ITPD20080105A1 - Soluzione addensata per decapare prodotti metallici - Google Patents

Description

SOLUZIONE ADDENSATA PER DECAPARE PRODOTTI METALLICI

DESCRIZIONE

La presente domanda ha per oggetto una soluzione addensata per decapare prodotti metallici, secondo il preambolo della rivendicazione principale.

La soluzione di cui trattasi è destinata ad essere vantaggiosamente impiegata nel settore industriale dei trattamenti chimici di decapaggio per rimuovere dalla superficie di manufatti in materiale metallico, ed in particolare in acciaio inox, gli ossidi presenti al termine dei trattamenti di fusione, saldatura, ricottura, piegatura a caldo, taglio, trafilatura, spianatura e più in generale di tutte le lavorazioni che comportano una alterazione termica.

Come è noto infatti, i manufatti metallici presentano, al termine delle lavorazioni industriali del processo produttivo, un aspetto opaco per la presenza di ossidi, di sali o anche di sostanze organiche, che possono portare nel tempo a fenomeni corrosivi tanto più Γ ambiente esterno è aggressivo e tanto meno la superficie è pulita e decontaminata, fino a compromettere le caratteristiche di resistenza nel tempo degli stessi manufatti.

Sono noti numerosi trattamenti chimici, elettrochimici e meccanici di finitura superficiale dei manufatti metallici per portare il materiale alle sue ottimali caratteristiche chimico fisiche (ad esempio di durata e di resistenza alla corrosione) compromesse nel processo produttivo.

Alcuni noti trattamenti superficiali di tipo chimico o elettrochimico sono lo sgrassaggio, il decapaggio, la passivazione, la lucidatura mentre quelli più comuni di tipo meccanico sono la molatura, la sabbiatura, la pallinatura e la spazzolatura.

In particolare, il decapaggio è un noto trattamento superficiale su manufatti che sono stati sottoposti a trattamenti termici a caldo quali saldatura, ricottura, piegatura a caldo, taglio, trafilatura, laminazioni e fucinatura ecc., che permette di eliminare scaglie di ossidi, bruciature e strati impoveriti in cromo (strato decromizzato), dovuti in generale a trattamenti termici, e che, se non eliminati, possono diventare importanti fonti di corrosione.

Il decapaggio di un manufatto può essere realizzato sia con processi chimici sia con processi elettrochimici.

I processi chimici di decapaggio prevedono di aggredire le superfici del manufatto con soluzioni decapanti solitamente acide e ossidanti atte a realizzare una disossidazione superficiale in modo controllato.

I processi elettrochimici ovvero di tipo elettrolitico, prevedono di indurre con passaggi di corrente tra il manufatto ed un bagno di soluzione decapante la dissoluzione dei prodotti di corrosione e delle scaglie di ossido.

Industrialmente, i sistemi di decapaggio chimico prevedono l’uso di bagni di soluzioni decapanti liquide contenuti in vasche, in cui il manufatto (generalmente una pluralità di manufatti) viene immerso per tempi dipendenti dal tipo di acciaio, dall’entità delle scaglie di ossido e dalla temperatura di esercizio.

Sono note diverse soluzioni decapanti acide le quali comprendono solitamente una componente acida atta ad aggredire il metallo dissolvendone gli ioni in soluzione ed una componente ossidante atta a ricreare uno strato protettivo sulla superficie del manufatto volta a contrastare la corrosione. Sono note ad esempio soluzioni decapanti comprendenti: acido nitrico e acido fluoridrico; oppure acqua ossigenata, acido solforico e acido fluoridrico; oppure ancora acido fluoridrico, acido solforico e sali di ferro.

