ISSN 2225-7551

УДК 665.334.9:66.095.54:66.097.8:665.7.038.5

 

В.І. Воробйова, аспірант

О.Е. Чигиринець, д-р техн. наук

Ю.Ф. Фатєєв, канд. хім. наук

НТУУ «КПІ», м. Київ, Україна

СИНЕРГЕТИЧНИЙ ВПЛИВ НІТРОГЕНОВМІСНИХ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК НА ПРОТИКОРОЗІЙНІ ВЛАСТИВОСТІ ЕКСТРАКТУ ШРОТУ РІПАКУ

В.И. Воробьева, аспирант

Е.Э. Чигиринец, д-р техн. наук

Ю.Ф. Фатеев, канд. хим. наук

НТУУ «КПИ», г. Киев, Украина

Синергетическое Влияние НИТРОГЕНОсодержащих органических соединений на противокоррозионнЫе свойства Экстракта шрота рапса

Viktoriia Vorobiova, PhD student

Оlena Chyhyrynets, Doctor of Technical Sciences

Yurii Fatieiev, PhD in Chemical Sciences

NTUU «KPI», Kyiv, Ukraine

SYNERGISTIC INFLUENCE OF NITROGEN ORGANIC COMPOUNDS ON THE INHIBITOR EFFECTIVENESS OF THE RAPE-CAKE EXTRACT

На основі даних газової хромато-мас-спектрометрії визначено компонентний склад летких сполук комбінаційного парофазного інгібітору корозії на основі екстракту шроту ріпаку та нітрогеновмісних сполук. Прискореними гравіметричними методами корозійних випробувань (протягом 21 доби) та методом поляризаційного опору в умовах періодичної конденсації вологи показано, що при додатковому введенні до ізопропанольного екстракту шроту ріпаку N-вмісних сполук спостерігається синергетичне збільшення інгібуючої ефективності комбінаційних інгібіторів. Встановлено, що досліджені суміші є інгібіторами змішаного типу, які гальмують анодну та катодну реакції корозійного процесу. Комбінаційний інгібітор проявляє ефект захисної післядії. Отримані результати поглиблюють наукові засади підбору синергетичних компонентів до рослинних екстрактів.

Ключові слова: леткий інгібітор, атмосферна корозія, сталь, екстракт шроту ріпаку, синергізм.

На основе данных газовой хромато-масс-спектрометрии исследован компонентный состав летучих соединений композиционного парофазного ингибитора коррозии на основе экстракта шрота рапса и нитрогеносодержащих соединений. Ускоренными гравиметрическими методами коррозионных испытаний (в течении 21 суток) и методом поляризационного сопротивления в условиях периодической конденсации влаги установлено синергетическое повышение ингибирующей эффективности растительного экстракта при введении N-содержащих соединений. Установлено, что исследуемые смеси являются ингибиторами смешанного типа, которые тормозят анодную и катодную реакцию коррозионного процесса. Исследуемый ингибитор проявляет эффект защитного последействия. Полученные результаты углубляют научные основы подбора синергетических компонентов к растительным экстрактам.

Ключевые слова: летучий ингибитор, атмосферная коррозия, сталь, экстракт шрота рапса, синергизм.

The results of obtained information will help to deepen scientific principles for the development of volatile corrosion inhibitors. The volatiles of inhibitor mixtures based on ethanol extract of cake oil rape were analyzed by GC–MS. In total, 20 volatiles were identified with glycosides, ketone, alkaloid, aldehyde being the major components. The content additionally introduced N-containing compounds are 9 %. Their inhibition action was evaluated on corrosion of mild steel under a thin-film electrolyte consisting of simulated water using the weight loss and electrochemical polarization resistance method installed a synergistic increase in the inhibitory activity of a plant extract when administered N-containing compounds. The obtained results improve the scientific basis for selection the synergistic components in plant extracts.

Key words: volatile corrosion inhibitor, atmospheric corrosion, steel, rape cake extract, synergism.

