『海川翻訳チームオリジナル』防食剤紹介（下）

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英語のタイトル：Corrosion Inhibitors入門
原文リンク：こちらをクリック
原文の著者：ankur2061
翻訳者ID：@kid_ptd
校正者ID：@我的化学浪漫
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防食剤の分類
防食剤の化学成分は、金属表面と反応したり、その周囲の物質と反応したりして、金属表面に保護層を形成します。防食剤は通常、金属表面に吸着し、薄い膜を形成することで保護作用を発揮します。防食剤は通常、溶液または懸濁液の形で使用され、場合によっては直接コーティングの配合に含められることもあります。防食剤が腐食を遅らせる仕組みは以下の通りです：–陽極または陰極の分極挙動（タフェル傾き）を増加させる–イオンが金属表面へ移動したり拡散したりするのを抑制する–金属表面の抵抗を高める。防食剤の分類については、研究者によって異なりますが、一部の研究者は防食剤の化学的機能に基づいて分類する傾向にあります。詳しくは以下の通りです：無機系：通常はクロム酸ナトリウム、リン酸塩、モリブデン酸塩などの鉱物塩類です。これらの物質のうち、金属の腐食を抑制する過程に関与するのはその陰イオンのみである。ナトリウム元素の代わりに亜鉛元素を使用すると、亜鉛陽イオンがいくつかの有益な効果をもたらすことができます。この種の亜鉛含有添加剤は、混合電荷防食剤と呼ばれています。 有機アニオン型：硫酸ナトリウム、ホスフェート、またはチオフェンベンゾチオセミカルバゾン（MBT）系物質は、通常、冷却水や防凍剤溶液に使用される。 有機アニオン型：濃縮状態では、この種の物質は液体または蝋状の固体として現れる。それらの活性基は通常、大きな脂肪鎖または芳香環であり、正電荷を持つ有機アミン基が付いている。 しかし、現在、防食剤の最も一般的な分類法は、その機能に基づいて再分類したものであり、詳細は以下の通りです。不動態化防食（アノード防食） この種の防食剤は、腐食電位を広範囲にわたってアノード方向に変化させ、金属表面を不動態化の領域へと移行させます。一般的に、不動態化防食剤には2種類あります。1つは酸化イオン型で、クロム酸塩、亜硝酸塩、硝酸塩などがこれに該当し、無酸素環境下で鋼材を不動態化させることができます；もう一つのタイプは非酸化イオン型で、リン酸塩、タングステン酸塩、モリブデン酸塩などがこれにあたり、酸素が存在する条件下でのみ不動態化が生じる。 これは最も効果的な種類の防食剤であり、そのため関連する用途も最も広範囲にわたります。クロメート系の防食剤はその中で最も安価なもので、ここ数年まで様々な用途で使用されてきました（例えば、内燃機関の循環冷却システム、蒸留塔、冷凍ユニット、冷却塔など）。典型的な例として、濃度0.04％から0.1％の重クロム酸ナトリウムがこれらの用途で使用されており、温度が高くなるか、新鮮な水の塩素含有量が10ppmを超える場合には、より高濃度の重クロム酸ナトリウムが必要となる。必要に応じて、系に水酸化ナトリウムを加え、pHを7.5から9.5の間に調整する。一方、クロム酸塩の濃度が0.016％未満になると、系の腐食が加速する。したがって、このような事態を防ぐために定期的に比色分析を行うことは非常に重要です。要するに、濃度が最低限を下回ると、不動態化型防食剤は確かに点食を引き起こし腐食を悪化させるため、防食剤の濃度を分析・監視することは非常に重要である。 陰極防食　陰極防食剤は、自身の陰極反応を直接遅らせるか、あるいは陰極表面に選択的に析出して表面のインピーダンスを高め、還元性物質がこれらの表面へ拡散するのを抑制します。カソード防食剤は、以下の3つの異なる防食メカニズムを提供することができる：（1）カソード毒性物質として；（2）陰極析出物として；（3）脱酸剤として。