Enhanced Corrosion Protection of Carbon Steel in CO₂-Saturated Saline Media Using Multi- Directional Alkoxy Resorcin[4]arenes

Resumen Técnico: Protección Mejorada contra la Corrosión del Acero al Carbono en Medios Salinos Saturados de CO₂ Mediante Resorcin[4]arenos Alcoxílicos Multidireccionales

Planteamiento del Problema
El acero al carbono (AC) sirve como un material fundamental para la industria y la infraestructura moderna debido a su resistencia, rentabilidad y versatilidad. Sin embargo, su aplicación se ve severamente limitada por su baja resistencia a la corrosión, particularmente en entornos agresivos como los medios salinos saturados de CO₂. En estas condiciones, el CO₂ disuelto forma ácido carbónico e iones relacionados, acelerando la corrosión uniforme y la picadura localizada. Si bien existen diversas estrategias de mitigación —incluyendo recubrimientos protectores, protección catódica y selección de materiales—, existe una necesidad específica de materiales de recubrimiento simples, fiables y de bajo costo. Aunque se han explorado compuestos naturales y sintéticos como inhibidores, el uso de macrociclos de resorcin[4]areno como inhibidores de corrosión para el acero al carbono en entornos saturados de CO₂ no ha sido investigado previamente.

Metodología
El estudio empleó un enfoque de dos vertientes: síntesis química y evaluación electroquímica.

1. Síntesis y Caracterización:
   Los autores sintetizaron ocho resorcin[4]arenos de tipo silla (C2h) sustituidos con p-alcoxi multidireccionales (designados como R1–R8). La síntesis involucró dos pasos:

   • Primero, se crearon una serie de p-alcoxibenzaldehídos (1–8) mediante la sustitución nucleofílica de 4-hidroxibenzaldehído con diversos bromuros de alquilo (con cadenas que oscilan desde etilo hasta hexadecilo).
   • Segundo, estos aldehídos se sometieron a una ciclocondensación catalizada por ácido con 2-metilresorcinol para formar los resorcin[4]arenos macrocíclicos.
   • Todos los compuestos sintetizados fueron caracterizados completamente mediante ¹H-NMR, ¹³C-NMR, FT-IR, Espectrometría de Masas de Alta Resolución (HRMS) y Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC) para confirmar su identidad estructural y pureza.

2. Pruebas de Corrosión:
   La eficiencia de inhibición de R1–R8 se evaluó en muestras de acero al carbono C1018 sumergidas en una solución de NaCl al 3.5% saturada de CO₂. Las muestras fueron recubiertas mediante la inmersión de superficies de acero pulidas en soluciones de 0.02 M de los inhibidores en DMF, seguido de secado.

   • Técnicas Electroquímicas: Se utilizaron tres métodos principales:
     • Resistencia de Polarización Lineal (LPR): Para monitorear las tasas de corrosión durante un período de 24 horas.
     • Espectroscopía de Impedancia Electroquímica (EIS): Para analizar las propiedades capacitivas y resistivas de las películas de recubrimiento y calcular la resistencia a la transferencia de carga ($R_{ct}$).
     • Polarización Potenciodinámica (PD): Para determinar las densidades de corriente de corrosión ($i_{corr}$) y las pendientes de Tafel.
   • Condiciones: Las pruebas se realizaron a 25 °C bajo condiciones no agitadas.

Contribuciones Clave

• Aplicación Novedosa: Este trabajo representa la primera investigación en el uso de macrociclos de resorcin[4]areno como inhibidores de corrosión para el acero al carbono en entornos salinos saturados de CO₂.
• Relación Estructura-Actividad: El estudio correlaciona sistemáticamente la longitud de las colas de alquilo alifático (que oscilan de C2 a C16) unidas al núcleo macrocíclico con el rendimiento de la inhibición de la corrosión.
• Caracterización Exhaustiva: El artículo proporciona una identificación estructural completa de ocho derivados de resorcin[4]areno nuevos, estableciendo una biblioteca de materiales con diversas longitudes de cadena hidrofóbica.

Resultados
Las evaluaciones electroquímicas demostraron una tendencia clara: el alargamiento de las colas alifáticas de los resorcin[4]arenos mejoró significativamente la eficiencia de inhibición.

• Eficiencia de Inhibición: La tasa de corrosión del acero al carbono disminuyó gradualmente a medida que aumentaba la longitud de las cadenas de alquilo. Los inhibidores más efectivos fueron R7 (cadena tetradecilo) y R8 (cadena hexadecilo).
• Métricas de Rendimiento: Tras un período de inmersión de 24 horas, R7 alcanzó una eficiencia de inhibición máxima ($IE_{EIS}$) del 94.3%, mientras que R8 alcanzó el 94.7%.
• Mecanismo: Los resultados sugieren que los grupos alquilo multidireccionales forman una barrera hidrofóbica sobre la superficie del acero al carbono. Esta barrera minimiza la interacción entre el metal y el entorno corrosivo agresivo, actuando efectivamente como una película protectora.

Significancia
El artículo afirma que estos hallazgos representan un método simple, fiable y eficaz para proteger el acero al carbono en entornos de corrosión agresivos. Al utilizar resorcin[4]arenos estructuralmente modificados, específicamente aquellos con cadenas de alquilo más largas, es posible crear recubrimientos de alto rendimiento. El estudio destaca el potencial de estos huéspedes macrocíclicos como una nueva clase de inhibidores de corrosión, ofreciendo una alternativa viable a las estrategias de prevención tradicionales en entornos industriales donde la corrosión por CO₂ es una preocupación crítica.