ИЗУЧЕНИЕ АНТИКОРРОЗИОННЫХ СВОЙСТВ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ПОЛИЭТИЛЕНТЕРЕФТАЛАТА

АННОТАЦИЯ

В целях получения ингибиторов коррозии изучен процесс аминолиза вторичного полиэтилентерефталата с моноэтаноламином и диэтаноламином. При этом выявлено, что с увеличением количества моноэтаноламина понижается температура каплепадения по Убелоду. Методом ИК-спектроскопии исследована структура аминогидроксил-содержащих олигомеров. Показана возможность использования продуктов аминолиза вторичного полиэтилентерефталата в комбинациях с кубовым остатком моноэтаноламина и пиридина в качестве ингибиторов коррозии металлов.

ABSTRACT

In order to obtain corrosion inhibitors, the process of aminolysis of secondary polyethylene terephthalate with monoethanolamine and diethanolamine has been studied. At the same time, it was revealed that with an increase in the amount of monoethanolamine, the dropping point according to Ubelod decreases. The structure of aminohydroxyl-containing oligomers was studied by IR spectroscopy. The possibility of using the products of aminolysis of secondary polyethylene terephthalate in combinations with the vat residue of monoethanolamine and pyridine as metal corrosion inhibitors has been shown.

Ключевые слова: защита металлов, скорость коррозии, ингибиторы коррозии, полиэтилентерефталат, аминолиз, аминный агент, моноэтаноламин, диэтиленгликоль.

Keywords: metal protection, corrosion rate, corrosion inhibitors, polyethylene terephthalate, aminolysis, amine agent, monoethanolamine, diethylene glycol.

На сегодняшний день в республике на многих предприятиях используют полиэтилентерефталат, из которого получают упаковочные и текстильные материалы. Такое потребление перед учеными ставит задачу разработки технологии утилизации вторичного полиэтилентерефталата. Анализ литературных данных показал возможности получения полезных продуктов с помощью аминолиза полиэтилентерефталата различными видами амин [8; 16].

В качестве аминного агента используются моноэтаноламин и диэтиленгликоль. Для получения и улучшения тех или иных свойств аминогидроксилсодержащих олигомеров и пригодных для использования в качестве ингибиторов коррозии использовали моноэтаноламин. Поэтому изучение процесса аминолиза вторичного полиэтилентерефталата с моноэтаноламином и его смеси с другими аминами позволяет получить аминогидроксилсодержащие олигомеры, пригодные для производства ингибиторов коррозии, является актуальным и своевременным.

Целью данной работы является исследование процесса аминолизом вторичного полиэтилентерефталата с моноэтаноламином получения аминогидроксилсодержащих олигомеров и определение эффективности в качестве ингибиторов коррозии.

Большинство промышленных ингибиторов – это органические азотосодержащие ПАВ и четвертичные аммониевые основания. Наиболее широкое применение нашли индивидуальные вещества – уротропин (гексаметилентетраамин), анилин, пиридин, хинолин и их производные [1; 9; 11; 10; 14; 7; 3; 5]. Для ингибирования сероводородной коррозии широко используется ингибитор И-1-А (И-1-В) [12; 4; 6; 13]. Ингибитор серии И-1 представляет собой кубовый остаток разгонки, получаемый при синтезе 2-метил-5-этилпиридина из паральдегида и аммиака. Их также используют в качестве ингибитора в средах серной и соляной кислот. Они рекомендованы для травления сталей в минеральных кислотах и для проведения соляно-кислотной обработки скважин при высоких температурах. Их защитное действие составляет 96–97 %.

Авторами было изучен аминолиз вторичного полиэтилентерефталата (ПЭТ) с этаноламином под действием микроволнового излучения. Реакцию проводили с этаноламином без использования какого-либо другого катализатора в герметичном микроволновом реакторе, в котором давление и температуру контролировали и регистрировали. Основной продукт, бис(2-гидроксиэтил) терефталамид, был идентифицирован по инфракрасным спектрам с Фурье-преобразованием (FTIR) и измерениям ДСК. При этом исследована средняя молекулярная масса остатков ПЭТ с помощью измерений вязкости. Выявлено, что полная деполимеризация происходит менее чем за 5 мин, когда мощность облучения составляла 100 °С или при температуре 260 °С [2; 15].

