Abstract

Zn2+非存在下および存在下の井水中の炭素鋼の腐食を抑制するニンニクの水性抽出物の抑制効率（IE）を質量損失法により評価した。 ニンニク抽出物2mLと25ppmのZn2+からなる製剤は、井戸水中に浸漬された炭素鋼に対して70%の腐食抑制率を示した。 分極試験により、本製剤はアノード反応を支配的に制御することが明らかとなった。 また，FTIRスペクトルから，保護膜はFe2+-アリシン錯体とZn(OH)2からなることが明らかになった。 はじめに

環境に優しい阻害剤は多くの研究者を魅了している。 天然物は無毒であり、生分解性があり、容易に入手できる。 天然物は無害であり，生分解性で入手しやすいことから，阻害剤として広く用いられてきた。 カフェインのような天然物が抑制剤として使われている。 酸性媒体中における植物抽出物による鋼鉄の腐食抑制が報告されている。 植物抽出物の各種金属に対するスケール抑制作用を簡単にまとめると……。 ローズマリー葉，Zanthoxylum alatum，ローソニアなどの水性抽出物が金属の腐食を抑制するために用いられている。 天然由来のヘナによる塩酸水溶液中の鉄の腐食抑制を検討した。 Hibiscus rosasinensis Linnの水性抽出物による低塩化物媒体中の炭素鋼の腐食抑制を評価した. 天然阻害剤の腐食抑制効果は、安価で環境に優しく、脅威を与えないという点で、特に興味深いものである。 本研究では、Zn2+の非存在下および存在下で、ニンニク水抽出物の井戸水中での炭素鋼の腐食抑制効率を評価し、FTIRスペクトルによって炭素鋼上に形成された保護膜を分析し、電位差分極試験によって腐食抑制のメカニズムを理解し、腐食抑制に適したメカニズムを提案することを目的としている。

2.実験方法

2.1. ニンニク抽出物の調製

ニンニク20gを倍蒸留水で粉砕し、不純物をろ過して100mLにし、ニンニクの水性抽出物を調製した。 本研究ではこの抽出物を腐食防止剤として使用した。 試料の調製

2.3. Mass-Loss Method

本研究で使用した井戸水の関連データを表1に示す。 3連の炭素鋼試験片を，Zn2+の存在下および非存在下で，様々な濃度の抑制剤を含む100 mLの井戸水に3日間浸漬した。 浸漬前後の試験片の重量は，島津製作所製天秤AY62型を用いて測定した。 腐食生成物はクラーク液で洗浄した． ここで、𝑊1は抑制剤非存在下での腐食速度、𝑊2は抑制剤存在下での腐食速度である。

2.4. 表面試験

炭素鋼試験片を各種試験液に3日間浸漬し、取り出して乾燥させた。 金属試料表面に形成された皮膜の性質はFTIR分光法により分析した。

2.5. 電位差分極

分極の研究は、H&CH電気化学ワークステーションインピーダンスアナライザーモデルCHI 660Aで実施された。 3電極のセルアセンブリが使用された。 作用電極は炭素鋼であった。 参照電極には飽和カロメル電極(SCE)を、対極には長方形の白金箔を使用した。 FTIRスペクトル

FTIR スペクトルは、Perkin-Elmer 1600 spectrophotometerで記録された。 フィルムを注意深く剥がし、KBrと十分に混合し、ペレットにし、FTIRスペクトルを記録した。 結果と考察

3.1. Mass-Loss法の結果分析

抑制剤系がない場合とある場合の井戸水（その組成は表1に示す）に浸された炭素鋼の腐食速度（CR）を表2に示す。 また、抑制効率も表中に示した。 表2から、ニンニクの水性抽出物は、井戸水中の炭素鋼に対して良好な阻害剤であることが分かる。 2 mLのニンニクは50%のIEを示しています。 ニンニク抽出物の濃度が増加すると、IEも増加します。 つまり、高濃度では、ニンニクは腐食抑制を促進する。

