DE69033634T2 - COMPOSITIONS AND METHOD FOR INHIBITING CORROSION OF IRON METALS - Google Patents
COMPOSITIONS AND METHOD FOR INHIBITING CORROSION OF IRON METALSInfo
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- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/06—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in markedly alkaline liquids
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
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- C23F11/00—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent
- C23F11/08—Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft neue und verbesserte Zusammensetzungen zur Korrosionsinhibition, eine unerwartete und neue Verwendung von biologisch abbaubaren Korrosionsinhibitoren und verbesserte Verfahren zur Korrosionsinhibition von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metalloberflächen (die korrosionsanfällig sind) in Gegenwart eines wässrigen Mediums. Insbesondere betrifft die Erfindung korrosionsinhibierende Aminosäuren und Verfahren für Verwendung solcher korrosionsinhibierender Aminosäuren, die eine Korrosion von Eisen-haltigen Metallen inhibieren, und zwar bei Anwendungsbedingungen in Gegenwart eines ansonsten korrosiven wässrigen Mediums.The present invention relates to new and improved corrosion inhibition compositions, an unexpected and new use of biodegradable corrosion inhibitors, and improved methods for corrosion inhibition of ferrous or iron-containing metal surfaces (which are susceptible to corrosion) in the presence of an aqueous medium. More particularly, the invention relates to corrosion-inhibiting amino acids and methods for using such corrosion-inhibiting amino acids that inhibit corrosion of ferrous metals under conditions of use in the presence of an otherwise corrosive aqueous medium.
Ein wichtiger Mechanismus zum Schutz des Metalls gegen korrosive Zerstörung wird durch die Verwendung von Inhibitoren erreicht. Leider ist gefunden worden, dass bestimmte übliche Korrosionsinhibitoren wie Stickstoff-enthaltende und aromatische Verbindungen enthaltende Formulierungen, die in großem Umfang als Additive zur Korrosionsinhibition in wässrigen Heiz- und Kühlsystemen verwendet werden, für die öffentliche Gesundheit und die Umwelt gefährlich sind. Die Entfernung solcher gefährlicher Verbindungen durch Ausfällen oder andere Behandlungen ist kompliziert und teuer. Die Verwendung anderer Korrosionsinhibitoren, wie beispielsweise Chromsalze, ist verboten worden, da sie im Verdacht stehen, karzinogen zu sein. Folglich ist es erwünscht, die inhibierenden Eigenschaften von biologisch kompatiblen und/oder biologisch abbaubaren Verbindungen zu untersuchen. Solche Verbindungen können, wenn sie nicht toxisch und auf einfache Weise in hoher Reinheit herzustellen, und biologisch abbaubar sind, die Mühe der Beseitigung oder des Recyclings in hohem Maße erleichtern. Aminosäuren sind für eine beschränkte Verwendung vorgeschlagen worden.An important mechanism for protecting the metal against corrosive destruction is achieved through the use of inhibitors. Unfortunately, certain common corrosion inhibitors, such as nitrogen-containing and aromatic compound-containing formulations, which are widely used as corrosion inhibition additives in aqueous heating and cooling systems, have been found to be hazardous to public health and the environment. The removal of such hazardous compounds by precipitation or other treatments is complicated and expensive. The use of other corrosion inhibitors, such as chromium salts, has been banned because they are suspected of being carcinogenic. Consequently, it is desirable to investigate the inhibiting properties of biocompatible and/or biodegradable compounds. Such compounds, if nontoxic, easily prepared in high purity, and biodegradable, can greatly reduce the burden of disposal or recycling. Measures facilitate. Amino acids have been suggested for limited use.
Beispielsweise wurde von Nippon Kokoh in dem japanischen Patent J50091546-A vom 22. Juli 1975 beschrieben, dass Gemische, bei denen sowohl Amine als auch Aminosäuren oder ihre Salze erforderlich sind, die atmosphärische Korrosion verschiedener Eisen-haltiger und nicht Eisen-haltiger Metallfolien inhibieren, wenn sie in Wasser unter Bildung 20%iger wässriger Lösungen aufgelöst werden. Es wird angenommen, dass der pH der auf den Folien absorbierten Feuchtigkeit etwa 5, 5 oder weniger beträgt.For example, Nippon Kokoh in Japanese patent J50091546-A, dated July 22, 1975, described that mixtures requiring both amines and amino acids or their salts inhibit atmospheric corrosion of various ferrous and non-ferrous metal foils when dissolved in water to form 20% aqueous solutions. It is believed that the pH of the moisture absorbed on the foils is about 5.5 or less.
In der JP-A-56-98482 wird ein Antikorrosionsmittel beschrieben, das besonders zur Nahrungsmittelherstellung geeichnet ist, und zwar zur Verwendung mit Kalziumchloridsalzlösung, die aus mindestens einem mehrwertigen Alkohol, einer Aminosäure oder einem Saccharid und einem Alkalihydroxid besteht.JP-A-56-98482 describes an anti-corrosion agent which is particularly suitable for food production, namely for use with calcium chloride salt solution which consists of at least one polyhydric alcohol, an amino acid or a saccharide and an alkali hydroxide.
Jedoch haben sich umfangreiche Untersuchungen über übliche Aminosäuren alleine nicht als vielversprechend erwiesen. Beispielsweise wurden in V. Hluchan et al. "Amino Acids As Corrosion Inhibitors in Hydrochloric Acid Solutions", Werkstoffe und Korrosion, ~, 512-517 (1988) 22 der bekanntesten Aminosäuren als Korrosionsinhibitoren für Eisen in 1,0 M Salzsäure bei einem pH von etwa 0 untersucht. Im allgemeinen zeigten diejenigen, die bei einem sauren pH inhibierende Eigenschaften aufwiesen, keine korrosionsinhibierende Wirkung, die für eine unmittelbare industrielle Anwendung brauchbar wäre. Die Aminosäuren mit längerer Kohlenwasserstoffkette und diejenigen mit zusätzlichen Aminogruppen oder mit Gruppen, die die Elektronendichte der Aminogruppen erhöhen konnten, neigten als einzige zu einer wirksamen Korrosionsinhibition.However, extensive studies on common amino acids alone have not shown promise. For example, in V. Hluchan et al. "Amino Acids As Corrosion Inhibitors in Hydrochloric Acid Solutions", Materials and Corrosion, ~, 512-517 (1988) 22 of the best known amino acids were tested as corrosion inhibitors for iron in 1.0 M hydrochloric acid at a pH of about 0. In general, those that showed inhibiting properties at an acidic pH did not show corrosion inhibiting activity that would be useful for immediate industrial application. The amino acids with longer hydrocarbon chains and those with additional amino groups or with groups that could increase the electron density of the amino groups were the only ones that tended to show effective corrosion inhibition.
Namentlich Asparaginsäure, die in der vorliegenden Erfindung bevorzugt verwendete Aminosäure und Glutaminsäure zeigen diese "Tendenz" nicht. Die Schlussfolgerung war, dass solche Aminosäuren insbesondere aufgrund der einzelnen Aminogruppe, der kurzen Kohlenstoffkette und der zusätzlichen Carboxylgruppe schlechte Inhibitoren sind.Namely, aspartic acid, the amino acid preferably used in the present invention, and glutamic acid do not show this "tendency". The conclusion was that such amino acids are poor inhibitors, particularly due to the single amino group, the short carbon chain and the additional carboxyl group.
Darüber hinaus wird es von der Fachwelt als nachteilig angesehen, Asparaginsäure als einen Inhibitor bei den zuvor genannten sauren pH-Bedingungen einzusetzen, da Asparaginsäure bei leicht alkalischen pH-Bedingungen als inhärent korrosiv bekannt ist. Siehe K. Ramakrishnaiah, "Role of Some Biologically Important Compounds on the Corrosion of Mild Steel and Copper in Sodium Chloride Solutions", Bulletin of Electrochemisty, 2(1), 7-10 (1986). Darin wurde beschrieben, dass Asparaginsäure bei einem pH von 8 tatsächlich die Korrosion beschleunigt (Inhibitionswirkung -25,4%). Selbst in Kombination mü: einem hervorragenden Korrosionsinhibitor für Weichstahl, wie beispielsweise Papaverin, hielt die Gegenwart von Asparaginsäure die Korrosivität der Lösung aufrecht.Furthermore, it is considered disadvantageous by the art to use aspartic acid as an inhibitor under the aforementioned acidic pH conditions, since aspartic acid is known to be inherently corrosive under slightly alkaline pH conditions. See K. Ramakrishnaiah, "Role of Some Biologically Important Compounds on the Corrosion of Mild Steel and Copper in Sodium Chloride Solutions", Bulletin of Electrochemistry, 2(1), 7-10 (1986). It was reported that aspartic acid at pH 8 actually accelerates corrosion (inhibition effect -25.4%). Even in combination with an excellent mild steel corrosion inhibitor such as papaverine, the presence of aspartic acid maintained the corrosiveness of the solution.
Ein verwandtes Problem in der Industrie ist, dass es bekannt ist, dass die Bewegung von Fluids bzw. Flüssigkeiten die Korrosionsgeschwindigkeit von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen erhöht, wenn diese einer wässriger Umgebung ausgesetzt sind. Was für eine korrosive Wirkung auch immer von Aminosäuren wie Asparaginsäuren in wässrigen Medien angenommen werden mag, würde man demgemäß in der Praxis eine Verschlechterung erwarten, wenn solche Aminosäuren in kraftfahrttechnischen Vorrichtungen, Kühl- oder Heizvorrichtungen vorliegen, wo solche Medien in Bewegung gesetzt werden.A related problem in industry is that it is known that the movement of fluids increases the rate of corrosion of ferrous or ferrous metals when exposed to an aqueous environment. Whatever corrosive effect amino acids such as aspartic acids may be expected to have in aqueous media, one would therefore expect a deterioration in practice when such amino acids are present in automotive, cooling or heating devices where such media are set in motion.
Daher sind Aminosäuren wie Asparaginsäuren, obwohl sie nicht toxisch und biologisch abbaubar sind, als Korrosionsinhibitoren vermieden worden.Therefore, amino acids such as aspartic acids, although non-toxic and biodegradable, have been avoided as corrosion inhibitors.