Аминолиз полиэтилентерефталат с моноэтаноламином проводили в следующей последовательности: в трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, обратным холодильником и термометром, добавляем измельченные, промытые и высушенные хлопья ВПЭТ и моноэтаноламина (МЭА). В течение 60 минут поднимаем температуру до 100 °С, затем в течение еще 60 минут температуру поднимаем до 220 °С. После достижения температуры 220 °С продолжаем синтез 6 часов. Хлопья постепенно набухают, реакционная масса становится гомогенной. Продукты синтеза при комнатной температуре представляют собой твердую массу, с увеличением мольного соотношения моноэтаноламина продукт становится мягче по консистенции.

Первоначальные исследования по изучению процесса аминолиза ВПЭТ начали с моноэтаноламином, процесс осуществляли при соотношения ВПЭТ : МЭА = 1:0,4,1:0,6,1:2,1:2,5 и 1:4 моль×эл×звено/моль.

Механизм аминолиза вторичного полиэтилентерефталата моноэтаноламином можно представить следующим образом:

Структуру синтезированных продуктов изучали методом ИК- спектроскопии. На ИК-спектрах МЭА (рис. 1) имеется широкая полоса поглощения при 3500–3150 см^–1 первичных аминных и гидроксильных групп, СН₂-групп, связанных с атомом азота и кислорода при 2943 и 2872 см^–1, деформационных колебаний первичных NH- и СН₂-групп при 1573 см^–1 и 1482 см^–1, скелетных колебаний ОН при 1360 и 1318 см^–1 и С-N при 1360, 1164, 1030 см^–1, валентных колебаний С-О в СН₂ОН при 1050–1085 см^–1, широкая полоса поглощения при 712 см^–1 деформационных колебаний NH₂.

Рисунок 1. ИК-спектры использованного моноэтаноламина

На ИК-спектрах продуктов аминолиза (рис. 2) после синтеза имеются деформационные колебания первичных NH- и СН₂-групп при 1552 см^–1 и 1499 см^–1, первичных гидроксильных групп при полосе пропускании 1043 см^–1, полосе пропускания ароматических колец при 1684 см^–1. Наличие аминсодержащих пиков свидетельствует о взаимодействии моноэтаноламина с ВПЭТ с образованием аминогидроксилсодержащего олигомера.

Рисунок 2. ИК-спектры продуктов аминолиза

Оценка пригодности к применению ингибирующего состава на основе продукта аминолиза полиэтилентерефталата (АПЭТ), пиридина (Py) и кубового остатка вакуумной перегонки моноэтаноламина (КОМЭА). Полученные продукты были условно названы SUMONO-GRK (АПЭТ : КОМЭА : Py¸ 1 : 1 : 0,1) и SUMONO-альфа-GRK (АПЭТ : КОМЭА : Py¸ 1 : : 2 : 0,1). В табл. 1 приведены результаты испытания SUMONO-GRK в среде 15%-ной соляной кислоты.

Таблица 1.

Влияние концентрации ингибиторов на скорость коррозии стали Ст.3 в 15%-ной кислоте (t = 60 °C, τ = 4 ч)

Как видно из данных таблицы 1, ингибитор эффективно защищает сталь от коррозии при концентрациях добавки 0,8–1,0 %.

Изучено влияние температуры на скорость коррозии и защитное действие ингибитора при коррозии стали Ст.3 в 15%-ной соляной кислоте. Концентрация ингибитора – 0,8 %.

Таблица 2.

Влияние температуры на скорость коррозии стали марки Ст.3 в 15%-ной соляной кислоте. Концентрация ингибитора – 0,8 %

SUMONO-GRK и SUMONO-альфа-GRK были испытаны в сероводородной и углекислотной средах (табл. 3 и 4).

