Научная статья на тему 'МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ УГЛЕВОДОРОДОРАСТВОРИ- МЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ'

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ УГЛЕВОДОРОДОРАСТВОРИ- МЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

CC BY
65
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
УГЛЕВОДОРОДОРАСТВОРИМЫЕ ИНГИБИТО- РЫ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ / СЛОЖНЫЙ ЭФИР N-МЕТИЛОЛКАПРО- ЛАКТАМА / АМИДЫ И СОЛИ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ / HYDROCARBON-SOLUBLE CORROSION INHIBITORS OF METAL CORROSION / N-METHYLOLCAPROLACTAM ESTER / AMIDES AND SALTS OF CARBOXYLIC ACIDS

Аннотация научной статьи по химическим наукам, автор научной работы — Алцыбеева Алла Ивановна, Тронова Екатерина Анатольевна, Бурлов Владислав Васильевич

Обсуждается взаимосвязь физико-химических и элект- ронных характеристик ингибиторов коррозии метал- лов, позволяющих прогнозировать их эффективность в водно-углеводородных средах. Показано, что основные молекулярные характеристики амидов алифатических кислот, полученных на основе азотсодержащих соеди- нений, содержащих одну аминогруппу, и сложного эфира N-метилолкапролактама позволяют прогнозировать их высокую эффективность в качестве ингибиторов коррозии в углеводородных средах. Рассмотрены неко- торые молекулярные аспекты защитного действия и особенностей поведения в водно-органических средах углеводородорастворимых амидов и солей некоторых аминов и морфолина и карбоновых кислот. Проанализи- рованы гипотетические схемы адсорбции с учетом дан- ных по электронным зарядам и гидрофобности моле- кул, а также возможная ингибирующая эффективность продуктов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим наукам , автор научной работы — Алцыбеева Алла Ивановна, Тронова Екатерина Анатольевна, Бурлов Владислав Васильевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

MOLECULAR ASPECTS OF HYDROCARBON-SOLUBLE CORROSION INHIBITORS PROTECTIVE EFFECTS

The correlation between the physicochemical and electronic characteristics of metal corrosion inhibitors, giving the pos- sibility to predict their efficiency in water hydrocarbon me- dia is discussed. It has been shown that the main molecular characteristics of aliphatic acid amides being the products of conversion of nitrogen-containing compounds with one amino group and N-methylolcaprolactam ester make it possible to predict their high efficiency as corrosion inhibitors in hydrocar- bon media. Some molecular aspects of protective effect and specific behavior of hydrocarbon-soluble amides and salts of certain amines and morpholine with carboxylic acids in aque- ous-organic environments are estimated. Minding the elec- tronic charges data and hydrophobic characteristics of the molecules hypothetical adsorption schemes and the proba- ble inhibiting efficiency of the products have been estimated.

Текст научной работы на тему «МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ УГЛЕВОДОРОДОРАСТВОРИ- МЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ»

УДК 6

A.I. Altsybeeva, E A. Tronova and V.V. Burlov

MOLECULAR ASPECTS OF HYDROCARBON-SOLUBLE CORROSION INHIBITORS PROTECTIVE EFFECTS

OOO NPO NEPhTEKhIM, ul. Pulkovskaya 10, St. Petersburg, 196158 Russia

e-mail: altsybeeva@yandex.ru

The correlation between the physicochemical and electronic characteristics of metal corrosion inhibitors, giving the possibility to predict their efficiency in water hydrocarbon media is discussed. It has been shown that the main molecular characteristics of aliphatic acid amides being the products of conversion of nitrogen-containing compounds with one amino group and N-methylolcaprolactam ester make it possible to predict their high efficiency as corrosion inhibitors in hydrocarbon media. Some molecular aspects of protective effect and specific behavior of hydrocarbon-soluble amides and salts of certain amines and morpholine with carboxylic acids in aqueous-organic environments are estimated. Minding the electronic charges data and hydrophobic characteristics of the molecules hypothetical adsorption schemes and the probable inhibiting efficiency of the products have been estimated.

Key words: hydrocarbon-soluble corrosion inhibitors of metal corrosion; N-methylolcaprolactam ester; amides and salts of carboxylic acids.

