JP3059983B2 - 防錆剤 - Google Patents

防錆剤

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JP3059983B2
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貢二 西原
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は防錆剤に関する。より詳
細には、アクリル酸又はその塩と水溶性架橋剤モノマー
との共重合体であって、分子中にフェノールスルホン酸
環状誘導体を含む重合体を有効成分とし、特に水系にお
いて金属の腐蝕を顕著に抑制する防錆剤に関する。
【0002】
【従来の技術】水系における金属腐蝕を抑制すること
は、経済的な意味において非常に重要である。例えば、
空調器、冷却器、自動車のラジエーター、発電所の冷却
器などにおいて、鉄系材料に対する水系の防錆剤とし
て、従来、クロム酸ナトリウムなどが使用されている
が、有害なクロムを含むので環境対策上問題がある。そ
の他、有機アミンの亜硝酸塩及びモリブデン酸ナトリウ
ムなどが使用されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これら従来か
ら使用されている物質は、酸化防止性、付着防止性、金
属酸化物の沈着防止性を合わせて有していないという問
題がある。また、モリブデン酸ナトリウムのアルカリ性
水溶液が腐蝕防止効果を有することは、米国特許第2,80
3,603号(1957年)及び第3,030,308号(1957年)に示されて
いる。しかしながら、モリブデン酸ナトリウム水溶液は
アルカリサイドの水系で用いる必要があり、空気中の炭
酸ガスで経時的にアルカリサイドの水系が中和されてp
Hが中性域になると、防錆効果は著しく低下し、モリブ
デン酸ゾルの沈着物が析出してくる。本発明は、上記従
来技術の欠点を解決すべく創案されたもので、腐蝕防止
性、酸化防止性及び沈着抑制能を有する水溶性高分子化
合物を有効成分とする防錆剤を提供することを目的とす
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決すべく
なされた本発明の防錆剤は、連鎖移動剤として作用する
下記一般式(1) (式中、nは4を示す。)で表される化合物及び/又は
その塩の存在下に、アクリル酸及び/又はその塩(以
下、これらをアクリル酸類という)と水溶性架橋剤モノ
マーとを水系でラジカル共重合して得られる共重合体を
有効成分とするものであり、一般式(1)で表される化
合物及び/又はその塩は連鎖移動反応により分子中に取
り込まれ、共重合体の構成成分となる。また、本発明の
防錆剤は、上記の共重合体とモリブデン酸アルカリ金属
塩(及びアルカリ金属水酸化物)とからなる防錆能の一
層優れた防錆剤、及び性状が水溶液状である防錆剤であ
る。
【0005】本発明は上記の構成よりなり、本発明で用
いられる一般式(1)で表される化合物及びその塩は公
知の化合物であり、例えば、特開昭61−83156号
公報に開示されており、同公報に記載の方法で調製する
ことができる。また、本発明者らは、一般式(1)で表
される化合物及びその塩はラジカル捕捉能を有し、水系
の酸化防止剤になりうることを見出しており、かかる用
途について既に出願している(特願平2−219693
号)。
【0006】一般式(1)で表される化合物の塩として
は、例えば、アルカリ金属塩(例えば、ナトリウム塩、
カリウム塩等)、アルカリ土類金属塩(例えば、マグネ
シウム塩、カルシウム塩等)のような無機金属塩、アン
モニウム塩、有機塩基塩(例えば、トリメチルアミン
塩、トリエチルアミン塩、エタノールアミン塩、トリエ
タノールアミン塩、ピペラジン塩、ピペリジン塩、モル
ホリン塩、N−メチルモルホリン塩、ピリジン塩、ピコ
リン塩、N−メチルピリジニウム塩等)、アミノ酸との
塩(例えば、リジン塩、アルギニン塩等)などが挙げら
えるが、アルカリ金属塩が好適である。なお、一般式
(1)で表される化合物の塩には一般式(1)で表され
る化合物のスルホ基の全てが中和された化合物及びその
一部が中和された化合物の何れも包含される。また一般
式(1)で表される化合物のフェノール性水酸基はその
一部が中和されていてもよい。
