На сьогоднішній день найбільш технологічним і ефективним методом протикорозійного захисту металевих виробів під час зберігання або транспортування є використання летких інгібіторів атмосферної корозії (ЛІАК) які, випаровуючись при температурі навколишнього середовища, у вигляді пари досягають металу і, адсорбуючись на його поверхні, забезпечують надійний захист металевого виробу. На сьогодні в Україні відсутнє виробництво летких інгібіторів атмосферної корозії, а вітчизняний ринок заповнюється імпортною продукцією, що зазвичай, не відповідає сучасним екологічним та економічним вимогам. У той же час, розробка та впровадження синтезованих летких інгібіторів пов’язана з високою собівартістю сировини та складністю налагодження їх промислового виробництва. Перспективним напрямком у створенні протикорозійних засобів (лакофарбових покриттів, перетворювачів іржі, інгібіторів чорних металів для кислих та лужних середовищ та ін.) є використання рослинної сировини та відходів її переробки, які вже є джерелом природно синтезованих органічних сполук, які відрізняються не тільки безпечністю, але й щорічною поновлюваністю та низькою собівартістю. Однак в літературі майже повністю відсутня будь-яка інформація щодо застосування природних органічних сполук як летких інгібіторів атмосферної корозії.
У зв’язку з цим актуальним завданням є створення нових парофазних інгібіторів атмосферної корозії сталі на основі органічних сполук рослинного походження, які відрізняються не тільки простотою отримання та високою ефективністю інгібування, але й екологічною безпекою.
- Вперше виявлена протикорозійна ефективність летких сполук ізопропанольних екстрактів шроту ріпаку та шишок хмелю як парофазних інгібіторів атмосферної корозії сталі.
- Встановлений компонентний склад летких сполук ізопропанольних екстрактів шроту ріпаку і шишок хмелю та їх основні компоненти, що здійснюють переважний вплив на гальмування корозійного процесу. Найбільший внесок в інгібуючу ефективність екстракту шишок хмелю вносять монотерпенові феноли (тимол, карвакрол, ментол) та альдегіди (ванілін, бузковий альдегід), а для екстракту шроту ріпаку – 3,5-диметоксиацетофенон, бузковий альдегід та гуанозин. Визначені вірогідні адсорбційні центри молекул основних летких компонентів рослинних екстрактів.
- Встановлено, що посилення інгібуючої дії ізопропанольних екстрактів рослинної сировини досягається введенням в їх склад в якості синергістів нітрогеновмісних сполук (1,2,3-бензотриазолу та триетиламіну).
- Досліджено механізм протикорозійної дії та динаміка формування захисної плівки із парової фази рослинних екстрактів та комбінаційних ЛІАК. Встановлено, що інгібування корозії сталі відбувається за рахунок блокування поверхні металу хімічно адсорбованими молекулами летких сполук екстрактів. Формування захисної плівки із парової фази рослинних екстрактів відбувається за 40…48 годин, а комбінаційних ЛІАК – 24…40 годин.
За допомогою газової хромато-мас-спектропетрії встановлено, що основними класами органічних сполук екстракту шишок хмелю (рис. 1а) є альдегіди –- бузковий альдегід (5,5%), ванілін (7,0%); фенольні сполуки, представлені флаваноїдами, а саме кемпферолом (1,1%), кверцетином (2,5%), тимолом (12,3%); карвакрол (3,7); карбонові кислоти: масляна (1,3%), валер’янова (4,7%), лінолева (0,3%), олеїнова (3,1%).
Також в шишках хмелю присутні в значній кількості терпеноїди та терпени: ментол (7,4%), лімонен (4,6%), гераніол (5,5%), сапоніни та тритерпенові сапоніни: лупеол (0,2%) та d – глюкоза (2,4%), α та β-амірин (3,5%); кетони: ундекан-2-он (2,0%), 3-гідроксиметил (0,5%), 2-гексанол, 2,3-диметил (6,4%), 2-тридеканон (2,4%). Встановлено, що в екстракті міститься близько 1,19 г/л загальних поліфенольних сполук, альдегідів – 0,79 г/л, терпенів– 0,78 г/л, кетонів– 0,6 г/л, кислот – 0,3 г/л, терпеноїдів– 0,91 г/л. Середосновних сполук ізопропанольного екстракту шроту ріпаку (рис. 1б) домінують глікозиди (29%): сахароза, гуанозин, ксантозин; бузковий альдегід (14%), кетон – 3,5-диметоксиацетофенон (18%), фітостерини (β і γ-ситостерол, кампестерол) (4,6%), а також насичені і ненасичені жирні кислоти, представлені пальмітиновою (гексадеканова), олеїновою (цис-9-октадеценова кислота), лінолевою (октадекадієнова) і оцтовою кислотами (21,0%). Встановлено, що в екстракті міститься близько 1,26 г/л глікозидів, кетонів–0,82 г/л, альдегідів – 0,64 г/л, насичених та ненасичених жирних кислот – 0,98г/л.