1.197.3

А.И. Алцыбеева1, Е.А. Тронова2, В.В. Бурлов3

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АСПЕКТЫ ЗАЩИТНОГО ДЕЙСТВИЯ УГЛЕВОДОРОДОРАСТВОРИ-МЫХ ИНГИБИТОРОВ КОРРОЗИИ МЕТАЛЛОВ

ООО «НПО «Нефтехим», , Пулковская ул., 10, к. 1, Санкт-Петербург, 196158, Россия e-mail: altsybeeva@yandex.ru

Обсуждается взаимосвязь физико-химических и электронных характеристик ингибиторов коррозии металлов, позволяющих прогнозировать их эффективность в водно-углеводородных средах. Показано, что основные молекулярные характеристики амидов алифатических кислот, полученных на основе азотсодержащих соединений, содержащих одну аминогруппу, и сложного эфира N-метилолкапролактама позволяют прогнозировать их высокую эффективность в качестве ингибиторов коррозии в углеводородных средах. Рассмотрены некоторые молекулярные аспекты защитного действия и особенностей поведения в водно-органических средах углеводородорастворимых амидов и солей некоторых аминов и морфолина и карбоновых кислот. Проанализированы гипотетические схемы адсорбции с учетом данных по электронным зарядам и гидрофобности молекул, а также возможная ингибирующая эффективность продуктов.

Ключевые слова: углеводородорастворимые ингибиторы коррозии металлов; сложный эфир N-метилолкапро-лактама; амиды и соли карбоновых кислот.

Углеводородорастворимые ингибиторы в плане учета особенностей электронного строения не отличаются от других органических ингибиторов коррозии. Вместе с тем, знание только электронных структур недостаточно для понимания и прогнозирования их защитных свойств. Особенностью взаимодействия углеводородораствори-мых ингибиторов с поверхностью металла является то, что процесс формирования защитных адсорбционных пленок сложного строения с гидрофобными свойствами протекает во времени. С увеличением времени контакта наблюдается постепенное увеличение барьерных и экранирующих свойств образовавшихся адсорбционных пленок.

От эффективного ингибитора коррозии в углеводородных средах требуется два противоположных свойства: с одной стороны, чтобы адсорбироваться на металле, он должен быть, по меньшей мере, диспергирован в коррозионной среде; с другой стороны, адсорбировавшийся ингибитор должен растворяться с трудом [1].

При выборе исходных соединений и синтеза новых углеводородорастворимых ингибиторов коррозии используем подход, предложенный в [3, 4] (обобщенный в [5]), основанный на термодинамическом анализе критериев поверхностной активности органических соединений и

оценки их сродства к металлу («металлофильности») по электронной структуре, а также опубликованные сведения о наиболее эффективных классах ингибиторов коррозии в углеводородах [1, 2].

Замедление коррозии металлов в присутствии органических поверхностно-активных веществ является результатом конкурентной адсорбции на поверхности металла молекул ингибитора и воды. На основании принципов термодинамического равновесия между компонентами объемной фазы и адсорбционной пленки в [3] было предложено общее уравнение изотермы адсорбции органического ПАВ на металле из разбавленного водного раствора:

где: Хи.об., Хв.об., Хи.адс., Хв.адс. - мольные доли ингибитора, воды в объёмной фазе и в адсорбционной пленке соответственно; /и.об., fв.об., £и.адс., fв.адс. - коэффициенты активности, соответствующие предыдущим обозначениям; AFв. - изменение свободной энергии при переходе 1 моля воды из объёмной фазы в адсорбционную плёнку; AFи -то же для ингибитора; п - число молекул воды, вытесняемых молекулой ингибитора при адсорбции на металле.

1 Алцыбеева Алла Ивановна д-р техн. наук, вед. науч. сотр. , e-mail: altsybeeva@yandex.ru Altsybeeva Alla I., Dr Sci (Eng), leading researcher, e-mail: altsybeeva@yandex.ru

2 Тронова Екатерина Анатольевна, инженер, e-mail: kat-tronova@yandex.ru Tronova Ekaterinа A., engineer, e-mail: kat-tronova@yandex.ru

3 Бурлов Владислав Васильевич, д-р техн. наук, генеральный директор,e-mail: burlov2012@icloud.com Burlov Vladislav V., Dr Sci (Eng), director, e-mail: burlov2012@icloud.com

Дата поступления - 4 июня 2014 года Received June, 04 2014

В результате детального анализа случаев применения уравнения (1), обобщенных в [5], показано, что эффективность углеводородорастворимого ингибитора определяется:

• электронной плотностью на гетероатомах, в предположении ответственных за образование адсорбционного слоя («якорных» атомах) -

• гидрофобностью (например, я-константой гид-рофобности по Ханшу);

• размером молекулы (молярной поверхностью или числом молекул воды, вытесняемых ингибитором с поверхности металла при адсорбции - п).

