Anfangskonzentrationen wirksam sind und daß weitere Vorgänge diese Wirksamkeit
nicht beeinträchtigen.
Pate ntansprüche
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Claims (46)
- Dr.-lng. E. BERKENFELD · Dipl.-lng. H. BERKENFELD, Patentanwälte, KölnAnlage Aktenzeichenzur Eingabe vom 11. Januar 1972 VA/ Named.Anm. Wo Ep ZIMMIE, INC.PATENTANSPRÜCHEVerfahren zum Entfernen von Korrosionsknötchen von einem metallischen Substrat und zum Verhindern einer weiteren Korrosion,dadurch gekennzeichnet, daß manein polyelektrolytisches organisches Polymer und eine wasserlösliche Siliciumdioxid enthaltende Verbindung mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Lösung vereinigt und das metallische Substrat mit dieser Lösung zusammenbringt, um gegebenenfalls vorliegende Korrosionsknötchen zu entfernen und eine weitere Korrosion des Substrates zu verhindern,das polyelektrolytische organische Polymer aus durch die folgende FormeljC = C-R isigekannzeichnete Verbindung herstellt-^ in der R Nitril, Imin, Amid oder eine Carboxylgruppe bedeutet,das Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 15*000 bis 15.000.000 hat unddie Gewichtskonzentration dieses Polymers etwa in dem Bereich von 0,01 bis 300 Teilen je Million Teilen Wasser liegt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Siliciumdioxid enthaltende Verbindung Alkalimetallsilicate, Ammoniumsilicate, Ortho- und Metakieseisäuren,eines ihrer Hydrate und Mischungen dieser verwendet.
- 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Siliciumdioxid in einer Menge von etwa 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser verwendete209837/1U5
- 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskonzentration des Siliciumdioxids im Bereich von etwa 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid ein Natriumsilicat mit einem Gewichtsverhältnis von SiO2 zu Na 0 von etwa 0,67 bis 3,75 ist»
- 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration des Siliciumdioxids annähernd in dem Bereich von 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Mischpolymer ist,
- 8. ' Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Amidgruppe ist.
- 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Carboxylgruppe mit der Formel — COOM ist, worin M Wasserstoff, Ammonium, ein Metall oder eine organische Gruppe bedeutet.
- 10o Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ein zweites Polymer mit dem Wasser vereinigt, und das zweite Polymer eine Polyacrylsäure, ein Polyacrylat, organisches Phosphonat oder eine Mischung dieser ist und dieses zweite Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 1.000 bis 50.000 hat und die Konzentration im Bereich von 0,5 bis 20 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 11. Verfahren zum Entfernen von Korrosionsknötchen von einem metallischen Substrat und zum Verhindern einer weiteren Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß man ein polyelektroiytisches organisches Polymer und eine wasserlösliche sechswertiges Chrom209837/11h5enthaltende Verbindung mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Lösung vereinigt und das metallische Substrat mit dieser Lösung in Berührung bringt, um vorliegende Korrosionsknötchen zu entfernen und eine weitere Korrosion zu verhindern, wobei das Poly mer aus Verbindungen hergestellt worden ist, die durch folgende Formel gekennzeichnet sind:\ IC = C-Rworin R Nitril, Imin, Amid oder eine Carboxylgruppe bedeutet und das Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 15.000 bis 15.000.000 hat und die Gewichtskonzentration des Polymers annähernd im Bereich von 0,01 bis 300 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß man ein zweites Polymer mit Wasser vereinigt, wobei das zweite Polymer Polyacrylsäure, ein Polyacrylat, ein organisches Phosphonat oder eine Mischung dieser ist und das zweite Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 1.000 bis 50«000 hat und die Gewichtskonzentration dieses Polymers annähernd im Bereich von 0,5 bis 20 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Copolymer ist„
- 14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Amidgruppe ist.
- 15. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Carboxylgruppe ist und die Formel ·· COOM hat, worin M Wasserstoff, Ammonium, ein Metall oder eine organische Gruppe ist.209837/1 US
- 16. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, eines ihrer Hydrate oder Mischungen dieser ist.
