ES2716074T3 - Composición desoxidante de pH neutro - Google Patents
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Abstract
Una composición desoxidante con un pH en el rango de 5 a 8, comprendiendo: al menos un tensioactivo y al menos un agente quelante; donde al menos un tensioactivo es un alquil poliglicósido; y donde al menos un agente quelante es un ácido aminopolicarboxílico; y agua, caracterizado por que la composición comprende además al menos una fuente de iones ferrosos.
Description
DESCRIPCIÓN
Composición desoxidante de pH neutro
La presente invención está relacionada con una composición desoxidante de pH neutro, diseñada para eliminar metal corroído, incluyendo óxido o deslustre, de las superficies metálicas.
Los metales y los materiales metálicos pueden reaccionar con sustancias químicas del entorno circundante, alterando la superficie del material en un proceso conocido como corrosión. Se puede obtener oxígeno del aire o del agua, y ambas cosas están frecuentemente presentes en el entorno que rodea a los materiales metálicos. El oxígeno reacciona fácilmente con los metales ferrosos para formar óxidos, como el óxido de hierro, conocido comúnmente como herrumbre. Los óxidos de hierro como la herrumbre y la magnetita, son bien conocidos, pero también pueden formarse por corrosión sulfuros, cloruros, fosfatos, películas de cromato y muchos otros contaminantes.
La herrumbre superficial es escamosa y frágil y no proporciona protección al metal subyacente. Finalmente, con el tiempo, la totalidad del objeto metálico puede convertirse en herrumbre. La herrumbre tiene menos resistencia mecánica y un objeto que se haya convertido en herrumbre puede desintegrarse fácilmente. Esto puede tener un impacto gravemente perjudicial sobre las estructuras mecánicas, salvo que sean tratadas para eliminar o prevenir la oxidación.
Otra forma de corrosión, causada habitualmente por la oxidación del metal, es conocida comúnmente como deslustre. El deslustre cambia el aspecto del metal, de forma que la superficie metálica resulta opaca y ennegrecida. Aunque se forma de modo similar a la herrumbre, el deslustre es autolimitante y solo afecta a unas pocas de las capas superiores del metal. El deslustre puede darse en metales no ferrosos, como el cobre, el latón, la plata y otros metales similares. Generalmente el deslustre no es escamoso ni frágil, y no afecta a la resistencia del artículo metálico. No obstante, el aspecto y las cualidades reflectantes del metal se ven afectadas por la capa de deslustre.
Existen productos que se utilizan para eliminar los depósitos formados por corrosión, como la herrumbre o el deslustre, una vez se ha producido la herrumbre o la corrosión. Las piezas metálicas corroídas pueden ser sumergidas en una solución que elimine la herrumbre, o la solución puede ser pulverizada o aplicada de otra forma a la pieza. Estas soluciones o productos para la eliminación de herrumbre son en general formulaciones líquidas, y en la industria se conocen normalmente como composiciones o formulaciones "desoxidantes". Algunos productos desoxidantes requieren elevadas temperaturas para disolver los depósitos de los metales. Uno de los problemas que plantean los productos actuales para la eliminación de la herrumbre es que las soluciones capaces de disolver la herrumbre son tan corrosivas que tienden a dañar la superficie a limpiar.
Los productos para la eliminación de la herrumbre existentes actualmente en el mercado se basan predominantemente en uno de dos métodos. El primer método implica productos ácidos, basados en general, pero no exclusivamente, en ácido clorhídrico y ácido fosfórico. El ácido reacciona con el óxido del metal y lo solubiliza. Por desgracia, el ácido ataca también al metal de base generando o desarrollando gas hidrógeno. El ácido utilizado para el tratamiento es corrosivo para la piel y los ojos. El ácido produce gases o vapores que atacan a los equipos circundantes. El segundo método implica el uso de productos altamente alcalinos, constituidos generalmente de una base cáustica. La mayoría de las formulaciones desoxidantes alcalinas tienen niveles más bajos de generación de gases.
Típicamente, tras la aplicación de un producto desoxidante, la superficie metálica a limpiar reaccionará rápidamente con el oxígeno para formar una nueva capa de material oxidado en un proceso conocido como "oxidación flash". La oxidación flash es algo común tras la limpieza con una formulación desoxidante ácida, debido a la repentina disponibilidad de superficie metálica en estado reactivo. En algunos casos, se favorece con la limpieza, ya que una capa delgada de metal oxidado puede proteger el metal subyacente de más oxidación. No obstante, la aparición de oxidación flash puede dificultar la aplicación de productos (como pintura o productos para la prevención de la herrumbre) al metal después de la limpieza.
Son varios los problemas a superar al formular una composición desoxidante. Además de evitar una excesiva agresión al metal más allá del depósito de herrumbre, una vez los iones metálicos de la herrumbre se han disuelto en una solución, los iones tienen que ser mantenidos en disolución y eliminados por lavado. Las piezas metálicas a limpiar pueden estar también contaminadas con grasa, aceite u otra suciedad, y esos contaminantes deben ser también mantenidos en suspensión o disueltos en la solución.
Uno de los principales componentes de una composición desoxidante es el agente quelante utilizado para disolver la herrumbre. Los agentes quelantes son conocidos también como agentes complejantes o secuestrantes, y se utilizan para ligar iones metálicos en solución. Los agentes quelantes pueden ser hidrosolubles, y por tanto ser usados en soluciones acuosas. La quelación describe una forma particular en la que iones y moléculas se unen a iones metálicos. Los agentes quelantes son sustancias químicas que reaccionan con los metales para mejorar su estabilidad general y la probabilidad de unirse a otros metales o sustancias químicas. El metal que resulta se conoce como "quelato". La mayoría de los metales tienen estructuras químicas que se parecen mucho a cadenas, pero los agentes quelantes unen los extremos para formar un anillo, conocido como ligando. Esta estructura de anillo hace
que los iones sean más estables, y les ayuda a moverse con más facilidad a través de distintos entornos. El efecto quelato describe la mayor afinidad de los ligandos quelantes por un ion metálico, en comparación con la afinidad de un grupo de ligandos no quelantes similares para el mismo metal. Tradicionalmente, muchos quelantes están basados en fosfonatos.
