咪唑啉缓蚀剂

咪唑啉类缓蚀剂及其缓蚀机理

栾丽君

（武汉纺织大学化学工程学院, 湖北 武汉 430073）

摘 要：本文综述了咪唑啉类缓蚀剂的基本性质、合成方法及影响产率的因素，及其缓 蚀机理，并探讨了咪唑啉类缓蚀剂的发展方向。

关键词：咪唑啉类缓蚀剂；合成；缓蚀机理

Imidazoline Corrosion Inhibitor and Its Inhibiting Corrosion Mechanism

Luan Lijun

(Chemical Engineering College of Wuhan Textile University, Wuhan, Hubei 430073) Abstract: This article summarized the basic properties of imidaoline corrosion inhibitor , the synthetic methods and some key factors influencing the yield and its inhibiting corrosion mechanism of the imidazoline corrosion inhibitor. Some development direction of imidaoline corrosion inhibitor were discussed in future.

Key words: i midazoline corrosion inhibitor ；synthesis ；inhibiting corrosion mechanism

前言

腐蚀是困扰工业发展的一个极为突出的问题.在众多的防腐蚀方法中, 缓蚀剂因具有经济、高效、适应性强等优点, 被广泛应用在石油、石化、钢铁、电力和建筑等领域, 发挥着极其重要的作用[1]。缓蚀剂研究正向高效、多功能、无公害的目标发展。近年来,随着人类环保意识的增强,缓蚀剂的开发与应用越来越重视环境保护的要求,而传统缓蚀剂往往对环境有一定危害。咪唑啉缓蚀剂无毒、无刺激性气味,对人体及周围环境没有危害,属于环境友好型缓蚀剂[2] ,而且咪唑啉缓蚀剂在各种酸性介质中均具有较好的缓蚀性能[3,4]，可通过覆盖效应和提高腐蚀反应的活化能来防止氧气和二氧化碳对金属设备的腐蚀,是一种有效的防腐产品，广泛应用于石油、天然气等工业生产，其本身也朝着新型、高效、低用量、低毒、环保型的方向发展[5,6]。合理使用缓蚀剂是防止金属及其合金在环境介质中发生腐蚀的一种经济有效的防护技术。因此，深入研究咪唑啉类衍生物缓蚀剂具有理论和实际意义。本文主要对咪唑啉类衍生物缓蚀剂的合成、影响其产率的因素以及缓蚀机理进行评述，并介绍了其发展趋势。

1.缓蚀剂概述

据美国试验与材料协会新发表的《关于腐蚀与腐蚀试验的术语的标准定义》把缓蚀剂(Corrosion Inhibitor)定义为：缓蚀剂是一种当它以适当的浓度和形式存在于环境中时，可以防止或减缓腐蚀的化学物质或复合物。缓蚀剂添加于腐蚀介质中能大大降低金属腐蚀速率的现象，称为缓蚀作用；而这种缓蚀作用的大小通常采用缓蚀效率(简称IE)来表示：

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V V V V V IE 式中，V 0为未加入缓蚀剂时金属的腐蚀速率；V 为加入缓蚀剂后金属的腐蚀速率。缓蚀效率越大，缓蚀剂的阻碍或延缓腐蚀的效果就越好[7]。

缓蚀剂技术由于具有操作简单、见效快、能保护整个系统等优点，而广泛应用于石油品生产加工、化学清洗、大气环境、工业用水、仪表制造等生产过程[8]。近年来缓蚀剂和缓蚀技术的研究和应用发展很快，如单功能型缓蚀剂、多功能型通用缓蚀剂、高效低毒型缓蚀剂、杂环型缓蚀剂、低聚或缩聚型缓蚀剂已相继研制成功。单功能型缓蚀剂仅对钢铁类黑色金属材料制品具有缓蚀性能，而对多种非铁金属，尤其是两种金属的连接处，则有不同程度的腐蚀；多功能型通用缓蚀剂不仅能对铜及铜合金具有良好的缓蚀性能，而且对铁、锌、镉、银等金属具有良好的缓蚀效果；高效低毒型缓蚀剂具有变废为宝、成本低廉、低毒或无毒等特点；杂环型缓蚀剂具有多功能、高效性（通过分子内不同极性基团的协同作用）、适应性强（环境的温度和pH值变化对其缓蚀性能影响较小）、低毒性等优点；低聚或缩聚型缓蚀剂具有低毒（一般而言，聚合物的毒性比单体低得多）、多个缓蚀基团（通过聚合反应引入）、高效多功能（缓蚀基团之间的协同效应产生的）等特点[9]。