Вступ. Сьогодні особливе місце серед інгібіторів атмосферної корозії займають леткі інгібітори. Дослідження захисних властивостей сумішей інгібіторів представляє велику зацікавленість, особливо при атмосферній корозії різнорідних металів та сплавів. Саме комбінаційні інгібітори більш ефективно захищають метал від корозії, ніж індивідуальні органічні сполуки. Незважаючи на великий перелік летких інгібіторів, проблема їх розроблення залишається актуальною у зв'язку зі зростаючими вимогами до захисної здатності реагентів та підвищенням екологічних вимог. У зв’язку з цим актуальним є вивчення летких інгібіторів корозії на основі органічних сполук рослинної сировини або відходів її переробки [2]. Авторами встановлено, що леткі сполуки рослинних екстрактів, а саме шроту ріпаку, забезпечують достатній, але не максимальний ступінь протикорозійного захисту (≈ 90 %) [2;4]. Аналіз компонентного складу рослинних екстрактів [4] та літературних даних дозволяє припустити можливість підвищення ефективності рослинних екстрактів при їх спільному використанні з відомими синергістами. Для підвищення протикорозійної ефективності екстракту шроту ріпаку розроблено комбінаційний склад ЛІАК ЛВГ–2 на його основі з додатковим вмістом N-вмісних органічних сполук (аміну та азолу). Метою роботи було вивчення інгібуючої ефективності та механізму дії комбінаційного парофазного інгібітору на основі органічних сполук рослинної сировини та нітрогеновмісних сполук.

Методика експерименту. Для екстрагування хімічно активних речовин з рослинної сировини використали ізопропіловий спирт. Комбінаційний інгібітор отримували через введення сполуки класу азолу та сполуки класу амінів до ізопропанольного екстракту шроту ріпаку. Компонентний склад летких речовин комбінаційного складу інгібітору вивчали методом хромато-мас-спектрометрії (ГХ-МС) на газовому хроматографі “FINIGAN FOCUS” з мас-селективним детектором фірми Termo Electronics. Поляризаційні електрохімічні дослідження проводили на установці, що включає потенціостат ПИ‑50-1 та програматор ПР-8 у потенціостатичному режимі. Значення потенціалу задавали від стаціонарного потенціалу із заданим кроком в анодну і катодну області. Потенціали вимірювали відносно насиченого сульфатно-закисного електрода порівняння, переводячи потім дані у нормальну водневу шкалу. Дослідження проводили в електрохімічній комірці з об’ємом робочого розчину 60 мл, що складалась з робочого електрода зі сталі Ст3 циліндричної форми з площею 0,385 см2, запресованого у тефлон, електрода порівняння – сульфатно-закисного, а також допоміжного електрода – платинового. Особливістю цієї роботи було те, що за рекомендаціями Ю.Ф. Фатєєва електрохімічні вимірювання проводили при його розміщені у поверхневому шарі робочого розчину перпендикулярно до дзеркала поверхні при зануренні приблизно на 1–2 мм (ГОСТ 9.509-89), що дозоляє більш точно змоделювати умови атмосферної корозії металу, що протікає у тонких шарах електроліту.

Результати досліджень та їх обговорення. Згідно з отриманими даними хромато-мас-спектрального аналізу в складі комбінаційного леткого інгібітору виявлено 22 індивідуальних компонента, присутніх у кількості більше 0,2 %, серед яких домінують глікозиди (21 % від усіх ідентифікованих летких сполук): сахароза, гуанозин, ксантозин; бузковий альдегід (17 %), кетон-3,5-диметоксиацетофенон (17 %), стероїди, а також насичені і ненасичені жирні кислоти (21 %), представлені пальмітиновою, олеїновою, лінолевою й оцтовою кислотами. У мінімальній кількості (3 %) містяться алкалоїди та близько 14 % деяких терпенів та терпеноїдів. Встановлено, що перехід у газопарову фазу додатково введених N-вмісних сполук відбувається першочергово поряд з більш легколеткими сполуками рослинного екстракту.