Это означает, что степень защиты металла ингибитором в углеводородных средах есть, главным образом, функция я и п.

Учитывая опубликованные данные по основным классам углеводородорастворимых ингибиторов коррозии и опыт работы с амидо-имидазолиновыми ингибиторами, мы полагаем наиболее целесообразным вести поиск новых ингибиторов коррозии в рядах амидов и эфиров.

В таблице 1 приведены расчетные параметры амидов и эфиров, а также основных рекомендованных в мировой практике имидазолинов, в таблице 2 - данные по электронным плотностям и я-константам Ханша исходных соединений для намечаемых синтезов.

Таблица 1. Основные физико-химические параметры ингибиторов коррозии

Условное название Вещество п Xq А108, см2 n

ИМ-1 Имидазолин на основе ДЭТрА 3.74 3.663 38.8 6.72

ИМ-2 Имидазолин на основе ТЭТА 2.31 4.845 41.3 7.12

АМ-1 Амид ДЭТрА 1.78 4.964 40.5 6.99

АМ-2 Амид ТЭТА 0.59 6.145 44.2 7.64

АМ-МФ Амид МФ 3.23 3.750 38.9 6.73

АМ-КЛ Амид КЛ 3.41 3.808 40.5 6.99

АМ-ЦГА Амид ЦГА 6.59 2.592 40.3 6.98

АМ-ГА Амид ГА 7.00 2.584 40.4 6.98

ВНХ-2М Эфир Ы-метилол МФ 1.83 4.938 41.7 7.21

ВНХ-1М Эфир Ы-метилол КЛ 2.01 5.097 43.1 7.44

ВНХ-1 Эфир Ы-оксиэтилен КЛ 2.73 5.088 44.2 7.65

Использованы следующие условные названия продуктов: ДЭТрА - диэтилентриамин; ТЭТА - триэтилен-тетрамин; КЛ - капролактам; МФ - морфолин; ЦГА - цикло-гексиламин; ГА - гексиламин; АМ - амид; ИМ - имидазолин. Все расчеты проведены для соединений, условно синтезированных на кислоте С12Н25СООН (фр. Сю - С16 , ср. Ci3). Константы гидрофобности lgP (я-константы Ханша) рассчитаны по методу К. Ханша [6]. Квантово-химические расчеты молекулярных диаграмм выполнены в программе HyperChem Version Professional Release 6.03 фирмы Hyper-cube Inc. © 2001 методом CNDO/2 без оптимизации с использованием стандартных длин связей и углов с заданием модели Build в режиме Single Point.

Из данных квантово-химических расчетов молекулярных диаграмм исходных соединений для синтеза амидов и эфиров следует, что наибольшее сродство к металлу характерно для капролактама и морфолина (таблица 1). В то же время эти соединения, в соответствии с я-константами Ханша, в отличие от гексиламина и цикло-гексиламина, гидрофильны, что несомненно сказывается на гидрофильно-гидрофобном балансе производных, уменьшая их гидрофобность при одинаковой длине цепи гидрофобного фрагмента.

Действительно (таблица 1), амиды капролактама и морфолина менее гидрофобны, чем амиды гексилами-

на и циклогексиламина. Эфиры Ы-метилол-капролактама и Ы-метилолморфолина менее гидрофобны, чем амиды капролактама и морфолина, что связано с введением в их структуру гидрофильной сложноэфирной группы. Амиды полиаминов, имея высокую электронную плотность на гетероатомах, тем не менее, обладают самой низкой гидрофобностью, что обусловлено наличием в их структуре гидрофильных свободных аминогрупп.

Оптимальное соотношение электронных свойств и гидрофобности характерно для амидов и эфиров Ы-метилолморфолина и Ы-метилолкапролактама. Амиды гексиламина и циклогексиламина при их высокой гидро-фобности имеют более низкие электронные плотности на гетероатомах, чем другие амиды.