- 17. Verfahren zum Entfernen von Korrosionsknötchen von einem metallischen Substrat und zur Verhinderung einer weiteren Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Polymere mit Wasser zur Bildung einer wäßrigen Lösung vereinigt und das metallische Substrat mit dieser Lösung in Berührung bringt, um vorliegende Korrosionsknötchen zu entfernen und eine weitere Korrosion des Substrates zu verhindern, wobei das erste Polymer ein elektrolytisches organisches Polymer ist und aus Verbindungen mit der Formel:\ IC=C-Rhergestellt worden ist, in der R Nitril, Imin, Amid oder eine Carboxylgruppe bedeutet, und das erste Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 15»000 bis 15.00O0OOO hat und die Gewichtskonzentration des ersten Polymers annähernd im Bereich von 0,01 bis §00 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer eine Polyacrylsäure, ein Polyacrylat, ein organisches Phosphonat oder eine Mischung dieser ist und das zweite Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht vion etwa 1.000 bis 50.000 hat und die Gewichtskonzentration des zweiten Polymers annähernd im Bereich von 0,5 bis 20 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Mischpolymer ist.209837/1U5
- 20. Verfahren nach Anspruch 17,dadurch gekennzeichnet, daß R eine Amidgruppe ist,
- 21. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Carboxylgruppe ist und die Formel .. COOM hat, worin M Wasserstoff, Ammonium, ein Metall oder eine organische Gruppe bedeutet.
- 22. Verfahren zum Entfernen von Korrosionsknötchen von einem metallischen Substrat und zum Verhindern von weiterer Korrosion, dadurch gekennzeichnet, daß man ein polyelektrolytisches organishces Polymer, eine wasserlösliche Siliciumdioxid enthaltende Verbindung und eine wasserlösliche sechswertiges Chrom enthaltende Verbindung mit Wasseijeur Bildung einer wäßrigen Lösung vereinigt und das metallische Substrat mit(leser Lösung in Berührung bringt, um vorliegende Korrosionsknötchen zu entfernen und eine weitere Korrosion zu verhindern, wobei das Polymer aus Verbindungen der Formel :\ IC = C-Rhergestellt worden ist,, in der R Nitril-, Iminr, Amid- oder eine Carboxylgruppe bedeutet, und das Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 15.000 bis 15.000.000 hat und die Gewichtskonzentration annähernd im Bereich von 0,01 bis 300 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid ein Alkalimetallsilicat, Ammoniumsilicat, Ortho- oder Metakieselsäure,- eines ihrer Hydrate oder eine Mischung dieser ist.
- 24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß209837/1 USdas Siliciumdioxid in dem Bereich von 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser vorliegt.
- 25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid annähernd im Bereich von 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser vorliegt.
- 25. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid ein Natriumsilicat ist, das ein Gewichtsverhältnis von SiO2 zu Na2O von annähernd 0,67 bis 3,75 hat.
- 27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskonzentration des Siliciumdioxids im Bereich von annähernd 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 28. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Polymer ein Mischpolymer isto
- 29. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Amidgruppe ist.
- 30. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Carboxylgruppe ist und die Formel .e COOM hafcb, in der M Wasserstoff, Ammonieum, ein Metall oder eine organische Gruppe bedeutete
- 31. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man ein zweites Polymer mit Wasser vereinigt, wobei das zweite Polymer eine Polyacrylsäure, ein Polyacrylat, ein organisches Phosphonat oder eine Mischung dieser bedeutet und das zweite Polymer ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 1.000 bis 50.000 hat und die Gewichtskonzentration des zweiten Polymers annähernd in dem Bereich von 0,5 bis 20 Teilen je Million Teile Wasser liegt»209837/1U5
- 32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Polymer ein Copolymer ist.
- 33. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Amidgruppe ist.
- 34. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß R eine Carboxylgruppe ist und die Formel o. COOM hat, in der M Wasserstoff, Ammonium, ein Metall oder eine organische Gruppe bedeutet.
- 35. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Kieselsäure ein Alkalimetallsilicat, Ammoniumsilicat, eine Ortho- oder Metakieselsäure, eio Hydrat$ 'oder eine Mischung dieser ist.
- 36. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskonzentration des Siliciumdioxids annähernd im Bereich von 0,1 bis 500 Teilen je Million Teile Wasser liegt.
- 37. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtskonzentration des Siliciumdioxids annähernd im Bereich von 0,1 bis 500 Teilen de Million Teile Wasser liegt.
- 38. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumdioxid ein Natriumsilicat ist, das ein Gewichtsverhältnis von SiOp zu Na2O von annähernd 0,67 bis 3,75 aufweist.
- 39. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet; daß die Gewichtskonzentration des Siliciumdioxids annähernd in dem Bereich von 0,1 bis 500 Teilen Je Million Teile Wasser liegt.
- 40. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder209837/1U5eine Mischung dieser ist»
- 41. Verfahren nach Anspruch 23» dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder eine Mischung dieser ist.
- 42. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder eine Mischung dieser isto
- 43. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder eine Mischung dieser ist.
- 44. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder eine Mischung dieser ist.
- 45. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder eine Mischung dieser ist.
- 46. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom enthaltende Verbindung ein Alkalimetallchromat oder -dichromat, Ammoniumchromat, Chromsäure, ein Hydrat dieser oder eine Mischung dieser ist.209837/1U5
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