Los agentes quelantes pueden formar complejos solubles con iones metálicos en el agua de lavado, evitando así la formación de precipitados metálicos. Al formar complejos metálicos hidrosolubles, el metal de las piezas corroídas o deslustradas puede ser separado fácilmente y eliminado mediante lavado.
Los tensioactivos pueden tener múltiples usos en una composición desoxidante. El objetivo de los tensioactivos en general puede incluir lo siguiente: actuar como agente dispersante, reducir la tensión superficial, aumentar la formación de espuma, ayudar a la formación y estabilización de la emulsión y actuar como agente humectante. En una composición desoxidante se puede añadir uno o más tensioactivos para mejorar la humectación de la superficie del óxido metálico, ayudar en la separación de la contaminación de la superficie del metal a limpiar, ayudar al desengrasado de las piezas metálicas y/o ayudar a mantener en suspensión el aceite y las partículas de suciedad. Mejorando la humectación superficial del óxido metálico aumenta la penetración de la composición desoxidante en cualquier depósito de óxido metálico. Esto reduce el tiempo que se tarda en disolver los óxidos de hierro, lo que puede ser especialmente importante para las incrustaciones grandes sobre la superficie metálica.
Los tensioactivos se dividen a grandes rasgos en las siguientes categorías: catiónicos, aniónicos, no iónicos y anfotéricos. Existen diversos tipos distintos de tensioactivos no iónicos adecuados para el uso en composiciones desoxidantes.
Los tensioactivos no iónicos, en particular los tensioactivos no iónicos nitrogenados, pueden tener efectos anticorrosión, ya que tienen un carácter parcialmente catiónico. Estos tensioactivos presentan buenas propiedades espumantes, que pueden ser útiles para la flotación de residuos. Los tensioactivos no iónicos no se disocian en soluciones acuosas, y no se ven afectados por el pH del agua o su dureza. Los ejemplos de tensioactivos no iónicos incluyen alcoholes lineales etoxilados, alquilfenoles etoxilados, estéres de ácidos grasos, aminas y derivados de amidas, alquilpoliglucósidos copolímeros de óxido de etileno, copolímeros de óxido de propileno, polialcoholes, polialcoholes etoxilados, tioles (mercaptanos) y derivados y tensioactivos no iónicos nitrogenados. Este grupo incluye además imidazoles e imidas, estéres de sorbitán (como SPAN®) y sorbitán etoxilado (TWEEN® y equivalentes).
La presente invención proporciona una composición desoxidante con mejor biodegradabilidad, permitiendo al mismo tiempo su aplicación dentro de un rango de pH neutro. Esto reduce el daño causado a las piezas de metal a limpiar y limita también los riesgos operativos. La composición desoxidante puede actuar también como un agente de eliminación de la corrosión para otras formas de corrosión tales como el deslustre.
Las patentes US 2012021963 A1 y US2012260938 A1 divulgan una composición acuosa desoxidante con un pH en el rango de 5 a 8, y comprendiendo un alquilpoliglucósido y un ácido aminocarboxílico.
Descripción detallada
De acuerdo con la presente invención, se proporciona aquí una composición desoxidante conforme con la reivindicación 1. De preferencia, se puede proporcionar un segundo agente quelante. El segundo agente quelante puede ser otro ácido aminopolicarboxílico, un agente quelante basado en fosfonato, o un agente quelante alternativo como el ácido glicólico.
La composición desoxidante puede utilizarse para eliminar la corrosión, incluyendo la eliminación de la herrumbre o el deslustre de una superficie metálica. Cuando la composición desoxidante se utiliza para eliminar el deslustre, también puede ser denominada como abrillantador de metal o eliminador de deslustre. El eliminador de deslustre resulta particularmente adecuado para eliminar el deslustre de los metales de transición y sus aleaciones. Se ha observado que el eliminador de deslustre es muy efectivo para eliminar el deslustre del cobre y sus aleaciones, incluyendo el latón y el bronce. La composición desoxidante puede actuar también como inhibidor de la corrosión en los metales.
Los resultados del uso de ejemplos de composiciones desoxidantes preparadas conforme con la presente invención se ilustran con referencia a las fotografías acompañantes, en las que:
La Figura 1 comprende un conjunto de fotografías de un panel antes (lado izquierdo) y después (lado derecho) de una inmersión parcial en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 2 es una fotografía de una cadena antes de la inmersión en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 3 es una fotografía de una cadena después de la inmersión en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 4 es una fotografía de una tira de cobre, cuyo extremo se ha sumergido parcialmente en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 5 es una fotografía de una tira de cobre, cuyo extremo se ha sumergido parcialmente en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 6 es una fotografía de un tubo de cobre, que en su mayor parte se ha sumergido en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 7 es una fotografía de un objeto de latón, que se ha sumergido parcialmente en una composición desoxidante conforme con la presente invención.
La Figura 8 es una fotografía de varias secciones de tubo y barra de hierro, que se han sumergido parcialmente en distintas composiciones desoxidantes conforme con la presente invención.
Agentes quelantes
En una composición desoxidante de la presente invención, al menos uno de los agentes quelantes es un ácido aminopolicarboxílico. Los ácidos aminopolicarboxílicos son agentes quelantes biodegradables. Los ligandos biodegradables contienen un átomo de nitrógeno básico, o dos átomos con un par de electrones capaces de interactuar con iones metálicos y grupos ácidos de ácido carboxílico capaces de coordinar iones metálicos a través del oxígeno. La cualidad de biodegradables de estos agentes quelantes representa un enorme avance sobre los agentes quelantes convencionales, ya que son más resistentes al tratamiento de las aguas residuales y la purificación mediante métodos de tratamiento fisicoquímicos y biológicos convencionales. Dado que los problemas de protección medioambiental han cobrado mayor importancia, la legislación sobre agentes quelantes se ha vuelto más rigurosa.