Ein Verfahren zur Korrosionsinhibition von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen unter Verwendung von Aminosäuren, die lediglich eine einzelne Aminogruppe aufweisen und die eine zusätzliche Carboxylgruppe (wie Asparaginsäure) aufweisen, unter Bedingungen, bei denen solche Aminosäuren vollständig ionisiert sind, würde einen überraschend unerwarteten Befund darstellen, der ein lange bestehendes Bedürfnis in der Industrie befriedigt. Gleicherweise würde ein Korrosionsinhibitor für Eisenmetalle, der die Korrosionsgeschwindigkeit herabsetzt, selbst unter Bedingungen einer erhöhten Bewegung wässriger Flüssigkeiten, eine wesentliche Verbesserung des Standes der Technik darstellen.A method for inhibiting corrosion of ferrous or ferrous metals using amino acids having only a single amino group and having an additional carboxyl group (such as aspartic acid) under conditions where such amino acids are fully ionized would represent a surprisingly unexpected discovery satisfying a long-standing need in industry. Likewise, a corrosion inhibitor for ferrous metals that reduces the rate of corrosion even under conditions of increased agitation of aqueous fluids would represent a significant improvement in the art.
Es ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Zusammensetzung zur Korrosionsinhibition für Eisen- bzw. Eisen-haltige Metalle in Gegenwart eines wässrigen Mediums bereitzustellen.It is a primary object of the present invention to provide a new and improved composition for corrosion inhibition of ferrous or ferrous-containing metals in the presence of an aqueous medium.
Es ist das primäre Ziel der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Verfahren zur Korrosionsinhibition von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen in Gegenwart eines wässrigen Mediums bereitzustellen.It is the primary objective of the present invention to provide new and improved methods for corrosion inhibition of iron or iron-containing metals in the presence of an aqueous medium.
Ein anderes primäres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, neue und verbesserte Verfahren zur Korrosionsinhibition von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen in Gegenwart eines wässrigen Mediums unter statischen Bedingungen bereitzustellen.Another primary object of the present invention is to provide new and improved methods for corrosion inhibition of iron or iron-containing metals in the presence of an aqueous medium under static conditions.
Noch ein anderes primäres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, neue und verbesserte Verfahren zur Korrosionsinhibition von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen in Gegenwart eines wässrigen Mediums unter dynamischen fluiden Bewegungsbedingungen.Yet another primary object of the present invention is to provide new and improved methods for corrosion inhibition of ferrous or ferrous-containing metals in the presence of an aqueous medium under dynamic fluid motion conditions.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, neue und verbesserte Verfahren zur Verwendung von Aminosäuren mit einer einzelnen Aminogruppe als Korrosionsinhibitoren für Eisen- bzw. Eisen-haltige Metalle in Gegenwart eines wässrigen Mediums bereitzustellen.It is a further object of the present invention to provide new and improved methods for using amino acids having a single amino group as corrosion inhibitors for iron or iron-containing metals in the presence of an aqueous medium.
Andere und weitere Ziele der vorliegenden Erfindung werden aus der beigefügten Beschreibung und den Patentansprüchen ersichtlich.Other and further objects of the present invention will become apparent from the appended description and claims.
Es ist gefunden worden, dass Asparaginsäure, Polyasparaginsäure und Salze davon, von denen bislang bekannt war, dass sie die Korrosion von Metall in leicht alkalischen, wässrigen Medien beschleunigen, unerwarteterweise wirksam als Korrosionsinhibitoren wirken, wenn sie unter den Anwendungsbedingungen vollständig ionisiert sind. Solche Aminosäuren bewirken eine 100-1000fache Abnahme der Korrosionsgeschwindigkeit von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen. Überraschenderweise wird dieser korrosionsinhibitierende Effekt mit zunehmender Fluidgeschwindigkeit verbessert.It has been found that aspartic acid, polyaspartic acid and salts thereof, which were previously known to accelerate the corrosion of metal in slightly alkaline, aqueous media, unexpectedly act effectively as corrosion inhibitors when fully ionized under the conditions of use. Such amino acids cause a 100-1000-fold decrease in the corrosion rate of iron or iron-containing metals. Surprisingly, this corrosion-inhibiting effect is improved with increasing fluid velocity.
Fig. 1 zeigt eine Darstellung des Impedanzspektrums für eine Weichstahlelektrode, wobei reale gegen imaginäre Koordinaten aufgetragen sind, die bei 200 UpM in einer wässrigen Lösung rotiert, die bei 90º C und einem pH von 10 1000 ppm Asparaginsäure enthält.Fig. 1 shows a plot of the impedance spectrum for a mild steel electrode, plotted in real versus imaginary coordinates, rotating at 200 rpm in an aqueous solution containing 1000 ppm aspartic acid at 90ºC and pH 10.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung des Impedanzspektrums für eine Weichstahlelektrode, wobei reale gegen imaginäre Koordinaten aufgetragen sind, die bei 200 UpM in einer wässrigen Lösung bei 90ºC und einem pH von 10 ohne Asparaginsäure rotiert, deren Leitfähigkeit jedoch mit Natriumsulfat eingestellt ist.Fig. 2 shows a plot of the impedance spectrum for a mild steel electrode, plotted real versus imaginary coordinates, rotating at 200 rpm in an aqueous solution at 90ºC and pH 10 without aspartic acid, but whose conductivity is adjusted with sodium sulfate.
Fig. 3 zeigt eine Darstellung der Impedanzgröße gegen den Logarithmus der Frequenz für die Weichstahlelektrode in Fig. 1 und 2.Fig. 3 shows a plot of the impedance magnitude versus the logarithm of the frequency for the mild steel electrode in Fig. 1 and 2.
Fig. 4 zeigt eine Darstellung des Phasenwinkels gegen den Logarithmus der Frequenz für die Weichstahlelektrode in Fig. 1 und 2.Fig. 4 shows a plot of the phase angle versus the logarithm of the frequency for the mild steel electrode in Fig. 1 and 2.
Die beanspruchte Technologie wird durch eine Zusammensetzung zur Korrosionsinhibition Eisen- bzw. Eisen-haltiger Metalle in Gegenwart eines wässrigen Mediums repräsentiert, wobei die Zusammensetzung umfasst:The claimed technology is represented by a composition for corrosion inhibition of iron or iron-containing metals in the presence of an aqueous medium, the composition comprising:
(a) eine Aminosäure, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Asparaginsäure, Polyasparaginsäure und Salzen davon in einer Menge, die ausreicht, um in dem wässrigen Medium unter Anwendungsbedingungen eine Konzentration von 100 ppm bis 5,0 Gew.-% bereitzustellen, und(a) an amino acid selected from the group consisting of aspartic acid, polyaspartic acid and salts thereof in an amount sufficient to provide a concentration of from 100 ppm to 5.0% by weight in the aqueous medium under conditions of use, and
(b) eine Base in einer Menge, die in dem wässrigen Medium unter Anwendungsbedingungen einen pH von mindestens 8, 9 bereitstellt.(b) a base in an amount sufficient to provide a pH of at least 8.9 in the aqueous medium under conditions of use.
Die erfindungsgemäße Technologie umfasst auch ein Verfahren zur Korrosionsinhibition von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen in Gegenwart eines wässrigen Mediums, wobei das Verfahren umfasst, dass man zu dem wässrigen MediumThe technology according to the invention also includes a method for corrosion inhibition of iron or iron-containing metals in the presence of an aqueous medium, wherein the method comprises adding to the aqueous medium
(a) eine Aminosäure zugibt, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Asparaginsäure, Polyasparaginsäure und Salzen davon, in einer Menge, die ausreicht, um in dem wässrigen Medium unter Anwendungsbedingungen eine Aminosäurekonzentration von 100 ppm bis 5,0 Gew.-% bereitzustellen, und(a) adding an amino acid selected from the group consisting of aspartic acid, polyaspartic acid and salts thereof in an amount sufficient to provide an amino acid concentration of 100 ppm to 5.0 wt.% in the aqueous medium under conditions of use, and
(b) eine Base zugibt, in einer Menge, die ausreicht, um in dem wässrigen Medium unter Anwendungsbedingungen einen pH von mindestens 8, 9 bereitzustellen.(b) adding a base in an amount sufficient to provide a pH of at least 8.9 in the aqueous medium under conditions of use.
Vorzugsweise weisen die Aminosäureverbindungen einen Überschuss an Carboxylgruppen gegenüber "freien" Aminogruppen auf, beispielsweise 2 Carboxylgruppen und eine Aminogruppe, obwohl ein Verhältnis von Carboxylgruppe/ Aminogruppe von 1 geeignet ist. Geeignete Anninosäuren werden durch die folgende Formel dargestellt: Preferably, the amino acid compounds have an excess of carboxyl groups over "free" amino groups, for example 2 carboxyl groups and one amino group, although a carboxyl group/amino group ratio of 1 is suitable. Suitable amino acids are represented by the following formula:
n eine ganze Zahl ist, die die Anzahl der wiederkehrenden Asparaginsäureeinheiten angibt.n is an integer indicating the number of repeating aspartic acid units.
Nicht einschränkend wirkende geeignete Salze umfassen beispielsweise Alkalimetall-, lösliche Erdalkalimetall- und C&sub1;-C&sub4;-Alkylamin-Salze.Non-limiting suitable salts include, for example, alkali metal, soluble alkaline earth metal and C₁-C₄ alkylamine salts.
Diese Verbindungen sind aus einer Reihe von Quellen ohne weiteres erhältlich und können entweder durch chemische Synthese oder mikrobielle Fermentation hergestellt werden.These compounds are readily available from a number of sources and can be produced by either chemical synthesis or microbial fermentation.
Diese Verbindungen sind als Korrosionsinhibitoren ineffizient, wenn sie in der vollständig protonierten kationischen Form vorliegen und tragen sogar noch zur Verschlechterung bei, indem sie tatsächlich die Korrosion beschleunigen, wenn der pH vom Sauren ins Alkalische steigt. Es ist jedoch gefunden worden, dass wenn sie einmal unter Anwendung ausreichend alkalischer Bedingungen vollständig ionisiert sind, die Korrosionsgeschwindigkeit von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen stark umkehren. Im allgemeinen sind alkalische pH-Werte von mindestens etwa 8, 9, je nach der Temperatur und der speziellen verwendeten Verbindung, geeignet. Unter solchen Anwendungsbedingungen wird die Korrosionsgeschwindigkeit um das 100 bis 1000fache reduziert, verglichen mit der Korrosionsgeschwindigkeit von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen unter vergleichbaren pH-Bedingungen in Abwesenheit dieser Verbindungen.These compounds are ineffective as corrosion inhibitors when in the fully protonated cationic form and even contribute to the deterioration by actually accelerating corrosion as the pH increases from acidic to alkaline. However, once fully ionized using sufficiently alkaline conditions, they have been found to greatly reverse the corrosion rate of ferrous or ferrous metals. In general, alkaline pH values of at least about 8.9 are suitable, depending on the temperature and the particular compound used. Under such application conditions, the corrosion rate is reduced by 100 to 1000 times compared to the corrosion rate of ferrous or ferrous metals under comparable pH conditions in the absence of these compounds.
