Surface protection of steel CR4 by using N-acyl sarcosine derivatives in salt water

  • Different techniques (weight loss, electrochemical, and spray corrosion measurements) have been used to evaluate four sarcosine derivatives to inhibit corrosion and one commercial compound as synergist. The basic metal was low carbon steel CR4 tested at different conditions. As working media mainly neutral water and 0.1 M NaCl was applied. The protective film was formed on the steel surface via direct absorption of the tested substances during the immersion process. A highly improved corrosion protection with direct correlation to the molecular weight and carbon chain length of the tested compounds was detected. The protection of steel CR4 against corrosion in 0.1 M NaCl enhanced with increasing concentration of selected sarcosine compounds. The best inhibitor throughout all tested concentrations and all evaluation systems was Oleoylsarcosine (O) with efficiencies up to 97 % in potentiodynamic polarization (PP), 83 % electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and 85 % weight loss (WL) at 100 mmol/L as highest concentration tested here. The second best inhibitor was Myristoylsarcosine (M) with efficiencies up to 82 % in PP, 69 % in EIS, and 75 % in WL at highest concentration. The inhibitor with the shortest hydrocarbon chain in this series is Lauroylsarcosine (L). It showed lowest effects to inhibit corrosion compared to O and M. The efficiencies of L were a bit more than 50 % at 75 and 100 mmol/L and less than 50 % at 25 and 50 mmol/L in all used evaluation systems. Furthermore, the overall efficiency is promoted with longer dip coating times during the steel CR4 immersion as shown for 50 mmol/L for all present derivatives. This survey indicated 10 min as best time in respect of cost and protection efficiency. The commercial inhibitor Oley-Imidazole (OI) improved significantly the effectiveness of compound Cocoylsarcosine (C), which contains the naturally mixture of carbon chain lengths from coconut oil (C8 - C18), and enhanced protection when used in combination (C+OI, 1:1 molar ration). In this system the efficiency increased from 47 % to 91 % in PP, from 40 % to 84 % in EIS, and from 45 % to 82 % in WL at highest concentration. Spray corrosion tests were used to evaluate all present sarcosine substances on steel CR4 in a more realistic system. The best inhibitor after a 24 h test was O followed by the combination C+OI and M with efficiencies up to 99 %, 80 %, and 79 %, respectively. The obtained results indicate a good stability of the protective film formed by the present inhibitors even after 24 h. All evaluation systems used in the current investigation were in good agreement and resulted in the same inhibitor sequence. Furthermore, the adsorption process of the tested compounds is assumed to follow the Langmuir type isotherm. Response surface methodology (RSM) is an optimization method depending on Box- Behnken Design (BBD). It was used in the current system to find the optimum efficiency for inhibitor O to protect steel CR4 against corrosion in salt water. Four independent variables were used here: inhibitor concentration (A), dip coating time (B), temperature (C), and NaCl concentration (D); each with three respective levels: lower (-1), mid (0), and upper (+1). According to the present result, temperature has the greatest effect on the protection process as individual parameter followed by the inhibitor concentration itself. In this investigation an optimum efficiency of 99 % is calculated by the following parameter and level combination: upper level (+1) for inhibitor concentration, dip coating time, and NaCl concentration while lower level (-1) for temperature.
