RS20090102A - Novi aditivi za hromne elektrolite - Google Patents

Abstract

Dugotrajno stabilan i biološki razgradijiv aditiv za rastvore hromne kiseline koji ne sadrži fluoridne površinski aktivne materije smanjuje površinski napon i time poboljšava proces izdvajanja hroma, naročito kada se primenjuje u elektrolitičkom hromiranju. Pogodni aditivi su CH3 (CH2) nSO3H i njene soli sa n = 10 do 18.

Description

NOVI ADITIV ZA HROMNE ELEKTROLITE

Ovaj pronalazak se odnosi na oblast aditiva za hromne elektrolite, naročito na oblast aditivnih površinski aktivnih materija za hromne elektrolite kao i na oblast aditiva za polimerna metaliziranja.

Za elektrolitičko hromno prevlačenje (hromiranje) koje se tipično vrši u hromnim elektrolitima pri visokoj koncentraciji agresivne hromne kiseline, predložen je širok izbor različitih aditiva u cilju sprečavanja formiranja agresivnih raspršenih (sprejnih) magli. Međutim, nađeno je da je u praksi teško naći jedinjenja, koja, s jedne strane imaju povoljne osobine (karakteristike), ali se, s druge strane, održavaju pod ovim agresivnim uslovima u hromnom prevlačenju (hromiranju).

Naročito pogodni za smanjenje raspršene (sprejne) magle su agensi za kvašenje koji formiraju penu i koji, smanjenjem površinskog napona, ne samo da smanjuju sprejne (raspršene) gubitke već takođe u velikoj meri smanjuju unošenje (povlačenje za sobom) hromnog elektrolita. Za ovu svrhu je predložen širok izbor (niz) različitih produkata, na primer, perfluoralkilsulfonske kiseline (PFOAs). Ovi produkti su takođe stabilni prema visoko oksidativnim osobinama hromne kiseline. Međutim, njihova upotreba je problematična i već je zabranjena u mnogim aplikacijama (primenama). Ove fluorne površinski aktivne materije nisu biološki razgradijive, jer ne podležu ma kakvoj fotolitičkoj, hidrolitičkoj, oksidativnoj ili reduktivnoj transformaciji. One se biološki ne razgrađuju bilo aerobno niti anaerobno. Zahvaljujući njihovim fizikohemijskim osobinama, perfluoralkilsulfonske kiseline ostaju kao krajnji metaboliti i dalje se ne razgrađuju.

DE 1034945 je predložila alkilmetilsulfonate kao aditive, za koje je rečeno da imaju osobine kao neka površinski aktivna materija i simultano proizvode uticaje koji unapređuju postupak sa aspekta glačanja (poliranja) hromnog sloja. Međutim, ovi aditivi su nepogodni u praksi, jer se razlažu u toku hromnog prevlačenja (hromiranja) u vrlo kratkom vremenskom periodu.

Otuda je zadatak ovog pronalaska da pronađe aditiv za hromne elektrolite koji smanjuje gore detaljno navedene nedostatke.

Ovaj zadatak je postignut sa aditivom prema zahtevu 1. Prema tome, dat je aditiv, naročito polirajući (glačajući) aditiv za hromne elektrolite, naznačen time, što rastvor hromne kiseline koji sadrži 0,1 g/l aditiva i 250 g/l hromne kiseline ima površinski napon š 30 mN/m i 0,1 g/l aditiva pri 45°C i 6000 Ah protoka naelektrisanja u rastvoru hromne kiseline koji sadrži 270 g/l hromne kiseline, ima stabilnost od > 4 h.

Treba primetiti da se termin „aditiv" u okviru ovog pronalaska može odnositi bilo na pojedinačnu supstancu ili na smešu supstanci; međutim, zbog razloga čitljivosti i jasnoće, u okviru ovog pronalaska, termin „aditiv" se samo odnosi na aditiv u jednini. Ako je upotrebijeni aditiv smeša supstanci, što znači u svakom slučaju da ova smeša supstanci ima opisane osobine, ali ove pojedinačne komponente ove smeše takođe mogu imati opisane osobine.