Die erfindungsgemäßen Korrosionsinhibitoren können bei niedrigen Konzentrationen wie 100 parts per million und auch bei hohen Konzentrationen wie 5,0 Gew.-% und darüber eingesetzt werden (in dem wässrigen Medium). Es ist besonders bevorzugt, die erfindungsgemäßen Korrosionsinhibitoren bei einer Konzentration von etwa 1000 ppm bis etwa 3,3 Gew.-% einzusetzen. Es ist jedoch offensichtlich, dass Konzentrationen von größer als 5,0 Gew.-% der Korrosionsinhibitoren verwendet werden können, falls dies gewünscht ist, solange die höheren Mengen nicht abträglich für das System sind, in dem die Korrosionsinhibitoren eingesetzt werden.The corrosion inhibitors of the present invention can be used at low concentrations such as 100 parts per million and also at high concentrations such as 5.0% by weight and above (in the aqueous medium). It is particularly preferred to use the corrosion inhibitors of the present invention at a concentration of from about 1000 ppm to about 3.3% by weight. However, it is apparent that concentrations greater than 5.0% by weight of the corrosion inhibitors can be used if desired, so long as the higher amounts are not detrimental to the system in which the corrosion inhibitors are used.
Der korrosionsinhibitierende Effekt der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen kann bei niedrigen Temperaturen wie Raumtemperatur oder etwa 25ºC oder darunter und bei hohen Temperaturen wie etwa 90ºC und darüber gefunden werden.The corrosion inhibiting effect of the compositions of the invention can be found at low temperatures such as room temperature or about 25°C or below and at high temperatures such as about 90°C and above.
Obwohl es bekannt ist, dass Temperatur bzw. Wärme die Korrosion von Metallen beschleunigt, ist besonders anzumerken, dass eine Erhöhung der Temperatur die korrosionsinhibierenden Eigenschaften der vorliegenden Erfindung nicht über denjenigen Effekt hinaus beeinträchtigt, den Temperatur auf den pH ausübt. Beispielsweise kann der pH des Systems um 1 Einheit von dem bei 25ºC gemessenen Wert sinken, verglichen zu dem bei 90ºC gemessenen Wert. Der pK der vollständig ionisierten Form der Aminosäure nimmt mit zunehmender Temperatur ebenfalls ab. Solange die Temperatur jedoch den pH nicht unter den Punkt sinken läßt, bei dem die Inhibitoren vollständig ionisiert werden, bleiben die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen wirksam.Although it is known that temperature or heat accelerates the corrosion of metals, it is important to note that increasing the temperature does not affect the corrosion inhibiting properties of the present invention beyond the effect that temperature has on pH. For example, the pH of the system may decrease by 1 unit from the value measured at 25°C compared to the value measured at 90°C. The pK of the fully ionized form of the amino acid also decreases with increasing temperature. However, as long as the temperature does not cause the pH to decrease below the point at which the inhibitors are fully ionized, the compositions of the invention remain effective.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen in dynamischen, fließenden Systemen eingesetzt. Überraschenderweise steigt die Korrosionsgeschwindigkeit von Eisenmetallen in solchen Systemen mit zunehmender Fluidgeschwindigkeit nicht an. In der Tat besteht eine Neigung zu einer signifikanten Abnahme der Korrosionsrate mit zunehmender Fluidgeschwindigkeit. In Gegenwart der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen führt eine Zunahme der Fluidgeschwindigkeit von beispielsweise 200 Umdrehungen pro Minute (UpM) bis etwa 1000 UpM in einer rotierenden Zylinderelektrode normalerweise zu einer Zunahme der Korrosionsrate von Eisenmetallen in Gegenwart eines solchen wässrigen Mediums während eines Zeitraums von mindestens 24 Stunden. Diese Zunahme der Korrosionsrate kommt üblicherweise für Stähle in Wasser und anderen wässrigen Systemen vor, da die Reduktion von Sauerstoff häufig der Geschwindigkeits-limitierende Schrift ist. Das heißt die Geschwindigkeit des Massentransfers von Sauerstoff zu der korrodierenden Oberfläche nimmt mit zunehmender Fluidgeschwindigkeit zu.In a particularly preferred embodiment, the compositions of the invention are used in dynamic, flowing systems. Surprisingly, the corrosion rate of ferrous metals in such systems does not increase with increasing fluid velocity. In fact, there is a tendency for the corrosion rate to decrease significantly with increasing fluid velocity. In the presence of the compositions of the invention, an increase in fluid velocity from, for example, 200 revolutions per minute (rpm) to about 1000 rpm in a rotating cylinder electrode will typically result in an increase in the corrosion rate of ferrous metals in the presence of such an aqueous medium for a period of at least 24 hours. This increase in corrosion rate is common for steels in water and other aqueous systems because the reduction of oxygen is often the rate-limiting factor. That is, the rate of mass transfer of oxygen to the corroding surface increases with increasing fluid velocity.
Unter den Anwendungsbedingungen für die erfindungsgemäßen korrosionsinhibierenden Zusammensetzungen kann der pH des wässrigen Mediums von etwa 8, 9 bis etwa 14, vorzugsweise von etwa 9,5 bis etwa 12 variieren, gemessen bei Umgebungs- oder Raumtemperatur (etwa 25ºC). Es ist besonders bevorzugt, erfindungsgemäße Zusammensetzungen bei einem pH von etwa 10 oder größer, gemessen bei Umgebungs- oder Raumtemperatur, zu verwenden. Es ist jedoch offensichtlich, wie zuvor bereits angemerkt, dass der pH je nach Temperatur, bei der er gemessen wird, variiert.Under the conditions of use for the corrosion inhibiting compositions of the present invention, the pH of the aqueous medium may vary from about 8.9 to about 14, preferably from about 9.5 to about 12, measured at ambient or room temperature (about 25°C). It is particularly preferred to use compositions of the present invention at a pH of about 10 or greater, measured at ambient or room temperature. However, it will be appreciated, as previously noted, that the pH will vary depending on the temperature at which it is measured.
Ist ein wässriges Medium inhärent sauer, ist es daher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, eine geeignete Aminosäure, vorzugsweise Asparaginsäure, in Zusammensetzungen zu verwenden, die eine wirksame Menge Base umfassen, um den Gesamt-pH des wässrigen Mediums auf über etwa 9,5 anzuheben, am meisten bevorzugt auf über etwa 9,9-10, bei welchem pH die Aminosäure in der vollständig ionisierten Form (korrespondierende Base) vorliegt.Therefore, when an aqueous medium is inherently acidic, it is a preferred embodiment of the invention to use a suitable amino acid, preferably aspartic acid, in compositions comprising an effective amount of base to raise the overall pH of the aqueous medium to above about 9.5, most preferably above about 9.9-10, at which pH the amino acid is in the fully ionized form (corresponding base).
Der pH des wässrigen Mediums kann durch Zugabe jeder geeigneten Base eingestellt werden, wie beispielsweise einem Alkalimetallhydroxid, z. B. Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Weitere Basen, die erfindungsgemäß verwendet werden können, umfassen Alkalimetallkarbonate, Hydrokarbylamine, Erdalkalimetallhydroxide und Ammoniumhydroxide.The pH of the aqueous medium can be adjusted by adding any suitable base, such as an alkali metal hydroxide, e.g., sodium hydroxide and potassium hydroxide. Other bases that can be used in the present invention include alkali metal carbonates, hydrocarbyl amines, alkaline earth metal hydroxides, and ammonium hydroxides.
Der pH einer korrosiven Umgebung kann inhärent alkalisch sein, wie beispielsweise wässrige Lösungen in Kontakt mit Kalkablagerungen, Beton und Düngemitteln, und Gefrierschutzlösungen für Automobile. In solchen Systemen kann eine Korrosionsinhibition durch bloße Zugabe einer geeigneten Aminosäure oder eines Salzes davon in einer Menge, die ausreicht, um in dem wässrigen Medium die zuvor beschriebenen Konzentrationen bereitzustellen, erreicht werden, ohne dass Fremdbasen zugegeben werden müssen.The pH of a corrosive environment may be inherently alkaline, such as aqueous solutions in contact with lime deposits, concrete and fertilizers, and automotive antifreeze solutions. In such systems, corrosion inhibition can be achieved by merely adding a suitable amino acid or salt thereof in an amount sufficient to provide the previously described concentrations in the aqueous medium, without the need to add extraneous bases.
Es gehört zu der vorliegenden Erfindung, dass die Korrosionsinhibitoren auch in wässrigen Medien verwendet werden können, die verschiedene anorganische und/oder organische Materialien enthalten, insbesondere sämtliche Bestandteile oder Substanzen, die in der Wasser-behandelnden Industrie eingesetzt werden, der Automobilindustrie und anderen wie beispielsweise Gefrierschutzmittelzusammensetzungen, Zusammensetzungen zur Metallreinigung und Spülzusammensetzungen für Kühler.It is within the scope of the present invention that the corrosion inhibitors can also be used in aqueous media containing various inorganic and/or organic materials, in particular all components or substances used in the water treatment industry, the automotive industry and others such as antifreeze compositions, metal cleaning compositions and radiator flushing compositions.
Die Wirksamkeit der Korrosionsinhibition für Metalloberflächen wird üblicherweise durch Messung der Korrosionsrats des betreffenden Metalls unter speziellen Bedingungen bestimmt. Zwei Arten der Messung der Korrosionsrate werden hier eingesetzt. Der Einfachheit halber werden diese bezeichnet als (1) Standardmetallcoupon-Massenverlusttest, der auch als statischer Immersionstest bezeichnet wird und (2) elektrochemische Impedanztechnik.The effectiveness of corrosion inhibition for metal surfaces is usually determined by measuring the corrosion rate of the metal in question under specific conditions. Two types of corrosion rate measurement are used here. For simplicity, these are referred to as (1) standard metal coupon mass loss test, also called static immersion test and (2) electrochemical impedance technique.
In dem Standardmetallcoupon-Massenverlusttest-Modus werden Metallcoupons bekannter Masse in eine wässrige Lösung eingetaucht, deren korrosionsinhibierende Eigenschaften bestimmt werden sollen. Das wässrige Medium wird bei bestimmten Bedingungen für einen bestimmten Zeitraum gehalten. Nach Beendigung der Expositionszeit werden die Coupons aus der wässrigen Lösung entfernt, in einem Ultraschallbäd mit Seifenlösung gereinigt, mit entionisiertem Wasser gespült, mit Aceton gespült, mit einem fusselfreien Papiertuch trockengetupft, mit einem Stickstoffstrom beblasen und gewogen, um den Massenverlust zu bestimmen und unter einem Stereoskop einer geeigneten Vergrößerung untersucht, um die Penetration der Metalloberfläche aufgrund der Korrosion zu bestimmen.In the standard metal coupon mass loss test mode, metal coupons of known mass are immersed in an aqueous solution whose corrosion inhibiting properties are to be determined. The aqueous medium is maintained at specified conditions for a specified period of time. After the exposure time is complete, the coupons are removed from the aqueous solution, cleaned in an ultrasonic bath with soap solution, rinsed with deionized water, rinsed with acetone, blotted dry with a lint-free paper towel, purged with a stream of nitrogen blown and weighed to determine the mass loss and examined under a stereoscope of appropriate magnification to determine the penetration of the metal surface due to corrosion.
