مقدمة عامة عن الإضافات الوقائية للصدأ.

الصدأ عبارة عن خليط من الأكاسيد والهيدروكسيدات التي تتشكل على الأسطح المعدنية بفعل الأكسجين والماء، وفي بعض الأحيان تحتوي على كربونات تتشكل عن طريق ملامسة ثاني أكسيد الكربون في الهواء.

على سبيل المثال:

• صدأ الحديد الرئيسي هو أكسيد الحديد، والذي يتكون بشكل رئيسي من هيدرات أكسيد الحديديك وهيدروكسيد الحديد، وعادة ما يكون لونه أحمر.
• يتكون صدأ النحاس عمومًا من كربونات النحاس الأساسية، وهي المكون الرئيسي للصدأ الأخضر المتولد على سطح النحاس. وهو مركب غير عضوي له الصيغة الكيميائية Cu₂(أوه)₂شركة₃.

مشكلة التآكل المعدني منتشرة على نطاق واسع في مختلف الصناعات الاقتصادية. يمكن أن يؤدي تآكل المعادن إلى الإضرار بشكل كبير بأداء المنتجات المعدنية وقيمتها السلعية، بل وقد يتسبب في حدوث أعطال كبيرة، مما يؤدي إلى تخريد المعدات. لتجنب الصدأ، اعتمد الناس أساليب مختلفة، ويعد الزيت الوقائي للصدأ أكثر طرق الحماية شيوعًا لحماية المعدن من التآكل. وفي المجالات الصناعية، ينبغي إيلاء أقصى قدر من الاهتمام لصدأ الحديد والصلب. يعد الصدأ مشكلة خطيرة للغاية تتسبب في تلف منتجات الصلب والمعدات الميكانيكية.

هنا، نناقش بشكل رئيسي الإضافات المضادة للصدأ للصلب.

 

تُعرف الإضافات الوقائية ضد الصدأ أيضًا بعدة أسماء أخرى، بما في ذلك:

 

• مادة مضافة ضد الصدأ
• مانع الصدأ
• إضافات تمنع التآكل
• مادة مضافة مانعة للتآكل
• مثبطات الصدأ والتآكل

 

تاريخ موجز لإضافات وقائية من الصدأ

 

• في البداية، استخدم البشر الزبدة واللانولين والدهون البترولية للوقاية من صدأ المعادن
• في ثلاثينيات القرن العشرين، تم تطوير مثبطات الصدأ الاصطناعية تدريجيًا. ظهرت مثبطات صدأ السلفونات البترولية القابلة للذوبان في الزيت، تليها الأحماض الكربوكسيلية مثل حمض الألكيل أو حمض السكسينيك الألكينيل ومثبطات الصدأ حمض الفوسفات. تم استخدام مثبطات الصدأ من نوع حمض الكربوكسيل مثل حمض الألكيل أو حمض السكسينيك على نطاق واسع في زيت التوربينات.
• بعد الحرب العالمية الثانية، تطورت الزيوت المضادة للصدأ والمواد المضافة المضادة للصدأ بسرعة وتم استخدامها على نطاق واسع في الوقاية من الصدأ في المنتجات المعدنية.
• وفي الخمسينيات من القرن الماضي، ظهرت العديد من مثبطات الصدأ مثل استرات الأحماض الدهنية بوليول، والأمينات العضوية، وأملاح الأمينات العضوية، والمركبات الحلقية غير المتجانسة، والزيوت البترولية المؤكسدة، وشمع البارافين المؤكسد وأملاحه المعدنية، والبنزوتريازول.

 

كيف تعمل المادة المضافة المضادة للصدأ؟

مثبطات الصدأ هي في الغالب مواد قطبية، ويتميز تركيبها الجزيئي بما يلي:

• أحد الأطراف عبارة عن مجموعة وظيفية قطبية للغاية ذات خصائص محبة للماء، وقوة القطبية لها تأثير على منع الصدأ؛

• الطرف الآخر عبارة عن مجموعة ألكيل غير قطبية ذات خصائص كارهة للماء، ويؤثر طول سلسلة الألكيل أيضًا على مقاومتها للصدأ.

