Ингибирование коррозии на биооснове

Ингибирование коррозии — это электрохимия, и любое заявление в этой категории сводится к тому, какая электродная реакция замедляется и насколько полно.

Коррозия — это замкнутая накоротко батарея

На стали, корродирующей в аэрированной воде, на одной и той же поверхности идут две пространственно разделённые полуреакции. На анодных участках железо окисляется: Fe → Fe²⁺ + 2e⁻. На катодных электроны потребляются, обычно восстановлением кислорода, O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻, а в кислой среде — восстановлением протона до водорода.

Металл проводит электроны, электролит переносит ионы, и обе реакции поддерживают друг друга. Остановите любую — и элемент встанет целиком; в этом весь принцип, и отсюда классификация ингибиторов: анодные, катодные и смешанные.

Как держится адсорбционный ингибитор

Большинство органических ингибиторов, на биооснове или нет, работают тем, что адсорбируются на металле и физически перекрывают электролиту доступ к участкам, где пошла бы реакция.

Прочность адсорбции зависит от способности молекулы отдавать электронную плотность на вакантные d-орбитали железа. Позволяющие это признаки вполне определённы: гетероатомы с неподелёнными парами — азот, кислород, сера, фосфор — и π-электронные системы, ароматические кольца и сопряжённые двойные связи. Молекулы, сочетающие и то и другое, хемосорбируются, а не просто физически прилипают, и покрытие обычно следует изотерме Ленгмюра, нарастая с концентрацией к монослою.

Это объясняет главное совпадение в категории. Вторичные метаболиты растений — алкалоиды, богатые азотом, танины и флавоноиды с фенольными гидроксилами на ароматических кольцах, сернистые соединения луковых — несут ровно такое сочетание. Растительные экстракты работают не потому, что они натуральные, а потому, что классы молекул, которые растения производят для собственной химии, оказываются хорошими донорами электронов с ароматическим каркасом.

Настоящая опасность — неполное покрытие

Анодный ингибитор обязан покрыть анодные участки почти полностью, иначе он делает хуже. Если перекрыта бо́льшая часть анода, тот же коррозионный ток сосредоточивается на малой оставшейся площади. Суммарная потеря металла может не измениться, а местная скорость проникновения резко вырастет — возникает питтинг, и питтинг пробивает стенку задолго до того, как это сделала бы равномерная коррозия.

Хроматы и нитриты — заменяемые здесь химии — суть анодные пассиваторы, и опасность недодозирования для них хорошо известна. Она переносится напрямую на любую замену, действующую тем же механизмом, и потому подстановка здесь — задача рецептуры и дозирования, а не смены ингредиента. Катодные ингибиторы в этом отношении снисходительнее: неполное покрытие даёт неполную защиту, а не локальный отказ.

Другое утрачиваемое свойство заменить труднее. Хромат самозалечивается: растворимый хромат выщелачивается к свежей царапине и пассивирует обнажённый металл на месте. Адсорбированные органические плёнки не мигрируют, и повреждение остаётся повреждением. Закрытие этого разрыва — главная открытая задача при отказе от хроматов, и подступают к ней через микрокапсулы с ингибитором или ионообменные пигменты, высвобождающие его по требованию.

Парофазным ингибиторам нужно узкое окно летучести

Парофазные ингибиторы защищают замкнутые объёмы, не касаясь металла. Обычно это соли аминов с карбоновыми кислотами, и им нужно испариться достаточно, чтобы насытить замкнутый объём и достичь затенённых мест, а затем сконденсироваться и диссоциировать на металле, где амин адсорбируется на катодных участках, а карбоксилат — на анодных.

Обе половины стесняют давление пара: слишком низкое — и защита не дойдёт до дальних поверхностей; слишком высокое — и запас исчерпается или будет потерян целиком в момент вскрытия упаковки. Защита длится ровно столько, сколько замкнут объём и не израсходован источник, — потому характеристики парофазного ингибитора всегда приводят с упаковкой и сроком, а не как свойство одной лишь химии.