[发明专利]一种铜及其合金的超分子缓蚀剂及其高速搅拌制备方法

说明书

技术领域

本发明属于金属腐蚀与防护技术领域，特别涉及一种具有超分子结构的铜及其合金的缓蚀剂及其高速搅拌制备方法。

背景技术

铜及其合金因其优良的机械、传热和锻造性能，被广泛用于制造工业加热和冷却设备；例如，发电机组的铜凝汽器和空调机组的冷凝器。随着生产的进行，工业设备会与水、蒸汽等介质接触，尤其是含氧、腐蚀性离子的介质，产生腐蚀；腐蚀产物亦会逐渐堆积在金属表面从而影响设备的热效率。对铜及其合金而言，其处于含溶解氧、氧化性酸和配位性离子（Cl^-、CN^-、NH₄^-）的介质中时，腐蚀较严重。

目前，防止或减轻金属腐蚀的方法有很多，其中以添加缓蚀剂，尤其是有机缓蚀剂，最为经济有效。其中，有机唑类化合物因其成本低廉、缓蚀效果良好备受青睐；但是，该类化合物的应用范围也因其水溶性低、酸性介质中用量大且缓蚀效果不佳等原因受到极大限制。因此，有机唑类化合物常与其他化合物进行复配或溶解于稀碱溶液中使用，通过缓蚀剂分子之间协同效应或增大水中溶解度来提高对金属的缓蚀效率。

超分子化学是一种基于分子间“弱的相互作用”（氢键、范德华作用、诱导效应、π-π堆积等）而形成“超出分子层面”的科学。经过近30年的发展，超分子化学已经在高分子材料、催化剂、分子器件等领域得到广泛应用，并形成了一系列交叉学科。1987年，Jean-Marie Lehn，Charles John Pedersen和Donald James Cram三人因在超分子化学领域的研究贡献，共同分享了当年的诺贝尔化学奖。然而，超分子化学理论在金属腐蚀与防护技术领域的作用，尤其是缓蚀剂领域的作用还未充分体现。其中，“用于工业设备保护的气相缓蚀剂及其制备方法”（中国公开专利CN200310101610.2，2003）提出了以硅铝化合物、烷基胺、挥发胺为原料制备出具有超分子结构的气相缓蚀剂，作为工业设备的停用保护剂；与之配合，利用超分子化学理论阐述的分子高选择性，制备出具有超分子结构的液相缓蚀剂并应用于工业加热与冷却系统中，显得十分必要。

发明内容

为解决上述工业加热与冷却过程中，铜及其合金的腐蚀问题，本发明提供一种铜及其合金的超分子缓蚀剂及其高速搅拌制备方法。

本发明所述的铜及其合金的超分子缓蚀剂由20-30质量份的环糊精衍生物、5-10质量份的有机唑类化合物、10-20质量份的诱导剂和40-600质量份的水组成，该缓蚀剂为具有疏水空腔的环糊精衍生物与有机唑类化合物经诱导并通过分子间的弱的相互作用结合而形成的具有超分子结构的包合物。

所述的环糊精衍生物选自β-环糊精、甲基-β-环糊精、羟丙基-β-环糊精、羧甲基-β-环糊精、磺丁基-β-环糊精中一种或几种。

所述的有机唑类化合物选自苯并噻唑、苯并咪唑、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、2-巯基苯并噻唑中的一种或几种。

所述的诱导剂选自无水乙醇、乙二醇、丙三醇中的一种或几种。

上述的铜及其合金的超分子缓蚀剂的高速搅拌制备方法：在300-500rpm搅拌速率，20-60℃温度下将环糊精衍生物和水混合，完全溶解后，继续搅拌10-30min；将有机唑类化合物和诱导剂混合均匀，然后缓慢加入到环糊精衍生物溶液中，之后温度控制在40-60℃，并调整搅拌速率至800-1200rpm搅拌0.5-2h得到均相体系，即得到铜及其合金的超分子缓蚀剂。

本发明制备的铜及其合金的超分子缓蚀剂利用有机唑类化合物与环糊精衍生物以疏水作用、氢键等“弱的相互作用”形成的主、客体超分子结构，从而增大有机唑类化合物在水中的溶解度与分散性，改善了有机唑类化合物在水中因溶解度低造成的缓蚀效果差、用量大等弊端。本发明制备的铜及其合金的超分子缓蚀剂还具有以下优点：

1)普适性强，适用于紫铜、黄铜、青铜等材质；

2)防腐蚀效果优良；

3)水溶性大，分散性好；

4)使用量小，投药浓度在20-60mg/L时，铜及其合金的腐蚀速率可控制在0.005mm/a以下；

5)超分子缓蚀剂中有效成分可均匀释放，一次投药，长周期运行。

附图说明

图1为实施例1制备的铜及其合金的超分子缓蚀剂与相应原料混合物的1H核磁共振谱图对比。

图2为实施例1制备的铜及其合金的超分子缓蚀剂与相应原料混合物的红外谱图对比。