Korrosion ist jedoch vielmehr ein elektrochemischer Prozess als eine streng chemische Reaktion. Elektrochemische Techniken, z. B. die elektrochemische Impedanztechnik stellen daher eine brauchbare und bequeme Indikation für die Korrosionsrate bereit. In der elektrochemischen Impedanztechnik ist es hilfreich, sich vor Augen zu halten, dass eine korrodierende Metalloberfläche aus einer großen Anzahl lokaler Anoden und einer großen Anzahl lokaler Kathoden besteht, deren Stellen sich tatsächlich verschieben können oder an dem selben Ort sein können, an dem die Korrosionsreaktion erfolgt. Am Ort der Anode wird das Metall oxidiert, während am Ort der Kathode Reduktion eintritt, nämlich die Reduktion von Wasserstoffionen in sauren Lösungen. Die Größe des Stroms, in Ampere pro Quadratzentimeter (A/cm²), bei Ruhespannung, gemessen in Bezug auf eine Bezugselektrode ist ein Maß für die Tendenz dafür, dass die jeweilige Reaktion abläuft. Diese Korrosionsstromdichte wird als die "Korrosionsrate" bezeichnet. In vielen Fällen wird die Korrosionsrate in eine "Peinetrationsrate" der Korrosion in Milliinch pro Jahr (mils per year, mpy) oder in Massenverlust umgerechnet, indem beispielsweise zwei Elektronen pro ionisiertem Eisenatom angenommen werden.However, corrosion is an electrochemical process rather than a strictly chemical reaction. Electrochemical techniques, such as electrochemical impedance, therefore provide a useful and convenient indication of the corrosion rate. In electrochemical impedance engineering, it is helpful to remember that a corroding metal surface consists of a large number of local anodes and a large number of local cathodes, the locations of which may actually be shifted or may be at the same location where the corrosion reaction occurs. At the anode location, the metal is oxidized, while at the cathode location, reduction occurs, namely the reduction of hydrogen ions in acidic solutions. The magnitude of the current, in amperes per square centimeter (A/cm2), at rest voltage, measured with respect to a reference electrode, is a measure of the tendency for the reaction in question to occur. This corrosion current density is referred to as the "corrosion rate." In many cases, the corrosion rate is converted to a "penetration rate" of corrosion in milliinches per year (mils per year, mpy) or in mass loss, for example by assuming two electrons per ionized iron atom.
Die "elektrochemische Impedanztechnik" wird angewendet, wobei die Frequenz an einer Elektrodengrenzfläche variiert wird, wobei eine Amplitudenwelle einer geringen Spannung von z. B. 5-10 Millivolt (mv), verwendet wird. Die Antwort wird verwendet, um die Korrosionsrate zu bestimmen und um Schlussfolgerungen über den Korrosionsmechanismus zu ziehen. Durch Analyse der Impedanzspektren erhält man einen Begriff, der als "Polarisationswiderstand" bezeichnet wird, gemessen in Ohm-Quadratzentimeter (Ohm-cm²), der umgekehrt proportional zur Korrosionsstromdichte (Korrosionsrate) ist. Demgemäß ist die Korrosionsrate entsprechend dem Ohmschen Gesetz (i = V/Rp) gleich dem Proportionalitätsfaktor (für das betreffende Metall), gemessen in Volt, dividiert durch den Polarisationswiderstand. Ein üblicher Proportionalitätsfaktor für Kohlenstoffstähle ist beispielsweise 0,025 Volt. Und da der Polarisationswiderstand umgekehrt proportional zur Korrosionsrate ist, wird der relative Grad des Polarisationswiderstands verwendet, um den Grad zu bestimmen, bis zu dem verschiedene Zusammensetzungen entweder niedrigere oder höhere Korrosionsraten aufweisen. Ein Polarisationswiderstand von 100 Ohm-cm² wird daher durch eine Korrosionsrate geschaffen, die etwa 100 mal schneller ist als eine Korrosionsrate, die einen Polarisationswiderstand von 10.000 Ohm-cm² aufweist. Ein Polarisationswiderstand von 100 Ohm/cm² steht für eine Korrosionsrate in der Größenordnung von etwa 100 mpy, während einer von 1000 Ohm-cm² für eine Korrosionsrate in der Größenordnung von etwa 10 mpy steht. Die Umrechnung des Polarisationswiderstandes in die Korrosionsrate (als mpy) kann durchgeführt werden, wenn eine Proportionalitätskonstante von 25 mV und das Faradaysche Gesetz angenommen wird.The "electrochemical impedance technique" is applied, varying the frequency at an electrode interface using an amplitude wave of low voltage, say 5-10 millivolts (mv). The response is used to determine the corrosion rate and to draw conclusions about the corrosion mechanism. By analyzing the impedance spectra, one obtains a term called the "polarization resistance," measured in ohm-centimeters squared (ohm-cm2), which is inversely proportional to the corrosion current density (corrosion rate). Accordingly, according to Ohm's law (i = V/Rp), the corrosion rate is equal to the proportionality factor (for the metal in question), measured in volts, divided by the polarization resistance. For example, a common proportionality factor for carbon steels is 0.025 volts. And since polarization resistance is inversely proportional to corrosion rate, the relative degree of polarization resistance is used to determine the degree to which different compositions exhibit either lower or higher corrosion rates. A polarization resistance of 100 ohm-cm2 is therefore by a corrosion rate that is about 100 times faster than a corrosion rate that has a polarization resistance of 10,000 ohm-cm². A polarization resistance of 100 ohms/cm² represents a corrosion rate on the order of about 100 mpy, while one of 1000 ohm-cm² represents a corrosion rate on the order of about 10 mpy. Conversion of polarization resistance to corrosion rate (as mpy) can be done by assuming a proportionality constant of 25 mV and Faraday's law.
Als Leitfaden für die elektrochemische Impedanztechnik siehe D. C. Silverman, "Primer on the AC Impedance Teclnnique," in Electrochemical Technigues for Corrosion Engineering (R. Baboian, Hrsg.), National Association of Corrosion Engineers, Houston, 1986, S. 73-79.For a guide to electrochemical impedance engineering, see D. C. Silverman, "Primer on the AC Impedance Teclnnique," in Electrochemical Technigues for Corrosion Engineering (R. Baboian, ed.), National Association of Corrosion Engineers, Houston, 1986, pp. 73-79.
Die folgenden spezifischen Beispiele veranschaulichen das beste derzeit bekannte Verfahren zur Durchführung dieser Erfindung und sind im Detail beschrieben, um ein klares Verständnis der Erfindung zu erleichtern. Es ist jedoch offensichtlich, dass die detaillierten Erklärungen der Anwendung der Erfindungen, obwohl sie bevorzugte Ausführungsformen betreffen, lediglich zur Veranschaulichung gegeben werden und die Erfindung nicht einschränken sollen, da verschiedene Änderungen und Modifikationen, die zur Erfindung gehören, dem Fachmann aus dieser ausführlichen Beschreibung ersichtlich werden.The following specific examples illustrate the best mode presently known for carrying out this invention and are described in detail in order to facilitate a clear understanding of the invention. It is to be understood, however, that the detailed explanations of the application of the invention, while referring to preferred embodiments, are given for the purpose of illustration only and are not intended to be limiting of the invention, since various changes and modifications pertaining to the invention will become apparent to those skilled in the art from this detailed description.
In den folgenden Beispielen bedeuten, wenn nichts anderes angegeben ist, sämtliche Teile und Prozentangaben Gewichtsteile und Gewichtsprozent, sämtliche Temperaturen sind in Grad Celsius (ºC) angegeben, der pH wurde bei 25ºC gemessen und der "Massenverlust" bedeutet "Penetrationsrate".In the following examples, unless otherwise indicated, all parts and percentages are by weight, all temperatures are in degrees Celsius (ºC), pH was measured at 25ºC, and "mass loss" means "penetration rate".
Die elektrochemische Impedanztechnik wurde verwendet, um die Korrosion von zwei (C1018) - Weichstahlelektroden zu bestimmen, die als Proben A und B bezeichnet wurden. Die Parameter und die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und Tabelle 2 angegeben.The electrochemical impedance technique was used to determine the corrosion of two (C1018) mild steel electrodes, designated as samples A and B. The parameters and the results are given in Table 1 and Table 2.
Es wurden Stahlcoupons hergestellt, die als Elektroden in einer Drehzylinderelektrodenvorrichtung verwendet wurden. Die Vorrichtung ist detailliert beschrieben in D. C. Silverman, "Rotating Cylinder Electrode for Velocity Sensitivity Testing," in orrosion, 41(5), 220-226 (1984). Die elelktrochemische Impedanztechnik ist detailliert beschrieben in D. C. Silverman und J. E. Carrico, "Electrochemical Impedance Technique - A Practical Tool for Corrosion Prediction,", in Corrosion, 44(5), 280-287 (1988).Steel coupons were prepared and used as electrodes in a rotating cylinder electrode apparatus. The apparatus is described in detail in DC Silverman, "Rotating Cylinder Electrode for Velocity Sensitivity Testing," in orrosion, 41(5), 220-226 (1984). The electrochemical impedance technique is described in detail in DC Silverman and JE Carrico, "Electrochemical Impedance Technique - A Practical Tool for Corrosion Prediction," in Corrosion, 44(5), 280-287 (1988).
Die zylindrische Elektrode wurde aus Weichstahl (C1018) hergestellt. Die Elektrode wurde mit Siliziumkarbidpapier mit Körnung 600 geschliffen, bevor sie in die zu untersuchende Lösung eingetaucht wurde. Die Lösung wurde auch auf die gewünschte Temperatur von 90ºC erwärmt, bevor die Elektrode eingetaucht wurde. Die Elektrode war auf einer Zylinderwelle angebracht, wurde dann eingetaucht und bei 200 UpM in Drehung versetzt, um turbulente Fließbedingungen zu gewährleisten. Die Wasserlinie befand sich in der Mitte des oberen Rulon®-Abstandshalters [Graphitimprägniertes Poly(tetrafluorethylen), E.I. du Pont de Nemours & Company], um hydrodynamische Effekte und Effekte durch Interferenz mit den Ergebnissen zu verhindern, um optimale Fließ- und Stromlinien zu gewährleisten.The cylindrical electrode was made of mild steel (C1018). The electrode was ground with 600 grit silicon carbide paper before being immersed in the solution under study. The solution was also heated to the desired temperature of 90ºC before the electrode was immersed. The electrode was mounted on a cylindrical shaft, then immersed and rotated at 200 rpm to ensure turbulent flow conditions. The water line was located in the center of the upper Rulon® spacer [graphite-impregnated poly(tetrafluoroethylene), E.I. du Pont de Nemours & Company] to prevent hydrodynamic effects and effects from interfering with the results to ensure optimal flow and streamlines.