За допомогою квантово-хімічних розрахунків (за значенням енергії вищої зайнятої молекулярної орбіталі (EВЗМО) та за співставленням потенціалу іонізації органічної сполуки з величиною «резонансних потенціалів» заліза) проведена прогнозна оцінка адсорбційної активності (інгібуючої спроможності) основних складових компонентів рослинних екстрактів. На модельних летких речовинах підтверджена корелятивна залежність (рис. 2), яка встановлює відповідність між захисною дією складових компонентів рослинних екстрактів та значенням енергії ВЗМО (EВЗМО): зі збільшенням енергії ВЗМО досліджуваних сполук їх протикорозійна ефективність зростає.
В загальній динаміці процесу формування плівки можна виділити наступні 3 етапи: I етап (1-12 години) – адсорбція летких органічних сполук рослинних екстрактів та формування первинної плівки; II етап (14-24 годин) – структурування плівки (перехідний стан) – супроводжується зменшенням її захисних властивостей, що обумовлено несуцільністю плівки ; III етап (40-96 годин) – стабілізація захисних властивостей сформованої плівки. Це також підтверджують знімки поверхні зразків отриманих залежно від тривалості обробки летким інгібітором (рис. 5).
Достатнім часом для формування захисної плівки на поверхні металу є попередня обробка зразка протягом 40…48 годин в паровій фазі екстракту рослинної сировини, що також узгоджується з результатами досліджень динаміки формування захисної плівки, отриманими методом поляризаційного опору при конденсації вологи (рис. 6).
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ
- Чигиринець О.Е. Дослідження протикорозійної ефективності рослинних екстрактів / О.Е. Чигиринець, В.І. Воробйова // Наукові вісті «КПІ». – 2010. – №6. – С. 152–156. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів з вивчення впливу летких органічних сполук рослинної сировини на корозійну поведінку сталі, участі в аналізі та узагальненні результатів.
- Чигиринец Е.Э. Исследование защитной способности пленок летучих ингибиторов коррозии, разработанных на основе растительного сырья / Е.Э. Чигиринец, В.И. Воробьева, Г.Ю. Гальченко // Вопросы химии и химической технологии. – 2011. – №4(2). – С. 273–276. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні електрохімічних досліджень та участі в обговоренні та узагальненні результатів, написанні статті.
- Чигиринец Е.Э. Пути повышения эффективности летучих ингибиторов растительного происхождения / Е.Э. Чигиринец, В.И. Воробьева, Г.Ю. Гальченко, С.Ю. Липатов // Вісник Чернігівського Державного Технологічного Університету. – 2011. – №3 (51). – С. 152–156. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень з визначення впливу додатково введеного омиленого соапстоку до рослинних екстрактів на корозійну поведінку сталі
- Чигиринець О.Е. Протикорозійні властивості шишок хмелю / О.Е. Чигиринець, Г.Ю. Гальченко, В.І. Воробйова, Т.М. Пилипенко, С.Ю. Ліпатов // Наукові вісті «КПІ». – 2012. – №2. – С. 137–148. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень з вивчення впливу екстрактів різних сортів шишок хмелю на корозійну поведінку сталі, участі в обговоренні результатів та написанні статті.
- Воробйова В.І. Дослідження протикорозійних властивостей летких інгібіторів атмосферної корозії на основі продуктів рослинної сировини / В.І. Воробйова, О.Е. Чигиринець, Е.О. Чигиринець // Наукові вісті «КПІ». – 2013. – №1. – С. 123–128. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів, участі в аналізі, узагальненні результатів та написанні статті.