U kontekstu ovog pronalaska, termin „stabilnost" naročito označava trajnu efikasnost aditiva u pogledu površinskog napona pod hemijski zahtevnim uslovima nekog hromnog elektrolita.

Naročito, u kontekstu ovog pronalaska, termin „stabilnost" u toku nekog perioda znači da se površinski napon povećava za ne više od 5 mN/m u toku tog vremena.

Naročito, u kontekstu ovog pronalaska, pod terminima „hromni elektroliti" i/ili „operacije rastvora hromne kiseline" se podrazumeva da označavaju hromne elektrolite ili rastvore hromne kiseline koji sadrže katalizatore i/ili dalje kiseline.

Neočekivano je nađeno da kada se takav jedan aditiv doda rastvorima hromne kiseline u operacijama hromnog prevlačenja (hromiranja), u većini aplikacija ovog pronalaska, može se postići najmanje jedna, obično više nego jedna od sledećih prednosti: - Upotreba pronalazačkog aditiva poboljšava (unapređuje) operaciju hromnih elektrolita na trajan način. - Upotreba ovog aditiva vodi do formiranja značajno manjih gasnih mehura, što je povezano sa drastičnim smanjenjem u štetnoj emisiji. - Takođe je moguće da se značajno smanje gubici unošenja (povlačenja za sobom). - U zavisnosti od ovog postupka, kada se upotrebljava ovaj aditiv, poboljšava se disperzibilnost elektrolita u mnogim aplikacijama. - Ovaj aditiv ne deluje štetno na osobine ovog sloja, čak ni u pogledu karakteristika sloja kao što su tvrdoća, međuprostor (pukotina) mreže, struktura, itd.

Rastvor hromne kiseline koji sadrži 0,1 g/l aditiva i 250 g/l hromne kiseline pogodno ima površinski napon od £ 28 mN/m, čak pogodnije £ 25 mN/m.

Rastvor hromne kiseline koji sadrži 0,1 g/l aditiva i 400 g/l hromne kiseline pogodno ima površinski napon od £ 35 mN/m, čak pogodnije ^ 30 mN/m.

0,1 g/l aditiva pri 45°C u hromnom elektrolitu koji sadrži 270 g/l hromne kiseline pogodno ima stabilnost od ^ 8 h, čak pogodnije od ^ 12 h.

U jednom pogodnom oličenju ovog pronalaska, ovaj aditiv je bez fluornih površinski aktivnih materija. Ovo podrazumeva da znači naročito da ovaj aditiv ne sadrži bilo koje organofluorno jedinjenje ili da je proporcija organofluornih jedinjenja u ovom aditivu ispod granice detekcije.

U jednom pogodnom oličenju ovog pronalaska, ovaj aditiv je biološki razgradljiv. Ovo podrazumeva da znači naročito da, prema kriterijumima OECD, ^ 99,5%, pogodno ^ 99,8% ovog aditiva se degradira (razgrađuje) u testu sortiranja (klasifikovanja) posle 8 dana. U mnogim aplikacijama, takav jedan aditiv doprinosi da se minimizira trošak (rashod) u pogledu sprečavanja kontaminacije životne okoline, ili čak da ga učini potpuno suvišnim.

Hromni elektrolit koji sadrži 0,1 g/l aditiva i 250 g/l hromne kiseline pogodno ima gustinu struje od ^ 30 A/dm<2>do £ 60A/dm<2>, čak pogodnije ^ 40 A/dm2 do ^ 50 A/dm<2>.

Hromni elektrolit koji sadrži 0,2 g/l aditiva i 350 do 400 g/l hromne kiseline pogodno ima gustinu struje od ^ 5 A/dm<2>do ^ 25 A/dm<2>, čak pogodnije ^ 8 A/dm2 do £ 20 A/dm<2.>

U jednom pogodnom oličenju ovog pronalaska, ovaj aditiv sadrži materijal odabran iz grupe dugolančanih

alkilmonosulfonskih kiselina, dugolančanih alkildisulfonskih kiselina, dugolančanih alkilpolisulfonskih kiselina, soli dugolančanih alkilmonosulfonskih kiselina, soli dugolančanih alkildisulfonskih kiselina, soli dugolančanih

alkilpolisulfonskih kiselina i njihovih smeša.