Размеры всех соединений близки. Однако здесь необходимо учесть условности, заложенные в модель расчета молярных поверхностей и гипотетического количества вытесняемых с металла молекул воды при адсорбции ингибитора. С точки зрения возможного расположения молекулы на поверхности металла при ее адсорбции предпочтительны ингибиторы с «компактным» расположением «якорных» атомов, т.е. такие, как амиды гексиламина, циклогексиламина, капролактама и эфир Ы-метилолкапролактама (ВНХ-1М).

Достаточно высокие электронные и гидрофобные характеристики имидазолинов ДЭТрА и ТЭТА (ИМ-1 и ИМ-2) именно по этой причине не могут служить основанием для прогнозирования их эффективности выше, чем у АМ-КЛ, АМ-ГА, АМ-ЦГА и эфира ВНХ-1М, скорее наоборот. Так, в работе [7] показано, что гидрофильная часть в положении 1 имидазолинового кольца не имеет первостепенного значения для адсорбции молекулы имидазолина на металлической поверхности и эффективность ингибитора определяет длина гидрофобной цепи в положении 2. Авторы [7] предположили, что имидазолины образуют связь с металлом через пятичленное кольцо при его плоском расположении. Роль углеводородной цепи в положении 2 заключается в гидрофобизации поверхности и создании барьера для агрессивных компонентов (рисунок 1).

(СН2|,СН=СН(СН2)/СНа Углеводородный хвост

Рисунок 1. Молекулярное моделирование взаимодействия имидазолинового ингибитора с металлической поверхностью (по представлениям авторов [7])

Не останавливаясь на вопросах, связанных со «старением» амидо-имидазолиновых ингибиторов, отметим также неизбежное образование в больших количествах аммонийных солей при синтезе имидазолинов (или амидов) из полиаминов и их роль «балласта» в конечном продукте, достаточно подробно обсужденном в [1]. Однако можно уверенно полагать, что подобные явления, приводящие к снижению ингибирующей эффективности конечных продуктов, не будут иметь места для ингибиторов, полученных при высокотемпературном гетерогенно-ката-литическом синтезе амидов (и, тем более, эфиров) на основе продуктов, содержащих одну аминогруппу.

Рассмотрим некоторые молекулярные аспекты защитного действия и особенностей поведения в водно-органических средах углеводородорастворимых амидов и солей некоторых аминов и морфолина и карбоновых кислот, которые, по нашему мнению, позволяют прогнозировать эффективность ингибиторов на основе знания расчетных физико-химических параметров, применяя основные моменты, использованные при разработке ингибитора ВНХ-1 [5].

Константы гидрофобности 1дР (я-константы Ханша) рассчитаны по методу К. Ханша [6, гл. IV] на основании данных по рх фрагментов с учетом общих констант фрагментов и геометрических факторов. В расчетах использовались следующие значения констант фрагментов:

/ш. = о.87, //;;;= о.вз, /СГ"°= о.бб, /«,= 0.43, /ш = -1.54,

/т= -2.15, /0 = -2.18, />л_= -1.82 и геометрических факторов В характеризующих связи и их вклад в 1дР, при этом вклад связей пропорционален п-1, где п - число связей:

......= -0.12, -0.09, ......= -0.55, С" = -0.42,

= -0.20, а также факторы близости гетероатомов в цепи (или кольце). В расчетах я-констант солей использованы следующие значения констант фрагментов: /сн_= 0.87, /"'= 0.63, /™'= 0.66, /,„= 0.43, /со; = -5.19, /,„:= -3.50, а

также геометрических факторов: .....= -0.12, р,;"""= -0.09,

И „= -0.78, Б , = -0.40, Р = -0.26, Р , = -0.19, р".................= "0.55.

В таблице 2 приведены основные физико-химические параметры исходных соединений для синтезов амидов и солей, где q - электронная плотность, я - гидро-фобность (расчетная я-константа Ханша), Хч - суммарная электронная плотность на гетероатомах, М - молекулярная масса. Расчеты проведены для амидов и солей гек-силамина, циклогексиламина, пиперидина, пиперазина, морфолина и кислот - тридекановой С12Н25СООН и олеиновой - СНз(СН2)7СН=СН(СН2)уСООН.