アルセニウムやアンチモンを含む化合物など、一部のカソード防食剤は水素の再結合と放出をより困難にする作用を持つ。他には、カルシウムイオン、亜鉛イオン、マグネシウムイオンなどが酸化物として沈着し、金属表面に保護層を形成するものもある。脱酸剤の種類は、酸素によって引き起こされる陰極の過分極を抑制することで腐食を防ぎます。室温環境下で最も一般的に使用される脱酸剤は、おそらく硫酸ナトリウム（Na2SO3）でしょう。有機系防食剤が存在する場合、時としてアノード作用とカソード作用の両方が同時に現れます。しかし、一般的な原則として、有機防食剤は十分な濃度に達した場合にのみ、腐食した金属の全面に作用する。有機防食剤は、一般的にフィルム形成剤を指し、金属表面に疎水性の薄膜を形成して金属を保護する。保護作用は、その化学組成、分子構造、および金属表面との間の引力に依存する。成膜作用は吸着過程であるため、系内の温度と圧力は非常に重要な影響因子となる。有機防食剤の吸着は、その自身のイオン電荷および金属表面の電荷と直接関連している。有機アミンなどの陽極防食剤や、スルホン酸塩などの陰極防食剤は、金属表面の負電荷または正電荷の影響を受けて、選択的に吸着される。吸着結合の強度は、可溶性有機防食剤を評価する上での決定的な要因である。 この種の材料が金属表面に吸着した分子は、保護膜を形成し、金属が電解液に溶け出るのを防ぎます。金属表面の被覆度は防食剤の濃度と正の相関があるため、媒体中の防食剤濃度は極めて重要である。どのような特定の防食剤でも、ある種の特定の媒体で使用する際には、最適な濃度が存在する。例えば、pHが7.5の水中で、17ppmの塩化ナトリウムまたは質量分率0.5％のエチルオクチルアルコールを併用する場合、濃度0.05％の安息香酸ナトリウムや濃度0.2％のシナモン酸ナトリウムが非常に効果的です。一方、エチレングリコール冷却水システムにおける腐食は、エタノールアミンを防食剤として使用することで抑制される。 沈殿型防食剤　沈殿を誘導する防食剤は、通常金属表面で膜を形成し、陽イオンと陰イオンの移動を直接的に遮断する種類の物質です。この種の防食剤は、物質が金属表面に析出するのを促し、それによって保護膜を形成します。高濃度のカルシウムイオンとマグネシウムイオンを含む硬水は、軟水よりも腐食性が低く、これは硬水中の塩類が金属表面に容易に沈着して保護膜を形成するためです。 この種の腐食抑制剤で最も一般的な代表は、ケイ酸塩とリン酸塩です。例えば、多くの生活用水軟化剤にシリカナトリウムを加えることで、錆水の発生を防ぐことができます。ガスを含む給湯システムにおいても、水酸化ナトリウムは鋼材や真鍮、黄銅などの材料を保護することができる。しかし、この保護作用は常に確実なわけではなく、pHや、水の組成および温度の影響を受けるある種の飽和指数に大きく依存している。リン酸塩もまた、効果的な防食作用を発揮するために酸素が必要である。ケイ酸塩やリン酸塩はクロム酸塩や亜硝酸塩ほどの保護効果はないものの、無毒な添加剤が求められる場面においては非常に有用である。 揮発性防食剤 挥発性防食剤（VCIs）は、気相防食剤（VPIs）とも呼ばれ、密閉された環境下で揮発作用によって腐食部位へ移動することができる物質の一種です。ボイラー内では、モリンやジアミンといった揮発性物質が蒸気と共に気化し、酸性の二酸化炭素を中和したり、金属表面のpHをより低い酸性・腐食性の状態に調整したりすることで、凝縮器の管束内での腐食を防ぎます。船舶の貨物倉庫のような密閉された気相空間では、ジシクロヘキシルアミンやシクロヘキシルアミンといった揮発性固体も使用できる。金属表面に接触すると、これらの塩類のガスは凝縮・加水分解し、保護的なイオンを放出する。有効な揮発性防食剤においては、迅速な防食作用と長期的な防食効果の両方が求められる。しかし、これら2つの特性は防食剤の揮発性に依存しており、迅速な作用には高い揮発性が必要であるのに対し、長期的な保護にはその逆が求められる。