Goni, Lipiar Khan (2026) Diallylamine Salt-Based Polyelectrolytes As Corrosion Inhibitors of Steels in Acidic Media. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF PhD Thesis - Lipiar.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 23 June 2027. Available under License Creative Commons Attribution. Download (13MB)

Arabic Abstract

في هذه الدراسة، تم اشتقاق سلسلة من البوليمرات الحلقية القائمة على حلقة البيروليدين وأملاح الأمونيوم الرباعية (QAS) 6-8، 12، 13a-c، 17-19، و21 من مونومرات قائمة على أملاح ثنائي أليل أمين 1-5 و14-16 ومواد فعالة سطحية قائمة على أملاح الأمونيوم الرباعية 11 و20، ودُرست كمثبطات للتآكل في الفولاذ المقاوم للصدأ، والفولاذ الكربوني، والفولاذ الطري في محاليل حمض الهيدروكلوريك بتركيز 1 مولار، و15% وزناً، و20% وزناً. وقد تم تأكيد التركيب البنيوي للبوليمرات المحضرة باستخدام تقنيات FTIR، و1H-NMR و13C-NMR، وTGA، وغيرها من الطرق الفيزيائية والكيميائية ذات الصلة. تم تقييم أداء تثبيط التآكل باستخدام قياس فقدان الوزن، وقياس المعاوقة الكهروكيميائية، والاستقطاب الديناميكي، ومقاومة الاستقطاب الخطي، بالإضافة إلى تحليلات سطحية تكميلية مثل المجهر الإلكتروني الماسح المزود بمطياف تشتت الطاقة للأشعة السينية (SEM-EDX)، والمجهر الذري الماسح (AFM)، ومطيافية الأشعة السينية الكهروضوئية (XPS). أظهرت البوليمرات الحلقية بشكل عام كفاءة تثبيط عالية (76-99%)، وذلك تبعًا لبنية البوليمر، وتركيز المثبط، والوسط الحمضي، ووجود يوديد البوتاسيوم (KI) كمادة مساعدة. وأظهرت دراسات الاستقطاب الديناميكي باستمرار أن هذه المواد تعمل بشكل أساسي كمثبطات مختلطة. واتبع امتزاز البوليمرات على أسطح المعادن معادلة لانغموير، وكان محكومًا بشكل رئيسي بالامتزاز الكيميائي، كما تدعم ذلك المعاملات الديناميكية الحرارية والحركية المستمدة من دراسات فقدان الوزن. وأكدت دراسة خصائص السطح تكوين أغشية ممتزة واقية قللت من ذوبان المعدن وحسّنت من مورفولوجيا السطح. وكشفت دراسات نظرية الكثافة الوظيفية عن المدارات الجزيئية الحدية المسؤولة عن تفاعلات المثبط مع المعدن. بالإضافة إلى ذلك، فإن التأثيرات التآزرية لليود، والملامح السمية المواتية، والتوافق المضاد للبكتيريا، وتثبيط الترسبات ثنائي الوظيفة في أنظمة مختارة، تسلط الضوء بشكل أكبر على هذه المواد البوليمرية باعتبارها مثبطات تآكل واعدة وفعالة وذات صلة صناعية.

English Abstract

In the present work, a series of pyrrolidine ring- and quaternary ammonium salt (QAS)-based cyclopolymers 6–8, 12, 13a–c, 17–19, and 21 have been derived from diallylamine salt-based monomers 1–5 and 14–16 and QAS-based surfactants 11 and 20 and investigated as corrosion inhibitors for stainless, carbon, and mild steels in 1 M HCl, 15 wt.% HCl, and 20 wt.% formic acid. The prepared polymers were structurally confirmed by FTIR, 1H- and 13C-NMR, TGA, and related physicochemical methods. Corrosion inhibition performance was assessed using weight loss (WL), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), potentiodynamic polarization (PDP), linear polarization resistance (LPR), and complementary surface analyses such as SEM-EDX, AFM, and XPS. Overall, the cyclocopolymers exhibited strong inhibition efficiencies (~76–99%), depending on polymer architecture, inhibitor concentration, acid medium, and the presence of KI as a synergist. PDP studies consistently showed that these materials act predominantly as mixed-type inhibitors. Adsorption of the polymers on metal surfaces followed the Langmuir isotherm and was mainly governed by chemisorption, as supported by thermodynamic and kinetic parameters derived from WL studies. Surface characterization confirmed the formation of protective adsorbed films that reduced metal dissolution and improved surface morphology. Density functional theory (DFT) studies revealed the frontier molecular orbitals responsible for inhibitor-metal interactions. In addition, synergistic iodide effects, favorable toxicity profiles, antibacterial compatibility, and dual-function scale inhibition in selected systems further highlight these polymeric materials as promising, efficient, and industrially relevant corrosion inhibitors.