Химия и химические технологии/6. Органическая химия

Леденёва О.П.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Разработка эффективных ингибиторов коррозии

Одним из наиболее простых и экономически эффективных способов противокоррозионной защиты является применение ингибиторов коррозии. При этом значительно уменьшаются потери металла, что способствует повышению эффективности производства и охране окружающей среды.

Перспективным направлением в создании ингибиторов коррозии является синтез веществ, обладающих свойством, так называемого, внутримолекулярного синергизма. Такой тип синергизма также свойственен азиниевым солям. Если гетероциклическое кольцо молекулы ингибитора обеспечивает его адсорбцию и экранирование поверхности металла, то алкильные заместители создают блокировочный эффект, обеспечивающий дополнительный, а иногда определяющий вклад в общий эффект торможения коррозионного разрушения металла. Кроме того, алкильные заместители усиливают π-электронное взаимодействие с параллельным поверхности металла расположением плоскости гетероциклического кольца.

Таким образом, суммарный защитный эффект N-алкилазиниевых солей определяется: 1) вкладом в общее торможение коррозии блокировочного эффекта, обусловленного свойствами алкильных заместителей, а также – активационным эффектом вследствие адсорбции молекул ингибитора и экранирования поверхности (внутримолекулярный синергизм); 2) вкладом π-электронного взаимодействия с параллельным поверхности металла расположением плоскости гетероциклического кольца; 3) вкладом адсорбции аниона в общее торможение кислотной коррозии (межмолекулярный синергизм). Известно, что азотсодержащие гетероциклические основания (продукты термической переработки каменного угля – пиридин, его метилпроизводные, хинолин, изохинолин, хинальдин и др.) обладают высокой противокоррозионной активностью, стабильностью, технологичны в применении, производство ингибиторов на их основе обеспечено развитой сырьевой базой – коксохимической промышленностью.

В ряде случаев коксохимия является основным и единственным источником химического сырья. Если пиридин и ряд его производных в промышленных масштабах могут быть получены ещё и синтетическим путём, то хинолин, хинальдин, индол и другие конденсированные системы в промышленности получаются только при термической переработке каменного угля. С целью изучения действия отдельных фракций коксохимических азотистых оснований в условиях сернокислотной и сероводородной коррозии, разработки эффективных ингибиторов был выделен ряд фракций пиридиновых оснований. Состав некоторых узких фракций коксохимических пиридиновых оснований приведен в табл. 1.

Таблица 1. Основной состав коксохимических фракций азотистых оснований

Наименование фракции	Темпера-тура кип. ºС	Содержание компонентов, вес.%
		2-пиколин	пиколины	лутидины	коллидины	анилины	хинолины	изохинолин	хинальдин	Диметил- хинолин
Широкая лутидиновая	155-235	0,53	5,08	17,05	11,40	30,50	17,58	2,25	2,23	-
Хинолиновая I	215-225	0,14	0,06	0,04	0,13	10,68	73,36	8,95	0,09	-
Хинолиновая II	220-235	0,10	0,06	0,05	0,12	3,50	74,62	9,12	4,04	1,20
Изохинолиновая	230-240	0,21	0,15	0,08	0,11	3,82	55,42	23,17	13,26	1,26
Диметилхиноли-новая	240-250	0,04	0,22	0,07	0,07	0,67	16,8	7,49	21,86	53,00

В результате проведенных исследований влияния химической структуры соединений на их защитные свойства были модифицированы известные ингибиторы коррозии, расширен спектр их действий. Введение в состав ингибитора сероводородной коррозии Д-1 бензила хлористого в количестве 10 вес.% позволило повысить его защитную эффективность до 94% в условиях сернокислотной коррозии. Очевидно, что условие ингибирования кислотной коррозии стали вызвано образовавшимися четвертичными солями пиридиновых оснований:

CH₃

CH₃

N + ·Cl^-, R₁ : СН₃

+

СН2

N

CH₂Cl

Введение в состав ингибитора сероводородной коррозии Д-2 специальных добавок (хинолиниевый экстракт угля, N-амилхинолиний иодид, бензил хлорид) позволило не только повысить его защитную способность в среде сероводорода, но также обеспечить надёжную защиту металлического оборудования в условиях сернокислотной коррозии.

Известно, что нафтеновые и гетероциклические амины, соединения, имеющие кратные связи, проявляют высокую степень противокоррозионной активности в условиях кислотной коррозии. Защитное действие соединений с кратными связями значительно выше, чем у аналогов, не имеющих таковых. По-видимому, это может найти объяснение в π-электронном взаимодействии кратной связи с поверхностью металла, обуславливающим высокие адсорбционные свойства непредельных соединений.

На наш взгляд, лучшими адсорбционными свойствами в отношении защищаемой металлической поверхности и, как следствие этого, более высокой степенью противокоррозионной активности должны обладать гетероциклические амины, содержащие в своём молекулярном составе заместитель, имеющий кратную связь, либо заместитель, представляющий собой конденсированную ароматическую систему с сильно выраженными электронодонорными свойствами. В последнем случае значительный вклад в ингибирование внесёт высокая экранирующая способность заместителя.