CZ310521B6

CZ310521B6 - Odrezovací prostředek pro kovové povrchy

Info

Publication number: CZ310521B6
Application number: CZ2024-208A
Authority: CZ
Inventors: AntonĂn Wetter; Antonín Wetter
Original assignee: IP&TL, s.r.o.
Priority date: 2024-05-21
Filing date: 2024-05-21
Publication date: 2025-10-01
Also published as: CZ2024208A3

Abstract

Předmětem řešení je odrezovací prostředek, jehož cílem je zachování účinnosti odstraňování rzi z kovových povrchů při využití výlučně ekologických, netoxických látek. Tento prostředek zahrnuje alespoň jedno zahušťovadlo, alespoň jednu sloučeninu poskytující draselné kationty, alespoň jednu dikarboxylovou kyselinu, alespoň jednu trikarboxylovou kyselinu a alespoň jedno redukční činidlo.

Description

Vynález se týká oblasti ošetření povrchu kovů, zejména ocelových povrchů.

Dosavadní stav techniky

Význam a důležitost ošetření kovových povrchů, konkrétně odstranění koroze, není potřeba vysvětlovat. Prostředků určených k tomuto účelu existuje na trhu celá řada. Současná společnost však velmi dbá na udržitelnost a ekologii a neoddiskutovatelnou skutečností je, že drtivá většina uvedených prostředků je založena na nebezpečných až toxických látkách.

Poptávka po ekologicky šetrných čisticích prostředcích pro domácí i průmyslové čištění proto bude i nadále představovat silně rostoucí trh.

Koroze kovů a slitin, jako je železo a ocel, je problémem v mnoha průmyslových odvětvích i v každodenním životě. Na základě svých přirozených vlastností patří kovy mezi nejčastěji používané technické materiály pro širokou oblast použití od výrobních zařízení, stavebnictví, nářadí, domácích aplikací až po všechny druhy každodenních předmětů. Železo koroduje, když je vystaveno kyslíku v přítomnosti vody, což vede k červenohnědým reziduím na kovových površích, známým jako rez. Tuto oxidaci urychluje slaná voda v pobřežních oblastech a zimní silniční sůl. Kromě estetických problémů a souvisejícího poškození majetku u materiálů na bázi kovu představuje tvorba rzi bezpečnostní riziko, protože způsobuje poruchu strojů nebo jiných výrobních zařízení.

Složení moderních chemických činidel pro odstraňování rzi je založeno především na organických a anorganických kyselinách nebo zásadách. Patří mezi ně silné zásady a kyseliny, jako je kyselina chlorovodíková, kyselina fosforečná a kyselina sírová, nebo slabší kyseliny, jako je kyselina šťavelová a EDTA. Silné kyseliny jsou velmi účinné při rychlém odstraňování rzi komplexní tvorbou. Tyto chemikálie však představují mnohá zdravotní a bezpečnostní rizika, a proto vyžadují přísná bezpečnostní opatření včetně ochranných brýlí, rukavic a řádného větrání, a především bezpečné likvidace. Kromě toho jsou silné kyseliny také schopny rozpustit barvu, povrchovou úpravu nebo dokonce rozložit samotný kov.

Prostředky známé ze stavu techniky obsahují metylchlorid, chlorovaná rozpouštědla, metanol, toluen či aceton. Výhodou těchto prostředků je rychlost odstranění rzi, protože většina známých více ekologických verzí těchto přípravků potřebuje podstatně delší čas, nicméně jsou tyto výhody vykoupené vyšší škodlivostí pro lidskou pokožku i pro další materiály, se kterými můžou přijít do styku, jako jsou nátěry, plasty, dřevo, textilie, keramika, pryž apod.

Jako ekologické metody jsou nejčastěji uváděny mechanické metody, tedy odstranění rzi ultrazvukem, laserem, smirkovým papírem apod. Těmito způsoby však nelze bez poškození zdravého povrchu kovu odstranit místně zahloubené lokality rzi. Také lze očekávat nemalé finanční náklady.

V současném stavu techniky jsou známy různé prostředky pro odstranění rzi, obvykle zahrnující významné množství nebezpečných až toxických látek.

