จะพิสูจน์ได้อย่างไรว่าสารลดแรงตึงผิวทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนผ่านเอฟเฟกต์การครอบคลุมทางเรขาคณิต

2019-07-24 00:19:50

สารลดแรงตึงผิวบางชนิดที่มีคุณสมบัติยับยั้งการกัดกร่อนมักใช้ในสารละลายที่เป็นกรดและเป็นกลางอย่างอ่อน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสิ่งปฏิกูลที่มีน้ำมัน ซึ่งโดยทั่วไปความต้านทานการกัดกร่อนของโลหะจะขึ้นอยู่กับสารลดแรงตึงผิวที่ชอบไขมัน สารลดแรงตึงผิวที่มีฤทธิ์ยับยั้งการกัดกร่อนสามารถสร้างฟิล์มดูดซับบนพื้นผิวโลหะได้ การวิเคราะห์สเปกตรัมพลังงาน XPS และสเปกโทรสโกปีความต้านทานไฟฟ้าเคมีของพื้นผิวอิเล็กโทรดโลหะในสารกัดกร่อนที่มีสารลดแรงตึงผิวสามารถพิสูจน์ได้ว่าสารลดแรงตึงผิวทำหน้าที่เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนผ่านเอฟเฟกต์การครอบคลุมทางเรขาคณิต

เมื่อสารลดแรงตึงผิวดูดซับบนพื้นผิวโลหะ หมู่ที่ชอบน้ำจะดูดซับบนพื้นผิวโลหะ เนื่องจากลักษณะที่แตกต่างกันของกลุ่มที่ชอบน้ำ จึงมีการดูดซับทางกายภาพหรือทางเคมีกับพื้นผิวโลหะ ไอโซเทอร์มการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวที่แตกต่างกันบนพื้นผิวโลหะจะเป็นไปตามไอโซเทอร์มการดูดซับที่แตกต่างกัน เมื่อความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวต่ำ ชั้นดูดซับโมเลกุลเดี่ยวจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะ ชิ้นส่วนที่ไม่มีขั้วซึ่งไม่ชอบน้ำจะสร้างเกราะกันน้ำที่ปกคลุมพื้นผิวโลหะในสารละลายที่เป็นน้ำ เมื่อความเข้มข้นสูง ฟิล์มดูดซับสองชั้นจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวโลหะเนื่องจากปฏิกิริยาของกลุ่มที่ไม่ชอบน้ำ การเพิ่มความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการยับยั้งการกัดกร่อนได้ เมื่อความเข้มข้นเพิ่มขึ้นจนเกิดการดูดซับอิ่มตัวบนพื้นผิวโลหะ ประสิทธิภาพการยับยั้งการกัดกร่อนจะแสดงประสิทธิภาพที่ดี สำหรับชุดสารลดแรงตึงผิว ประสิทธิภาพการยับยั้งการกัดกร่อนจะไปถึงระดับสูงใกล้กับความเข้มข้นของไมเซลล์วิกฤต cmc ชนิดหนึ่ง

ผลของสายโซ่อัลคิลยาวที่ไม่ชอบน้ำต่อการยับยั้งการกัดกร่อนมีความซับซ้อน เมื่อความยาวของโซ่สั้นและเลขอัลคิลบนเฮเทอโรอะตอมน้อย การยับยั้งการกัดกร่อนของสารลดแรงตึงผิวสามารถเพิ่มขึ้นได้ด้วยการเพิ่มของโซ่คาร์บอนและหมู่อัลคิล ทั้งนี้เนื่องจากการดูดซับของสารลดแรงตึงผิวบนพื้นผิวโลหะเป็นพันธะประสานงานที่เกิดขึ้นจากเฮเทอโรอะตอมที่ให้อิเล็กตรอนเดี่ยวกับไอออนของโลหะบนพื้นผิวโลหะ อัลคิลเป็นกลุ่มผลักอิเล็กตรอน การเติบโตของโซ่คาร์บอนและอัลคิลสามารถเพิ่มผลการผลักอิเล็กตรอน เพิ่มความหนาแน่นของเมฆอิเล็กตรอนบนเฮเทอโรอะตอม และทำให้พันธะการประสานงานที่เกิดขึ้นมีเสถียรภาพมากขึ้น การปรับปรุงประสิทธิภาพของการยับยั้งการกัดกร่อนจะเป็นประโยชน์ อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการละลายของสารลดแรงตึงผิวที่มีสายโซ่คาร์บอนยาวเกินไปจะลดลง ดังนั้นความเข้มข้นของสารลดแรงตึงผิวในตัวกลางที่มีฤทธิ์กัดกร่อนจึงไม่สามารถเข้าถึงความเข้มข้นที่จำเป็นสำหรับการดูดซับอิ่มตัว ดังนั้นหลังจากถึงความยาวโซ่ที่กำหนด ประสิทธิภาพการยับยั้งจะลดลงโดยการเพิ่มจำนวนอะตอมของคาร์บอนเพิ่มเติม ชนิดหนึ่ง

เอมีนสายยาวมักใช้เป็นตัวยับยั้งการกัดกร่อนสำหรับโลหะในตัวกลางที่เป็นกรด ตัวอย่างเช่น เซทิลไพริดีนคลอไรด์เป็นเอมีนระดับอุดมศึกษาและสามารถใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนของสังกะสีในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.5 โมล/ลิตร

สารลดแรงตึงผิวชนิดไม่มีประจุซอร์บิทอลเอสเทอร์ของกรดไขมันและอนุพันธ์โพลีออกซีเอทิลีนของเอสเทอร์กรดไขมันซอร์บิทอลสามารถใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนสำหรับเหล็กในระบบน้ำได้ อัลคิลฟีนอล โพลีออกซีเอทิลีน อีเทอร์สามารถใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนสำหรับเหล็กได้ เมื่อผสมกับบอเรตของโลหะอัลคาไลและกรดไนตริกโมลิบเดต ส่วนผสมของ nonylphenol polyoxyethylene ether และ polyoxyethylene amine กับเกลือแอมโมเนียมควอเทอร์นารีแบบไซคลิกและแอลกอฮอล์อัลไคนิลสามารถใช้เป็นสารยับยั้งการกัดกร่อนของโลหะในบ่อฉีดน้ำในแหล่งน้ำมัน