【0007】本発明の防錆剤の有効成分である共重合体
の主原料であるアクリル酸は、遊離酸の形態、塩の形態
又はそれらの混合物の形態で使用することができ、アク
リル酸塩としては、上記で例示された塩が挙げられる
が、特にアルカリ金属塩が好適に使用される。また、水
溶性架橋剤モノマーとしては、ラジカル重合し得る水溶
性モノマーであって架橋剤となり得るものであれば何れ
のものも使用できるが、アクリル酸類との共重合性に優
れるメチレンビスアクリルアミドが好適に用いられる。
【0008】本発明の防錆剤の有効成分である共重合体
は、連鎖移動剤である一般式(1)で表される化合物及
び/又はその塩の存在下、アクリル酸類及び水溶性架橋
剤モノマーを、常法に準じて、不活性ガス雰囲気下、水
溶媒中でラジカル共重合させることにより得られる。重
合は、通常のラジカル重合に準じて行うことができ、開
始剤としては水系ラジカル重合に用いられるものであれ
ばいずれの開始剤も用いることができ、例えば、過硫酸
塩系開始剤(例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニ
ウム等)、レドックス系開始剤(例えば、過酸化水素−
第1鉄塩等)などが例示される。上記各成分の仕込み比
としては、一般式(1)で表される化合物及びその塩の
合計量に対して、アクリル酸類は50〜500倍モル程
度、好ましくは100〜300倍モル程度、より好まし
くは200倍モル程度とされる。また、一般式(1)で
表される化合物及びその塩の合計量に対して、水溶性架
橋剤モノマーは0.05〜10倍モル程度、好ましくは
0.1〜5倍モル程度、より好ましくは0.5〜2倍モ
ル程度とされる。
【0009】より具体的には、例えば、一般式(1)で
表される化合物及び/又はその塩の所定量を水に溶解
し、窒素気流下に80〜90℃に昇温する。この溶液
に、同温度で、所定量のアクリル酸類及び水溶性架橋剤
モノマーを溶解した水溶液並びに開始剤を溶解した水溶
液を同時にゆっくりと滴下して、重合を開始する。滴下
終了後、同温度で熟成(通常、30分〜1.5時間程
度)させることにより共重合体が得られる。得られた共
重合体は、必要に応じて、水酸化ナトリウムなどの塩基
性物質を用いて、共重合体中に存在する酸基を中和して
もよい。かくして得られた共重合体は、透析、再沈殿な
どの慣用の方法で精製してもよく、また精製せずにその
まま防錆剤として使用することもできる。
【0010】本発明の防錆剤は上記共重合体を有効成分
とするもので、鋼材などの金属の水中での腐蝕の防止に
使用する場合、水中への添加量は特に限定されず、使用
される条件などにより適宜調整できるが、有効成分量と
して、0.01〜3重量%程度、好ましくは0.03〜
2重量%程度、より好ましくは0.1〜1重量%程度と
される。添加量が0.01重量%未満では十分な防錆能
効果を発揮することが困難であり、また3重量%を超え
て添加しても問題はないが非経済的である。
【0011】本発明の防錆剤の好ましい態様としては、
上記の共重合体とモリブデン酸アルカリ金属塩との併用
が挙げられる。モリブデン酸アルカリ金属塩としては、
例えば、ナトリウム塩、カリウム塩等が例示される。モ
リブデン酸アルカリ金属塩の水中への添加量は、使用条
件などにより適宜調整できるが、通常、0.05〜5重
量%程度、好ましくは0.1〜2重量%程度とされる。
また、モリブデン酸アルカリ金属塩の使用に際して、水
系はアルカリ性に調整しておくのが好ましく、好適には
モリブデン酸アルカリ金属塩に対して、塩基性物質(好
ましくは、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアル
カリ金属水酸化物)を0.1〜1倍モル程度添加する。
【0012】本発明の防錆剤は、前記の共重合体溶液を
乾燥して得られた固形物に必要に応じてモリブデン酸ア
ルカリ金属塩(及び塩基性物質)を加えた固形剤とし、
用時に水に溶解して使用してもよいが、通常は、前記の
共重合体と、必要に応じてモリブデン酸アルカリ金属塩
(及び塩基性物質)を含む水溶液状に調製される。
【0013】本発明の防錆剤は、前述のように水系にお
ける鋼材などの金属の腐食防止に効果的に使用される
が、かかる用途に限定されるものではなく、防錆を目的
として種々の分野で用いることができ、例えば、塗料、