Je například popsán ekologický přípravek pro odstranění rzi založený na obsahu bakterií mléčného kvašení. Doba působení takového prostředku se však počítá v jednotkách dnů, což je pro efektivní reálné použití nevhodné.

- 1 CZ 310521 B6

Další podobné přípravky jsou popsány v JP 2018016847 A zahrnující síranové ionty v roztoku polyvinylalkoholu, ale výsledný přípravek má pH menší než 3 a je tedy silně kyselý. Použití takových přípravků se neobejde bez ochranných opatření a taktéž lze očekávat negativní vliv na samotný kovový povrch v případě delšího působení.

Bylo by tedy vhodné představit prostředek, který bude účinný, ekologický a nebude představovat zátěž pro životní prostředí.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je dosaženo odrezovacím prostředkem pro kovové povrchy zahrnující organické kyseliny a draselné sloučeniny, který zahrnuje alespoň jedno zahušťovadlo, alespoň jednu dikarboxylovou kyselinu, alespoň jednu trikarboxylovou kyselinu, alespoň jedno redukční činidlo vybrané ze skupiny zahrnující monosacharid, redukující disacharid, hexamethylentetraamin, ethylacetát nebo kyselinu askorbovou a alespoň jednu sloučeninu poskytující draselné kationty.

Základem je křemičitý gel, který funguje jako nosič a aktivní látky jsou adsorbované na jeho povrchu, čímž je zajištěn ideální kontakt aktivní látky s kovovým povrchem. Může být připraven srážením roztoku křemičitanu draselného s přebytkem kyseliny chlorovodíkové s následným dvojnásobným promytím vodou. Alternativně lze použít koloidní oxid křemičitý, kdy po smíchání s vodou je vytvořena stabilní suspenze gelovitého charakteru. Lze také využít organické látky, jako je karagenan, guma guar, xantanová guma, celulóza, a/nebo využít anorganická zahušťovadla, jako je bentonit, oxid křemičitý nebo křemičitý gel.

Draslík byl experimentálně určen jako nejvýhodnější z alkalických kovů pro své schopnosti odstraňovat korozní zplodiny a chránit proti následné korozi. Zdrojem draselných iontů je draselné vodní sklo, přičemž redoxními procesy v roztoku dochází ke vzniku křemičitého gelu a draselných solí karboxylových kyselin, jež mají výhodné redukční vlastnosti a pomáhají odstraňovat částice rzi buď jejich rozpouštěním, nebo tvorbou rozpustných komplexů. Dalším zdrojem draslíku může být síran draselný, hydroxid draselný, citrát (mono- až tri-) draselný a další.

Hlavní součástí odrezovacích prostředků bývají kyseliny, neboť dobře vážou ionty kovů. Namísto běžných silných anorganických kyselin však prostředek dle tohoto vynálezu zahrnuje sice slabší, ale ekologicky vhodnější karboxylové kyseliny. Experimentálně se osvědčila kombinace alespoň jedné trikarboxylové kyseliny a alespoň jedné dikarboxylové kyseliny. Výhodně jsou použity karboxylové kyseliny ze skupiny zahrnující kyselinu citronovou, kyselinu šťavelovou, kyselinu jantarovou a kyselinu L-glutamovou. Dále lze s úspěchem využít kyselinu malonovou, glutarovou, adipovou, maleinovou, fumarovou, vinnou, jablečnou.

Další skupinou látek zahrnutou v prostředku dle tohoto vynálezu jsou redukční činidla, jež pomáhají odstraňovat kovové částice a doplňují tak účinek karboxylových kyselin. Obecně jsou to málo elektronegativní prvky (I. až III. A), ionty kovů s nízkým oxidačním číslem, iontové hydridy, oxidy s nízkým oxidačním číslem, typickými redukčními činidly v průmyslu jsou C, CO, H2. V uvedeném prostředku pro odstranění rzi jsou využívána redukční činidla, která splňují hlavní požadavky, a to jednak požadavek na snadnou ekologickou likvidaci a neškodnost pro živé organismy, jednak požadavek na snadnou dostupnost suroviny. Experimentálně bylo zjištěno, že, místo složitých organických molekul obtížně ekologicky odbouratelných a často s dopadem na lidské zdraví, lze s výhodou využít i menší organické molekuly, které mají taktéž schopnosti vázat ionty kovu, ale zároveň se vyznačují snadnou dostupností a žádnou či nízkou ekologickou zátěží. Proto uvedený prostředek využívá malé organické molekuly bez toxických vlastností, jako je např. kyselina askorbová nebo monosacharidy a další redukující sacharidy, nebo látky, jako je ethylacetát, hexamethylentetraamin, phenoxyethanol a další.