  • Verschiedene Methoden (Gewichtsverlust, elektrochemische und Sprühkorrosionsmessungen) wurden eingesetzt, um die Korrosionsinhibierung von vier Sarkosinderivaten und einer kommerziellen Verbindung als Synergist zu bewerten. Das Basismetall war kohlenstoffarmer Stahl CR4, der unter verschiedenen Bedingungen getestet wurde. Als Arbeitsmedien wurden hauptsächlich neutrales Wasser und 0.1 M NaCl eingesetzt. Der Schutzfilm wurde auf der Stahloberfläche durch direkte Apsorption der Prüfsubstanzen während des Eintauchprozesses gebildet. Ein stark verbesserter Korrosionsschutz mit direkter Korrelation zwischen Molekulargewicht und Kohlenstoffkettenlänge der Prüfsubstanzen konnte nachgewiesen werden. Die Schutzwirkung der ausgewählten Sarkosinverbindungen auf Stahl CR4 erhöht sich in 0.1 M NaCl mit zunehmender Konzentration. In allen getesteten Methoden und Konzentrationen erwies sich Oleoylsarcosin (O) als bester Inhibitor. Es wurden Wirksamkeiten bis zu 97 % in der potentiodynamischen Polarisation (PP), 83 % bei der elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und 85 % in der Gewichtsabnahme (WL) bei 100 mmol/L als höchster hier getesteten Konzentration erzielt. Der zweitbeste Inhibitor ist Myristoylsarcosin (M) mit Effektivitäten bis zu 82 % in PP, 69 % in EIS und 75 % in WL ebenfalls bei der höchsten Konzentration. Der Inhibitor mit der kürzesten Kette in dieser Testreihe ist Lauroylsarcosin (L). L ergab Schutzwirkungen von etwas über 50 % bei 75 und 100 mmol/L und unter 50 % bei 25 und 50 mmol/L in allen angewandten Methoden. Zudem werden die Gesamteffizienzen aller verwendeten Prüfsubstanzen durch längere Einwirkzeiten beim Eintauchen der CR4 Stahlproben erhöht, wie für 50 mmol/L gezeigt werden konnte. Die Untersuchung ergab 10 Minuten als beste Zeit bezüglich Kosten- und Schutzeffizienz. Der kommerzielle Inhibitor Oley-Imidazol (OI) verbesserte die Wirksamkeit von Cocoylsarcosin (C), der natürlichen Mischung aus Kokosnussöl mit Kohlenstoffkettenlängen von C8 - C18, und verbesserte den Schutz in einer 1:1 (mol) Kombination (C+OI). Hierbei stieg der Wirkungsgrad von 47 % auf 91 % in PP, von 40 % auf 84 % in EIS und von 45 % auf 82 % in WL bei der höchsten Konzentration. Mit Hilfe von Sprühkorrosionstests wurden alle vorliegenden Sarkosinsubstanzen auf Stahl CR4 in einem realistischeren System untersucht. Der beste Inhibitor nach einem 24 Stunden-Test war O, gefolgt von der Kombination C+OI und M mit entsprechenden Wirkungsgraden von bis zu 99 % (O), 80 % (C+OI) bzw. 79 % (M). Die erhaltenen Ergebnisse zeigen eine gute Stabilität der Prüfsubstanzen bezüglich des gebildeten Schutzfilms auch nach 24 h. Alle verwendeten Methoden ergaben in der aktuellen Untersuchung übereinstimmende Ergebnisse und die gleiche Reihenfolg der Inhibitoren. Darüber hinaus wird angenommen, dass der Adsorptionsprozess der Prüfsubstanzen der Langmuir-Isotherme folgt. Die Response Surface Methodik (RSM) ist eine vom Box-Behnken Design (BBD) abhängige Optimierungsmethode. Diese wurde im aktuellen System angewandt, um die optimale Effektivität für Inhibitor O beim Korrosionsschutz von Stahl CR4 in Salzwasser zu ermitteln. Hierfür wurden vier unabhängige Variablen benutzt: Inhibitorkonzentration (A), Tauchbeschichtungszeit (B), Temperatur (C) und NaCl-Konzentration (D); jeweils in drei Stufen: untere (-1), mittlere (0) und obere (+1). Nach dem vorliegenden Ergebnis hat die Temperatur als Einzelparameter den größten Einfluss auf den Schutzprozess, gefolgt von der Inhibitorkonzentration. Anhand der Berechnung ergibt sich ein optimaler Wirkungsgrad von 99 % durch folgende Parameter- und Pegelkombination: oberer Wert (+1) jeweils für Inhibitorkonzentration, Tauchbeschichtungszeit und NaCl-Konzentration sowie ein unterer Wert (-1) für die Temperatur.

Download full text files

Export metadata

Additional Services

Share in Twitter Search Google Scholar
Metadaten
Author:Saad Elias Kaskah
URN:urn:nbn:de:kola-17190
Referee:Christian B. Fischer, Jörg Gollnick
Advisor:Christian B. Fischer, Jörg Gollnick
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of completion:2018/09/25
Date of publication:2018/09/27
Publishing institution:Universität Koblenz-Landau, Universitätsbibliothek
Granting institution:Universität Koblenz-Landau, Campus Koblenz, Fachbereich 3
Date of final exam:2018/08/31
Release Date:2018/09/27
Number of pages:vi, 109
Institutes:Fachbereich 3 / Institut für Integrierte Naturwissenschaften / Institut für Integrierte Naturwissenschaften, Abt. Physik
Licence (German):License LogoEs gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG