تخليق بعض المواد ذات النشاط السطحي المبتكرة و تقييم كفاءتها كمثبطات للتآكل

ملخص الدراسة:

تعتبر مشكلة التآكل فى خطوط نقل البترول إحدى المشاكل التي تواجهها شركات البترول. و تتعدد الطرق الفيزيائية و الكيميائية لتجنب و علاج هذه المشكلة.

و من اهم الطرق لمعالجة هذه المشكلة هي استخدام المواد ذات النشاط السطحي كمثبطات للتآكل لذلك تم تحضير مجموعة جديده من المركبات المشتقة من ثنائي الفينولات.

و تعتبر هذه الرسالة إضافة جديده لتحضير بعض المركبات الجديدة ذات النشاط السطحي لاستخدامها فى مجال مثبطات التآكل.

تم تحضير ثلاثة أنواع من مشتقات ثنائى الفينولات لكل من: الاسيتون (BA ) و الاسيتوفينون (BAC) و السيكلوهكسانون (BCH)

تم تكاثف اوكسيد الايثلين على مشتقات ثنائى الفينول (BA), (BAC), (BCH) كلا على حده و كانت أجمالى وحدات اوكسيد الايثلين هى 27و 35 و 43 وحدة و تسمى ايثوكسيلات ثنائى الفينول و صيغها الكيميائية هى : E(x)B(y) حيث E(x) تمثل عدد وحدات الايثلين اوكسيد وB(y) تمثل نوع (هيكل) ثنائى الفينول

كما تم تحضير أحادى الاستر لمشتقات الايثوكسيلات ثنائى الفينول و ذلك من تفاعل بعض الأحماض الدهنية المشبعة و غير المشبعة بنسب أوزان جزيئيه (0.1 : 0.1) حامض : ايثوكسيلات ثنائى الفينول و لقد استخدمت الأحماض الدهنية الاتية: الديكانويك - اللوريك – الميريستيك – البالميتيك – الاستياريك – الاوليك – اللينوليك – اللينولينيك على التوالى. حيث الصيغة الكيميائية لهذه الاسترات هى E(x)B(y)R حيث R تمثل مجموعة الالكيل فى الحامض الدهنى.

و قد تم اثبات التراكيب الكيميائية للمركبات المحضرة الجديدة باستخدام الطرق الطيفية المختلفة مثل:

طيف الكتلة ( MS).

طيف الأشعة تحت الحمراء (FTIR).

الرنين النووى المغناطيسى ( H1NMR ).

و لقد امتدت الدراسة لتشمل بعض القياسات الفيزيائية للمركبات المحضرة مثل قياس الصفات السطحية و هى:

1. نقطة العكارة (cloud point, CP)

تم قياس نقطة العكارة لجميع المركبات المحددة عند تركيز 1% لتحديد درجة الحرارة التى عندها يتم فصل هذه المركبات من الماء و تسمى cloud point

2. التوتر السطحى تم هذا القياس فى درجة حرارة 25 درجة مئوية لجميع المركبات المحضرة لتحديد نقطة التركيز الميسلى الحرج (CMC)

ب.و لقد امتدت الدراسة لتشمل تقييم كفاءة بعض المركبات المحضرة كمثبطات للتآكل

بناء علية تم اختيار ثلاث عشر مركبا من المركبات الجديده المحضرة لتقييم كفائتهم والتى تختلف فى عدد وحدات أوكسيد الايثلين و طول السلسلة الهيدروكربونية و درجة عدم التشبع و نوع هيكل ثنائى الفينول لتقييم كفائتهم ، ذلك ياستخدام طريقة استقطاب الجهد الاستاتيكى (potentiostatic polarization).

و لقد اظهرت النتائج ما يلى:

انة توجد علاقة بين التراكيب الكيميائية و نقطة العكارة فكلما إزدادت عدد الروابط غيرالمشبعة فى السلسلة الهيدروكربونية ارتفعت درجة العكارة فوجد من النتائج أن: أقل درجة عكارة 67 مئوية و هى المقابلة لمادة (E(43)BACMS) حيث أنة لا توجد أى روابط غير مشبعة و أعلى درجة عكارة 76 درجة مئوية مقابلة للمركب E(43)BACMLL و الذى يحتوى على أكبر عدد من الروابط غير المشبعة (ثلاثة) و هذا يعزى إلى وجود مدار Pz الذى يحتوى على إلكترونات سالبة و التى تساعد على تكوين روابط هيدروجينية أكثر مع الماء و بالتالى تحتاج إلى طاقة أعلى لكسرها و ينتج عن ذلك ارتفاع درجة العكارة.