Таблица 3.

Влияние ингибиторов на коррозию стали марки прочности Д в сероводородной среде. Температура комнатная. Концентрация сероводорода – 3,5–3,1 г/л. Среда – газоконденсат: вода = 1:2. Перемешивание, время 72 часа

Таблица 4.

Влияние ингибиторов на коррозию стали марки прочности D в углекислотной среде ( ; t = 24 °C, конц. добавки – 0,2 г/л)

Данные представленных таблиц доказывают, что ингибиторы SUMONO-экстра-GRK и SUMONO-GRK эффективно защищают сталь от коррозии в различных агрессивных средах.

Таким образом, изучен процесс аминолиза вторичного полиэтилентерефталата с моноэтаноламином. Установлены структура и физико-химические свойства полученных продуктов. При этом выявлено, что с увеличением количества моноэтаноламина понижается температура каплепадения по Убелоду. Химическими методами и методами ИК-спектроскопии исследована структура аминогидроксилсодержащих олигомеров. Показана возможность использования продуктов аминолиза ВПЭТ в композиции с КОМЭА и пиридина в качестве ингибиторов коррозии металлов.

Список литературы:

1. Альцибаев А.И., Левин С.З. Ингибиторы коррозии металлов // под ред. проф. Л.И. Антонова. – Л. : Химия, 1968. – 264 с.
2. Аминолитическая деполимеризация отходов полиэтилентерефталата в микроволновом реакторе / Dimitris Sachilias, Georgia Ptsintzou, Alexandros K Nkolaidis, Dimitris Nikiriarisand [et al.]  // Society of Chemical Industry. – 2010. – Р. 500–506.
3. Антропов Л.И. Защита металлов. – 1977. – Т. 13. – 410 с.
4. Антропов Л.И., Макушкин Е.М., Пангасенко В.Ф. Ингибиторы коррозии металлов. – Киев : Техника, 1981. – 181 с.
5. Антропов Л.И., Почребева И.С. Коррозия и защита от коррозии. Итоги науки техники. – М. : ВНИИТИБ, 1973. – Т. 2. – С. 27.
6. Афанасьев А.С., Бейлинова Л.А., Ереиеева Р.А. Вопросы химии и химической технологии. – Харьков : Высшая школа, 1975. – Т. 38. – С. 117–120.
7. Григорьев В.Г., Экилек В.В. Химическая структура и защитное действие ингибиторов коррозии. – Ростов н/Дон : изд. Рост. ун-та, 1978. – 164 с.
8. Колотыркин Я.М. Современные методы противокоррозионной защиты // Защита металлов. – 1993. – Т. 29, № 2. – С. 119–121.
9. Путилова И.Н., Балезин С.А., Баранник В.П. Ингибиторы коррозии металлов. – М. : Госхимиздат, 1954. – 185 с.
10. Путилова И.Н., Числова Е.Н. Ингибиторы кислотной коррозии. – Киев, 1965. – С. 35.
11. Рабинсон Дж. Ингибиторы коррозии. – М. : Металлургия, 1983. – 272 с.
12. Решетников С.М. Ингибирование кислотной коррозии металлов. – Ижевск : Узмурдия, 1980. – 128 с.
13. Рождественский Ю.Г., Низамов К.Р., Калимуллин А.А. Создание и применение ингибиторов коррозии и ингибированных материалов в нефтепереработке и нефтехимии // Тез. докл. Всесоюзной научн.-техн. конф. – Л. : Леннефтехим, 1981. – С. 84–85.
14. Розенфельд И.Л. Ингибиторы коррозии. – М. : Химия, 1977. – 352 с.
15. Dutt K., Soni R.K. Синтез и характеристика бис-аминоэтил-терефталамида из отходов ПЭТ и его применения в качестве отвердителя в DGEBA // Centra Institute of Plastics Engineering Technology, 2014.
16. Shidota T. Jsces report on the cost corrosion in Japan // Corcos. Manad. – 2001. – № 40. – Р. 17–21.