 

عندما تتلامس المنتجات النفطية التي تحتوي على مثبطات الصدأ مع المعادن، فإن المجموعات القطبية في جزيئات مثبطات الصدأ تتمتع بقوة امتصاص قوية على سطح المعدن، مما يشكل طبقة واقية محكمة أحادية الجزيء أو متعددة الجزيئات على سطح المعدن، مما يمنع الوسط المسبب للتآكل من ملامسة المعدن، وبالتالي يلعب دورًا في منع الصدأ.
مثبطات الصدأ لها أيضًا تأثير إذابة على الماء وبعض المواد المسببة للتآكل. من خلال إذابة هذه المواد في المذيلات، يكون لها تأثير تشتيت أو تعطيل للمواد المسببة للتآكل، وبالتالي القضاء على تآكل المعادن بواسطة المواد المسببة للتآكل. وبطبيعة الحال، فإن مثبطات الصدأ القلوية لها أيضًا تأثير معادل على المواد الحمضية، مما يمنع المعادن من التآكل بسبب الأحماض.

 

هناك نوعان من امتصاص مثبطات الصدأ على الأسطح المعدنية:الامتزاز الجسديوالامتزاز الكيميائي:

 

• يخضع ثنائي القطب للجزيئات القطبية لمثبطات الصدأ لجذب إلكتروستاتيكي مع السطح المعدني، مما يشكل امتزازًا فيزيائيًا، مثل السلفونات؛
• إذا كانت الجزيئات الممتزة قادرة على التفاعل كيميائيًا مع المعادن، يتم تشكيل الامتزاز الكيميائي، مثل حمض الكينيلسوسينيك.

الأنواع الرئيسية لمثبطات الصدأ

تنقسم مثبطات الصدأ شائعة الاستخدام إلى خمس فئات بناءً على بنيتها:

 

• السلفونات
• الأحماض الكربوكسيلية ومشتقات الحمض الكربوكسيلي
• استرات
• الفوسفات والأملاح العضوية
• الأمينات العضوية
• والمركبات الحلقية غير المتجانسة.

سلفونات

سلفوناتهو مثبط الصدأ المبكر المستخدم.

 

• وفقًا لمصدر المواد الخام، يمكن تقسيمها إلى سلفونات بترولية وسلفونات صناعية؛

• وفقا لنوع المعدن، يمكن تقسيمه إلى سلفونات الباريوم، سلفونات الكالسيوم، سلفونات المغنيسيوم، سلفونات الصوديوم، وسلفونات الزنك.

• سلفونات الكالسيوم هي السلفونات الأكثر استخدامًا كمنظف، تليها سلفونات المغنيسيوم. سلفونات الباريوم هي السلفونات الأكثر استخدامًا كمثبط للصدأ، تليها أملاح الصوديوم والكالسيوم. بالإضافة إلى السلفونات المعدنية، هناك أيضًا أملاح الأمونيوم؛

• وفقًا للرقم الأساسي، يمكن تقسيمها إلى سلفونات محايدة وسلفونات قائمة.

 

تختار السلفونات المعدنية عادةً أملاح الباريوم أو الكالسيوم أو الصوديوم. يمكن لهذه المركبات القطبية أن تعزز مقاومة الصدأ، والأسطح المعدنية الرطبة، وتشكل طلاءًا أكثر اكتمالًا وموحدًا. السلفونات لها ميل للمعادن ويمكنها إزالة الماء من سطح المعدن. تساعد السلفونات المعدنية أيضًا في إذابة الشمع والشمع المؤكسد في السوائل.

سلفونات الباريوموتوفر سلفونات الكالسيوم أفضل أداء للصرف، في حين أن سلفونات الصوديوم هي الأكثر ملاءمة لإنتاج مثبطات الصدأ المستحلبة (المائية).

تحتوي السلفونات المعدنية على رأس محب للماء (قطبي)، وذيل كاره للماء (غير قطبي) يلتصق (يمتز كيميائيًا) بسطح المعدن، وذيل ممتد يتحرك بعيدًا عن المعدن ويوفر طبقة حاجزة. توفر السلفونات المعدنية نفسها حاجزًا بين سطح المعدن والبيئة الخارجية.

يتشابك الذيل الكاره للماء من الشمع أو جزيئات الشمع المؤكسدة مع جزيئات السلفونات، مما يشكل غشاء أقوى وأكثر كارهة للماء من السلفونات أو الشمع وحده.

على سبيل المثال، في نفس بيئة الاختبار
يمكن أن يوفر المذيب الذي يحتوي على 10% سلفونات أو الشمع المؤكسد 30 يومًا من الحماية من التآكل في صندوق رطب؛
ومع ذلك، فإن مزيجًا من الشمع والسلفونات بنسبة 10% يمكن أن يوفر أكثر من 60 يومًا من الحماية من التآكل في صندوق رطب.