كما أن بزيادة عدد وحدات أوكسيد الايثلين الكلى يؤدى إلى زيادة درجة العكارة و هذا يرجع إلى وجود الرابطة الأثيرية (-O-) فى مجموعات اوكسيد الايثلين التى تكون الروابط الهيدروجينية مع الماء و هذه الروابط تحتاج إلى طاقة أعلى لكسرها و بالتالى ترتفع درجة العكارة فأعلى درجة عكارة للمركبات التى تحتوى على 43 وحدة اوكسيد ايثلين مثال مادة (E(43)BAM) و هى 83م و أقل درجة عكارة للمركبات التى تحتوى على 27 وحدة اوكسيد الايثلين مثال (E(27)BAMO) و هى 79م.

كما وجد من النتائج أن طول السلسلة الهيدروكربونية لها تأثير على درجة العكارة فبزيادة طول السلسلة تزيد درجة العكارة. فأقل درجة عكارة كانت للمركب (E(43)BACM) و هى 55 م. و أعلى درجة عكارة للمركب  ( E(43)BACMS و هى 67م و هذا يرجع إلى الحركة البراونية (العشوائية) التى تحدثها السلسلة الهيدروكربونية حيث تسمح هذه الحركة بتعرض وحدات اوكسيد الايثلين إلى جزيئات الماء بصوره أكبر مما يجعلها تكون روابط هيدروجينية اكثر و ذلك يجعلها تحتاج إلى درجة حرارة عالية لتكسير تلك الروابط.

كما أن الهيكل الخاص بثنائى الفينول (Bisphenol) له تأثير مباشر على درجة العكاره حيث تحققت أعلى درجة عكارة مركبات ثنائى الفينول المشتق من الأسيتون مثال ذلك( E(43)BAMO) كانت درجة العكارة 83 م بينما مركبات ثنائى الفينول المشتق من السيكلوهكسانون فكانت درجة العكارة 76 م. و أقل درجة عكارة تحققت مع المركبات المشتقة من الاسيتوفينون مثال ذلك (E(43)BACMO) حيث درجة عكارتها كانت 70 م.

و على الجانب الآخر تم قياس درجة العكارة لمركبات ايثوكسيلات ثنائى الفينول فقط بدون تكوين الاستر المقابل. فوجد أنها تعطى درجة عكارة عالية و هى 94 م للمركب( E(43)BA) بالرغم من قياسها فى وجود 5% كلوريد الصوديوم و هذا يعزى إلى أن مركبات الايثوكسيلات فقط ليس لها خصائص المواد ذات النشاط السطحى كاملة فتفضل الذوبان فى الماء بتكوين عدد هائل من الروابط الهيدروجينية ( Solvation ) عن تكوين ميسلات و التى تحد من تكوين الروابط الهيدروجينية.

بإستخدام قياسات التوتر السطحى تم تعيين التركيز الميسلى الحرج (CMC) و لوحظ من النتائج ان (CMC) تزيد مع زيادة عدد وحدات اوكسيد الايثلين و ذلك لان زيادة عدد وحدات اوكسيد الايثلين تسبب زيادة فى اذابة المركبات و ينتج عنة زيادة التركيز الميسلى الحرج فاقل (CMC) تحققت مع     ( E(27)BAMLO) و هى (1.4X10-4) و اعلى قيمة (CMC ) تساوى (7.9X 10-4) للمركب(E(43)BAMLO) كما لوحظ ان زيادة طول السلسلة الهيدروكربونية تقلل من التركيز الميسلى الحرج ( CMC) و مثال ذلك المركب المشتق من حامض الديكانويك (E(43)BACM) حيث اعطى ( CMC ) تساوى (1.9X10-4) بينما المركب المشتق من حامض الاستياريك (E(43)BACMS) أعطى ( CMC ) تساوى (1.18X10-3) و ذلك يرجع الى ان طول السلسلة يزيد من (hydrophobicity) و التى تعمل على انخفاض (HLB).

كما تم تحديد و حساب دوال ( gCMC, Pc20 pCMC, Gmax ) و نظرا لاهمية (Amin) (المساحة التى يشغلها الجزىء على السطح تم حسابها و دراسة العوامل التى تؤثر عليها.