- 2 CZ 310521 B6

Další součástí prostředku je hydrát kyseliny citrónové, která je vzhledem k bezpečnému zacházení a příznivému ekologickému profilu bezpečným řešením pro účinné odstranění rzi při zachování celistvosti základního kovu. Slabší kyselost kyseliny citrónové ve srovnání se silnými kyselinami vede k pozvolnějšímu čištění, ale představuje menší riziko pro člověka i životní prostředí. Neuvolňuje agresivní chemické výpary a manipulace s ním je bezpečná. Je plně biologicky rozložitelný a lze jej likvidovat běžnou kanalizací nebo odpadem. Bylo však experimentálně zjištěno, že v kombinaci s dalšími výhodnými látkami zahrnutými v prostředku podle tohoto vynálezu bylo docíleno výrazného snížení potřebné reakční doby, po kterou musí být prostředek aplikován na kovový povrch.

Hydrát kyseliny citronové je udržitelnou a účinnou možností, jak nahradit tradičně používané silné kyseliny v produktech na odstraňování rzi. Hydrát kyseliny citronové je netoxická, biologicky odbouratelná látka a manipulace s ní je bezpečná. Je to ideální alternativa jako odrezovací prostředek pro ekologické a funkční řešení na odstraňování rzi na bázi kyseliny.

Výhodně je prostředek k odstranění rzi produkován ve formě gelu, ale může být produkován také ve formě prášku, přičemž stěžejní výhodou je zjednodušení logistiky v případech, kdy nelze zajistit skladování za vhodných podmínek pro disperzní formu přípravku. Práškový prostředek využívá jako zahušťovadlo koloidní oxid křemičitý. V tomto uskutečnění plní glukóza navíc funkci stabilizátoru suspenze oxidu křemičitého. Pro umocnění odrezovacího účinku je dále zahrnuta alespoň jedna anorganická iontová sloučenina poskytující aniont, který reaguje s oxidy kovů. Takovou sloučeninou bývají zpravidla hydroxidy nebo sírany, např. draselné či amonné.

Použití práškové formy spočívá v přídavku jednoho až čtyř dílů vody k práškovému prostředku, čímž vznikne disperzní forma, kdy prostředek zahrnuje 40 až 60 % hmotn. vody, 2 až 15 % hmotn. zahušťovadel, 6 až 15 % hmotn. karboxylových kyselin, 6 až 25 % hmotn. sloučenin poskytujících draselné ionty.

Výhodně je prostředek produkován ve formě prášku, což usnadňuje logistiku produktu, kdy nelze zajistit skladování za vhodných podmínek pro roztok. V práškové formě prostředek zahrnuje 5 až 25 % hmotn. zahušťovadel, 15 až 25 % hmotn. karboxylových kyselin, 15 až 40 % hmotn. sloučenin poskytujících draselné ionty.

Prostředek je použit nanesením na kovový povrch. Působení trvá zpravidla 4 až 6 hodin a poté je prostředek smyt vodou a kovový povrch osušen. Kovový povrch je tímto zbaven většin korozních zplodin a chráněn před následnou korozí.

Dále lze složení prostředku obohatit o inhibitory koroze, pasivační látky, emulgátory, smáčedla, látky způsobující barevné změny povrchu apod., jež mají vylepšit stávající vlastnosti. Odborníkovi v oboru jsou takováto aditiva i jejich funkce zřejmé.

Mezi látky způsobující barevné změny povrchu ošetřovaného kovu patří nitroprussid sodný, kyselina thioglykolová, kyselina salicylová, chlorid antimonitý, kyselina amidosulfonová a další.

Veškeré chemikálie, včetně vody, lze použít v technické kvalitě.