U ovom kontekstu, pod terminom „dugolančani" se podrazumeva da označava C4i veće (lance). Dugolančani alkil-radikali su pogodno neračvasti, ali je takođe moguće da se upotrebe račvaste alkilmono-, -di- i -polisulfonske kiseline i njihove soli.

Soli upotrebijene u pogodnom oličenju ovog pronalaska su alkalnometalne soli, zemnoalkalnometalne soli, NH4<+>soli, NR4<+>soli (gde je R = alkil) i njihove smeše.

U jednom pogodnom oličenju ovog pronalaska, ovaj aditiv sadrži (obuhvata) kao najmanje jednu njegovu komponentu, jedinjenje CH3 (CH2) nS03H ili njegove soli, gde je n ^ 10 i n £ 18. U praksi, ova jedinjenja često imaju naročito povišenu stabilnost i povoljna su sa tog aspekta.

Pogodnije, ovaj aditiv sadrži (obuhvata), kao najmanje jednu komponentu, jedinjenje CH3 (CH2)nS03H ili njegove soli, gde je n ^ 12 i n £ 17; čak pogodnije, ovaj aditiv sadrži (obuhvata), kao najmanje jednu komponentu, jedinjenje CH3 (CH2)nS03H ili njegove soli, gde je n ^ 14 i n £ 16.

Ovaj pronalazak se takođe odnosi na primenu pronalazačkog aditiva kao agensa za poliranje (glačanje) u hromnim elektrolitima. U jednom pogodnom oličenju ovog pronalaska, koncentracija aditiva je između ^ 0,05 g/l i £ 20 g/l, pogodnije £ 0,1 g/l i £ 10 g/l, i najpogodnije ^ 1 g/l i ^ 3 g/l.

Ovaj pronalazak se takođe odnosi na upotrebu (primenu) pronalazačkog aditiva kao aditiva u polimernim nagrizajućim sredstvima (močilima). Ovi pronalazači su našli, da se neočekivano, pronalazački aditiv može koristiti ne samo u hromnim elektrolitima već takođe u prethodnom tretmanu polimernih metaliziranja. U ovim nagrizajućim sredstvima (močilima), ovaj aditiv ima efekt kvašenja i smanjuje površinski napon ovih nagrizajućih sredstava (močila) koja sadrže hromnu kiselinu. Pozitivni uticaj na formiranje magle hromne kiseline i unošenje (povlačenje za sobom) je uporedljiv sa efektima koji su gore opisani za hromne elektrolite.

Ovaj pronalazak se takođe odnosi na upotrebu (primenu) aditiva koji sadrži (obuhvata), kao najmanje jednu komponentu, jedinjenje CH3 (CH2) nS03H ili njegove soli, gde je n M0 i n ^ 18, pogodnije n M2 i n ^ 17, čak pogodnije n M4 i n ^ 16, ili njihove smeše kao aditiv u polimernim nagrizajućim sredstvima (močilima) .

Gore pomenute komponente koje se trebaju primeniti prema ovom pronalasku i one koje su zahtevane i opisane u radnim primerima nisu predmet bilo kakvih naročitih izuzetnih uslova u pogledu njihove veličine, trodimenzionalne konfiguracije, selekcije materijala i tehničke konstrukcije (dizajna), tako da se selekcioni kriterijumi koji su poznati u ovoj oblasti mogu primeniti bez restrikcije.

Dalji detalji, osobine i prednosti predmeta (sadržaja) ovog pronalaska su evidentni iz podzahteva i iz opisa pronalazačkog primera koji sledi, u kojem je - na čisto ilustrativan i neograničavajući način - detaljno opisana jedna primena (upotreba) pronalazačkog aditiva.

