[发明专利]一种咪唑啉不对称双季铵盐及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有咪唑啉不对称的双季铵盐及其制备方法和作为碳钢酸洗缓蚀剂的应用。

背景技术

目前在金属材料酸浸、金属设备清洗和油井酸化等工艺操作中，以及在电镀、搪瓷、金属表面处理等过程的酸洗除锈中，酸洗时，最常用的酸是盐酸和硫酸，但是强无机酸会对金属造成严重的腐蚀，在酸洗过程中不仅清除了金属表面的锈蚀和污垢，同时还将部分金属基材也-并清除掉了。另外酸洗过程中产生的大量酸液，对环境造成了严重破坏。因此在酸洗时加入缓蚀剂，是抑制金属在酸性介质中的腐蚀，提高酸洗效果，延长设备使用寿命的有效途径。

缓蚀剂的种类繁多，除含As、Mo、P等无机盐类之外，更多的是多种含有N、O、S等杂原子的有机化合物，其中多种类型的咪唑啉化合物占有较重要的位置。目前，国内外常用的咪唑啉缓蚀剂主要有烷基咪唑啉、1-乙胺-2-烷基咪唑啉、硫脲基咪唑啉等。研究发现咪唑啉中间体非常不稳定，室温条件下有水存在，咪唑啉环12h即可开环转化为酰胺。此外咪唑啉中间体的水溶性也不好，不利于在酸洗环境下使用。同时咪唑啉环上N原子的化合价变成五价的季铵盐以后，季铵阳离子被负电的金属表面吸附形成单分子膜或多分子膜，对阳离子放电有很大影响，能达到很好的缓蚀效果。发展到今日，咪唑啉类缓蚀剂已经得到了很大的发展，但仍存在一些问题，如药剂用量大、防护周期短、水溶性较差等问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种咪唑啉不对称双季铵盐及其制备方法，并作为高效、无毒的碳钢酸洗缓蚀剂，以弥补现有技术的上述缺点。

一种咪唑啉不对称双季铵盐，其特征在于它的结构式为：

式中R₁为C7至C16的烷基；R₂为C10至C14的烷基。

上述咪唑啉不对称双季铵盐的制备方法，其特征在于分为三步：第一步，采用二乙烯三胺和八元至十七元烷基有机酸在二甲苯存在的条件下合成中间产物烷基咪唑啉；第二步，长链烷基叔胺、长链烷基叔胺盐酸盐和环氧氯丙烷在乙醇存在条件下合成N-(3-氯-2-羟丙基)-N，N-二甲基长链烷基季铵盐；第三步，烷基咪唑啉和N-(3-氯-2-羟丙基)-N，N-二甲基长链烷基季铵盐在乙醇存在的条件下制备咪唑啉不对称双季铵盐。

上述咪唑啉不对称双季铵盐在含盐酸或硫酸的清洗液中作为碳钢的防腐蚀缓蚀剂的应用。

本发明的有益效果是：(1)本发明的防腐蚀缓蚀剂咪唑啉不对称双季铵盐易合成，原料价廉易得；(2)本发明的防腐蚀缓蚀剂为有机缓蚀剂，无毒无害，具有广泛的生物活性和良好的水溶性；(3)本发明的防腐蚀缓蚀剂用于碳钢及其产品的酸洗，可有效地抑制金属基体在酸中的腐蚀以及酸液的过度消耗，与目前的缓蚀剂相比，用量低，效率高，持续作用能力强，符合缓蚀剂发展的趋势，具有良好的应用前景。

具体实施方式

本发明的咪唑啉不对称双季铵盐具有较低的临界胶束浓度，且能通过咪唑啉环和分子结构中的N、O杂原子与Fe作用，能有效地吸附于碳钢表面，起到缓蚀作用。

本发明的咪唑啉不对称的双季铵盐按照以下过程进行合成：

1.烷基咪唑啉的制备

在装有分水器和冷凝管的250ml四口烧瓶中加入月桂酸即十二烷基羧酸30.1g(0.15mol)、二乙烯三胺23.3g(0.23mol)及30ml二甲苯，再加入2～5粒沸石，防止爆沸。控制反应体系温度为120℃～160℃，在此温度下反应1～4小时。然后以每小时10℃～20℃的速度逐步升温直至200℃～260℃，继续反应5～8小时，反应结束。减压蒸馏，收集179℃-180℃/0.9mmHg的馏分，产品为淡黄色液体，31.5g，收率77.7％。

2.N-(3-氯-2-羟丙基)-N，N-二甲基长链烷基季铵盐的制备

在装有冷凝管和搅拌器的250ml四口烧瓶中，依次加入十二烷基二甲基叔胺21.3g(0.1mol)、十二烷基二甲基叔胺盐酸盐25.0g(0.1mol)、环氧氯丙烷7.9g(0.1mol)和30ml溶剂乙醇，控制反应体系温度在40℃～45℃并保持在此温度下反应10～14小时，反应结束。减压蒸馏至溶剂全部挥发，得到浅黄色透明膏体，用丙酮溶剂多次重结晶得到白色粉末状固体28.7g，产率为84.3％，熔点47～48℃。

3.含咪唑啉杂环的不对称双季铵盐的制备