Chemische Inhibitoren

Substanzen, die verschiedene chemische Reaktionen verlangsamen. Inhibitoren werden häufig verwendet, um verschiedene unerwünschte Prozesse zu hemmen oder zu verzögern — zum Beispiel die Korrosion von Metallen; die Oxidation von Kraftstoffen, Schmiermitteln und Lebensmitteln; Polymerisation; und Polymeralterung. Ein einzigartiges Merkmal von Inhibitoren ist ihre Wirksamkeit in niedrigen Konzentrationen (von Tausendstel 1 Prozent bis zu mehreren Prozent). Die Inhibitionswirksamkeit hängt von der Art des Inhibitors sowie von der Art der zu inhibierenden Reaktion und von der Menge des Inhibitors, dem Zeitpunkt seiner Einführung in das Reaktionsgemisch, der Temperatur und der Anwesenheit anderer Substanzen ab, die die Wirksamkeit der Inhibitoren beeinflussen.

Korrosionsinhibitoren werden in das korrosionsaktive Medium eingebracht, um Metalle zu schützen. Sie gehören zu den wirksamsten Korrosionsschutzmitteln und werden häufig beim Beizen von Metallen zur Entfernung von Zunder, beim Schutz von Kraftwerksausrüstung, bei der Ölförderung und -veredelung, bei der Industrie- und Verbraucherwasserversorgung, bei Kühlsystemen von Industrieanlagen und Transportgeräten (Verbrennungsmotoren), beim Schutz von Maschinen vor atmosphärischer Korrosion, bei Wasserprüfungen und in anderen Bereichen eingesetzt. Inhibitoren werden häufig eingesetzt, um Maschinenteile und Instrumente zu schonen und sie während des Transports und der Lagerung zwischen den Nutzungszeiten zu schützen. Die Schutzwirkung von Korrosionsinhibitoren beruht auf ihrer Fähigkeit, die Kinetik elektrochemischer Reaktionen zu verändern, die für die Korrosionsprozesse verantwortlich sind. Je nachdem, welche Art von elektrochemischer Reaktion durch die Korrosionsinhibitoren stärker verzögert wird, werden sie in anodische, kathodische und gemischte Inhibitoren unterteilt. Zu den anodischen Korrosionsinhibitoren gehören beispielsweise Oxidationsmittel wie Chromate und Nitrite, die in der Industrie (Luftfahrt, Chemie, Erdölraffination und andere) weit verbreitet sind. Die Wirkung dieser Inhibitoren bewirkt, dass das Metall in einen stabilen, passiven Zustand übergeht. Die kathodischen Korrosionsinhibitoren umfassen Arsen- und Wismutsalze sowie verschiedene organische Verbindungen, die die Wasserstoffüberspannung auf dem Metall erhöhen. Kathodische Inhibitoren umfassen auch Substanzen, die kathodische Depolarisatoren absorbieren. Insbesondere Hydrazin und Natriumsulfit, die den in Wasser gelösten Sauerstoff binden, werden zum Schutz von Kesselanlagen verwendet. Je nach Art des korrosiven Mediums gibt es Korrosionsinhibitoren für saure, neutrale und alkalische Medien sowie atmosphärische Korrosionsinhibitoren. Zum Schutz vor atmosphärischer Korrosion werden in großem Umfang die sogenannten flüchtigen Inhibitoren verwendet, deren Dämpfe an der Oberfläche des Metalls adsorbiert werden. Ein weit verbreitetes und effektives Verfahren zur Anwendung von atmosphärischen Korrosionsinhibitoren ist deren Einarbeitung in Verpackungsmaterialien. Zum Schutz von Eisenmetallen werden Dicyclohexylammoniumnitrit, Cy-clo-hexylammoniumcarbonat und Gemische aus Harnstoff oder Hexamethylentetramin (Urotropin) mit Natriumnitrit verwendet. Salze von Nitrobenzoesäuren und Dinitrobenzoesäuren mit Aminen werden zum Schutz von Eisenmetallen in Kombination mit Nichteisenmetallen verwendet. Um Metallkorrosion zu verhindern, werden Kraftstoffen, Ölen, Schmiermitteln und polymeren Beschichtungen auch Inhibitoren zugesetzt. Oxidierte Erdölprodukte, nitrierte Öle, Sulfonate, Amine, Nitrite und andere Substanzen werden Ölen und Schmiermitteln zugesetzt; polymeren Beschichtungen werden unter anderem Chromate und nitrierte Öle zugesetzt.

Inhibitoren von Oxidationsreaktionen verlangsamen die Oxidation durch molekularen Sauerstoff. Sie werden Kraftstoffen, Ölen und Schmiermitteln zugesetzt, um ihre Oxidation während der Lagerung und Verwendung zu verzögern. Das Vorhandensein bestimmter Metalle in Kraftstoffen und Ölen übt eine katalytische Wirkung auf die Oxidation aus und verringert die Wirksamkeit der Inhibitoren. Um diesen Effekt zu eliminieren, werden den Kraftstoffen sogenannte Metalldesaktivatoren wie Salicylidene zugesetzt, die zusammen mit Metallen unreaktive Komplexe bilden. Phenole, aromatische Amine und einige Schwefelverbindungen werden hauptsächlich als Inhibitoren von Oxidationsreaktionen verwendet. Beispielsweise werden Phenyl-N-amino-phenol, 2, 4-Dimethyl-6-t-butylphenol und 2, 6-di-t-butyl-4-methylphenol (Handelsname Topanol-O) zu Benzinen gegeben. Die chemischen Inhibitoren, die Schmierölen für den gleichen Zweck zugesetzt werden, weisen üblicherweise komplexe chemische Strukturen auf und verbessern neben der Erhöhung der Oxidationsstabilität auch eine Reihe der Betriebseigenschaften dieser Öle.

Lebensmitteloxidationsinhibitoren sind natürliche oder synthetische Substanzen, die die Oxidation von Fetten und fetthaltigen Produkten verzögern. Beispiele für solche Inhibitoren sind seit der Antike bekannte Gewürze wie Thymian, Salbei und Kümmel, die den Lebensmitteln einen angenehmen Geschmack verleihen und deren Oxidation (Ranzigkeit) hemmen. Natürliche Inhibitoren, von denen die Tocopherole die bekanntesten sind, sind in vielen natürlichen Fetten und Ölen enthalten, aber diese Inhibitoren gehen während der Raffination verloren. Aus diesem Grund werden den raffinierten Fetten und Ölen häufig chemische Inhibitoren zugesetzt. Zu den hierfür verwendeten Stoffen gehören beispielsweise Naturprodukte, wie rohes Baumwollsaat- oder Sojaöl (in Konzentrationen bis zu 5 Prozent), oder synthetische Produkte, wie die ungiftigen Ester der Gallussäure, z.B. Ethyl- und Propylgallate und Ionol (3,5-di-t-Butyl-4-hydroxytoluol), sowie zahlreiche Phenole und Amine (z.B. zum Schutz von Leinöl vor Oxidation). Die Wirkung chemischer Inhibitoren kann in diesen Fällen durch andere Substanzen wie Zitronen- und Ascorbinsäure verstärkt werden.

Polymerisationsinhibitoren hemmen oder verzögern die Polymerisation von Monomeren (wie auch von Oligomeren) während der Lagerung oder Destillation. Polymerisationsinhibitoren sollen nicht nur vor spontaner Polymerisation, sondern auch vor Oxidation durch Luftsauerstoff schützen. Polymerisationsinhibitoren umfassen Schwefel, Phenole, Tannin, Kolophonium und Kupfersalze.