接着剤などに添加して使用することもできる。より詳細
には、塗料、接着剤などの高分子組成物においては、有
機溶剤を用いた製品が広く用いられていたが、公害規制
(例えば、溶剤の揮発による大気汚染等)、エネルギー
・省資源問題(例えば、溶剤の揮発による資源の浪費、
溶剤の高騰等)、労働衛生(例えば、溶剤による中毒の
危険性等)、溶剤による火災の危険性などの問題から、
最近、エマルジョン型、ディスパージョン型、水溶液型
などのような分散媒として水を用いた水系組成物が用い
られるようになってきている。このような水系組成物は
有機溶剤を使用していないので、前記のような問題を回
避でき、しかも作業が良好で、取扱も容易であるという
利点を有し、その生産量は年々増加の一途をたどってい
る。
【0014】一方、このような水系塗料、水系接着剤な
どの水系高分子組成物を使用する施工機器の鋼材料など
の金属部の腐蝕が問題となっている。本発明の防錆剤は
水溶性であり、エマルジョン、ディスパージョンなどの
分散系の安定性を阻害することがないので、これらエマ
ルジョン状組成物、ディスパージョン状組成物、水溶液
状組成物などの水系高分子組成物に添加して、防錆効果
を発揮せしめ、施工機器の腐蝕を防止しうるし、また水
系塗料が鉄系素材などの金属表面の防錆を目的として塗
装される場合、本発明の防錆剤を水系塗料へ添加するこ
とにより塗膜の防錆効果を向上させることも可能とな
る。
【0015】
【実施例】以下、実施例、参考例及び試験例に基づいて
本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの例に
限定されるものではない。なお、以下の実施例において
は、一般式(1)で表される化合物のナトリウム塩を使
用した。使用した化合物の性状を表1に示した。なお、
表1及び以下の記載において、一般式(1)で表される
化合物のナトリウム塩の略称としてCALX−SNを用
い、一般式(1)で表される化合物において、nが4で
ある化合物のナトリウム塩をCALX−S4で表し、以
下同様に、nが6である化合物のナトリウム塩をCAL
X−S6、nが8である化合物のナトリウム塩をCAL
X−S8で表示した。
【0016】
【表1】
【0017】実施例1 撹拌機、温度計、滴下装置及び還流冷却器を装着した反
応容器に、水57.7g及びCALX−S4 1.27
1gを仕込み、窒素気流下に82〜84℃まで昇温し
た。この溶液に、水39.9g、アクリル酸ナトリウム
(以下、AANaという)18.28g、アクリル酸6
g及びメチレンビスアクリルアミド(以下、MBADと
いう)0.2127gの混合水溶液と、過硫酸アンモニ
ウム5重量%水溶液4gを、同時に、82〜84℃で、
2時間かけて滴下した。滴下が進むに従って、重合反応
が進み、反応系の粘性は上昇した。滴下終了後、82〜
84℃で、1時間重合反応を熟成させることにより共重
合体(以下、CALX−S4−AANa−MBADとい
う)水溶液を得た。反応系は淡黄色透明な粘性のある均
一水溶液であった。
【0018】反応系の一部をサンプリングして、70℃
で減圧下に恒量まで乾燥して重合率を求めたところ、重
合はほぼ定量的であり、99%以上である。固形分濃度
は約20重量%であり、pHは6〜7であった。この反
応系の仕込みモル組成は以下のようになっている。
【0019】参考例1 実施例1におけるCALX−S4に代えてCALX−S
6を用いる以外は、実施例1と同様な操作で共重合を行
い、共重合体(以下、CALX−S6−AANa−MB
ADという)を得た。
【0020】試験例1 実施例1で得られたCALX−S4−AANa−MBA
D共重合体水溶液を上水に溶解し、共重合体濃度1重量
%とした溶液を200ccビーカーに加え、このビーカ
ー中に鉄製プレート[5cm×5cm(厚み1mm)、
重量約30g]を30日間浸して防錆テストを行った。
また、比較例として、CALX−S4−AANa−MB
AD共重合体に代えて参考例1で調製したCALX−S
6−AANa−MBAD共重合体を用いた系(比較例
1)、上水のみを用いる無添加の系(比較例2)、並び
にCALX−S4及びMBADを用いずに実施例1と同
様にして重合して得たポリアクリル酸ナトリウムを添加
した系(比較例3)についても同様に試験した。その結
果を表2示した。腐蝕度合いは30日後のテストピース