Primer I:

U kupatilu koje sadrži 400 g/l hromne kiseline, 5 g/l fosforne kiseline, 3 g/l kalijum-nitrata, 3 g/l fluorida retkih zemalja (npr., cerijuma, lantana) i, kao pronalazački aditiv, 2 g/l natrijum-pentadekansulfonata, pri temperaturi od 20-25°C i gustini struje od 20 A/dm<2>izvršeno je prevlačenje (hromiranje) sa crnim hromom.

Dodatkom ovog pronalazačkog aditiva bilo je moguće da se smanji površinski napon do vrednosti od 29,8 mN/m.

U sledećim (priključenim) istraživanjima je nađeno da je deponovan (prevučen) hromni sloj imao vrlo uniformni izgled. Naročito je poboljšana disperzibilnost elektrolita. Testiranje nekoliko limova je dalo disperziju hromnog sloja koja je poboljšana u prošeku od 1,0-1,5 cm prema odgovarajućim testovima u Hull-ovoj ćeliji.

MATERIJALI I METODE MERENJA

Površinski napon je meren sa K8 tenzimetrom (instrumentom za merenje napona pare) iz firme Kruss u Hamburgu. Ovaj aparat radi prema Du Noiiv-vom postupku sa prstenom. Meri se sila tečne lamele koja se pomoću prstena povlači na gore. Tečnost se podiže sve dok postoji kontakt ovog prstena sa površinom. Pomoću torzione vage se meri sila potrebna da se podiže platinski prsten. Ova je utoliko veća Sto se dalje vuče prsten iz ove tečnosti. Na tački primenjene najveće sile, kada se prekida lamela, postoji ravnoteža sila iz koje se može izračunati površinski napon ove tečnosti. Geometrija prstena se uzima u obzir (račun) pomoću specifične kalibracije instrumenta izvršene od strane proizvođača.

Gustina struje se određuje merenjem jačina struje sa ampermetrom i upućivanjem na poznatu geometriju površine komponenata koje treba prevući hromom (hromirati).

Disperzibilnost elektrolita se određuje izračunavanjem (procenjivanjem) limova posle testova sa elektrolitom u Hull-ovoj ćeliji. Disperzija hromnog sloja se određuje merenjem ekspanzije (širenja) prevučene površine na limu nakon što je ovaj prošao operaciju (radnju) testa. Merenje se vrši lenjirom. Uopšte se prevlači nekoliko limova i mere pod istim uslovima da se dobiju pouzdane srednje vrednosti.

Claims (6)

1. Aditiv za vodene rastvore hromne kiseline, naznačen time, što je bez fluornih površinski aktivnih materija i što je biološki razgradijiv, što je CH3(CH2)nS03H ili njena so, gde je n 12 do 17, pri čemu je pomenuta površinski aktivna materija jedina površinski aktivna materija i koji ima u rastvoru hromne kiseline koji sadrži pomenuti aditiv površinski napon od £ 35 mN/m i koji ima u aplikaciji u elektrolitičkom prevlačenju hromom (hromiranju), određenu pri 45°C i 6000 Ah protoka naelektrisanja, u rastvoru hromne kiseline koji sadrži pomenuti aditiv stabilnost od ^ 4 h.

2. Aditiv prema zahtevu 1, naznačen time, što je n jednako 14 do 16.

3. Aditiv prema zahtevu 1 ili 2, naznačen time, što rastvor hromne kiseline koji sadrži pomenuti aditiv i koji se upotrebljava u elektrolitičkom prevlačenju hroma (hromiranju), ovaj rastvor hromne kiseline ima gustinu struje od 35 A/dm<2>do 60 A/dm<2>.

4. Primena aditiva prema bilo kojem od zahteva 1-3 kao sredstva za poliranje (glačanje) u hromnim elektrolitima.

5. Primena prema zahtevu 4, pri čemu je koncentracija aditiva između 0,05 g/l i 20 g/l.

6. Primena aditiva prema bilo kojem od zahteva 1-3 kao aditiva u polimernim nagrizajućim sredstvima (močilima) kao predtretmanima za polimerna metaliziranja.