新型咪唑啉缓蚀剂的合成与应用

CH 2CH 2

C R 1

R

新型咪唑啉缓蚀剂的合成与应用

郭睿,张春生，包亮，姚占静

（陕西科技大学化学与化工学院， 陕西 西安 710021）

摘要：利用苯甲酸、月桂酸、二乙烯三胺和三乙烯四胺为原料合成四种咪唑啉季铵盐缓蚀剂，在 50℃、5%的盐酸介质中对咪唑啉季铵盐与阴离子表面活性剂和无机阴离子的协同作用进行研究，发现以月桂酸、三乙烯四胺、为原料合成的咪唑啉季铵盐与I -

复配比为1:1（质量比）时，缓蚀效果最佳。在不同时间和不同温度下对复合型缓蚀剂的缓蚀率进行了研究。结果表明，该新型缓蚀剂在静态条件下对A3钢的缓蚀率可达99.4%，较之单独使用咪唑啉季铵盐提高了1.1%左右。

关键词：咪唑啉季铵盐；复配体；缓蚀剂

Synthesis and Application of a Novel Imidaoline Inhibition

GUO Rui,ZHANG Chun-sheng,BAO Liang,YAO Zhan-jing

（College of Chemistry and Chemical Engineering ，Shaanxi University of Science & Technology, Xi’an 10021,China ） Abstract ：Four novel imidazolinyl –ammonium –salt was synthesized from benzoic acid, lauric acid,diethylene triamine and triethylenetetramine. The best formulation was developed by the research on the product ,surfactant and inorganic anion in 5% hydrochloric acid at 50℃ with weight loss method.The imidazolinyl –ammonium –salt that synthesized from lauric acid and triethylenetetramine is the best,when it and I - 's concentration ratio is 1:1(mass ratio),the inhibition effect is the best .Under the different time and different temperature condition ,the inhibition rate of the composite inhibitor was studied.The result showed that the the inhibitive efficiency of the composite inhibitor can increase by 1.1% compared with imidazoline inhibitor and the inhibitive efficiency for A3steel can reache 99.4%.

Key words ：Imidazoline-ammonium-salt ；Complex ；Inhibitor

0 前言

咪唑啉又称间二氮杂环戊烯，是含有两个互为间位的氮原子及一个双键的五元杂环化合物。咪唑啉型缓蚀剂，一般由三部分组成：具有一个含氮的五元杂环，碳支链R 和杂环上与 N 成键含有官能团的支链 R 1（一般为酰胺官能团，胺基官能团，羟基等）。其结构为：

咪唑啉类缓蚀剂在酸洗中被广泛使用，它对碳钢等金属在盐酸中有优良的缓蚀性能[1]

。本试验是在以有机酸（苯甲酸、月桂酸）和多胺（二乙烯三胺、三乙烯四胺）为原料合成咪唑啉的基础上，研究了咪唑啉季铵盐（IM ）与

阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS ）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS ）以及无机阴离子Br -

、I -的协同作用。通过实验结果比较，得到了一种缓蚀性能较好的复配型缓蚀剂,然后找出了该新型缓蚀剂的最佳应用条件。

1 实验部分

1.1 反应机理

以有机酸和多胺为原料合成咪唑啉化合物的反应如下：

RCOOH + H 2N(CH 2CH 2NH)n CH 2CH 2NH 2→ RCOHN(CH 2CH 2NH)n CH 2CH 2NH 2 + H 2O

RCOHN(CH 2CH 2NH)n CH 2CH 2NH 2→ + H 2O

CH 2

CH 2

N C

R 1R

1.2 实验过程

1.2.1 咪唑啉季铵盐的合成[2][3]

称取月桂酸20g约0.1 mol，三乙烯四胺12g、二甲苯40ml、1g氧化铝催化剂加入到三口烧瓶中进行加热，温度控制在120~160℃，反应生成的水与二甲苯以共沸物形式蒸出，反应脱水2h后，再把反应温度升高至190℃，并滴加10 g三乙烯四胺，在200～240℃温度下环化3h。将反应物冷却到110℃在减压条件下蒸馏2h以除去二甲苯。再缓慢滴加12.6g约0.1mol硫酸二甲酯，在90～100℃温度下反应3h，即得到咪唑啉季铵盐。其它三种类型的咪唑啉季铵盐合成同上。

1.2.2 合成咪唑啉季铵盐化学结构的验证

对以月桂酸、三乙烯四胺、硫酸二甲酯为原料合成的4#咪唑啉季铵盐缓蚀剂进行红外检测，据图验证合成化合物是否为目的产物。

1.2.3 不同质量浓度咪唑啉季铵盐缓蚀性能的测定

合成得到的咪唑啉季铵盐，以质量分数5％的盐酸为溶剂分别配制成浓度为0.1、0.2、0.5、1、2、3、4g/L的溶液。通过静态失重法确定出缓蚀效果比较好的产品作为下一步复配的主体。

1.2.4 复配离子的选择及最佳复配比的确定

用5％盐酸溶液分别配制含有I-、 Br-、SDS及SDBS各1g/L的溶液。通过静态失重法找出最佳的复配体及其最佳的复配比。

1.2.5 不同腐蚀时间下缓蚀率的测定

按照最佳复配比以5％的盐酸为溶剂配制含有新型缓蚀剂的溶液，在50℃的水浴中用静态失重法进行不同时间的腐蚀测定，绘制缓蚀率曲线，研究其缓蚀性能随时间的变化规律。

1.2.6 不同腐蚀温度下缓蚀率的测定

在5％的盐酸介质中按照最佳复配比配制含有新型缓蚀剂的溶液，在水浴中进行6h 的腐蚀测定，研究不同温度下的缓蚀效果，

获得最佳温度条件。

2 实验结果与分析

2.1 咪唑啉季铵盐化学结构的验证

下图为以月桂酸、三乙烯四胺、硫酸二甲酯为原料合成的4#咪唑啉季铵盐缓蚀剂的红

外光谱图：

图1 4#样品红外光谱图

由上图：1548.74cm-1和3299.73cm-1：N―H 的变形振动（1570~1510cm-1），一个中等强度的吸收峰，表明有仲胺N―H键（3500~3100cm-1）的存在；2920.77cm-1和2851.6cm-1：甲基的不对称伸缩振动（2960cm-1附近）；―CH2的对称伸缩振动（2848~2858cm-1）；同时在1466.30cm-1处出现了CH3弯曲振动峰，由此可以推测分子中存在CH3和CH2；2361.21cm-1：季氨盐N+的伸缩振动（2400cm-1附近），说明合成物是一季氨盐；1635.44cm-1：N=C伸缩振动，亚胺基的特征吸收；1105.82cm-1：C―N的伸缩振动（1360~1030cm-1）；1009.38cm-1：C―C骨架的伸缩振动（1200~800cm-1）；755.20cm-1 ：4个以上CH2直线相连，CH2的平面摇摆振动（780~8720cm-1）[4][5]。

综合上述信息，合成物中各官能团得到指证，由此可以验证合成物即位目的产物咪唑啉季铵盐。

2.2 咪唑啉季铵盐缓蚀性能的测定