Nelle soluzioni impiegate nei bagni di decapaggio è stato possibile sostituire la parte ossidante e la parte acida dell’acido nitrico, particolarmente nocivo alla salute e difficile da smaltire, ad esempio rispettivamente con acqua ossigenata e con acido solforico. Infatti, benché le soluzioni prive di acido nitrico siano instabili nel tempo, nel caso dei sistemi di trattamento dei manufatti in bagni di soluzione decapante è possibile integrare in continuo il bagno con acqua ossigenata opportunamente stabilizzata per supplire a quella quota parte che è andata persa e per ristabilire la composizione della soluzione che diversamente si impoverirebbe nel tempo non garantendo più la disossidazione del manufatto.

Terminato il bagno in soluzione acida decapante, i manufatti devono essere subito sciacquati con acqua generalmente con getti ad alta pressione.

I processi industriali di decapaggio chimico con strutture di contenimento a vasca del prodotto decapante sono economicamente impegnativi da realizzare e richiedono problemi di gestione del bagno per mantenerlo in piena efficienza.

Nel caso di manufatti di grandi dimensioni sarebbe inoltre improponibile ovvero estremamente dispendioso impiegare vasche ove immergere i manufatti.

Al fine di superare gli inconvenienti sopra citati è stata, come è noto, sviluppata la tecnica di trattare chimicamente i manufatti coprendone la superficie da trattare con una soluzione decapante in forma addensata, ad esempio in pasta e crema gel, che viene applicata a pennello o a spruzzo direttamente sulla superficie da trattare.

Successivamente al trattamento la soluzione decapante in forma gel deve essere lavata e quindi raccolta in bacini di contenimento per il corretto smaltimento.

Attualmente, per effettuare il decapaggio con la tecnica sopra sommariamente descritta sono presenti sul mercato diverse paste o gel, le quali comprendono composti chimici o nitrati che pur offrendo indubbi vantaggi di efficacia e stabilità per il trattamento delle superfici metalliche determinano numerosi inconvenienti a livello ambientale.

Infatti, gli scarichi reflui industriali prodotti dal lavaggio dei manufatti alla fine dei trattamenti con lance di acqua in pressione, contengono i nitrati che, come è noto, risultano difficilmente eliminabili con trattamenti chimico/fisici. Per eliminare i nitrati sono necessarie tecnologie costose in termini di investimento e gestione come ad esempio impianti ad osmosi inversa.

Pertanto attualmente, i costi per lo smaltimento di acque reflue contenenti nitrati incidono significantemente sui costi complessivi dei processi di decapaggio con paste e gel.

Inoltre, la presenza dell’acido nitrico nelle soluzioni decapanti determina anche un problema non trascurabile in termini di inquinamento atmosferico e di sicurezza degli operatori sui luoghi di lavoro in quanto durante Γ applicazione dei prodotti possono generarsi vapori di ossido di azoto che sono estremamente nocivi.

Il problema della eliminazione dell’acido nitrico nelle soluzioni di gel decapante è particolarmente sentito nel settore di riferimento dell’industria chimica volta alla produzione di prodotti per il trattamento superficiale dei manufatti metallici.

I tentativi finora effettuati di sostituire l’acido nitrico con l’acqua ossigenata hanno portato alla produzione di prodotti dotati di tempi di vita (tempo prima di degradarsi ovvero prima che l’acqua ossigenata si trasformi ad esempio in ossigeno e acqua) estremamente ridotti e praticamente non indicati per consentire una normale distribuzione dei prodotti decapanti. Diversamente infatti rispetto alla tecnica che impiega una soluzione decapante in vasca con i nitrati sostituiti da acqua ossigenata, la tecnica che impiega il decapante in forma di gel non consente tale sostituzione dato che non è possibile integrare l’ossidante che inevitabilmente si disperderebbe dopo la produzione della soluzione gel di decapante.

E noto dal brevetto US 5743968 un processo di decapaggio di un manufatto in acciaio inox impiegante una soluzione acquosa contenente perossido di idrogeno ed un acido inorganico come acido cloridrico o acido solforico.

E noto inoltre dal brevetto US 5702534 decapare l'acciaio inossidabile usando una soluzione acquosa contente acido solforico e perossido d'idrogeno quest’ultimo essendo stabilizzato mediante uno stabilizzatore derivato da oxyquinoline.