Los ácidos aminopolicarboxílicos carecen de fosfatos, y entre los ejemplos de este grupo de agentes quelantes se incluye el 3-hidroxi-2,2' iminodisuccinato tetrasódico (HIDS), el ácido etilendiamina-N,N' disuccínico (EDDs ), el ácido N (1,2 dicarboxietil)-D, L aspártico (IDS) (conocido también como ácido iminodisuccínico), el ácido N,N-bis(carboximetil) glutámico (GLDA, conocido también como tetrasodio glutamato diacetato) y el ácido metilglicínico diacético (MGdA).
El tetrasodio glutamato diacetato (GLDA) es un quelato fácilmente biodegradable basado en el ácido L-glutámico. Los productores de GLDA reivindican que este tiene un mejor comportamiento que los agentes quelantes convencionales, como EDTA y NTA, en la limpieza de superficies duras, y es más efectivo como agente quelante que los agentes quelantes con base de fosfonato. El GLDA lo comercializa Akzo Nobel N.V como Dissolvine ® GL. Presenta una gran solubilidad en un amplio rango de pH. Se prepara a partir de una materia prima natural y renovable, un residuo del refinado del azúcar. Por consiguiente, tiene una reducida huella ecológica.
Los tests han demostrado que el ácido iminodisuccínico (IDS) y los complejos formados a partir del IDS son también muy biodegradables. El IDS ha demostrado buena estabilidad en un amplio rango de valores de pH, y puede formar complejos con iones de metales pesados.
El ácido metilglicin diacético (MGDA) también es conocido como ácido glicin-N,N-diacético. Los desarrolladores del ácido metilglicin diacético han realizado estudios de la toxicología acuática a largo plazo que han revelado mejores resultados que los agentes quelantes biodegradables convencionales (como el ácido nitrilotriacético (NTA)). Los complejos formados por MGdA han demostrado tener una gran estabilidad en un amplio rango de pH y temperaturas. El MGDA lo fabrica actualmente BASF The Chemical Company bajo el nombre comercial de Trilon®, y está disponible como solución acuosa con un peso del 40%.
Otro ejemplo de un agente quelante adecuado para el uso en una composición desoxidante es un ácido carboxílico. Los ejemplos de ácidos carboxílicos incluyen el ácido glicólico, el tioglicolato, ácido tioglicólico (TGA), conocido también como ácido mecaptoacético. El ácido glicólico es un tipo de ácido carboxílico, y es el primer miembro de la serie de ácidos alfa-hidroxicarboxílicos. Tiene funcionalidad como ácido y alcohol. También es fácilmente biodegradable y tiene escasa toxicidad.
Otro agente quelante adecuado puede ser el tioglicolato sódico. Los resultados experimentales han demostrado que el tioglicolato puede incrementar la longevidad de la composición desoxidante. Una solución conteniendo tioglicolato es autoindicativa; sufre un cambio de color en presencia de iones de hierro, molibdeno, plata y estaño en particular.
Otro agente quelante que puede ser utilizado en la composición desoxidante es el gluconato sódico. Se forma a partir de la sal sódica del ácido glucónico. No es tóxico y es biodegradable (98% al cabo de 2 días). Forma quelatos estables con calcio, hierro, cobre, aluminio y otros metales pesados. Gluconatos tales como el gluconato potásico y sódico pueden actuar como agentes quelantes y humectantes con doble propósito.
Convencionalmente, los compuestos a base de fosfonatos han sido utilizados como agentes quelantes para aplicaciones de limpieza de óxido. Un quelante metálico fosfonato incluye cualquier compuesto que contenga un grupo funcional fosfonato, y un segundo grupo funcional capaz de coordinarse a un ion metálico, por ej. un segundo grupo fosfonato, un grupo ácido carboxílico, o un grupo alcohólico. Entre los ejemplos de quelantes fosfonatos se incluye el ácido polifosfónico, o el metal alcalino o sal amina o la sal de amonio de este ácido.
Entre los ejemplos específicos de quelantes fosfonatos se incluye el ácido 1-hidroxietilideno-1,1-difosfónico (HEDP) y sus sales, que incluyen una sal de metal alcalino, una sal amina, una sal de amonio o combinaciones de las mismas. Los ejemplos incluyen, entre otros, ácido amino (trimetilenfosfónico), ácido hexametilendiamino tetra(metilenfosfónico), ácido 2-fosfonobutano- 1,2,4-tricarboxílico, ácido etilendiamino tetra(metilenfosfónico), ácido dietilentriamino penta(metilenfosfónico), ácido hidrometilfosfónico, ácido amino (metilenfosfónico), ácido iminobis (metilenfosfónico), ácido nitrilotris (metilenfosfónico), ácido etilendinitrilotetraquis (metilenfosfónico), ácido dietilentrinitrilopentaquis (metilenfosfónico), o sales de los mismos. Los quelantes de fosfonato se suministran con frecuencia como soluciones acuosas.
Tensioactivos
Para mejorar las propiedades de limpieza de superficies de la composición desoxidante, esta comprende además un alquil poliglicósido. Los alquil poliglicósidos (APGs) y alquil poliglucósidos (derivados de la glucosa) son una clase de tensioactivos no iónicos utilizados comúnmente en el hogar y en aplicaciones industriales. Un ejemplo disponible en el comercio de alquil glucósido es Glucopon® 215, que se suministra en solución acuosa. El alquil glucósido es estable en soluciones cáusticas y salinas. Tiene buenas propiedades humectantes y dispersantes, que lo hacen ideal para la limpieza de superficies duras. Demuestra excelentes propiedades solubilizantes en soluciones tensioactivas de alta concentración. Puede ser utilizado como agente de acoplamiento en sistemas tensioactivos concentrados y en presencia de sal y álcalis, ya que es compatible con otros tensioactivos. El alquil poliglicósido no tiene temperatura de inversión de fases, por lo que puede ser utilizado en un amplio rango de temperaturas.