 

سلفونات الصوديومله خصائص مضادة للصدأ والاستحلاب ويستخدم عادة في الزيوت المستحلبة المضادة للصدأ (السوائل). يتم استخدامه لمنع الصدأ أثناء عمليات التصنيع ويلعب دورًا في التشحيم والتبريد ومنع الصدأ والتنظيف في سوائل قطع المعادن.
بشكل عام، كلما زاد الوزن الجزيئي لسلفونات الصوديوم، كان أداء الوقاية من الصدأ أفضل.

 

سلفونات الباريوم البتروليةهو مثبط الصدأ الأقدم والأكثر استخدامًا في الصين. إنه يتميز بمنع جيد للصدأ، ومقاومة ممتازة للتآكل لمختلف المعادن، فضلاً عن إزاحة الماء الممتازة وأداء تحييد الأحماض، وخاصة مقاومة التآكل في المياه المالحة.

 

بشكل عام، يتم استخدام السلفونات المحايدة أو المنخفضة القاعدة أو المتوسطة كمثبطات للصدأ. غالبًا ما تستخدم السلفونات ذات القاعدة العالية كمنظف في زيت المحرك، حيث تلعب دورًا معادلاً ومنظفًا. وذلك لأنه كلما ارتفعت القيمة الأساسية للسلفونات، كلما كان أدائها المضاد للصدأ أسوأ.

 

العلاقة بين الرقم الأساسي والأداء المضاد للصدأسلفونات الكالسيوم.

 

غرض	إجمالي الرقم الأساسي، mgKOH/g	أيام الوقاية من الصدأ
سلفونات الكالسيوم البترولية أ	0	﹥50
سلفونات الكالسيوم الاصطناعية ب	0	﹥50
سلفونات الكالسيوم البترولية ج	22	﹥50
سلفونات الكالسيوم الاصطناعية د	27	﹥50
سلفونات الكالسيوم البترولية E	305	14
سلفونات الكالسيوم الاصطناعية F	400	8

دينونيل النفثالين سلفوناتوهو نوع آخر من السلفونات الاصطناعية، ويمكن تصنيفه إلى عدة أنواع: ملح الباريوم، وملح الكالسيوم، وملح الزنك، وملح الأمونيوم.

 

 

الباريوم دينونيل النفثالين سلفوناتيتمتع بقابلية جيدة للذوبان في الزيت ومقاومة للصدأ، ولكن مقاومته للمياه المالحة ليست جيدة مثل مقاومة سلفونات الباريوم البترولية. استخدامه مشابه لاستخدام سلفونات الباريوم البترولية، وهو مناسب بشكل خاص لتعديل زيوت منع الصدأ ذات الطبقة الصلبة والطبقة الناعمة. كما أنه يستخدم بشكل شائع في تشحيم الشحوم وهو نوع مهم من مثبطات الصدأ.

بعض أملاح الباريوم من دينونيل نفثالين سلفونات لها أيضًا خصائص مضادة للاستحلاب، مثل أملاح الباريوم المحايدة من دينونيل نفثالين سلفونات.

 

الأحماض الكربوكسيلية والأملاح الكربوكسيلية ومشتقاتها

الأحماض الدهنية طويلة السلسلةتتمتع بدرجة معينة من مقاومة الصدأ، وعادةً ما تتمتع الأملاح المعدنية ذات الأحماض الدهنية بمقاومة أقوى للصدأ من الأحماض الدهنية الأصلية.

تتمتع مثبطات الصدأ من نوع حمض الكربوكسيل بمقاومة جيدة للرطوبة، كما أن تأثير اختبار التعرض لصندوق التهوية جيد أيضًا، لكنها تفتقر إلى أداء تحييد الحمض ولديها مقاومة ضعيفة للتآكل للرصاص والزنك.
تتمتع أملاحها المعدنية بمقاومة جيدة لتآكل المعادن.
تتمتع معظم الأحماض الكربوكسيلية أو الأملاح المعدنية للحمض الكربوكسيلي بمقاومة ضعيفة للمياه المالحة وإزاحة الماء.

هناك العديد من مثبطات الصدأ القائمة على حمض الكربوكسيل، ويختلف أدائها بشكل كبير باختلاف الهياكل. حمض نونيلفينوكسي أسيتيك هو مثبط لصدأ المعدن الأسود وله قابلية جيدة للذوبان في الزيت، كما أن أملاحه الأمينية وأملاح إيميدازولين هي أيضًا مثبطات جيدة للصدأ.