E noto dal brevetto US 5164016 un metodo per il decapaggio dell’acciaio inossidabile il quale impiega una soluzione acquosa decapante contenente ioni ferrosi Fe2<+>e ioni ferrici Fe3<+>ed un acido organico che non ossida il ferro in quantità sufficiente per mantenere gli ioni ferrosi e ferrici in soluzione in un rapporto che viene mantenuto tramite l'aggiunta di perossido di idrogeno.

E noto dal brevetto US 4770808 stabilizzare una soluzione acquosa di perossido di idrogeno mediante uno stabilizzatore in forma di corpo solido lentamente solubile ad esempio costituito da acido p-idrossibenzoico e trifenilcarbinolo per decapare rame o leghe di rame.

Non è banale evidenziare che la stabilizzazione del perossido di idrogeno risulta particolarmente difficoltosa in forma di gel o di pasta per la necessaria presenza di addensanti che favoriscono il decadimento del perossido di idrogeno in acqua ed ossigeno.

Scopo essenziale della presente invenzione è pertanto quello di ovviare agli inconvenienti manifestati dalle tecnologie di tipo noto sopra citate, mettendo a disposizione una soluzione addensata per decapare prodotti metallici, la quale non sia particolarmente pericolosa per la salute e sia del tutto esente da acido nitrico e nitrati.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione una soluzione addensata per decapare prodotti metallici, la quale sia facilmente depurabile una volta lavata via dai manufatti sottoposti a trattamento.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione una soluzione addensata per decapare prodotti metallici, la quale sia contraddistinta da un prolungato tempo di vita, senza perdere le sue prerogative di azione decapante.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di mettere a disposizione una soluzione addensata per decapare prodotti metallici, la quale sia del tutto affidabile e consenta di raggiungere operativamente un decapaggio ottimale delle superfici.

Le caratteristiche tecniche della soluzione, secondo i suddetti scopi, sono riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ad una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa che viene qui di seguito descritta.

La soluzione addensata per decapare prodotti metallici oggetto della presente invenzione è ottenuta combinando, in modo di per sé tradizionale, un solvente, preferibilmente costituito da acqua, ed un soluto.

Quest’ultimo comprende a sua volta un acido minerale forte in una dose compresa nell’ intervallo 10-300 g/1 per dissolvere ioni metallici dalla superficie ad esempio di un manufatto metallico, che in particolare solitamente sarà in acciaio inox, da sottoporre al processo di decapaggio.

Tale acido forte è preferibilmente costituito da acido solforico e/o da acido fosforico.

La funzione degli acidi forti è di conferire alla soluzione decapante la necessaria acidità atta a rendere solubili i diversi metalli che sono presenti sulla superficie del manufatto e che si sono formati in particolare per effetto dei cambiamenti termici a cui è stato sottoposto lo stesso manufatto durante il processo produttivo.

Durante la reazione sulla superficie metallica del manufatto si sviluppa idrogeno cosicché si rende necessario disporre di una scorta di ioni H<+>per mantenere la reazione la quale scorta è garantita dalla presenza di acidi forti.

Sono inoltre presenti in soluzione ioni fluoruro in una dose compresa nell’ intervallo 1-200 g/1 per dissolvere ioni metallici e/o ossidi metallici dalla superficie del manufatto.

Gli ioni fluoruro presentano una notevole affinità con il metallo da decapare e, in soluzione, si combinano parzialmente per dare acido fluoridrico. La loro presenza serve per rimuovere gli ossidi e gli ioni metallici dalla superficie del manufatto. In linea generale, maggiore è la presenza di ioni fluoruro e maggiore è l’azione decapante del prodotto.

Secondo l’idea alla base della presente invenzione è presente nella soluzione decapante, perossido di idrogeno o suoi precursori in una dose compresa nell’ intervallo 1-1 50 g/1 per realizzare reazioni di ossidazione sulla superficie del manufatto, ed uno o più stabilizzanti dello stesso perossido di idrogeno, in una dose compresa nell’ intervallo 0,1-20 g/1.