In situ-Daten, die in Tabelle 1 (als Probe A) angegeben sind, wurden erhalten, indem die Weichstahlelektrode einer Natriumaspartatlösung bei einem pH von 10 in der Drehzylindervorrichtung ausgesetzt wurde. Der pH des Natriumaspartats betrug etwa 1000 ppm. Die Temperatur war auf 90ºC eingestellt, obwohl der pH bei 25ºC gemessen wurde.In situ data reported in Table 1 (as Sample A) were obtained by exposing the mild steel electrode to a sodium aspartate solution at pH 10 in the rotating cylinder apparatus. The pH of the sodium aspartate was about 1000 ppm. The temperature was set at 90ºC, although the pH was measured at 25ºC.
Auf ähnliche Weise wurden in situ-Daten, die in Tabelle 2 angegeben sind, für Probe B erhalten, mit der Ausnahme, dass kein Natriumaspartat vorlag und an dessen Stelle die selbe Ionenstärke erreicht wurde, indem Natriumsulfat (das kernen stofflichen Effekt auf die Korrosion aufweist) verwendet wurde.Similarly, in situ data presented in Table 2 were obtained for Sample B, except that sodium aspartate was not present and the same ionic strength was achieved by using sodium sulfate (which has a nuclear effect on corrosion) instead.
Es wurden Korrosionspotentiale für die verwendete Stahlelektrode für jede der Proben A und B gemessen, indem die Spannung zwischen der Stahlelektrode und einer gesättigten Kalomel-Elektrode gemessen wurde. Die Elektroden für jede der Proben A und B wurden bei verschiedenen Geschwindigkeiten über identische Expositionszeiten gedreht. Die Polarisationswiderstände wurden, wie in Silverman und Carrico, aaO beschrieben ist, bestimmt und wurden zur Bewertung der Korrosionsraten verwendet, die in die Penetrationsrate oder den Massenverlust in Millünch pro Jahr (mpy) umgerechnet wurden.Corrosion potentials were measured for the steel electrode used for each of Samples A and B by measuring the voltage between the steel electrode and a saturated calomel electrode. The electrodes for each of Samples A and B were rotated at various speeds for identical exposure times. Polarization resistances were determined as described in Silverman and Carrico, supra, and were used to evaluate corrosion rates, which were converted to penetration rate or mass loss in millunches per year (mpy).
Es wurden Impedanzspektren für die Stahlcouponelektroden (Proben A und B) bei einem pH von 10 in jeder der wässrigen Lösungen erzeugt, die für die Proben A und B verwendet wurden, und zwar bei 200 UpM, wobei die Drehzylinderelektrodenvorrichtung verwendet wurde. Diese Spektren (Kurven) sind in den Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellt. Die Übereinstimmung zwischen der berechneten Kurve und den tatsächlichen Daten zeigt, wie gut das Modell, das zum Erhalten des Polarisationswiderstandes verwendet wird, mit den tatsächlichen Ergebnissen übereinstimmt. Die Punktnatur des Angriffs, der für den statischen Tauchtest unter vergleichbaren Bedingungen (in den Versuchen Nr. 4 und 5 des folgenden Beispiels 2) bemerkt wurde, fehlte bei der Drehzylinderelektrode. Dieses Verhalten legt nahe, dass die Gegenwart eines gleichförmigen Geschwindigkeitsfeldes es der Asparaginsäure vorteilhafterweise ermöglicht, die Korrosion gleichförmiger zu inhibieren. Darüber hinaus legt die erhöhte gleichförmige Inhibition nahe, dass das Verfahren durch die feinere 600-Körnung, die für die Elektrode verwendet wurde, unterstützt wird, im Vergleich zu einer Endbearbeitung mit einer Körnung von 120, die für die Coupons verwendet wurde, die in den statischen Eintauchtests verwendet wurden. Das Nettoergebnis der glatteren Endbearbeitung ist, dass die Oberflächentopographie der Elektrode weniger heterogen war als diejenige des Coupons für das statische Eintauchen. Durch eine gleichmäßigere Geschwindigkeit und eine glattere Stahloberfläche konnte die Asparaginsäurekonzentration, die für eine gleichförmige Inhibition der Korrosion auf sämtlichen Teilen der Oberfläche erforderlich ist, gesenkt werden. TABELLE 1 KORROSION VON WEICHSTAHL MIT 1000 PPM NATRIUMASPARTAT (pH = 10, eingestellt bei 25ºC) Impedance spectra were generated for the steel coupon electrodes (samples A and B) at pH 10 in each of the aqueous solutions used for samples A and B at 200 rpm using the rotating cylinder electrode apparatus. These spectra (curves) are shown in Figs. 1, 2, 3 and 4. The agreement between the calculated curve and the actual Data shows how well the model used to obtain polarization resistance agrees with the actual results. The point nature of attack noted for the static immersion test under comparable conditions (in runs #4 and 5 of Example 2 below) was absent for the rotating cylinder electrode. This behavior suggests that the presence of a uniform velocity field advantageously allows the aspartic acid to inhibit corrosion more uniformly. Furthermore, the increased uniform inhibition suggests that the process is aided by the finer 600 grit finish used for the electrode, compared to a 120 grit finish used for the coupons used in the static immersion tests. The net result of the smoother finish is that the surface topography of the electrode was less heterogeneous than that of the static immersion coupon. By using a more uniform speed and a smoother steel surface, the concentration of aspartic acid required to inhibit corrosion uniformly on all parts of the surface could be reduced. TABLE 1 CORROSION OF MILD STEEL WITH 1000 PPM SODIUM ASPARTATE (pH = 10, adjusted at 25ºC)
Das Korrosionspotential der Probe A beträgt -310 mV(S. C. E.) TABELLE 2 KORROSION VON WEICHSTAHL MIT NATRIUMHYDROXID (pH = 10, eingestellt bei 25ºC).. The corrosion potential of sample A is -310 mV(SCE) TABLE 2 CORROSION OF MILD STEEL WITH SODIUM HYDROXIDE (pH = 10, adjusted at 25ºC).
Das Korrosionspotential der Probe B beträgt-630 mV (S. C. E.)The corrosion potential of sample B is -630 mV (S. C. E.)
Wie die Tabellen 1 und 2 zeigen, beträgt das Korrosionspotential von Probe A mit Natriumaspartat -310 mv (S. C. E.), während das Korrosionspotential von Probe B ohne Natriumaspartat bei -630 mV (S. C. E.) weit aktiver ist. Die Differenz zwischen den Korrosionspotentialen legt nahe, dass das Natriumaspartat eine größere Tendenz zum Oxidieren der Stahloberfläche aufweist.As shown in Tables 1 and 2, the corrosion potential of sample A with sodium aspartate is -310 mV (S.C.E.), while the corrosion potential of sample B without sodium aspartate is much more active at -630 mV (S.C.E.). The difference between the corrosion potentials suggests that the sodium aspartate has a greater tendency to oxidize the steel surface.
Dennoch zeigen die Korrosionsraten der jeweiligen Proben eine umgekehrte Beziehung zu dieser Oxidationstendenz. Die Größe der Differenz zwischen den Korrosionsraten von Probe A gegenüber Probe B nach identischen Expositionszeiten zeigt, dass das Aspartat die Korrosion um das 100 bis 1000fache inhibiert. Obwohl die Korrosion sowohl für Probe A (32 mpy) als auch Probe B (45 mpy) bei etwa der selben Rate begann, nahm die Rate in Gegenwart von Natriumaspartat rasch ab, während sie in seiner Abwesenheit sehr konstant blieb.Nevertheless, the corrosion rates of the respective samples show an inverse relationship to this oxidation tendency. The magnitude of the difference between the corrosion rates of sample A versus sample B after identical exposure times indicates that the aspartate inhibits corrosion by 100 to 1000-fold. Although corrosion began at approximately the same rate for both sample A (32 mpy) and sample B (45 mpy), the rate decreased rapidly in the presence of sodium aspartate, while remaining very constant in its absence.
Darüber hinaus führt in Abwesenheit des Aspartats eine Zunahme der Rotationsrate oder Fluidgeschwindigkeit zumindest in den ersten bis zu 24 Stunden des Laufs zu einer Zunahme der Korrosionsrate. Nach 48 Stunden war keine Veränderung festzustellen, höchstwahrscheinlich weil sich auf der Oberfläche Korrosionsprodukt gebildet hatte. Dieses Verhalten ist für Kohlenstoffstahl und Wasser normal, da die Reduktion von Sauerstoff der die Rate limitierende Schritt ist. Die Rate des Massentransfers von Sauerstoff zu der korrodierenden Oberfläche bestimmt häufig die Korrosionsrate, und diese Sauerstofftransferrate kann nachteilig beeinflusst werden, wenn sich auf der Oberfläche Korrosionsprodukte aufbauen. In Gegenwart des Aspartats stieg die Korrosionsrate jedoch nicht mit zunehmender Geschwindigkeit. Tatsächlich lag mit zunehmender Rotationsrate durchgängig in sämtlichen Versuchen eine signifikante Abnahme der Korrosionsrate vor. Die Abnahme der Korrosionsrate, die durch zunehmende Geschwindigkeit erreicht wird, scheint irreversibel zu sein, da selbst nachdem die Rotationsrate nachfolgend auf 200 UpM gesenkt wird, wie aus den Raten in Tabelle 1, die bei Expositionszeiten von 46 bis 48, 49 und 50 Stunden bestimmt wurden, die Korrosionsrate nicht zu der 0,13 mpy-Rate bei 200 UpM zurückkehrte, die die Probe aufwies, bevor die Fluidgeschwindigkeit auf 1000 UpM erhöht wurde.Furthermore, in the absence of aspartate, an increase in rotation rate or fluid velocity leads to an increase in the corrosion rate, at least in the first 24 hours of the run. After 48 hours, no change was observed, most likely because corrosion product was present on the surface. This behavior is normal for carbon steel and water since the reduction of oxygen is the rate limiting step. The rate of mass transfer of oxygen to the corroding surface often determines the corrosion rate, and this oxygen transfer rate can be adversely affected if corrosion products build up on the surface. However, in the presence of the aspartate, the corrosion rate did not increase with increasing speed. In fact, there was a significant decrease in the corrosion rate with increasing rotation rate consistently in all experiments. The decrease in corrosion rate achieved by increasing rotation rate appears to be irreversible since even after the rotation rate is subsequently decreased to 200 rpm, as can be seen from the rates in Table 1 determined at exposure times of 46 to 48, 49, and 50 hours, the corrosion rate did not return to the 0.13 mpy rate at 200 rpm that the sample exhibited before the fluid velocity was increased to 1000 rpm.