实验室中制备的缓蚀剂的性质见表1[10]。

表1 缓蚀剂的物理性质

项目名称质量指标

外观淡黄色或无色液体

密度(20℃)(g·cm－3) 0.95～1.05

pH值＞9.0

凝固点(℃) －10.0℃

粘度(40℃)(mm2·s－1) 48.8

2.咪唑啉类缓蚀剂的结构及特性

咪唑的二氢取代被命名为咪唑啉，咪唑啉学名为间二氮杂环戊烯[8]，其五元杂环中含有两个互为间位的氮原子及一个双键，杂环大小与咪唑一致。咪唑和咪唑啉类缓蚀剂的结构如图1所示。

（1）咪唑（2）咪唑啉类

图1：咪唑和咪唑啉类缓蚀剂的结构

咪唑啉及其衍生物的性质主要取决于其母体环和1、2位取代基的情况。咪唑啉及其衍生物毒性低较、易于生物降解，并且具有一定的抑制硫酸盐还原菌生长的作用[11]。

咪唑啉是白色针状固体或白色乳状液体[8]，性质不稳定，在室温条件下有水存在时，一夜就可转化为酰胺。在咪唑啉合成时，减压脱水过程必须避免与空气接触，否则产品颜色很快变深。

咪唑啉类缓蚀剂品种很多，咪唑啉衍生物如咪唑啉的季铵盐、咪唑啉的葵二酸盐、油酸盐以及油酸盐和二聚酸盐的混合物，通过四乙烯五胺同脲或硫脲反应制备的咪唑啉酮和咪唑

啉二硫脲以及咪唑啉的多硫化合物都是有效的缓蚀剂[12]。咪唑啉类缓蚀剂是近年来发展较快的一类性能优异的缓蚀剂，因其分子结构中含有氮五元杂环的化合物，它相容性好，热稳定性好，毒性低，能阻垢杀菌，是当前腐蚀科技工作者研究的一个热点。咪唑啉类缓蚀剂的突出特点是[13]：当金属与酸性介质接触时，它可以在金属表面形成单分子吸附膜，改变氢离子的氧化还原电位；也可以络合溶液中的某些氧化剂，达到缓蚀的目的。

3 咪唑啉类缓蚀剂的合成

3.1 咪唑啉类缓蚀剂的合成工艺

咪唑啉一般由有机酸和二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺在有机溶剂中进行缩合反应得到。其反应式如下：

反应中所生成的水不利于反应进行。原因有两点: 其一, 从反应动力学角度, 生成的水不利于反应向正方向进行, 使反应速度减缓; 其二, 水的存在促使生成产物水解以及其他副反应的进行, 导致产品纯度下降。所以合成咪唑啉类缓蚀剂首先需要脱水处理。一般脱水方法有两种[14]：（1）真空法。该法中反应物在较低压力下混合加热，在完成第一步脱水后，再升温降压，除去水分，并完成第二步脱水。（2）溶剂法。这种方法是指以甲苯或二甲苯为携水剂，第一步脱水在常压下进行，通过苯或二甲苯与水共沸将水从反应容器中带出，从而推动脱水反应的进行。当第一步脱水完成后，再减压升温完成环化脱水的过程。

王建华、舒福昌等[15]以二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺、油酸、氯化苄、氯乙酸、无水乙醇等为原料，在不同工艺条件和原料配比下，合成了一系列咪唑啉衍生物缓蚀剂。朱驯、周秀芹等[16]以环烷酸、二乙烯三胺、氯化苄为原料，合成了环烷基咪唑啉衍生物。伍平凡、胡扬根等[17] 研究了2-氨基咪唑啉酮衍生物的平行合成法，该方法应用烯基膦亚胺1 与对氯苯基异氰酸酯的氮杂Wittig 反应，得到的碳二亚胺再与仲胺平行反应，一次性合成了6 种未见文献报道的咪唑啉酮衍生物。康宏云和李善建[18]用花椒籽油与二亚乙基三胺反应合成了咪唑啉衍生物，再分别与氯乙酸钠和氯化苄反应，得到两性离子咪唑啉衍生物和阳离子咪唑啉衍生物。

表2是几种咪唑啉类物质的合成工艺以及一般性质[19]

表2 咪唑啉缓蚀剂合成工艺及一般性质

产品原料条件产品性质2-甲基咪唑啉乙酰胺+乙二胺镁催化剂，加热淡黄色固体烷基咪唑啉环烷酸+有机多胺加热两步缩合脱水淡黄色固体

双咪唑啉季胺盐乙二胺+己二腈（摩尔

比2：1）

氯化苄

催化剂，80～120 ℃, 3～

4 h

滴加，80～120 ℃, 3～4

h

土褐色液体，能

溶于乙醇、丙酮、

水，有芳香油味

1，1-二羧酸甲基-2-十七

羟基

咪唑啉季胺盐混合物油酰氯+乙二胺+氯乙

酸

真空加热、脱水、环化凝状黄色物质