Таблица 2. Основные физико-химические параметры исходных соединений для синтеза амидов и солей

Амин Ч М Ч (О) п М

Гексиламин 1.211 - 1.211 2.03 101

Циклогексиламин 1.221 - 1.221 1.74 99

Морфолин 1.171 1.223 2.394 -0.98 87

Пиперидин 1.185 - 1.185 0.70 85

Пиперазин 1.179 1.179 - 2.358 -1.31 86

Таблица 3. Основные физико-химические параметры амидов

Амин Кислота Ч М Ч (О) Ч (О) 1Ч п М

Гексила-мин Тридекано-вая 1.217 - 1.375 2.592 7.0 297

Гексила-мин Олеиновая 1.212 - 1.372 2.584 9.36 365

Циклогек-силамин Тридекано-вая 1.212 - 1.372 2.584 6.59 295

Циклогек-силамин Олеиновая 1.216 - 1.363 2.579 8.83 363

Морфолин Тридекано-вая 1.175 1.222 1.373 3.770 3.23 283

Морфолин Олеиновая 1.155 1.222 1.373 3.750 6.47 351

Пиперидин Тридекано-вая 1.171 - 1.374 2.545 4.91 281

Пиперидин Олеиновая 1.165 - 1.375 2.540 7.15 349

Пиперазин Тридекано-вая 1.165 1.177 - 1.362 3.704 3.45 282

Пиперазин Тридекано-вая диамид 1.159 1.166 - 1.371 1.372 5.068 8.40 478

Пиперазин Олеиновая 1.168 1.172 - 1.375 3.715 5.06 350

Пиперазин Олеиновая диамид 1.158 1.164 - 1.373 1.374 5.069 11.66 614

Таблица 4. Основные физико-химические параметры солей

Амин Кислота Ч, N Ч, О Ч, О Ч, О 1Ч п М

Гексиламин Триде-кановая 0.598 - 1.315 1.264 3.177 0.52 315

Гексиламин Олеиновая 0.594 - 1.325 1.281 3.200 3.63 383

Цикло-гексила-мин Триде-кановая 0.638 - 1.342 1.307 3.287 1.21 313

Цикло-гексила-мин Олеиновая 0.639 - 1.376 1.326 3.341 3.82 381

Морфо-лин Триде-кановая 0.627 1.218 1.332 1.344 4.521 -4.60 301

Морфо-лин Олеиновая 0.649 1.219 1.353 1.372 4.593 -1.24 369

Пиперидин Триде-кановая 0.638 - 1.340 1.372 3.350 -3.18 299

Пиперидин Олеиновая 0.659 - 1.354 1.393 3.406 -1.49 367

Пиперазин Триде-кановая 0.665 1.174 - 1.287 1.341 4.467 -4.86 300

Пипера-зин Олеиновая 0.653 1.176 - 1.306 1.374 4.509 -4.49 368

Из данных квантово-химических расчетов молекулярных диаграмм исходных соединений для синтеза амидов и солей следует, что наибольшее сродство к металлу характерно для пиперазина и морфолина (таблица 2). В то же время морфолин, также как и пиперазин, в соответствии с п-константами Ханша, в отличие от гексила-мина и циклогексиламина, гидрофильны.

Действительно (таблица 3), амиды пиперазина и морфолина менее гидрофобны, чем амиды гексиламина и циклогексиламина, однако, как и следовало ожидать, диамиды пиперазина - наиболее гидрофобные продукты из обсуждаемых. Тем не менее, применение в качестве ингибиторов коррозии диамидов пиперазина вряд ли имеет смысл в связи с их высокой молекулярной массой и, естественно, низкой растворимостью даже в органических средах. Амиды и соли олеиновой кислоты более гидрофобны, чем соответствующие амиды и соли триде-кановой кислоты. Соли менее гидрофобны, чем амиды соответствующих аминов и кислот.

Амиды гексиламина и циклогексиламина при их высокой гидрофобности имеют более низкие электронные плотности на гетероатомах, чем другие амиды. Как правило, суммарный электронный заряд на гетероатомах солей выше, чем на гетероатомах соответствующих амидов, что определяется наличием дополнительного гете-роатома - О^ соли. Исключение составляют продукты на основе пиперазина. Размеры всех соединений внутри каждого ряда достаточно близки. Исключение, как и следовало ожидать, составляют диамиды пиперазина.