Los disolventes de base amina pueden actuar también como tensioactivos en una composición desoxidante. La inclusión de una alquilamina (en particular alquilaminas de soja) en la composición desoxidante tiene como resultado una mejor limpieza, y contribuye a evitar la oxidación flash tras el paso del lavado. Los tensioactivos de amina alifática etoxilada, como las cocoaminas dietoxiladas o las aminas de soja dietoxiladas, por ejemplo, han demostrado ser útiles en la inhibición de la oxidación. Las alquilaminas de soja, como la Bis(2- hidroxietil) soja alquilamina (o Ethomeen® S12; o Ethomeen® SV/12) son útiles agentes humectantes.
El laureth sulfato sódico (o lauril éter sulfato sódico) puede ser añadido a la composición desoxidante para incrementar la cantidad de espuma generada. Si se mezcla con otros tensioactivos puede ser utilizado para aumentar la viscosidad de la composición desoxidante. Es tanto un tensioactivo aniónico como un detergente, y es fácilmente biodegradable. Los estudios han demostrado que tiene una muy baja toxicidad si se ingiere oralmente. El lauril sulfato sódico tiene un pH de 7,5 cuando está presente en solución acuosa al 10%.
El polietilenglicol monoisotridecil éter (conocido también como PEG monoisotridecil éter, Berol 048, a-isotridecil-whidroxipoli (oxi-1,2-etanodiil); Arlypon IT 10; Dehscoxid 732; Ethox 2400; Ethox TDA 9; isotridecanol etoxilado; alcohol isotridecílico etoxilado; Eusapon S; Exxal F 5716; Genapol V 4739; Genapol X; Gezetol 138; Imbentin T 050; isotridecanol etoxilato; Isotrideceth ; Leocol TD 120; Leocol TD 150; Leocol TD 50; Leocol TD 90; Leocol TDA 400 75; Lutensol TO 10; Marlipal 013/40; Marlosol TA 3050; Marlosol TA 3090; o Nissan Dispanol TOC, es un tensioactivo no iónico con base alcohol tridecílico. Tiene carácter hidrofílico (soluble en agua). Es un buen agente dispersante y es útil para reducir la tensión superficial. Este tensioactivo también es un útil fomentador de espuma, emulsionante y agente humectante. Berol 048 tiene un pH de 5-7 cuando está presente en solución acuosa al 1%. Un ejemplo de un tensioactivo anfotérico adecuado es la p-alanina, N-(2-carboxietil), N-(2-etilhexil) sal monosódica, suministrada comercialmente por Lakeland Laboratories Limited como AMA LF a varias concentraciones (por ejemplo AMA LF40 es un peso del 40% del tensioactivo en solución acuosa). La misma sal también está disponible como AMA LF70. Este tipo de tensioactivo presenta una buena detergencia con excelentes propiedades de eliminación de la suciedad. Los tensioactivos anfotéricos son buenos agentes limpiadores para superficies duras, como los metales. Estos tipos de tensioactivos producen poca espuma, lo que resulta en buenas propiedades de lavado. AMA LF ha demostrado escasa toxicidad en estudios. Los tensioactivos anfotéricos pueden utilizarse para restablecer la estabilidad en la formulación, utilizada en zonas de agua dura (donde otros tensioactivos se vuelven inestables).
Otro tensioactivo similar es la p-alanina, N-(2-carboxietil)-N-(n-octil) mono sal, que se comercializa como LF 60 (60% de peso en solución acuosa).
Otro ejemplo de un tensioactivo anfotérico disponible en el comercio es la p-alanina, N-(2- carboxietil)-N-[3-(deciloxi)propil] sal monosódica, o Tomamine®. Tomamine® está disponible en forma de tensioactivo biodegradable, altamente espumante, hidrotrópico (Tomamine Amphoteric 16).
La viscosidad de la composición desoxidante puede incrementarse creando una mezcla de dietanolamida de coco, y lauril sulfato sódico, e incluyendo la mezcla en la composición desoxidante. La dietanolamida de coco (conocida como Surfac CDE) es un tensioactivo no iónico. Preferiblemente, la mezcla comprende dietanolamida de coco y lauril sulfato sódico en una relación de 1:30 a 1:9. Se prefiere una relación de 1:9.
Cuando se utiliza más de un tensioactivo en la composición desoxidante, los tensioactivos pueden ser del mismo tipo, por ejemplo, no iónicos, o pueden ser de distintos tipos, por ejemplo, al menos un tensioactivo podría ser no iónico y al menos un tensioactivo podría ser anfotérico.
Disolventes
Se pueden añadir disolventes a la formulación desoxidante. Los disolventes se utilizan para disolver los aceites, grasas, lubricantes y otros contaminantes que puedan estar presentes sobre la superficie de las piezas metálicas. El disolvente se utiliza con adición de agua, y preferiblemente es un disolvente orgánico.
El hidróxido de amonio es un potente agente limpiador que puede ser utilizado en la composición desoxidante como disolvente para este fin. El hidróxido de amonio tiene un bajo límite superior de solubilidad en agua. La concentración máxima a la que puede suministrarse el hidróxido de amonio es 0,88 g/mol (o aproximadamente 35% del peso de amoniaco en agua) a 15°C.