 ,ومن دراسة تاثير الروابط غير المشبعة على Amin وجد من النتائج ان زيادة عدد الروابط غير المشبعة تزيد من Amin . و وجد من النتائج ايضا ان ايثوكسيلات ثنائى الفينول (فقط) تشغل مساحة على السطح ضعف التى تشغلها احادى استرات ايثوكسيلات ثنائى الفينول المقابلة. واعزى ذلك الى وجود مجموعتين من OH على الطرفين فى ايثوكسيلات ثنائى الفينول حيث ترتكز على السطح من الجانبين مما تزيد Amin فكانت للمركب E(27)BAC تساوى (644nm2) اما بالنسبة لاحادى استرات ايثوكسيلات ثنائى الفينول المقابلة بها مجموعة (OH) واحدة فترتكز على السطح من ناحية واحدة فتحتل مساحة تقترب من نصف مساحة ايثوكسيلات ثنائى الفينول فقط كما فى المركب E(27)BACMO حيث كانت Amin تساوى (338nm2) .

كما لوحظ ان زيادة محتوى اوكسيد الايثلين يقلل من Amin و هذا نتيجة للالتفاف (coiling) الذى يزيد بزيادة محتوى اوكسيد الايثلين و مثال ذلك مركب E(27)BAMO حيث ان قيمAmin تساوى 302nm2 بينما المركب E(43)BAMO ,وجدت قيمة Amin مساويه 220nm2.

كما وجد تاثير مباشر لطول السلسلة على مساحة السطح Amin فبزيادة الطول تزيد المساحة و هذا يرجع الى الحركة العشوائية التى تحدثها السلسلة الهيدروكربونية فتدفع المركبات على السطح لتشغل مساحة كبيرة و مثال ذلك مركب E(43)BACMS له Amin 410nm2 بينما المركب E(43)BACMD كان لة Amin تساوى 280nm2 .

و ايضا تم حساب الطاقة اللازمة لتكوين الميسل (DGmic) و منها تم حساب الطاقة اللازمة للادمصاص على السطح DGads ووجد ان قيمتها السالبة اكبر من DGmic. و ذلك يدل على ان هذه المركبات تفضل الادمصاص عن تكوين الميسلات.و امتدت الدراسه لتشمل دراسة العوامل التى تؤثر على كفاءة المركبات كمثبطات للتاكل وجد ان بزيادة طول السلسلة الهيدروكربونية لة تاثير مباشر على كفاءة التنشيط فبزيادة طول السلسله الهيدروكربونيه تزيد الكفاءة و هذا يرجع الى ان طول السلسلة يساعد على امتصاص الجزىء على السطح مما يؤدى الىتكوين طبقة كاملة على السطح و كانت اعلى كفاءة تثبيط 86.12% و هى للمركب E(43)BACMS بينما كانت(77.62%) للمركب E(43)BACMD.

كما وجد ان الروابط غير المشبعة تؤثر على كفاءة المركبات كمثبطات للتاكل فمن النتائج وجد ان زيادة الروابط غير المشبعة تزيد من كفاءة المركبات و ذلك يعزى الى وجود مدارPz مما يؤدى الى زيادة الشحنة السالبة على الجزىء التى تؤدى الى زيادة قدرة المركبات على الادمصاص على السطح فتزيد من كفاءة التثبيط حيث اعلى كفاءة تحققت مع اعلى درجة عدم تشبع و هى للمركب E(43)BACMLL, حيث كانت 93.32%

و بدراسة تأثير محتوى اوكسيد الايثيلين على كفاءة المركبات وجد أن بزيادة وحدات أكسيد الايثلين تزيد كفاءة المركبات على التثبيط و هذا يرجع إلى زيادة الروابط الايثيرية التى تزيد مساحة الجزىء على السطح (Amin) وكذلك زيادة الروابط الفيزيائية على سطح السبيكة و بالتالي يزيد ادمصاص المركب مما يؤدى إلى زيادة كفاءة المركب كمثبط للتآكل و مثال ذلك (E(27)BAMLL الذى أعطى كفاءة 81.78% بينما E(43)BAMLL أعطى كفاءة 90.66%.

و مما سبق يتضح ان هذه المركبات الجديدة ذات النشاط السطحى يمكن استخدامها كمثبطات للتاكل.