Рассмотрим гипотетические схемы адсорбции амидов жирных кислот и соли циклогексиламина и жирной кислоты (рисунок 2). Моделирование схемы молекулярной адсорбции выполнено с помощью программного комплекса ChemBioOffice 2010 и Chem3D Pro версии 12.0.2.1076.

'tv

Г Г )

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рисунок 2. Молекулярное моделирование взаимодействия амида морфолина и соли циклогексиламина и жирных кислот с металлической поверхностью

В моделях адсорбции в качестве наглядного примера приведены молекулы амида и соли насыщенной три-декановой кислоты. Проанализируем гипотетические схемы адсорбции с учетом данных, приведенных в таблицах 3-5, и возможную ингибирующую эффективность продуктов. В адсорбции амидов гексиламина, циклогексиламина, пиперидина, предположительно участвуют два гетероатома, остальных амидов (и соли циклогексиламина) - три гетероатома.

Расчетные значения констант гидрофобности для амидов пиперидина, пиперазина и морфолина существенно меньше, чем для амидов циклогексиламина и гексиламина (таблица 3). Однако для амидов пиперазина и морфолина при низкой величине гидрофобности наблюдается высокая электронная плотность на гетероатомах, что позволяет предположить более высокую степень адсорбции и, как следствие, их эффективность в качестве ингибиторов коррозии может быть сравнима с защитными свойствами амидов пиперидина, гек-силамина и циклогексиламина. Соль циклогексиламина занимает особое место как при оценке гипотетической схемы адсорбции (по трем атомам при условии гидролиза), так и при учете низкой величины константы гидрофобности.

В качестве подтверждения нашего предположения приведем данные, полученные в результате электрохимического исследования эффективности ингибиторов.

Поляризационные кривые были сняты в естественно аэрируемой модельной воде, содержащей 10 г/дм3 Na2SO4 и 30 г/дм3 №С1, с помощью потенциостата 1РС-Рго-МВ представляющего собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из измерительного блока потенци-остата и персонального компьютера (ПК) с программой 1РС2000, обеспечивающей сохранение и математическую обработку данных. Потенциодинамические кривые снимали со скоростью сканирования потенциала 1 мВ/с. Исследования проводились в стандартной электрохимической ячейке с разделенным анодным и катодным пространствами. Вспомогательный электрод - платиновый. Рабочий электрод - углеродистая сталь Ст20. Потенциал рабочего электрода измерялся относительно насыщенного хлоридсеребряного электрода, потенциал которого составляет 0.202 В. Поляризационные кривые снимались без предварительной катодной активации электрода в области потенциалов от -1,25 В до -0,05 В в направлении повышения поляризации. Для исследования эффективности ингибиторов на поверхности образцов формировалась пленка ингибитора в 1 %-ном спиртовом растворе ингибитора. В связи с тем, что коррозионный процесс всегда протекает в водной фазе (зона конденсации) даже в условиях углеводородсодержащих сред, поляризация электродов осуществлялась в водной среде. Выбор спирта как растворителя обусловлен, прежде всего, оптимальными унифицированными условиями с точки зрения растворимости всех синтезированных продуктов и адекватного воспроизведения их поведения в коррозионном процессе. В отличие от амидов, потенциодинамичес-кий анализ защитного действия водорастворимых солей был выполнен на образцах стали с пленкой ингибитора, сформированной в 1 %-ом водном растворе. Значение логарифма плотности тока коррозии и потенциала коррозии определяли из пересечения прямолинейных участков катодной и анодной поляризационных кривых. Точность определения логарифма плотности тока коррозии ± 0.03*10-6 А/см2. Точность определения потенциала коррозии ± 0.05 В. Коэффициент торможения Y рассчитывали по формуле Y = /исхЛинг,

/ ->

1 Ж^г

Ю -2 Ю -2 Ю -1 ¡0 -1 Ю -'.

Рисунок 4. Анодные поляризационные кривые амида морфолина.

