Тезисы
апрель 2017

Механізм атмосферної корозії сталі в присутності ізопропілових екстрактів рослинних екстрактів


Воробйова В. І. , Фатєєв Ю. Ф. , Чигиринець О. Е. , Скиба Маргарита Іванівна Скиба М. І.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Продовження термінів зберігання і експлуатації металоконструкцій і виробів є одною з основних цілей вирішення проблеми атмосферної корозії металів. За останні десятиліття інгібітори істотно замінили багато класичних засобів захисту: масла, мастила, тонкоплівкові консерваційні покриття. На сьогоднішній день одним з пріоритетних напрямків в інгібуванні атмосферної корозії, є використання летких інгібіторів та створення на поверхні металу надтонких, нанорозмірних захисних плівок, які, тим самим забезпечуючи його високу корозійну стійкість в атмосферних умовах.

З урахуванням екологічних вимог та дефіциту більшості високоефективних летких інгібіторів атмосферної корозії (ЛІАК) встановили [1, 2], що перспективною сировиною для їх створення є природні сполуки рослинного походження. Встановлено, що ізопропанольні екстракт гребнів та вичавок винограду, шроту ріпаку, шишок мелю забезпечують ефективний захист вуглецевої сталі від атмосферної корозії в умовах періодичної конденсації вологи. На основі хромато-мас-спектрального аналізу визначено, що основними компонентами у всіх вище зазначених екстрактах є альдегіди, кетони, терпенові сполуки, насичені і ненасичені жирні кислоти [1, 2]. Слід зазначити, що формування плівки з максимальними захисними характеристиками для всіх екстрактів закінчується приблизно за 48 години експонування сталі в парі летких сполук екстрактів, а процес гальмування швидкості корозії сталевих зразків при атмосферній корозії обумовлено адсорбційно-полімеризаційним механізмом.

При цьому залишається не встановленим, які компоненти мають привалюючу адсорбційну здатність та вносять основний вклад в процес полімеризації і формування захисних плівок. Тому в роботі, по-перше, на основі квантово-хімічних розрахунків проведена прогнозна оцінка адсорбційної здатності основних компонентів екстрактів (близько 20 сполук): бензойного, коричного, бузкового альдегідів, аліфатичних альдегідів (капроновий, енантовий, фенілацетальдегід, бутаналь, нонаналь, цитраль), терпенових сполук (нерол, ментол, карвакрол), кетонів. Розраховані електронні параметри молекуд: енергія вищої занятої вакантної орбіталі (ЕВЗМО), енергія нижчої вакантної молекулярної орбіталі (ЕНВМО), енергія щілини (Δɛ), індекс абсолютної електрофільності, абсолютна електронегативність та хімічний потенціал та інші. На модельних речовинах встановлені кореляційні залежності інгібуючих властивостей від індексів реакційної здатності.

Для встановлення механізму полімеризації та формування захисних плівок із поверхнею сталі, були знято ІЧ-спектр рослинних екстрактів та ІЧ-спектри поглинання плівок, сформованих на поверхні сталі після 72 годин витримки в атмосфері летких сполук різних ЛІАК. Отримані результати свідчать, що для віх досліджуваних екстрактах на ІЧ-спектрах спостерігається поява інтенсивних смуг поглинання в області 1680-1640 см-1, що притаманні ν (С=С) групам та поява інтенсивних смуг поглинання валентних зв’язків в області 2800-2500 см-1, що відповідають двом групам сполук – димерним і тримерним аддуктам полімеризації. Хромато-мас-спектральний аналіз компонентного складу змивів з поверхні металу, після попередніх 48 годин експозиції в атмосфері ЛІАК свідчить, що інгібітор на поверхні металу зазнає хімічного перетворення. На хроматограмі чітко виділяються дві групи сполук продукти поліконденсації. Чітко ідентифікуються ароматичні вуглеводні (арени) та ароматичні альдегіди.

Дослідження морфології поверхні сталевих зразків дозволило встановити, що до витримки їх в атмосфері летких органічних сполук рослинних екстрактів на поверхні можна виділити тільки сліди подряпин, які залишилися після механічного полірування метала. Плівки, що формуються на поверхні сталі після 48 годин експозиції в атмосфері ЛІАК (різні рослинні екстракти), мають типову будову – гладкі та щільні.

Враховуючи вищезгадане, можна припустити, що модифікація захисних плівок під час їх формування пов’язана з хімічним перетворенням адсорбованих сполук рослинної сировини внаслідок, взаємодії адсорбованих сполук між собою в поверховому шарі, подальшою їх поліконденсацією. Утворення поліконденсованих речовин приводить до суттєвого підвищення захисної здатності плівок саме після 48 годин формування плівки, на що вказує поява димерних і тримерних аддуктів полімеризації та морфологія поверхні сталевих зразків.

References
  1. Воробйова В. І. Механізм атмосферної корозії сталі в присутності ізопропіловаго екстракту гребенів винограду / В.І. Воробйова, О.Є. Чигиринець, Ю.Ф. Фатєєв // Фізико хімічна механіка матеріалів. В. Воробйова, О. Чигиринець, Ю. Фатєєв. «Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів», спец. випуск № – 2016. – №. – С. 234-238
  2. Chygyrynets’ О.E. A study of rapeseed cake extract as eco-friendly vapor phase corrosion inhibitor / О.E. Chygyrynets’,V.I. Vorobyova // Chemistry and Chemical Technology. – 2014. Vol. 8, – №. 2. – С. 235–242