Questi ultimi comprendono preferibilmente prodotti della famiglia degli acidi para toluen solfonici e derivati come in particolare il sale sodico dell’acido (1-metil etil)-benzensolfonico (numero di C.A.S. 28348-53-0).

Diversamente i suddetti stabilizzanti potranno comprendere fosfonati in aggiunta o in sostituzione degli altri stabilizzanti.

Diversamente i suddetti stabilizzanti potranno comprendere fenacetina in aggiunta o in sostituzione degli altri stabilizzanti.

Non è banale evidenziare che gli stabilizzanti selezionati si sono dimostrati sorprendentemente in grado di stabilizzare il perossido di idrogeno pur in presenza dei sali impiegati per addensare il prodotto e renderlo in forma non più liquida ma di gel o di pasta.

Sono inoltre presenti uno o più addensanti per portare la soluzione in una forma addensata avente grado di viscosità suscettibile di consentire di realizzare la specifica modalità applicativa.

Con il termine “addensata” si dovrà intendere, senza per questo uscire dall’ambito di protezione della presente privativa, una soluzione avente viscosità maggiore di 5 mm /s ad esempio ottenuta con un gelificante o un pastificante.

La forma addensata potrà quindi essere in forma di pasta o di gel a seconda in particolare delle modalità scelte per Γ applicazione. Preferibilmente, raddensante è scelto nella famiglia comprendente: sali di magnesio, sali di bario in una dose compresa nell’ intervallo 100-600 g/1.

Tali sali potranno essere impiegati in modo alternativo o congiunto per raggiungere la viscosità desiderata.

In accordo con le modalità applicative della soluzione descritte in dettaglio nel seguito, la soluzione decapante avrà una viscosità tale da consentirle di restare aderente alla superficie metallica del prodotto da decapare senza cadere.

In particolare, sperimentalmente si è potuto constatare che la soluzione deve preferibilmente permanere su di una parete piana verticale del manufatto metallico da decapare e senza colature per un tempo compreso nell’ intervallo 10 minuti - 24 ore.

La permanenza della soluzione sul manufatto deve inoltre essere in dosi tali da consentire alle reazioni chimiche di compiersi compiutamente ed allo scopo deve permanere sul prodotto in una quantità per metro quadro di superficie coperta compresa tra 70 g/m<2>e 1100 g/m<2>.

Le modalità di stesura della soluzione decapante sono di per sé stesse note e prevedono ad esempio che la stessa soluzione sia applicata sulla superficie del prodotto da decapare mediante un pennello antiacido e lasciata agire per il tempo necessario per completare le reazioni ad esempio di 1-2 ore a seconda del tipo di ossido presente sul manufatto. Al termine del trattamento è necessario effettuare un accurato lavaggio con acqua.

Diversamente l’applicazione sulla superficie del manufatto potrà avvenire con pompa spray per ricoprire con distribuzione omogenea anche superfici molto ampie. Anche in questo caso al termine del trattamento si procede con un accurato lavaggio con acqua. A trattamento ultimato, la superficie si presenta perfettamente decapata quindi priva di ossidi o di striature dovute ad ossidazioni di diversa origine.

Nella soluzione decapante preferibilmente avente acqua come solvente, è vantaggiosamente presente in soluzione un tensioattivo per detergere da sostanze organiche la superficie del manufatto da decapare, in una dose compresa nell’ intervallo 0-20 g/1 e di tipo scelto nella famiglia dei tensioattivi non ionici, cationici, anfoteri ed anionici.

Sorprendentemente si è potuto constatare che demineralizzando l’acqua da impiegare come solvente per la soluzione decapante, il perossido di idrogeno ovvero i suoi precursori risultano notevolmente più stabili consentendo un impiego della soluzione decapante anche dopo molto tempo la sua produzione.

