咪唑啉类缓蚀剂的研究

咪唑啉类缓蚀剂的研究

摘要：咪唑啉类缓蚀剂是近些年来研究的热点并广泛应用于石油化工、酸洗除锈、油井酸化等工业中。该类缓蚀剂对环境友好，制备方法简单，原料易得，高效低毒，只需加入少就有很好的缓蚀效果，是一种性能优良的缓蚀剂。

1 引言

1.1金属的腐蚀

金属腐蚀，就是指金属在外界环境的作用下引起的破坏和变质。金属腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素，遍及国民经济各领域，给国民经济带来巨大损失。常见的防止金属腐蚀的方法有[1]：(1)非金属保护层；(2)金属保护层；(3)电化学保护；(4)加缓蚀剂保护。缓蚀剂技术由于具有操作简单、见效快、能保护整个系统等特点，因而广泛应用于石油化学品加工、化学清洗、大气环境、工业用水、仪表制造及石油化工生产等过程[2]。与其它通用的防腐蚀方法相比，缓蚀剂具备以下特点[2]：(1)在几乎不改变腐蚀环境条件的情况下，即能得到良好的防蚀效果(在酸洗时很重要)；(2)不需要再增加防腐蚀设备的投资；(3)保护对象的形状对防腐蚀效果的影响比较少；(4)当环境(介质)条件发生变化时，很容易用改变腐蚀剂品种或改变添加量与之相适应；(5)通过组分调配，可同时对多种金属起保护作用。 1.2咪唑啉类缓蚀剂

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环化合物，其母体结构是咪唑，二氢代咪唑即为咪唑啉。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，长碳支链R1和杂环上与N 成键的含有官能团的支链R2。R1一般为含14~18个碳原子的长链，R2一般含有酰胺、胺基或羟基等官能团。其结构如图1-1：

图1-1 咪唑啉结构式

咪唑啉类缓蚀剂对碳钢等金属在盐酸介质中有优良的缓蚀性能，这类缓蚀剂无特殊的刺激性气味、热稳定性好、毒性低。咪唑啉缓蚀剂的突出优点是：当金属与酸性介质接触时，可以在金属表面形成单分子吸附膜，以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，降低其电位来达到缓蚀的目的[3]。

当咪唑啉上氮原子的化合价变成四价时，就成为咪唑啉季铵盐，咪唑啉季铵盐的水溶性优于咪唑啉。由于N +对金属表面有着强烈的吸附作用，所以咪唑啉衍生物的缓蚀性能比咪唑啉好。对咪唑啉季铵盐来说，其季铵阳离子能被带负电荷的金属表面所吸附，季铵阳离子排列在金属表面就使得金属表面好象带正电荷一样，氢离子就难于靠近金属表面，阴极反应速度就降低，若吸附的阳离子完全覆盖金属表面，则电荷的移动也就受到抑制。

2 实验部分

2.1缓蚀性能测试

CH 2H 2C C R 1

R 2

2.1.1防冻液中咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀性能测试

取五个250mL的烧杯，各加入27.8mL浓盐酸，并分别加入不同量的50mg/mL的咪唑啉类缓蚀剂溶液，加水稀释至250mL，配制成盐酸含量4%，咪唑啉类缓蚀剂为50mg/L、100mg/L、150 mg/L、200 mg/L、300 mg/L等一系列不同浓度的盐酸酸洗液。

将打磨清洗干净并精确称重的，钢片分为三组，每组三片，悬挂在烧杯中，在60℃的水浴条件下挂片腐蚀4h。(用蒸发皿及塑料膜盖住烧杯口，以减少溶液蒸发。)精确称量腐蚀后的钢片质量，进行失重分析，计算钢片腐蚀速率及咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀效率，所得平均结果见图1-1。

图1-1 咪唑啉类缓蚀剂在盐酸中的缓蚀结果

由图3-3可以看出，咪唑啉类缓蚀剂对钢在盐酸酸洗液中有很好的缓蚀效果，咪唑啉类缓蚀剂浓度为50mg/L时，缓蚀效率即为92.39%。并且随着缓蚀剂浓度的增加，腐蚀速率逐渐减小，缓蚀效率逐渐增大，当缓蚀剂浓度为300mg/L时缓蚀效率高达94.36%。

缓蚀剂用量为150mg/L时，缓蚀效率为94.09%，当缓蚀剂用量继续增大时，腐蚀速率与缓蚀效率皆趋于稳定，表明咪唑啉类缓蚀剂在5%、60℃的盐酸酸洗液中最小添加量应为150mg/L。

2.1.2 柠檬酸酸洗液中复配缓蚀剂的缓蚀性能测试

钢片在4%、95℃的柠檬酸酸洗液中腐蚀特别明显，腐蚀速率达到181.648 g/m2h而且在单独使用咪唑啉类缓蚀剂或硫脲时，缓蚀效果不理想，缓蚀效率在55%左右，腐蚀速率很大，因此考虑将咪唑啉类缓蚀剂、硫脲进行复配使用。将一系列50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L的咪唑啉类缓蚀剂和25mg/L、50mg/L、100mg/L的缓蚀剂硫脲进行复配。在4%柠檬酸酸洗液中使用复配缓蚀剂，水浴95℃挂片腐蚀6h，精确称量腐蚀前后钢片的质量，进行失重分析，计算腐蚀速率及缓蚀效率，平行做三组，所得平均结果见下表1-1。

表1-1 复配缓蚀剂在柠檬酸中的缓蚀结果

硫脲用量/(mg/L)

咪唑啉类缓蚀剂/(mg/L)

0 50 100 150 200 250

V：腐蚀速率；η：缓蚀效率

由表3-2可以看出，咪唑啉类缓蚀剂、硫脲复配使用时，缓蚀效果十分明显，缓蚀效率在99.65%以上，50mg/L咪唑啉类缓蚀剂与25mg/L硫脲复配使用时缓蚀效率即高达99.65%，并且随着咪唑啉类缓蚀剂、硫脲浓度的增加，腐蚀速率逐渐减小，缓蚀效率逐渐增大，当250mg/L咪唑啉类缓蚀剂与100 mg/L硫脲复配使用时缓蚀效率可以达到99.81%。

结果表明：咪唑啉类缓蚀剂与缓蚀剂硫脲的复配缓蚀剂，在柠檬酸酸洗液中使用具有相当好的应用前景。

3结语

(1) 咪唑啉类缓蚀剂在盐酸酸洗液中对钢有很好的缓蚀效果。在60℃、4%的盐酸酸洗液中，缓蚀剂的最佳用量为150mg/L，但酸洗时间不宜太长。

(2) 咪唑啉类缓蚀剂与硫脲的复配缓蚀剂在柠檬酸酸洗液中对钢有很好的缓蚀效果，缓蚀效率在99.65%以上，并且热稳定性很好，可以较长时间的使用。

4 参考文献

[1] 张玉芳,路民旭,李爱兰.咪唑啉及其衍生物在CO2腐蚀介质中的缓蚀行为研究进展[J].精细石油化工,2001,5:49~52

[2] 张天胜.缓蚀剂[M].北京:化学工业出版社,2002

[3] 陈卓元,王凤平,杜元龙.咪唑啉缓蚀剂的缓蚀性能的研究[J].材料保护.1999,32(5):37~39