Otros agentes limpiadores o disolventes adecuados para el uso en la composición son las aminas primarias y terciarias. Las aminas como la tietanolamina (TEA o TEOA) son multifuncionales, actuando como disolventes, tensioactivos y/o tampones. La trietanolamina puede ser utilizada en la composición desoxidante para disolver aceites o grasas en agua. El 2-amino-2-metil-1-propanol es otro disolvente con base amina que se puede utilizar como disolvente en la composición desoxidante.
Agentes tampón y neutralizantes e iones ferrosos
Además de los agentes quelantes, disolventes y tensioactivos, se pueden incluir en la composición desoxidante otros componentes, como los agentes tampón. Los agentes tampón son esencialmente agentes neutralizantes, y se usan para mantener el pH de una solución de forma que sea neutro, o lo más cercano a neutro posible.
Los agentes tampón pueden ser ácidos débiles o álcalis débiles, y generalmente se añaden al agua para formar una solución tampón. La solución tampón cambia solo ligeramente su pH en respuesta a la adición de otros ácidos o álcalis (con independencia de la potencia del ácido o álcali):
Los ejemplos de agentes tampón incluyen el hidróxido potásico y el hidróxido sódico. El uso de uno o más agentes tampón ayuda a mantener la composición desoxidante a un pH neutro, a pesar del uso de fuertes componentes ácidos o alcalinos en la formulación. El hidróxido potásico y el hidróxido sódico son solubles en agua a temperatura ambiente, y generalmente se suministran en soluciones acuosas, por ejemplo, en el rango de peso del 40% al 60%. Los ejemplos de agentes tampón que pueden actuar también como emulsionantes y agentes dispersantes incluyen el pirofosfato de tetrapotasio (TKPP, ácido difosfórico), la trietanolamina y la monoetanolamina. El pirofosfato de tetrapotasio (TKPP) se suministra frecuentemente como solución con un peso del 50-60% en agua. La trietanolamina (TEA o TEOA) se utiliza para neutralizar los ácidos grasos, y para ajustar y tamponar el pH de una solución acuosa. Un ejemplo de un disolvente alcalino que también puede actuar como tampón es el 2-amino-2-metil-1-propanol (conocido también como AMP™) Es soluble en agua, con un pH de 11,3 en solución acuosa de 0,1 M.
Las composiciones conforme con la invención comprenden al menos una fuente de iones ferrosos, añadida como catalizador para acelerar la eliminación de óxidos metálicos por los quelantes metálicos en solución. Se puede utilizar con este fin cualquier sal ferrosa soluble en agua, como es cualquier sal del grupo de los sulfatos ferrosos. Un ejemplo específico de una fuente adecuada de un ion ferroso para el uso en la composición es el hexahidrato de sulfato de hierro (II) y amonio.
Formulación
Una persona experimentada en la materia advertirá que es posible adaptar la composición de la composición desoxidante conforme con los requisitos deseados. Por ejemplo, dos agentes quelantes pueden combinarse con un tensioactivo, un agente tampón, una sal (para proporcionar una fuente de iones ferrosos) y disolvente.
Otra formulación puede comprender dos agentes quelantes, tres tensioactivos, un agente tampón, un disolvente y una sal.
Preferiblemente, el agua está presente en aprox. un peso del 20% a aprox. un peso del 98%, más preferiblemente un peso del 20% a un peso del 80% de la composición desoxidante líquida. La composición desoxidante se suministra habitualmente en forma concentrada para su posterior dilución antes del uso.
Los siguientes ejemplos de cantidades se facilitan para la forma concentrada del producto desoxidante, donde la concentración de agua es preferiblemente inferior a un peso del 50%.
Al menos un agente quelante es un ácido aminopolicarboxílico, y está presente en concentraciones de aprox. un peso del 0,2%, a un peso de aprox. un 60%, más preferiblemente un peso entre el 0,2% y el 40%, más preferiblemente un peso entre el 0,4% y el 25%, y aún más preferible un peso entre el 0,4% y el 20%.
Donde se utiliza un segundo agente quelante, puede estar presente en cantidades de peso del 0,5% al 60%, más preferiblemente entre un peso del 1% al 30%, y aún más preferible entre un peso del 1% y el 20%.
Donde se utiliza un tercer agente quelante, puede estar presente en cantidades de peso entre el 0,5% y el 15% peso, más preferiblemente entre un peso del 0,5% y el 10%.
Por lo menos un tensioactivo es un alquil poliglicósido. El tensioactivo puede estar presente en cantidades de peso entre el 0,05% y el 5%, más preferiblemente entre un peso del 0,05% y el 2,5%, y aún más preferible entre un peso del 0,1% y el 2%.
Opcionalmente, puede estar presente más de un tensioactivo. Donde un segundo tensioactivo sea una alquilamina de soja, esta puede estar presente en cantidades de peso de aprox. el 0,2% y el 5%, más preferiblemente entre un peso del 0,5% y el 2,5%.
Por lo menos un disolvente puede estar presente en la composición desoxidante, de preferencia en concentraciones de peso de entre el 0,1% y el 15%, más preferiblemente entre un peso del 0,5% al 10%, y aún más preferible entre un peso del 0,5% al 8%.
Un agente tampón puede estar presente en cantidades de peso entre el 0,5% y el 40%, más preferiblemente entre un peso del 1% y el 30%, y aún más preferible entre un peso del 1% y el 20%. Todos esos agentes tampón se suministran habitualmente a concentraciones de aproximadamente un peso del 50% - 60% en agua, y las cantidades que se mencionan son para la solución acuosa.
Por lo menos una fuente de iones ferrosos puede estar presente en cantidades de peso entre el 0,01% y el 5%, pero preferiblemente entre un peso del 0,1% al 2%.
Opcionalmente, se puede añadir un gluconato, como el gluconato sódico, que puede estar presente en cantidades de peso entre el 0,1% y el 5%, preferiblemente entre un peso del 0,1% y el 2%, más preferiblemente entre un peso del 0,1% al 1,5%.
Opcionalmente, se puede añadir un tioglicolato, como el tioglicolato sódico, que puede estar presente en cantidades de peso de aprox. el 1% a aprox. el 20%, más preferiblemente un peso entre el 5% y el 10%.
Se facilitan otros ejemplos de formulaciones adecuadas para composiciones desoxidantes en la Tabla 1, solo a efectos de ilustración. Una persona experimentada en la técnica advertirá que se pueden producir numerosas formulaciones conforme con la invención.
Los componentes de la composición desoxidante se añaden lentamente entre sí, y se mezclan bien hasta que se disuelven o se mezclan homogéneamente (según convenga). El pH se ajusta a un rango de 5 a 8. Más preferiblemente, el pH se ajusta para quedar en el rango de 6 a 7,5.
Típicamente, el producto de composición desoxidante para la aplicación sobre una superficie metálica se diluye nuevamente de 1 a 4, hasta de 1 a 20, de preferencia de 1 a 10 (10%) antes del uso. Cualquier fuente limpia de agua sin partículas sería adecuada para el uso. El agua no tiene necesariamente que ser purificada; pero se puede utilizar agua filtrada, destilada o desionizada. Para la eliminación del deslustre, el producto de composición desoxidante se diluye más, hasta una dilución de 1 parte de composición desoxidante por 25 partes de agua, antes del uso.
Aplicación del desoxidante
La composición desoxidante está preparada para ser aplicada después de que los objetos metálicos se hayan limpiado inicialmente para eliminar cualquier suciedad suelta, aceite o grasa.
Idealmente, la composición desoxidante está preparada para ser utilizada a una temperatura de entre 10°C y 60°C, más preferiblemente de 20°C a 40°C. No es necesario calentar la composición para que esta disuelva la herrumbre, y la composición puede aplicarse a temperatura ambiente.
El paso de poner en contacto el metal contaminado con la composición desoxidante puede llevarse a cabo por cualquier método convencional. Esos métodos incluyen entre otros el contacto por inmersión y métodos de pulverización. Alternativamente, el producto puede aplicarse como pintura o con esponja sobre el objeto. Los metales que han estado en contacto con la composición desoxidante durante un periodo de tiempo suficiente pueden ser denominados 'metales tratados'.
Para la inmersión, se puede utilizar un simple equipo de inmersión, como tanques de inmersión. La composición desoxidante puede aplicarse al metal que se debe limpiar mediante una combinación de procesos de pulverización y de inmersión. Se pueden alternar los pasos de procesos de pulverización separados o procesos de inmersión separados para conseguir el resultado deseado.
El paso de contacto se realiza durante un tiempo suficiente para que los contaminantes o la herrumbre se disuelvan al menos parcialmente. La aplicación de la composición desoxidante mediante un proceso de pulverización requiere la optimización de la selección y el ajuste de la boquilla, así como la consideración de la pulverización. La limpieza por inmersión puede mejorarse mediante el uso de métodos de agitación para reducir el tiempo de inmersión.
Los tiempos de contacto requeridos para la eliminación de la herrumbre depende de la gravedad del depósito o la contaminación. Para componentes de gran tamaño y muy oxidados, el paso de contacto es de preferencia de una duración de menos de 36 horas, más preferiblemente menos de 24 horas, y aún más preferible menos de 12 horas. Para componentes moderadamente oxidados, el paso de contacto es de preferencia de una duración de menos de 10 horas, más preferiblemente de unas 7,5 horas, y aún más preferible de unas 6 horas. Para productos afectados
por una ligera oxidación superficial, el paso de contacto es de preferencia de una duración de menos de 2 horas, más preferiblemente menos de 1 hora. Para metal ligeramente oxidado, un tiempo de contacto de 30 minutos con la composición desoxidante diluida puede ser suficiente para eliminar toda la herrumbre de la superficie del metal, incluso si se aplica a temperatura ambiente.
En general, se requieren tiempos de contacto más cortos cuando se utiliza la composición desoxidante para eliminar el deslustre o para abrillantar el metal. El paso de contacto es entonces de preferencia de una duración de menos de 6 horas, más preferiblemente menos de 5 horas. Aún más preferiblemente, la duración del paso de contacto es inferior a 4 horas. Para abrillantar metales amarillos, como el cobre o el latón, un tiempo de contacto inferior a 2 horas puede ser suficiente para eliminar una capa de deslustre de delgada a moderada. Para una capa de deslustre gruesa, cuando el artículo se ha ennegrecido mucho, puede ser necesario un tiempo de contacto de hasta 5 horas, de preferencia hasta 4 horas.
Los tiempos de contacto requeridos se proporcionan a temperatura ambiente. Incrementando la temperatura se pueden reducir los tiempos de contacto necesarios, pero esto incrementa los requisitos de energía (y por tanto el coste) del proceso.
Tras la aplicación de la composición desoxidante, en particular por inmersión, se puede someter el metal a una fase de lavado para eliminar todas las partículas de la superficie metálica. El paso de lavado puede realizarse utilizando composición desoxidante "fresca" adicional. La composición desoxidante puede dejar tras su aplicación una capa protectora temporal que ayuda a prevenir la oxidación flash.
Como se muestra en la Tabla 1, la Formulación 6 constituye un ejemplo de formulación suministrada en forma "lista para usar". La Formulación 6 es una composición que no requiere más dilución antes del uso, y ha sido diseñada para ser pulverizada o aplicada como pintura en superficies verticales, donde se requiera un contacto prolongado (aunque la composición puede ser aplicada también por métodos equivalentes, como con esponja o inmersión). La Formulación 6 tiene mejores propiedades desengrasantes y de limpieza de la suciedad.
Las siguientes cantidades son ejemplos que se proporcionan para la forma diluida del producto desoxidante, donde la concentración de agua es preferiblemente inferior a un peso del 50%. La concentración de agua de la composición desoxidante diluida puede ser de un peso del 50% al 80%.