Objasnění výkresů

Podstata vynálezu je dále objasněna na příkladech jeho uskutečnění, které jsou popsány s využitím připojených výkresů, na kterých znázorňuje:

obr. 1 vzorek ocelové destičky upravený otryskáním před korozní zkouškou;

obr. 2 vzorek ocelové destičky zkorodované, bez ošetření;

- 3 CZ 310521 B6 obr. 3 vzorek ocelové destičky ošetřené prostředkem dle vynálezu;

obr. 4 vzorky ocelové destičky ošetřené otryskáním po expozici v korozní komoře (vlevo po 1 hodině, vpravo po 2 hodinách); a obr. 5 vzorky ocelové destičky ošetřené prostředkem podle tohoto vynálezu po expozici v korozní komoře (vlevo po 1 hodině, vpravo po 2 hodinách).

Příklady uskutečnění vynálezu

Příklad 1

Prostředek pro odrezování povrchů zahrnuje:

Složka	Obsah [hmotn. %]
voda	40
Oxid křemičitý	2
Hexamethylentetraamin	5
Kyselina askorbová	13
Citran tridraselný	25
Kyselina citronová (monohydrát)	10
Kyselina L-glutamová	5

Gel je nanesen na kovový povrch. Po alespoň 5 hodinách působení je kovový povrch omyt vodou a osušen. Takto ošetřený povrch je zbaven většiny korozních zplodin a je nadále chráněn před opakovanou korozí.

Příklad 2

Prostředek pro odrezování povrchů zahrnuje:

Složka	Obsah [hmotn. %]
voda	60
Xantanová guma	15
Glukóza	13
Kyselina citronová (monohydrát)	4
Hydroxid draselný	6
Kyselina šťavelová (monohydrát)	2

Příklad 3

Prostředek pro odrezování povrchů zahrnuje:

- 4 CZ 310521 B6

Složka	Obsah [hmotn. %]
voda	47
Draselné vodní sklo	13
Xantanová guma	1
Kyselina askorbová	14
Kyselina citronová (monohydrát)	21
Kyselina jantarová	2
Kyselina L-glutamová	2

Příklad 4

Práškový prostředek pro odrezování povrchů zahrnuje:

Složka	Obsah [hmotn. %]
Oxid křemičitý	5
Glukóza	30
Síran amonný	25
Kyselina citronová (monohydrát)	20
Citran tridraselný	15
Kyselina šťavelová (monohydrát)	5

Použití práškového prostředku pro odstranění rzi zahrnuje smíchání se dvěma hmotnostními díly vody, přičemž výsledný produkt je gelovité struktury, vhodný k aplikaci na kovové povrchy. Disperze je nanesena na kovový povrch a ponechána 5 hodin působit, poté je smyta vodou a kovový povrch je osušen. Takto ošetřený povrch je zbaven většiny korozních zplodin a je nadále chráněn před opakovanou korozí.

Příklad 5

Práškový prostředek pro odrezování povrchů zahrnuje:

Složka	Obsah [hmotn. %]
Guma guar	25
Kyselina askorbová	10
Glukóza	10
Síran draselný	30
Kyselina citronová (monohydrát)	10
Citran tridraselný	10
Kyselina šťavelová (monohydrát)	5

Příklad 6

Prostředek pro odrezování povrchů zahrnuje:

- 5 CZ 310521 B6

Složka	Obsah [hmotn. %]
Voda	40
Xantanová guma	15
Hydroxid draselný	9
Kyselina askorbová	15
Kyselina vinná	3
Nitroprussid sodný	6
Kyselina citronová (monohydrát)	12

Prostředek je nanesen na kovový povrch a ponechán alespoň pět hodin působit. Poté je povrch omyt vodou a osušen. Takto ošetřený povrch je zbaven většiny korozních zplodin a je nadále 5 chráněn před opakovanou korozí.