の重量の減少量から求めた。
【0021】
【表2】
【0022】表2に示されるように、上水のみを用いる
無添加の系(比較例2)及びポリアクリル酸ナトリウム
を添加した系(比較例3)においては、腐食が著しく、
錆の沈殿や濁りが認められ、鉄板の重量減少量も大き
い。また、CALX−S6−AANa−MBAD共重合
体を用いた系(比較例1)においては、錆の沈殿は生じ
ないが腐食が進行し、鉄板の重量減少量も大きい。それ
に対して、CALX−S4−AANa−MBAD共重合
体を用いた系(試験例1)においては、腐食が抑制さ
れ、鉄板の重量減少量も著しく小さかった。このよう
に、本発明の防錆剤の有効成分であるCALX−S4−
AANa−MBAD共重合体は、水中での鉄板の錆の発
生を防止するとともに酸化で生ずる鉄酸化物の沈着を抑
制する特異的な作用を有することが判明した。
【0023】試験例2 実施例1で得られたCALX−S4−AANa−MBA
D共重合体水溶液とモリブデン酸ナトリウム(Na2
oO4・2H2O)を含有する水溶液中での鉄板の防錆テ
ストを、試験例1と同様な方法で行った。なお、比較例
として、モリブデン酸ナトリウムのみを添加した系(比
較例4)及びモリブデン酸ナトリウムと水酸化ナトリウ
ムを添加した系(比較例5)でも同様にして試験した。
その結果を表3に示す。
【0024】
【表3】
【0025】表3に示される如く、[CALX−S4−
AANa−MBAD共重合体]−Na2MoO4−NaO
H系が、鉄板の水中での腐蝕防止剤及び沈着物抑制剤と
して極めて有効であることが判明した。
【0026】このようなCALX−S4−AANa−M
BAD系共重合体の防錆効果がどのような機構によるも
のか定かでないが、CALX−S4がラジカル連鎖移動
反応により、PAANa主鎖に結合したポリマーの特性
によるものと考えられる。その理由として、まず、CA
LX−SNが、70〜90℃の温度での水系ラジカル重
合反応において、環状構造が安定に保持されていること
は、特願平2−21963号に示されている。さらに、
表2の比較例3に示したポリアクリル酸ナトリウム、又
は実施例1と同様な方法でCALX−S4を加えずに重
合して得られたAANa−MBAD共重合体水溶液に所
定量のCALX−S4を投入して溶解させても、比較例
3と同様な腐蝕量が認められ、表2の試験例1のような
防錆効果は得られなかった。
【0027】従って、これらの事実から勘案するに、実
施例で得られた重合体は、CALX−S4とAANa−
MBAD共重合体の単なる混合物でなく、AANa−M
BAD共重合体主鎖にCALX−S4がラジカル連鎖移
動反応で結合していることを示唆している。それゆえ
に、かかるCALX−S4−AANa−MBAD系共重
合体は、CALX−S4の包接能のキャビィティーを拡
大すると共に、MBADの橋かけによるリディティーの
増強によって、水中での鉄材の酸化を防ぐと共に酸化で
生じた鉄イオンを封鎖し、沈着物の発生をも抑制する。
さらに、Na2MoO4又はNaOHを包接することによ
り、NaOHのCO2による消失を防ぎ、Na2MoO4
−NaOH系の本来持っている防錆剤としての効果を更
に向上させたものと推察される。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明の防錆剤は優れた
防錆効果を有するとともに酸化防止及び金属酸化物の沈
着防止活性を有する。従って、本発明の防錆剤によれ
ば、鉄系素材などの金属の水中での腐蝕を著しく抑制す
ることができるという効果を奏する。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23F 11/16

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式 (式中、nは4を示す。)で表される化合物又はその塩
    の存在下に重合させた、アクリル酸又はその塩と水溶性
    架橋剤モノマーとの共重合体を有効成分とする防錆剤。
  2. 【請求項2】 モリブデン酸アルカリ金属塩を含有す
    る請求項1記載の防錆剤。
  3. 【請求項3】 水溶液状である請求項1又は2記載の
    防錆剤。
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