Al menos un agente quelante en la composición desoxidante diluida es un ácido aminopolicarboxílico, y está presente en concentraciones de aproximadamente un peso del 0,1% a aproximadamente un 20%. Más preferiblemente, puede estar presente en cantidades de peso del 0,2% al 15%, y aún más preferible a un peso entre 0,2% y 10%.
Cuando un segundo agente quelante es un agente quelante fosfonato, puede estar presente en la composición desoxidante diluida en cantidades de peso del 0,1% al 20%, más preferiblemente un peso del 0,2% al 15%, y aún más preferible un peso del 0,2% al 10%.
Por lo menos un tensioactivo en la composición desoxidante diluida es un alquil poliglicósido. El alquil poliglicósido puede estar presente en cantidades de peso del 0,05% al 5%, más preferiblemente un peso entre el 0,05% y el 1%. Opcionalmente, puede estar presente un disolvente en la composición desoxidante diluida, de preferencia en concentraciones de peso del 0,1% al 10%, más preferiblemente de peso del 0,1% al 5%, y aún más preferible a concentraciones de peso del 0,1% al 2%.
La composición desoxidante puede estar preparada para proporcionar protección además de eliminar la corrosión del metal. Las composiciones pueden estar formuladas para ser aplicadas sobre el metal durante un contacto prolongado, de forma que se puedan dejar sobre la superficie metálica para prevenir la corrosión, o reducir el ritmo al que se produce la corrosión. Esas composiciones actúan como inhibidores de la corrosión.
Las superficies metálicas que han sido limpiadas con una composición desoxidante preparada conforme con la presente invención (como las composiciones de los ejemplos 1-2, 4-6 y 10-11 de la Tabla 1) han demostrado una mayor resistencia a la oxidación flash en comparación con los productos desoxidantes existentes.
Las formulaciones 3, 7-9 y 12 de la tabla 1 no son conformes a la invención.
Tabla 1
Las formulaciones 1 a 5 y 7 a 12 se diluyen más antes de usarlas.
Experimento 1
Un panel de acero Q, limpio y desengrasado, fue colocado en el exterior en posición vertical durante un periodo de aproximadamente un mes, para dejar que se oxidara.
Una vez el panel Q estuvo suficientemente oxidado, fue sumergido parcialmente en una dilución a un peso del 10% de una solución de composición desoxidante (que incluía MGDA y HEDP como agentes quelantes) preparada conforme con la presente invención, y luego se dejó actuar durante 4 horas hasta que se eliminó toda la herrumbre. Una vez eliminada la herrumbre, el panel Q fue sacado del desoxidante y lavado cuidadosamente con agua. El día anterior, otro panel R se limpió y luego se desengrasó durante la noche. Los dos paneles fueron entonces sujetos a una valla (es decir, en el exterior) en posición vertical. Los paneles fueron inspeccionados a intervalos regulares, anotando la cantidad de reoxidación, y esto continuó hasta que se pudo observar una diferencia entre los dos paneles.
La Figura 1 es una fotografía que muestra los resultados de este experimento. Puede verse que, tras el tratamiento con una composición desoxidante conforme con la presente invención, la superficie metálica de la parte inferior del panel Q presentaba una mayor resistencia a la oxidación repetida tras 12 días de exposición. Estos resultados demuestran que la composición desoxidante puede ser utilizada como inhibidor de la oxidación.
Experimento 2
Una cadena con importantes incrustaciones de herrumbre fue sumergida en una solución de composición desoxidante, preparada conforme con la presente invención. La composición desoxidante fue diluida a un peso del 10% con agua e incluyó MGDA y HEDP como agentes quelantes. Se dejó la cadena en la solución durante 24 horas. Una cadena tiene muchos resquicios, y rasparla o limpiarla manualmente requiere mucho tiempo. Para inspeccionar manualmente la cadena respeto a posibles daños y grietas debe eliminarse la herrumbre. Solo entonces se puede evaluar adecuadamente la integridad estructural de la cadena. Al eliminar la herrumbre también se pueden pintar las piezas.
La Figura 2 es una fotografía de una cadena antes de su inmersión en una composición desoxidante conforme con esta invención, y la Figura 3 es una fotografía de la misma cadena tras su inmersión en una composición desoxidante conforme con la presente invención. La Figura 3 demuestra que la herrumbre se ha eliminado completamente tras la inmersión en la formulación desoxidante. Es mucho más fácil inspeccionar la cadena en cuanto a su integridad estructural tras la inmersión en la composición desoxidante.
Experimento 3
En el Experimento 3, se utilizó una tira de cobre que había acumulado una gruesa capa de deslustre y se había ennegrecido considerablemente con el tiempo. La tira de cobre deslustrada se sumergió parcialmente en una solución desoxidante, preparada conforme con la presente invención, que incluía MGDA como uno de los agentes quelantes. La composición desoxidante utilizada fue similar a la Formulación 1 de la Tabla 1, diluida a una proporción de 1 parte de desoxidante por 25 partes de agua.
Un extremo de la tira de cobre fue sumergido en la composición desoxidante durante aproximadamente 4 horas. Las Figuras 4 y 5 son fotografías de la tira de cobre tras la inmersión parcial en la composición desoxidante. Tras la eliminación de la composición desoxidante, la parte de cobre que había estado sumergida parecía haber recuperado totalmente su estado original, y ya no estaba empañada, como puede apreciarse en las Figuras 4 y 5. El metal tratado resultaba considerablemente más brillante y había recuperado sus propiedades de reflexión de la luz. Otras composiciones elaboradas según la presente invención producen un resultado similar.
Experimento 4
Una sección deslustrada de un tubo de cobre fue sumergida casi totalmente en una solución de composición desoxidante, preparada conforme con la presente invención. La composición desoxidante contenía MGDA como agente quelante. Antes de la inmersión, el tubo de cobre estaba recubierto con una capa moderada de deslustre y tenía un aspecto opaco.