Аналіз результатів прискорених корозійних випробувань в умовах періодичної конденсації вологи свідчить, що розроблена суміш інгібітору ЛВГ-2 значно перевершує за ефективністю індивідуальний екстракт рослинної сировини та N-вмісні сполуки, ступінь захисту збільшується від 90,0 % до 99,5% в умовах періодичної конденсації вологи протягом 21 доби. Коефіцієнти гальмування у разі застосування екстракту шроту ріпаку та комбінаційного інгібітору на його основі становлять 10,04 та 102,5 відповідно. Слід зауважити, що обробка зразків у паровій фазі індивідуального ізопропанолу не під­вищує корозійну тривкість металу. Прискореними гравіметричними випробуваннями встановлено, що індивідуальні нітрогеновмісні сполуки мають відносно невисокі захисні властивості, коефіцієнти гальмування швидкості корозії становлять для азолу – 1,10, для аміну – 2,67. Порівняння коефіцієнтів гальмування швидкості корозії трьохкомпонентної суміші з попередньо визначеними значеннями коефіцієнтів гальмування для індивідуальних сполук свідчить про ефект синергізму [3], за якого коефіцієнти синергізму (Кс) для інгібіторів ЛВГ-2 становлять 3,47. Методом поляризаційного опору, розробленого і модифікованого на кафедрі ТЕХВ НТУУ «КПІ» для випадку корозії в умовах конденсації вологи, підтверджено, що комбінаційні ЛІАК забезпечують більш високий протикорозійний захист сталі, ніж застосування індивідуально рослинного екстракту (табл. 1).

Таблиця 1

Результати корозійних випробувань на датчиках після експозиції в атмосфері ЛІАК протягом 24 годин та наступної конденсації вологи

Леткий інгібітор атмосферної
корозії

Середнє стале значення після
150 хвилин досліджень,
Rp, кOм

Коефіцієнт
гальмування, γ

Екстракт шроту ріпаку

26,7

11,6

ЛВГ-2

65,7

33,6

Амін

5,1

2,3

Азол

4,0

1,7

Амін+Азол

9,0

3,9

Так, миттєві значення Rp після попередньої обробки леткими сполуками екстракту шроту ріпаку та ЛВГ-2 і наступної примусової конденсації вологи впродовж 150 хвилин досліджень становить 62,7 та 65,7 кОм. Встановлено, що найнижчу тривкість мали плівки, отримані після обробки сталі індивідуально аміном, азолом та сумішшю цих сполук. Для більш повного дослідження механізму дії комбінаційного складу та встановлення причини підвищення інгібіторного захисту при введенні N-вмісних сполук доцільним було дослідити вплив сформованих плівок на поверхні сталі із газопарової фази індивідуальних N-вмісних органічних сполук, шроту ріпаку, комбінаційного ЛІАК ЛВГ-2 та двокомпонентних сумішей на анодний і катодний корозійні процеси.

Аналіз поляризаційних кривих (рис. 1) показав, що досліджувані екстракти шроту ріпаку та комбінаційний інгібітор ЛВГ-2 на його основі є леткими інгібіторами корозії змішаного типу, які гальмують як катодну, так і анодну реакції корозійного процесу. Так, величина анодної поляризації сталі після обробки леткими сполуками екстракту шроту ріпаку при і = 0,18·10-4 А/см2 становить 0,07 В, величина катодної поляризації сягає -0,13 В. У той час як значення анодної і катодної поляризації сталі після обробки комбінаційним ЛІАК більші та становлять 0,06 В та -0,15 В відповідно. Отже, застосування комбінаційного інгібітору більшою мірою гальмує катодну реакцію корозійного процесу. Сформована плівка із парової фази аміну (рис. 2) гальмує переважно анодний процес, не впливаючи на принциповий характер анодної кривої, а також дуже слабко гальмує катодну реакцію корозійного процесу.

Наукова бібліотека ЧНТУ © 2012