Рисунок 3. Влияние спиртовых растворов амида пиперидина (1) и амида морфолина (2) на ход анодных поляризационных кривых. я -1, —*— 2, —ж— изопропиловый спирт

Таблица 5. Основные характеристики процесса коррозии углеродистой стали Ст20 для амидов олеиновой кислоты

у / 1 ч

/ / у у' t /

/V/

/ / * s Г г

/ /

-400

-350

-300

-250

-200

-150

-100

Е, м

Рисунок 6. Анодные поляризационные кривые амида пиперидина.

—•— я/7-r) No 7 ■ я/7-r) No Я А яп-д No Л

Рисунок 7. Поляризационные кривые амида пиперидина в полулогарифмических координатах.

Ингибитор ¡корХЮ6, А/см2 Екор, В (насыщ. ХСЭ) Y Ьк, мВ ba, мВ

Без ингибитора 5.80 0.680 - 200 i43

Амид гексиламина и олеиновой кислоты 0.52 0.697 ii,2 i64 i52

Амид циклогексиламина и олеиновой кислоты 0.20 0.648 29 i52 i33

Амид морфолина и олеиновой кислоты 0.04 0.500 i45 i54 i85

Амид пиперидина и олеиновой кислоты 0.04 0.553 i45 i4i 7i

Рисунок 5. Поляризационные кривые амида морфолина в полулогарифмических координатах.

На основании данных электрохимического исследования синтезированных продуктов были выполнены расчеты коэффициентов торможения и защитные эффекты для обсуждаемых амидов.

Е

о <

£

При сопоставлении данных теоретических расчетов и электрохимического исследования, приведенных в таблицах 2-5, можно сделать вывод, что превалирующую роль в эффективности адсорбированных амидов играет электронная плотность на «якорных» атомах и, в значительно меньшей степени, гидрофобность. Установлено (таблица 5), что все синтезированные продукты относятся к классу ингибиторов анодного действия.

Выводы

Проанализирована зависимость эффективности ингибитора в водно-углеводородных средах от электронной плотности на гетероатомах в молекуле, ответственных за образование адсорбционного слоя, гидрофобности (я-константы гидрофобности по Ханшу) и размера молекулы (молярной поверхности или числа молекул воды, вытесняемых ингибитором с поверхности металла при адсорбции).

Проведен расчет основных молекулярных характеристик амидов и солей алифатических кислот, полученных на основе азотсодержащих соединений, и сложного эфира N-метилолкапролактама и дан прогноз их эффективности в качестве ингибиторов коррозии в углеводородных средах.

Предложены гипотетические модели адсорбции амидов тридекановой кислоты гексиламина, циклогекси-ламина, пиперидина, пиперазина, морфолина и четвертичной соли циклогексиламина.

Проанализированы гипотетические схемы адсорбции с учетом данных по электронным зарядам и гидро-фобности молекул и ингибирующая эффективность продуктов по результатам электрохимических исследований.

Литература

1. Бурлов, В. В., Алцыбеева А.И., Парпуц И.В. Защита от коррозии оборудования НПЗ. СПб. : Химиздат, 2005. 248 с.

2. Гафаров H.A., Кушнаренко В.М., Бугай Д.Е. [и др.]. Ингибиторы коррозии. Диагностика и защита от коррозии не-фтегазопромыслового оборудования под напряжением: в 3 т. Т. 2 М.: Химия, 2002. 367 с.

3. Алцыбеева А.И., Кузинова Т.М., Агрес Э.М. Углево-дорсдорастворимые ингибиторы коррозии черных и цветных металлов серии ВНХ // Защита металлов. 2003. Т. 39. № 3. С. i-4.

4. Агрес Э.М., Алцыбеева А.И., Левин С.З., Фёдоров B.C. К вопросу об адсорбируемости органических соединений на металлах // Журн. физ. химии. i975. Т. 49. №4. С. 986-989.

5. Агрес Э.М., Алцыбеева А.И., Левин С.З., Фёдоров B.C. О поверхностной активности органического вещества при адсорбции из разбавленного раствора // Журн. физ. химии. i977. Т. 5i. №i. С. i68-i74.

6. Hansch С., Leo A. Substituent Constants for Correlation Analysis in Chemistry and Biology N. J.: John Willey&Sons, i98i. 339 р.

7. Edwards A. [et al.] Mechanistic studies of the corrosion inhibitor oleic imidazoline // Corrosion Science. i994. V. 36. №2. F 3i5-325.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.