Un extremo de la tira de cobre fue sumergido en la composición desoxidante durante 4 horas. La Figura 6 es una fotografía de la tira de cobre tras la inmersión parcial en la composición desoxidante. Tras eliminar la composición desoxidante, el deslustre había desaparecido y la parte de cobre que había estado sumergida había recuperado su estado original, como puede verse en la Figura 6. El metal tratado resultaba considerablemente más brillante y reflectante.
Experimento 5
Una sección deslustrada de una tubería de latón fue puesta parcialmente en contacto con una solución de composición desoxidante, preparada conforme con la presente invención. La composición desoxidante incluía MGDA como agente quelante, aunque otras composiciones preparadas conforme con la presente invención
producen un resultado similar. Antes de la inmersión, la tubería de latón estaba recubierta con una gruesa capa de deslustre, y el latón tenía un aspecto oscuro y opaco.
La Figura 7 es una fotografía de la tubería de latón tras el contacto parcial con la composición desoxidante. Un extremo de la tubería de latón fue expuesto a la composición desoxidante durante 4 horas. Tras la eliminación de la composición desoxidante, el deslustre había desaparecido de la tubería de latón, y la parte de latón que había estado en contacto con la composición desoxidante había recuperado su estado original. Esto puede verse en la Figura 7. El metal tratado resultaba considerablemente más claro y brillante.
Experimento 6
Secciones deslustradas de una tubería de hierro y barras de hierro fueron sumergidas parcialmente en una solución al 10% de la composición desoxidante a temperatura ambiente. Las secciones sumergidas parcialmente fueron dejadas en la composición desoxidante durante la noche. A la mañana siguiente, las piezas fueron sacadas de las soluciones desoxidantes. Las barras de hierro (diámetro menor) fueron lavadas con agua fría y dejadas sacar al aire, mientras que las tuberías fueron secadas con aire sin aclarar la composición desoxidante de la superficie. Las tuberías y barras se dejaron posteriormente en el exterior durante 24 horas. A continuación se tomó la fotografía que se presenta como Figura 8. La tabla siguiente (Tabla 2) proporciona una clave para usar con la Figura 8.
La tubería y la barra marcadas 26 y 27, respectivamente, estaban fuertemente oxidadas antes de la inmersión en la composición desoxidante.
Todas las composiciones desoxidantes fueron efectivas en la eliminación de los depósitos de herrumbre del hierro, no obstante, si la composición desoxidante permanecía sobre la superficie metálica después del uso, era más efectiva en la prevención de la oxidación. Algunas de las composiciones desoxidantes requirieron un tiempo de inmersión más prolongado (que 12 horas) para eliminar toda la herrumbre depositada.
Tabla 2
Resumen
El uso de un agente quelante biodegradable mejora la biodegradabilidad de la composición desoxidante y de cualquier residuo generado, y por consiguiente reduce el impacto ecológico de la composición desoxidante.
La composición desoxidante puede utilizarse para eliminar la herrumbre o el deslustre de objetos metálicos corroídos, o se puede usar como un inhibidor de la corrosión para prevenir o reducir la posterior corrosión.
Claims (15)
1. Una composición desoxidante con un pH en el rango de 5 a 8, comprendiendo: al menos un tensioactivo y al menos un agente quelante;
donde al menos un tensioactivo es un alquil poliglicósido; y
donde al menos un agente quelante es un ácido aminopolicarboxílico; y agua,
caracterizado por que la composición comprende además al menos una fuente de iones ferrosos.
2. Una composición desoxidante conforme con la Reivindicación 1, donde el ácido aminopolicarboxílico es ácido metilglicin diacético (sal trisódica).
3. Una composición desoxidante conforme con la Reivindicación 1, donde el ácido aminopolicarboxílico es glutamato diacetato tetrasódico.
4. Una composición desoxidante conforme con la Reivindicación 1, donde el ácido aminopolicarboxílico es iminodisuccinato tetrasódico.
5. Una composición desoxidante conforme con cualquier reivindicación precedente, donde la composición comprende además al menos un agente quelante adicional.
6. Una composición desoxidante conforme con la Reivindicación 5, donde un agente quelante adicional es un segundo ácido aminopolicarboxílico.
7. Una composición desoxidante conforme con la Reivindicación 5 o 6, donde un agente quelante adicional es un ácido carboxílico.
8. Una composición desoxidante conforme con cualquiera de las Reivindicaciones 5-7, donde un agente quelante adicional es el gluconato sódico.
9. Una composición desoxidante conforme con cualquiera de las Reivindicaciones 5-8, donde un agente quelante adicional es un agente complejante de metal fosfonato.
10. Una composición desoxidante conforme con la Reivindicación 9, donde el agente complejante de metal fosfonato es ácido 1-hidroxietilideno difosfónico.
11. Una composición desoxidante conforme con cualquiera de las Reivindicaciones 5 a 10, comprendiendo entre un peso del 5% y el 40% de un agente quelante adicional.
12. Una composición desoxidante conforme con cualquier reivindicación precedente, donde la fuente de los iones ferrosos es el hexahidrato de sulfato de hierro (II) y amonio.
13. Una composición desoxidante conforme con cualquier reivindicación precedente, comprendiendo además un sistema de espesante tensioactivo formado a partir de una combinación de una sal de dietanolamina cocoamida y un alcohol éter sulfato.
14. Una composición desoxidante conforme con una de las Reivindicaciones 1-12, comprendiendo además un sistema de espesante tensioactivo formado a partir de una combinación de PPG-2 hidroxietil coco-isostearamida y un alcohol éter sulfato.
15. Una composición desoxidante conforme con cualquier reivindicación precedente, comprendiendo además tioglicolato sódico.
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