Demgemäß wirkt ein Natriumsalz von Asparaginsäure unter basischen Bedingungen in unerwarteter Weise als ein Korrosionsinhibitor für Eisen- bzw. Eisen-haltige Metalle.Accordingly, a sodium salt of aspartic acid acts unexpectedly as a corrosion inhibitor for iron or iron-containing metals under basic conditions.
Die Impedanzspektren selbst wurden als eine Funktion der Rotationsrate oder Fluidgeschwindigkeit untersucht, wobei die Drehzylinderelektrode über einen Zeitraum von 48 Stunden verwendet wurde. Graphische Darstellungen bei 200 UpM und nach 24 Stunden sind in den Fig. 1, 2, 3 und 4 dargestellt.The impedance spectra themselves were studied as a function of rotation rate or fluid velocity using the rotating cylinder electrode over a period of 48 hours. Plots at 200 rpm and after 24 hours are shown in Figs. 1, 2, 3 and 4.
In den Phasenwinkeldarstellungen für Weichstahl in Kontakt mit Natriumaspartat existieren zwei Peaks. Dies ist in Fig. 4 gezeigt. Ein derartiges Verhalten legt zwei Relaxationszeitkonstanten nahe, die wiederum nahelegen, dass entweder eine stark adsorbierte Zwischenstufe oder ein selbsthaftender Film in dem Korrosionsmechanismus beteiligt ist. Der Peak bei der hohen Frequenz wird der adsorbierten Zwischenstufe auf dem Film zugeschrieben, während der Peak bei niedriger Frequenz auf die Korrosionsrate bezogen ist. Demgemäß wird, obwohl wir uns nicht auf eine Theorie für den Korrosionsmechanismus festlegen wollen oder die vorliegende Erfindung auf irgendeine Weise beschränkt werden soll, angenommen, dass die Aspartationen eine Art adsorbierte Schicht auf der Stahloberfläche bilden, auch wenn der Mechanismus nicht vollständig verstanden wird. Ein weiterer Beweis für das Vorliegen einer Art adsorbierter Schicht auf der Stahloberfläche in Gegenwart von Aspartationen wird durch die Phasenwinkeldarstellung für Weichstahl unter vergleichbaren Bedingungen, jedoch in Abwesenheit von Aspartationen, erbracht. In einer solchen Darstellung, die auch in Fig. 4 gezeigt ist, gibt es lediglich einen Peak, was nahelegt, dass lediglich die Charge-Transfer-Korrosionsreaktion statffindet.Two peaks exist in the phase angle plots for mild steel in contact with sodium aspartate. This is shown in Fig. 4. Such behavior suggests two relaxation time constants, which in turn suggest that either a strongly adsorbed intermediate or a self-adhering film is involved in the corrosion mechanism. The peak at the high frequency is attributed to the adsorbed intermediate on the film, while the peak at the low frequency is related to the corrosion rate. Accordingly, although we do not wish to be bound by any theory for the corrosion mechanism or to limit the present invention in any way, it is believed that the aspartate ions form some sort of adsorbed layer on the steel surface, even though the mechanism is not fully understood. Further evidence for the existence of some sort of adsorbed layer on the steel surface in the presence of aspartate ions is provided by the phase angle plot for mild steel under comparable conditions, but in the absence of aspartate ions. In such a representation, which is also shown in Fig. 4, there is only one peak, which suggests that only the charge-transfer corrosion reaction takes place.
Vierzehn identische Couponproben aus Weichstahl (C1018) wurden unter.Fourteen identical coupon samples made of mild steel (C1018) were tested.
Verwendung von Siliziumkarbidpapier einer Körnung von 120 geschliffen, mit entionisiertem Wasser gewaschen, getrocknet und gewogen. Danach wurden die Proben, statischen Eintauchtests unterzogen. Die Parameter und die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 3 angegeben. Die Proben wurden auf Glashaken in Glasgefäßen gehängt, von denen jedes etwa 600 cm³ (oder cc) der L-Asparaginsäure-Testlösung enthielt. Die Lösungen wurden unter Verwendung von entionisiertem Wasser und L-Asparaginsäure in einer Menge, die ausreicht, um die gewünschte Asparaginsäurekonzentration bereitzustellen, hergestellt. Die Haken wurden durch Gummistöpsel angebracht, die das obere Ende der Gefäße verschlossen. Ein Gas/Wasser-Einblasrohr wurde an der Seite des Stöpsels für eine Belüftung der Lösungen mit Wassergesättigter Luft, aus der Kohlendioxid entfernt worden war, eingeführt. Die Gefäße wurden in Bäder mit konstanter Temperatur gegeben, in denen die Temperatur bei 90ºC aufrechtgehalten wurde. Die Expositionszeiten der Coupons betrugen 5-7 Tage; während dieser Zeit wurde periodisch entionisiertes Wasser zu der Asparaginsäure-Testlösung zugegeben, um den Wasserverlust durch Verdampfung bei den erhöhten Temperaturen zu kompensieren. Der pH einer jeden Lösung wurde zu Beginn des Tests unter Verwendung von Natriumhydroxid eingestellt und sowohl bei Raumtemperatur (RT, etwa 25ºC) als auch bei der Temperatur des Tests gemessen.The samples were ground using 120 grit silicon carbide paper, washed with deionized water, dried and weighed. The samples were then subjected to static immersion tests. The parameters and results are given in Table 3 below. The samples were hung on glass hooks in glass jars, each containing approximately 600 cm3 (or cc) of the L-aspartic acid test solution. The solutions were prepared using deionized water and L-aspartic acid in an amount sufficient to provide the desired aspartic acid concentration. The hooks were attached through rubber stoppers that closed the top of the jars. A gas/water sparger was inserted into the side of the stopper for aeration of the solutions with water-saturated air from which carbon dioxide had been removed. The jars were placed in constant temperature baths where the temperature was maintained at 90ºC. Coupon exposure times were 5-7 days; during this time, deionized water was periodically added to the aspartic acid test solution to compensate for water loss by evaporation at the elevated temperatures. The pH of each solution was adjusted at the start of the test using sodium hydroxide and measured at both room temperature (RT, approximately 25ºC) and at the temperature of the test.
Am Ende der Expositionszeiten wurden die Coupons aus den Lösungen entfernt, in einem Ultraschallbad mit Seifenllösung gereinigt, mit entionisiertem Wasser gespült, mit Aceton gespült, getrocknet und gewogen. Die Couponoberflächen wurden nach der Exposition unter einem Stereoskop bei zwischen 10facher und 30facher Vergrößerung untersucht. Die Korrosionsraten wurden in der zuvor erläuterten Weise bewertet, indem die Gewichtsveränderung (sowohl vor als auch nach Exposition mit der Asparaginsäurelösung) gemessen wurde und dann die Penetrationsrate oder der Massenverlust entweder in mpy oder Gramm pro Stunde berechnet wurde. In jenen Fällen, in denen die Korrosion extrem ungleichförmig oder auf bestimmte Flächen auf der Oberfläche lokalisiert war, wurde nur der Massenverlust in Gramm dividiert durch die Expositionszeit in Stunden angegeben. Der Grund hierfür ist, dass die über die gesamte Oberfläche ermittelte Korrosionsrate die Größe der Korrosion nicht exakt beschreibt, wenn die Korrosion in sehr engen Bereichen stattfindet. Dennoch zeigen die Ergebnisse in Tabelle 3 aus dem statischen Eintauchtest im Vergleich zu den Ergebnissen in Tabellen 1 und 2 aus dem konstanten Fließsystem, dass unter völlig stagnierenden Fließbedingungen die Konzentration an Asparaginsäure, die zum Erreichen eines äquivalenten Grades an Korrosionsinhibition benötigt wird, ansteigt. TABELLE 3 ERGEBNISSE DES STATISCHEN EINTAUCHTESTS FÜR WEICHSTAHL/ASPARAGINSÄURE BEI 90ºC - BELÜFTET At the end of the exposure times, the coupons were removed from the solutions, cleaned in an ultrasonic bath with soap solution, rinsed with deionized water, rinsed with acetone, dried, and weighed. The coupon surfaces were examined after exposure under a stereoscope at between 10x and 30x magnification. Corrosion rates were evaluated in the manner previously explained by measuring the weight change (both before and after exposure to the aspartic acid solution) and then calculating the penetration rate or mass loss in either mpy or grams per hour. In those cases where the corrosion was extremely non-uniform or localized to certain areas on the surface, only the mass loss in grams divided by the exposure time in hours was reported. The reason for this is that the The corrosion rate determined over the entire surface does not accurately describe the extent of corrosion when corrosion occurs in very narrow areas. Nevertheless, the results in Table 3 from the static immersion test, compared to the results in Tables 1 and 2 from the constant flow system, show that under completely stagnant flow conditions the concentration of aspartic acid required to achieve an equivalent level of corrosion inhibition increases. TABLE 3 RESULTS OF STATIC IMMERSION TEST FOR MILD STEEL/ASPARAGIC ACID AT 90ºC - VENTILATED
Es wurde das in Beispiel 2 beschriebene Verfähren verwendet, mit der Ausnahme, dass die Lösungen keine Asparaginsäure enthielten und lediglich drei Stahlcoupons dem statischen Eintauchtest unterzogen wurden. Die Lösungen wurden so eingestellt, dass sie die selbe Leitfähigkeit aufwiesen wie diejenigen, die Asparaginsäure enthielten, indem Natriumsulfat zugegeben wurde, wodurch die Korrosion aufdiejenige begrenzt wurde, die allein durch in dem Wasser bei einem bestimmten pH enthaltenen Sauerstoff erzeugt wird. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 4 angegeben. TABELLE 4 ERGEBNISSE DES STATISCHEN EINTAUCHTESTS FÜR WEICHSTAHL OHNE INHIBITOR BEI 90ºC The procedure described in Example 2 was used, except that the solutions did not contain aspartic acid and only three steel coupons were subjected to the static immersion test. The solutions were adjusted to have the same conductivity as those containing aspartic acid by adding sodium sulfate, thus limiting the corrosion to that produced solely by oxygen present in the water at a given pH. The results are given in Table 4 below. TABLE 4 RESULTS OF THE STATIC IMMERSION TEST FOR MILD STEEL WITHOUT INHIBITOR AT 90ºC
¹Gramm insgesamt pro Gesamtexpositionszeit in Stunden.¹Total grams per total exposure time in hours.