Příklad 7

Uvedený prostředek byl testován v akreditované zkušební laboratoři (viz tab. 1). Pět vzorků 10 ošetřených přípravkem podle tohoto vynálezu a pět vzorků ošetřených otryskáním (Sa 2 ½) bylo vystaveno mlze roztoku NaCl v korozní komoře. Z výsledků měření vyplývá, že nejlépe hodnocený vzorek ošetřený přípravkem dle tohoto vynálezu koroduje o 81,25 % pomaleji než vzorky s otryskaným povrchem. Celkový průměr ze všech vzorků říká, že vzorky ošetřené přípravkem podle tohoto vynálezu korodují o 64,3 % pomaleji než vzorky otryskané.

- 6 CZ 310521 B6

Tab. 1: Výsledky korozní zkoušky

Korozní zkouška v solné mlze dle ČSN EN ISO 9227:2017 metoda NSS Podmínky zkoušky: mlha 5% roztoku chloridu sodného; 100% RH teplota (35±2) °C pH 6,5 - 7,2 Zkušební zařízení: korozní komora SKBW 1000 A-TR (Liebisch) Doba expozice: 2 h
Doba exp.	Předúprava povrchu	Číslo vzorku	Stupeň koroze ČSN EN ISO 4628-3	ČSN EN ISO 4628-1	Koroze zákl. materiálu v ploše
stupeň	Intenzita změn
1 h	otryskání na Sa 2 ½	1	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 70 %
2	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 75 %
3	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 60 %
4	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 65 %
5	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 80 %
chemické odstranění rzi přípravkem „W-reagent“	6	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 30 %
7	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 20 %
8	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 30 %
9	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 15 %
10	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 30 %
2 h	otryskání na Sa 2 ½	1	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 80 %
2	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 85 %
3	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 70 %
4	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 70 %
5	Ri 5	5	velmi výrazná změna	cca 80 %
chemické odstranění rzi přípravkem „W-reagent“	6	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 55 %
7	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 30 %
		8	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 55 %
		9	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 30 %
		10	Ri 4	4	velká, tj. výrazná změna	cca 40 %

- 7 CZ 310521 B6

Dále bylo provedeno další nezávislé testování v akreditované zkušební laboratoři, jehož výsledky říkají, že po 1,5 hod. v korozní komoře byla míra zkorodovanosti broušeného povrchu 50% (Ri5 dle normy ČSN EN ISO 4628-3), v případě vzorku ošetřeného přípravkem dle vynálezu 10% (Ri3). Z toho vyplývá, že povrch ošetřený přípravkem dle tohoto vynálezu koroduje o 80 % 5 pomaleji než broušený povrch.

Claims

1. Odrezovači prostředek pro kovové povrchy, zahrnující organické kyseliny a draselné sloučeniny, vyznačující se tím, že zahrnuje alespoň jedno zahušťovadlo, alespoň jednu dikarboxylovou kyselinu, alespoň jednu trikarboxylovou kyselinu, alespoň jedno redukční činidlo vybrané ze skupiny zahrnující monosacharid, redukující disacharid, hexamethylentetraamin, ethylacetát nebo kyselinu askorbovou a alespoň jednu sloučeninu poskytující draselné kationty.

2. Odrezovací prostředek pro kovové povrchy podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahušťovadlem je karagenan, xantanová nebo guarová guma, celulóza, křemičitý gel, oxid křemičitý nebo bentonit.

3. Odrezovací prostředek pro kovové povrchy podle nároku 1 až 2, vyznačující se tím, že iontovou sloučeninou poskytující draselné kationty je síran draselný, hydroxid draselný nebo draselné soli karboxylových kyselin.

4. Odrezovací prostředek pro kovové povrchy podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že v práškové formě zahrnuje 5 až 25 % hmotn. zahušťovadel, 15 až 25 % hmotn. karboxylových kyselin, 15 až 40 % hmotn. sloučenin poskytujících draselné ionty.

5. Odrezovací prostředek pro kovové povrchy podle nároku 1 až 3, vyznačující se tím, že v disperzní formě zahrnuje 40 až 60 % hmotn. vody, 2 až 15 % hmotn. zahušťovadel, 6 až 15 % hmotn. karboxylových kyselin, 6 až 25 % hmotn. sloučenin poskytujících draselné ionty.

6. Odrezovací prostředek pro kovové povrchy podle nároku 5, vyznačující se tím, že zahrnuje odmašťující látku o koncentraci 5 až 15 ml/l.