على سبيل المثال،ن-أولويل ساركوزينوملح الأوكتامونيوم وملح إيميدازولين هما أيضًا مثبطات فعالة للصدأ للحديد والمعادن غير الحديدية. وهي عبارة عن مثبطات صدأ الحمض الكربوكسيلي الأحادي، بالإضافة إلى مثبطات الصدأ التي تحتوي على اثنين من الأحماض الكربوكسيلية. الممثل الرئيسي ومثبط الصدأ المستخدم على نطاق واسع والذي يحتوي على اثنين من الأحماض الكربوكسيلية هو حمض الألكينيل أو حمض الألكيل السكسينيك، بشكل رئيسيحمض دوديسينيل السكسينيك. خصائصه هي مقاومة جيدة للصدأ، جرعة منخفضة، وعدم الحساسية للماء. يستخدم بشكل رئيسي في زيت التوربينات، ويستخدم أيضًا على نطاق واسع في الزيت الهيدروليكي وزيت السكك الحديدية.

من بين مثبطات الصدأ الكربوكسيلية، تعتبر المثبطات الأكثر أهميةنفثينات الزنكوصابون اللانولين المغنيسيوم. يتمتع نفثينات الزنك بقابلية جيدة للذوبان في الزيت وله تأثيرات تمنع الصدأ على كل من المعادن الحديدية وغير الحديدية. يتم استخدامه عادةً مع سلفونات الباريوم البترولية بجرعة تتراوح من 2٪ إلى 3٪ (كتلة)) لإغلاق زيت منع الصدأ.

 

استرات

حمض الأديبيك وحمض البنزويك لهما تأثيرات مضادة للصدأ في الماء. إذا تم أسترتها، فيمكن الحصول على عوامل مضادة للصدأ قابلة للذوبان في الزيت.

 

وتشمل المنتجات التمثيليةالسوربيتول أحادي أوليات(Span-80)، أحادي أوليات بنتايريثريتول، دوديسينيل سوكسينات ولانولين.

فترة -80هو مثبط شائع الاستخدام للصدأ وخافض للتوتر السطحي يجمع بين خصائص منع الصدأ والاستحلاب. لقد حقق نتائج جيدة في اختبارات صندوق التهوية وله خصائص مقاومة للرطوبة وإزاحة الماء. يتم استخدامه في مختلف زيوت الختم والقطع.

The rust resistance of different fatty acid sorbitol esters varies, generally oleic acid esters>stearic acid esters>استرات حمض اللوريك.

أداء الوقاية من الصدأ للأحاديات والتريسترات متشابه، والاسترات المختلفة لها درجة معينة من التآكل في الرصاص.

بالمقارنة مع التستر، فإن الاسترات الأحادية لديها قدرة أكبر على تآكل الزنك.

حمض دوديسينلسوكسينيك نصف استريتمتع بخصائص جيدة للوقاية من الصدأ ومضادة للاستحلاب ومناسب لزيت التوربينات المضاد للأكسدة والمضاد للصدأ.

اللانولينهي مادة دهنية معقدة يفرزها جسم الأغنام وتلتصق بالصوف. قبل الغزل، يجب إزالة الشحوم من الصوف وغسله لإزالة اللانولين. قم باسترجاع وإزالة الروائح الكريهة وإزالة اللون من محلول التنظيف، وبعد التجفيف، احصل على مادة دهنية صفراء بنية، وهي اللانولين، والتي يمكن استخدامها كمثبط للصدأ.
اللانولين هو دهون طبيعية، على الرغم من كونها مثبطًا قديمًا للصدأ، إلا أنها لا تزال تستخدم على نطاق واسع حتى يومنا هذا. اللانولين ليس فقط عامل مضاد للصدأ، ولكنه أيضًا مادة مكونة للفيلم للزيت الناعم المضاد للصدأ.
تعتبر خصائص درجات الحرارة المنخفضة والتصاق اللانولين ومشتقاته كمثبطات للصدأ ممتازة. يتمتع اللانولين بقدرة مضادة للأكسدة على الهواء، واستقرار جيد للطلاء، وله أيضًا خصائص قوة الاستحلاب واحتباس الماء.
نظرًا للاسترطابية القوية وضعف ذوبان اللانولين في المذيبات، يمكن تقليل قيمة الهيدروكسيل ضمن نطاق عدم تقليل مقاومة الصدأ.
تظهر مثبطات الصدأ القائمة على اللانولين بشكل عام مقاومة جيدة للصدأ، خاصة في مياه البحر والمياه المالحة، مع مقاومة ممتازة للتآكل. ومع ذلك، لديهم انجذاب قوي للمعادن وأداء ضعيف في إزالة الشحوم.
يمكن لمزيج اللانولين والسلفونات أن يحقق خصائص ممتازة للوقاية من الصدأ وإزالة الشحوم بسبب التأثير التآزري. يمكن أن يؤدي صنع الصابون المعدني من اللانولين إلى تحسين إزاحة الماء وإزاحة عرق اليد، ويمكن استخدامه لإنتاج زيت مضاد للصدأ من النوع الإزاحي.