Bei einem pH von 8 ist die Korrosionsrate in Gegenwart von Asparaginsäure höher als in deren Abwesenheit, wenn man die Ergebnisse der Versuche 2 und 3 aus Tabelle 3 mit denjenigen des Versuchs 1 von Tabelle 4 vergleicht. Dies scheint zu bestätigen, dass bei einem pH von 8 Asparaginsäure keine günstige Korrosionsinhibition bewirkt; statt dessen verhält es sich als ein Korrosionsbeschleuniger. Das selbe Verhalten wird bei einem pH von 9,5 und einer Konzentration von 3 Gew.-% Asparaginsäure gefunden (Versuch 10 von Tabelle 3). Ein solches Verhalten wird der Tatsache zugeschrieben, dass bei einem pH von 9,5 oder weniger die Asparaginsäure nicht in der vollständigen oder völlig ionisierten Form (korrespondierende Base) vorliegt. Dies wird eindeutig nachgewiesen durch eine beobachtete Veränderung im Verhalten bei einem pH von > 9,5, beispielsweise bei einem pH von 10 oder größer, selbst bei Konzentrationen von Asparaginsäure, die kleiner sind als 1000 ppm. Tatsächlich verschwindet unter den Bedingungen des statischen Tests von Tabelle 3 bei Konzentrationen von 1 Gew.-% bei einem pH von 10 (Versuch 9) sämtliche Korrosion. Bei pH- Werten zwischen 8,5 und etwa 9,0, gemessen bei 90ºC, oder bei einem pH von 10 oder größer bei Raumtemperatur (etwa 25ºC) verhindert Asparaginsäure unter stattschen Bedingungen somit Korrosion, wogegen sie bei einem niedrigeren pH die Korrosion erhöht oder beschleunigt.At a pH of 8, the corrosion rate in the presence of aspartic acid is higher than in its absence, comparing the results of Experiments 2 and 3 of Table 3 with those of Experiment 1 of Table 4. This seems to confirm that at a pH of 8, aspartic acid does not provide a beneficial corrosion inhibition; instead, it behaves as a corrosion accelerator. The same behavior is found at a pH of 9.5 and a concentration of 3 wt% aspartic acid (Experiment 10 of Table 3). Such behavior is attributed to the fact that at a pH of 9.5 or less, aspartic acid does not in the fully or totally ionized form (corresponding base). This is clearly demonstrated by an observed change in behavior at a pH of > 9.5, for example at a pH of 10 or greater, even at concentrations of aspartic acid less than 1000 ppm. In fact, under the conditions of the static test of Table 3, at concentrations of 1 wt.% at a pH of 10 (Test 9), all corrosion disappears. Thus, at pH values between 8.5 and about 9.0, measured at 90ºC, or at a pH of 10 or greater at room temperature (about 25ºC), aspartic acid prevents corrosion under stable conditions, whereas at a lower pH it increases or accelerates corrosion.
Die Tatsache, dass bei Konzentrationen von 1000 ppm (Versuche 4 und 5) und 5000 ppm (Versuch 8) bei einem pH von 9, 9 bis 10 ein gewisser Angriff oder Korrosion festgestellt wird, bedeutet nicht, dass die Asparaginsäure bei diesen Konzentrationen Korrosion nicht inhibiert. Die großen Bereiche, die nicht angegriffen sind, sprechen stark dafür, dass Asparaginsäure in der Tat Korrosion inhibiert. Dieser scheinbare Widerspruch rührt daher, dass Asparaginsäure unter den stagnierenden fließenden oder statischen Bedingungen in den Versuchen des Eintauchtests auf dem Stahlcoupon nicht gleichförmig verteilt werden kann.The fact that some attack or corrosion is observed at concentrations of 1000 ppm (tests 4 and 5) and 5000 ppm (test 8) at a pH of 9.9 to 10 does not mean that aspartic acid does not inhibit corrosion at these concentrations. The large areas of unattacked strongly suggest that aspartic acid does indeed inhibit corrosion. This apparent contradiction arises from the fact that aspartic acid cannot be uniformly distributed on the steel coupon under the stagnant flowing or static conditions in the immersion test tests.
Es wurden Stahlcoupons hergestellt, die als Elektroden in der in Beispiel 1 beschriebenen Drehzylinderelektrodenvorrichtung bei drei verschiedenen pH-Werten (8, 10 und 12) für Asparaginsäurelösungen, die 1000 ppm Asparaginsäure enthielten, verwendet werden sollten. Ein vierter Coupon wurde dem selben Verfahren unterzogen (für Vergleichszwecke) und zwar bei einem pH von 10, mit der Ausnahme, dass Asparaginsäure weggelassen wurde und die Lösung mit Natriumsulfat eingestellt wurde, damit sie die selbe Leitfähigkeit aufweist als wenn Asparaginsäure vorliegen würde. Die Korrosion wurde mittels der in Beispiel 1 beschriebenen elektrochemischen Impedanztechnik bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 angegeben.Steel coupons were prepared to be used as electrodes in the rotating cylinder electrode apparatus described in Example 1 at three different pH values (8, 10 and 12) for aspartic acid solutions containing 1000 ppm aspartic acid. A fourth coupon was subjected to the same procedure (for comparison purposes) at a pH of 10, except that aspartic acid was omitted and the solution was adjusted with sodium sulfate to have the same conductivity as if aspartic acid were present. Corrosion was determined using the electrochemical impedance technique described in Example 1. The results are given in Table 5.
Die elektrochemischen Impedanzspektren wurden bei 0,01 Hertz (hz) nach etwa 30 Minuten erzeugt, um eine Bewertung der Korrosionsrate bei kurzer Exposition zu erhalten. Danach wurden Spektren bei 0,001 Hertz bei 200 UpM täglich erzeugt. Darüber hinaus wurden Spektren bei 0,01 Hertz bei 1000 UpM erzeugt, um Werte für den Effekt der Fluidgeschwindigkeit auf die Korrosion zu erhalten. Die Versuche wurden bei pH-Werten von 8, 10 und 12 bei 1000 ppm Asparaginsäure und bei einem pH von 10 in Abwesenheit von Asparaginsäure durchgeführt. Die Amplitude des Störspannungssignals war gering (5 mv) um zu gewährleisten, dass zwischen Ablenkung und Antwort eine Linearität vorlag.Electrochemical impedance spectra were generated at 0.01 hertz (hz) after approximately 30 minutes to obtain an assessment of the corrosion rate during short exposure. Thereafter, spectra were generated at 0.001 hertz at 200 rpm daily. In addition, spectra were generated at 0.01 hertz at 1000 rpm to obtain values for the effect of fluid velocity on corrosion. The tests were conducted at pH values of 8, 10 and 12 at 1000 ppm aspartic acid and at a pH of 10 in the absence of aspartic acid. The amplitude of the noise signal was low (5 mV) to ensure linearity between deflection and response.
Die Stahlelektroden wurden sowohl vor als auch nach dem Versuch gewogen.The steel electrodes were weighed both before and after the test.
Der Massenverlust wurde für eine zusätiliche Bewertung der Korrosionsrate verwendet. Es ist anzumerken, dass bei einem pH von 10 und insbesondere von 12 die Massenverluste durch Versickerung von Wasser hinter der Elektrode beeinflusst wurden. Die Polarisationswiderstände wurden bewertet, indem die in Fig. 2 angegebenen Schaltungsanaloge von Silverman und Carrico, aaO verwendet wurden.Mass loss was used for an additional assessment of corrosion rate. It should be noted that at pH 10 and especially 12, mass losses were affected by water seepage behind the electrode. Polarization resistances were evaluated using the circuit analogs of Silverman and Carrico, supra, given in Fig. 2.