- Чигиринец Е.Э. Взаимосвязь метода экстракции и противокоррозионной эффективности летучих фракций шрота рапса / Е.Э. Чигиринец, В.И. Воробьева, Г.О. Татарченко, С.Ю. Липатов // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2013. – №1. – С. 27–34. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень з вивчення впливу типу екстрагенту на протикорозійні властивості отриманих екстрактів шроту ріпаку та написанні статті.
- Воробьева В.И. Механизм действия парофазного ингибитора атмосферной коррозии стали / В.И. Воробьева, Е.Э. Чигиринец // Энерготехнологии и ресурсосбережение. – 2013. – №.3 – С. 18–24. Особистий внесок здобувача полягає у вивченні впливу комбінаційного інгібітору на основі органічних сполук шроту ріпаку на корозійну поведінку сталі, участь в обґрунтуванні механізму гальмування корозії сталі, а також написанні статті.
- Воробйова В.І. Визначення протикорозійної тривкості парофазного інгібітору в умовах періодичної конденсації вологи / В.І Воробйова, О.Е.Чигиринець, С.Ю. Ліпатов, Е.О.Чигиринець // «Вісник східноукраїнського національного університету ім. Володимира Даля» – 2013. – №.13 (202) – С. 66–73. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні корозійних досліджень, участі в аналізі та узагальненні результатів та написанні статті.
- Чигиринець О. Особливості захисної здатності летких інгібіторів корозії / О. Чигиринець, В. Воробйова, Г. Гальченко, І. Рослик, І. Погребова // Фізико-хімічна механіка матеріалів. «Проблеми корозії та протикорозійного захисту матеріалів», спец. випуск №9 – 2012. – №9. – С. 266–271. Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень з вивчення впливу комбінаційних інгібіторів на основі екстракту шишок хмелю на корозійну поведінку сталі, участь в обґрунтуванні механізму гальмування корозії сталі, а також написанні статті.
- Чигиринец Е.Э. Исследование эффективности ингибиторов атмосферной коррозии / Е.Э. Чигиринец, В.И. Воробьева, Г.Ю. Гальченко, И.Г. Рослик // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2012. – №2. – С. 76–80. (Входить до наукометричних баз Scopus, Index Copernicus, Elibrary). Особистий внесок здобувача полягає у проведенні експериментів, участі в аналізі та узагальненні результатів, написанні статті.
- Чигиринець О.Е. Протикорозійні властивості екстракту шроту ріпаку як леткого інгібітору атмосферної корозії сталі / О.Е. Чигиринець, В.І. Воробйова // Фізико хімічна механіка матеріалів. – 2013. – №3. – С. 39–45. (Входить до наукометричної бази Web of Science). Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень з вивчення впливу летких сполук екстракту шроту ріпаку на корозійну та електрохімічну поведінку сталі, отримання інгібітованого матеріалу, участі в обговоренні результатів та написанні статті.
- Воробьева В. И. Исследование защитной эффективности ингибированной бумаги для защиты металлопродукции на период транспортировки и хранения / В.И. Воробьева, Е.Э. Чигиринец, Р.И. Черепкина, В.И.Сыдор // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2013. – №5. – С.79–82. (Входить до наукометричних баз Scopus, Index Copernicus, Elibrary). Особистий внесок здобувача полягає у отриманні інгібітованого паперу та проведенні експериментів по вивченню його протикорозійної ефективності.
- 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. (Входить до наукометричної бази Scopus). Особистий внесок здобувача полягає у проведенні досліджень з вивчення впливу екстракту шроту ріпаку на корозійну поведінку сталі, участі в обговоренні результатів та написанні статті.
- Патент на винахід 104792 Україна, МПК7 С 23F 11/00. Леткий інгібітор атмосферної корозії / Чигиринець О.Е., Воробйова В.І., Гальченко Г.Ю., Рослик І.Г;. – №а201209862; заявл. 15.08.2012; опубл. 11.03.2014., Бюл. № 5. Здобувачеві належить ідея, формула, участь у проведенні корозійних досліджень, оформлення матеріалів заявки.
- Патент на корисну модель 67190 Україна, МПК7 С 23F 11/00. Інгібітор атмосферної корозії / Чигиринець О.Е., Воробйова В.І., Гальченко Г.Ю.; заявл. 17.06.2011; опубл. 10.02.2012, Бюл. № 3. Здобувачеві належить ідея, формула, участь у проведенні корозійних досліджень, оформлення матеріалів заявки.