الفوسفات العضوي وأملاحه

الفوسفات العضوي هو بشكل رئيسي أورثوفوسفات، فوسفيت، وفوسفونات.أورثوفوسفاتيستخدم بشكل رئيسي كمثبط للصدأ.

تشمل مثبطات الصدأ من نوع الفوسفات ما يلي:

ملح فوسفات دوديسيل مفرد أو مزدوج دوديكوكسي بروبيل إيزوبروبانولامين، الذي يتميز بخصائص مضادة للأكسدة، ومضاد للصدأ، ومضاد للتآكل؛
ملح فوسفات ألكيل إيميدازولين له خصائص مقاومة للصدأ والتآكل.
يمكن أيضًا استخدام استرات الفوسفات كإضافات مضادة للتآكل عالية الضغط وغالبًا ما تستخدم في مواد التشحيم وزيوت تشغيل المعادن. يمكن أن ينتج تأثيرات ممتازة لمنع الصدأ عند استخدامه مع سلفونات البترول وأحادي استرات أنهيدريد السوربيتول.
الأمينات العضوية وأملاحها والمركبات الحلقية غير المتجانسة
وتشمل الأملاح الأمينية شائعة الاستخدام في الصينملح حمض ن-أوليك ساركوزين أوكتاديسيلامينوهيبتادينيل إيميدازولين سكسينات. تتمتع مثبطات الصدأ الأميني العضوي بمقاومة جيدة للرطوبة وإزاحة الماء وخصائص تحييد الأحماض، لكن نتائج اختبار صندوق المائة ورقة ضعيفة، مع تآكل أكبر للرصاص وتآكل معين للنحاس والزنك. عند تطبيقه يجب توخي الحذر.
بنزوتريازولهو مثبط الصدأ الأكثر استخدامًا بين المركبات الحلقية غير المتجانسة. إنه مانع تآكل ممتاز وعامل مضاد لتغير اللون للنحاس غير الحديدي وسبائكه، وله أيضًا تأثير معين لمنع الصدأ على الفولاذ.

 

ومع ذلك، البنزوتريازول غير قابل للذوبان في الزيوت المعدنية وقابل للذوبان في الماء. بشكل عام، عند إضافة الزيوت المعدنية، يجب إضافة مذيب مشترك: يمكن إذابته في الإيثانول أو البروبانول أو البيوتانول أولاً، ثم إضافته إلى الزيوت المعدنية؛ ويمكن أيضًا إذابته في المذيبات المشتركة مثل بوتيل فثالات، أو فثالات ثنائي أوكتيل، أو فوسفات ثلاثي بوتيل، أو فوسفات الكريسيل قبل إضافة الزيوت المعدنية.

تشمل المركبات الحلقية غير المتجانسة أيضًا المركبات الحلقية غير المتجانسة المحتوية على النيتروجين، مثل1,3,4-ثياديازول ومشتقاته. التركيب الجزيئي لهذه المركبات مضغوط نسبيًا. عند امتزازه على الأسطح المعدنية، فإنه مفيد لزيادة قوة طبقة الزيت ويمنع بشكل فعال تآكل عناصر الكبريت والفوسفور في زيوت التشحيم. باعتباره فئة من المركبات الحلقية غير المتجانسة التي تحتوي على النيتروجين، 1,3،4-ثياديازول ومشتقاته، يمكن للإلكترونات الزوجية الوحيدة للذرات غير المتجانسة في الجزيء أن تمتز كيميائيًا بالمعادن، مما يشكل طبقة زيتية كثيفة على سطح المعدن . يمكن لفيلم التخميل هذا أن يعزل التحلل التحفيزي للمعادن ويمنع المنتجات الحمضية من تآكل المعادن، لذلك يمكن استخدامه كمادة مضافة مضادة للتآكل لزيوت التشحيم.