Die Ergebnisse der Versuche mit der Drehzylinderelektrode zeigen, dass unter idealen Bedingungen der Fluidgeschwindigkeit Asparaginsäurekonzentrationen von höchstens 1000 ppm die Korrosionsrate auf die Größenordnung von 0,1 bis 0,5 mpy herabsetzen können, ausgehend von 50 bis 100 mpy in Abwesenheit von Asparaginsäure (bei einem pH von 10). In Abwesenheit von Asparaginsäure wird die Korrosion durch Fluidbewegung erhöht, bis die Oberfläche so korrodiert wird, dass das Geschwindigkeitsprofil nahe der Oberfläche beeinträchtigt wird. Diese Abhängigkeit wird für die Korrosion für Weichstahl und niedriglegierten Stählen in Wasser erwartet. In Gegenwart von Asparaginsäure bei einem pH von über 9,5 (gemessen bei Raumtemperatur) wird die Korrosion jedoch durch Fluidbewegung vermindert. TABELLE 5 ERGEBNISSE DER ELEKTROCHEMISCHEN IMPEDANZ FÜR WEICHSTAHL BEI 90ºC The results of the rotating cylinder electrode tests show that under ideal fluid velocity conditions, aspartic acid concentrations of 1000 ppm or less can reduce the corrosion rate to the order of 0.1 to 0.5 mpy, starting from 50 to 100 mpy in the absence of aspartic acid (at a pH of 10). In the absence of aspartic acid, corrosion is increased by fluid movement until the surface is corroded to such an extent that the near-surface velocity profile is compromised. This dependence is expected for corrosion of mild and low-alloy steels in water. However, in the presence of aspartic acid at a pH above 9.5 (measured at room temperature), corrosion is reduced by fluid movement. TABLE 5 ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE RESULTS FOR MILD STEEL AT 90ºC
Dieses Beispiel zeigt, dass eine vorkorrodierte Oberfläche durch die erfindungsgemäßen Korrosionsinhibitoren geschützt werden kann. Die in Tabelle 6 angegebenen Ergebnisse wurden erhalten, indem eine Stahlzylinderelektrode exponiert wurde, die in entionisiertem Wasser in der in Beispiel 1 beschriebenen Drehzylinderelektrodenvorrichtung mit 2000 ppm Natriumsulfat (um etwa die selbe Leitfähigkeit wie 1000 ppm Asparaginsäure bei einem pH von 10 zu erhalten) und 50 ppm Natriumchlorid vorkorrodiert wurde. In 24 Stunden hatte die Elektrode einen signifikanten Massenverlust erlitten und wies eine rotbraune Rostschicht auf. Diese Elektrode wurde in eine wässrige Lösung gegeben, die eine Asparaginsäurekonzentration von 5000 ppm aufwies und mit Natriumhydroxid auf einen pH von etwa 10 eingestellt war und unter konstanter Rotation gehalten wurde. Der Polarisationswiderstand erhöhte sich über einen Zeitraum von 24 Stunden rasch, was zeigte, dass die Korrosionsrate mit der Expositionszeit abnahm. Die Korrosionsrate sank nie auf den Wert einer Elektrode, die nicht vorkorrodiert und 1000 ppm Asparaginsäure ausgesetzt war. Man vergleicht beispielsweise die in Tabelle 1 angegebenen Ergebnisse. Diese Differenz zeigt, dass die Konzentration für dieses spezielle System nicht optimiert war. Von größerer Bedeutung ist jedoch die Beobachtung, dass selbst 1000 ppm Asparaginsäure die Korrosion von Stahl, selbst vorkorrodiertem Stahl, unter den geeigneten Bedingungen inhibieren können. TABELLE 6 ELEKTROCHEMISCHE IMPEDANZ FÜR WEICHSTAHL IN ASPARAGINSÄURE BEI 90ºC: EFFEKT DER VORKORROSION AUF DIE KORROSIONSINHIBIERENDEN EIGENSCHAFTEN This example demonstrates that a pre-corroded surface can be protected by the corrosion inhibitors of the present invention. The results reported in Table 6 were obtained by exposing a steel cylinder electrode that had been pre-corroded in deionized water in the rotating cylinder electrode apparatus described in Example 1 with 2000 ppm sodium sulfate (to obtain approximately the same conductivity as 1000 ppm aspartic acid at a pH of 10) and 50 ppm sodium chloride. In 24 hours, the electrode had suffered a significant mass loss and exhibited a reddish-brown rust layer. This electrode was placed in an aqueous solution having an aspartic acid concentration of 5000 ppm and adjusted to a pH of about 10 with sodium hydroxide and maintained under constant rotation. The polarization resistance increased rapidly over a 24 hour period, showing that the corrosion rate decreased with exposure time. The corrosion rate never dropped to the level of an electrode that was not pre-corroded and exposed to 1000 ppm aspartic acid. For example, compare the results given in Table 1. This difference shows that the concentration was not optimized for this particular system. Of greater importance, however, is the observation that even 1000 ppm aspartic acid can inhibit the corrosion of steel, even pre-corroded steel, under the appropriate conditions. TABLE 6 ELECTROCHEMICAL IMPEDANCE FOR MILD STEEL IN ASPARAGIC ACID AT 90ºC: EFFECT OF PRE-CORROSION ON CORROSION INHIBITING PROPERTIES
Es wurden statische Eintauchtests wie in Beispiel 2 beschrieben durchgeführt, mit der Ausnahme, dass Glutaminsäure, Glycin und bestimmte Säuren, die üblicherweise in Gefrierschutzformulierungen verwendet werden, anstelle von Asparaginsäure eingesetzt werden. Die Parameter und Ergebnisse sind in Tabelle 7 angegeben. Wie daraus hervorgeht, zeigen Glutaminsäure bzw. Glycin ein Verhalten und eine Korrosionsinhibition, die ähnlich derjenigen von Asparaginsäure ist. Obwohl eine geringfügig größere Fleckenbildung auf dem Coupon beobachtet wurde, war der Massenverlust ähnlich demjenigen mit Asparaginsäure bei dem selben pH. Darüber hinaus zeigen diese Ergebnisse, dass Asparaginsäure sich vergleichbar einem Gemisch aus Benzoesäure, Sebacinsäure und Oktansäure bei 90ºC verhält. Da Säuren wie die zuletzt genannten Säuren üblicherweise in Gefrierschutzformulierungen verwendet werden, zeigen die Ergebnisse für Asparaginsäure (Versuche 11 und 12 in Tabelle 3 von Beispiel 2), dass Asparaginsäure als ein geeignetes Substitut für solche Säuren verwendet werden kann. Das Ammoniumsalz von Asparaginsäure wirkt anscheinend nicht so gut wie das Natriumsalz, wie aus Tabelle 7 hervorgeht, da der pH auf 7,7 sinkt, einem pH, der unterhalb des Punktes liegt, an dem Asparaginsäure (als die korrespondierende Base) in der vollständig ionisierten Form vorliegen kann. TABELLE 7 ERGEBNISSE DES STATISCHEN EINTAUCHTESTS FÜR WEICHSTAHL/ASPARAGINSÄURE BEI 90ºC - BELÜFTET Static immersion tests were conducted as described in Example 2, except that glutamic acid, glycine and certain acids commonly used in antifreeze formulations were substituted for aspartic acid. The parameters and results are given in Table 7. As can be seen, glutamic acid and glycine, respectively, exhibit behavior and corrosion inhibition similar to that of aspartic acid. Although slightly more staining was observed on the coupon, the mass loss was similar to that with aspartic acid at the same pH. Furthermore, these results show that aspartic acid behaves similarly to a mixture of benzoic acid, sebacic acid and octanoic acid at 90°C. Since acids such as the latter are commonly used in antifreeze formulations, the results for aspartic acid (Runs 11 and 12 in Table 3 of Example 2) show that aspartic acid can be used as a suitable substitute for such acids. The ammonium salt of aspartic acid does not appear to work as well as the sodium salt, as shown in Table 7, since the pH drops to 7.7, a pH which is below the point at which aspartic acid (as the corresponding base) can exist in the fully ionized form. TABLE 7 RESULTS OF STATIC IMMERSION TEST FOR MILD STEEL/ASPARAGIC ACID AT 90ºC - VENTILATED
Es wurden statische Eintauchtests wie im Beispiel 2 beschrieben durchgeführt, mit der Ausnahme, dass Polyasparaginsäure bei Konzentrationen von zwischen 2000 ppm und 3, 3% und Polyaspartylhydroxamsäure (um die Effekte der Abwesenheit der Aminogruppe der Aminosäure zu zeigen) bei 90ºC anstelle von Asparaginsäure eingesetzt wurden. Die Parameter und Ergebnisse sind in Tabelle 8 angegeben. Die Konzentration von 2000 ppm wurde so gewählt, dass die Carboxylkonzentration derjenigen von Asparaginsäure bei 1000 ppm ähnlich ist: Es wurde Korrosionsinhibition gefunden für pH-Werte von 9,5 und höher, wenn bei 25ºC gemessen wurde (was einem pH von etwa 8,4 bei 90ºC entspricht). Dies ist der pH -Schwelle für Asparaginsäure sehr ähnlich und legt nahe, dass eine höhere Beladung mit Polyasparagin erforderlich sein könnte für eine gesamte Inhibition sämtlicher Oberflächenstellen, die an heterogenen Oberflächen auftreten, obwohl bei 2000 ppm ein signifikanter Inhibitionsgrad beobachtet wurde. Es wird jedoch erwartet, dass bei höherer Fluidgeschwindigkeit wie derjenigen, die bei der Rotationselektrode verwendet wird, die korrosionsinhibierenden Eigenschaften von Polyasparaginsäure zunehmen würden.Static immersion tests were carried out as described in Example 2, except that polyaspartic acid at concentrations of between 2000 ppm and 3.3% and polyaspartylhydroxamic acid (to show the effects of the absence of the amino group of the amino acid) at 90ºC were used instead of aspartic acid. The parameters and results are given in Table 8. The concentration of 2000 ppm was chosen so that the carboxyl concentration is similar to that of aspartic acid at 1000 ppm: corrosion inhibition was found for pH values of 9.5 and higher when measured at 25ºC (which corresponds to a pH of about 8.4 at 90ºC). This is very similar to the pH threshold for aspartic acid and suggests that a higher loading of polyaspartic acid might be required for total inhibition of all surface sites occurring on heterogeneous surfaces, although a significant level of inhibition was observed at 2000 ppm. However, it is expected that at higher fluid velocities such as those used in the rotating electrode, the corrosion inhibiting properties of polyaspartic acid would increase.
Polyaspartylhydroxamsäure, die keine Aminogruppe enthält, zeigte bei der selben Konzentration wie Asparaginsäure eine schlechtere Inhibition. TABELLE 8 ERGEBNISSE DES STATISCHEN EINTAUCHTESTS FÜR WEICHSTAHL/POLYASPARAGINSÄURE BEI 90ºC Polyaspartylhydroxamic acid, which does not contain an amino group, showed poorer inhibition at the same concentration as aspartic acid. TABLE 8 RESULTS OF STATIC IMMERSION TEST FOR MILD STEEL/POLYASPARAGIC ACID AT 90ºC
Dieses Beispiel zeigt, dass die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen bei relativ niedrigen Temperaturen als Korrorsionsinhibitoren wirksam sind.This example shows that the compositions of the invention are effective as corrosion inhibitors at relatively low temperatures.
Es wurden statische Eintauchtests für Stahl in Wasser bei einem pH von 10 wie in Beispiel 2 beschrieben ist durchgeführt, wobei kein Inhibitor, 3% Asparaginsäure oder 3% Polyasparaginsäure bei 30ºC eingesetzt wurden. Die Parameter und Ergebnisse sind in Tabelle 9 angegeben. Sowohl die Asparaginsäure als auch die Polyasparaginsäure verliehen unter diesen relativ niedrigen Temperaturbedingungen signifikante Korrosionsinhibition (10,0 mpy sanken auf weniger als 0,1 mpy, wobei keine lokalisierte Korrosion auftrat). TABELLE 9 ERGEBNISSE DES STATISCHEN EINTAUCHTESTS FÜR WEICHSTAHL/POLYASPARAGINSÄURE BEI 30ºC Static immersion tests were conducted on steel in water at pH 10 as described in Example 2 using no inhibitor, 3% aspartic acid, or 3% polyaspartic acid at 30ºC. The parameters and results are given in Table 9. Both the aspartic acid and the polyaspartic acid imparted significant corrosion inhibition under these relatively low temperature conditions (10.0 mpy decreased to less than 0.1 mpy with no localized corrosion occurring). TABLE 9 RESULTS OF STATIC IMMERSION TEST FOR MILD STEEL/POLYASPARAGIC ACID AT 30ºC
Es ist somit offensichtlich, dass gemäß der vorliegenden Erfindung Zusammensetzungen und ein Verfahren zur Inhibition von Korrosion von Eisen- bzw. Eisen-haltigen Metallen in Gegenwart eines wässrigen Mediums bereitgestellt worden ist, die die hierin zuvor dargelegten Ziele und Vorteile vollständig erfüllen.It is thus apparent that according to the present invention, there have been provided compositions and a method for inhibiting corrosion of ferrous or ferrous-containing metals in the presence of an aqueous medium which fully satisfy the objects and advantages set forth hereinbefore.
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