La soluzione decapante così ottenuta consente di realizzare il decapaggio di manufatti di grandi dimensioni senza la necessità di impiegare la tecnica di immersione dei manufatti in vasca ed in modo del tutto sicuro e rispettoso dell’ambiente essendo del tutto priva di nitrati e quindi depurabile agevolmente ed a basso costo.

Inoltre la previsione inventiva di stabilizzare il perossido consente un impiego molto versatile della soluzione conferendole un tempo di vita molto prolungato ed una possibilità di impiego molto avanti nel tempo rispetto alla data della sua produzione. Il trovato così concepito raggiunge pertanto gli scopi prefissi.

Ovviamente esso potrà assumere, nella sua realizzazione pratica, anche forme e configurazioni diverse da quella sopra illustrata senza che, per questo, si esca dal presente ambito di protezione. Inoltre tutti i particolari potranno essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti e le forme, le dimensioni ed i materiali impiegati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici, la quale comprende almeno un solvente ed almeno un soluto comprendente a sua volta: - almeno un acido minerale forte in una dose compresa nell’ intervallo 10-300 g/1 per dissolvere ioni metallici dalla superficie di un prodotto metallico, in particolare in acciaio inox; - ioni fluoruro in una dose compresa nell’ intervallo 1-200 g/1 per dissolvere ioni metallici e/o ossidi metallici dalla superficie di detto prodotto metallico; caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre: - almeno un perossido di idrogeno o suoi precursori in una dose compresa nell’ intervallo 1-150 g/1 per realizzare reazioni di ossidazione sulla superficie di detto prodotto metallico; - uno o più stabilizzanti per stabilizzare detto perossido di idrogeno, scelti da soli o in combinazione nella famiglia degli acidi para toluen solfonici o tra i sali da essi derivati, in una dose compresa nell’ intervallo 0,1-20 g/1; - uno o più addensanti per conferire alla soluzione viscosità suscettibile di consentirle di aderire a detto prodotto da decapare.
2. 2. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti prodotti della famiglia degli acidi para toluen solfonici e sali da essi derivati comprendono in particolare il sale sodico dell’acido (1-metil etil)-benzensolfonico.
3. 3. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti stabilizzanti comprendono fosfonati in aggiunta o in sostituzione degli altri stabilizzanti, in detta dose complessiva di stabilizzanti compresa nell’ intervallo 0, 1 -20 g/1.
4. 4. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1 o 3, caratterizzata dal fatto che detti stabilizzanti comprendono fenacetina in aggiunta o in sostituzione degli altri stabilizzanti, in detta dose complessiva di stabilizzanti compresa nell’ intervallo 0,1-20 g/1.
5. 5. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto acido forte è scelto tra acido solforico e acido fosforico.
6. 6. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti uno o più addensanti sono scelti nella famiglia comprendente: sali di magnesio, sali di bario in una dose compresa nell’ intervallo 100-600 g/1.
7. 7. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere inoltre almeno un tensioattivo, per detergere da sostanze organiche la superficie di detto prodotto da decapare, in una dose compresa nell’ intervallo 0-20 g/1 e di tipo scelto nella famiglia dei tensioattivi non ionici, cati onici, anfoteri ed anionici.
8. 8. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto solvente è acqua.
9. 9. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detta acqua è demineralizzata.
10. 10. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di essere dotata di una viscosità maggiore di 5 mm<2>/s.
11. 11. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di essere dotata di una viscosità suscettibile di mantenerla aderente sulla superficie metallica del prodotto da decapare.
12. 12. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 11, caratterizzata dal fatto essere suscettibile di permanere su di una parete piana verticale di detto prodotto da decapare e senza colature per un tempo compreso nell’ intervallo 10 minuti - 24 ore.
13. 13. Soluzione addensata per decapare prodotti metallici secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di permanere sul prodotto in una quantità per metro quadro di superficie coperta compresa tra 70 g/m 2 e 1100 g/m 2.