3.1.1. にんにくエキスの腐食抑制効率に対するZn2+の影響

にんにくエキスのIEに対するZn2+の影響を表2に示す。 Zn2+（25ppm）存在下において、ニンニクエキスは優れた阻害性を示した。 例えば、ニンニクエキス2mLは炭素鋼の腐食を促進する（IE=50%）。Zn2+25ppmのIEは20%であるが、それらの組み合わせでは70%である。

3.2. 分極曲線の解析

抑制剤の非存在下および存在下で井戸水に浸漬した炭素鋼の電位差分極曲線を図1（a）、（b）に示す。 腐食パラメータは表3に示す。 炭素鋼を井戸水に浸漬した場合、腐食電位はSCE（飽和カロメル電極）に対して-704 mVである。 腐食電流は2.600×10-6A/cm2である。 上記の系にニンニクエキス2mLとZn2+ 25ppmを添加すると、腐食電位はアノード側にシフトした（-690mV vs SCE）。 このことから、この製剤はアノード反応を優位に制御していることが示唆される。 インヒビターシステムの存在下では、腐食電流は2.600×10-6 A/cm2から2.353×10-6 A/cm2へと減少した。 このことは、このインヒビターシステムが抑制的であることを示唆している。

3.3. FTIRスペクトルの解析

ニンニク水性抽出物の有効成分はアリシンです。 S=O基とS基からなる。

ニンニク水性抽出物数滴をガラス板上で乾燥させました。 固形物が得られました。 そのFTIRスペクトルを図2(a)に示す。 1026.28cm-1にビニル基が現れた。 S=Oは1026 cm-1に、Sは1237.58 cm-1に現れた。 このように、FTIRスペクトルによってアリシンの構造が確認された(Scheme 1) 。 図2(b)にニンニク抽出物とZn2+を混合して調製した錯体のFTIRスペクトルを示す。 共役二重結合に起因するバンドが 3757.23 cm-1 から 3819.62 cm-1 にシフトしている。 608.46のバンドはZn-O伸縮に対応する。 OH伸縮の周波数は3407.06cm-1に現れる。 このことから、金属表面のカソードサイトにZn(OH)2が生成していることが確認された。 また、ニンニク抽出液で炭素鋼表面に形成した皮膜のFTIRスペクトル（図2（b））では、Fe2+とアリシンが完全に配位しているため、錯体形成によるバンドが消失していることがわかる。

(a)

(b)

(a)
(b)

3.4. 腐食抑制のメカニズム

Mass-loss studyから、2 mLのニンニクエキスと25 ppmのZn2+からなる処方は、井戸水に浸された炭素鋼に70%のIEを提供することが明らかになった。 分極試験では、この製剤がアノード反応を支配していることが明らかになった。 FTIRスペクトルから、保護膜はFe2+-アリシン錯体とZn(OH)2から構成されていることが明らかになった。 (i) 井戸水、ニンニクエキス、Zn2+からなる製剤を調製すると、溶液中にZn2+-アリシン錯体が形成される。 (ii) この溶液に炭素鋼を浸すと、Zn2+-アリシン錯体が溶液の大部分から金属表面に向かって拡散する。 (iv)Zn2+-allicin + Fe2+ → Fe2+-allicin + Zn2+.(v)Zn2+ はOH-と結合してZn(OH) 2になる。(vi)Zn2+ + 2 OH- → Zn(OH)2. 結論

本研究により以下の結論が得られた：(i)ニンニクエキス2mLとZn2+25ppmからなる製剤は井戸水に浸漬した炭素鋼に対して70%の抑制効率を与える(ii)分極試験によりこの製剤がアノード反応を優位に制御することが判明する(iii)FTIRスペクトルは保護膜がFe2+-アリシン錯体とZn（OH）2から成ることが判明する.この保護膜はFe2+とアリシン錯体から成る。

謝辞

著者は、援助と奨励を受けた経営陣とインドの大学助成委員会に感謝する。