咪唑啉缓蚀剂

栾丽君 1115143003,咪唑啉类缓蚀剂及其缓蚀机理,目录,前言,缓蚀剂概述,咪唑啉类缓蚀剂的结构及特性,咪唑啉类缓蚀剂的合成,咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀机理,展望,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。 缓蚀剂研究正向 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,高效、多功能、无公害,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。 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，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,本文主要对咪唑啉类缓蚀剂的合成、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,缓蚀剂: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。 缓蚀作用: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。 缓蚀效率(简称IE,V0：未加入缓蚀剂时金属的腐蚀速率 V ： 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,a.单功能型缓蚀剂 b.多功能型通用缓蚀剂 c.高效低毒型缓蚀剂 d.杂环型缓蚀剂 e.低聚或缩聚型缓蚀剂,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,几种已经研制成功的缓蚀剂的特点,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,具有变废为宝、成本低廉、低毒或无毒等特点,具有多功能、高效性、适应性强、低毒性等优点,具有低毒、多个缓蚀基团、高效多功能等特点,表1 缓蚀剂的物理性质,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，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,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,咪唑啉的性质：白色针状固体或白色乳状液体，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,咪唑啉类缓蚀剂的突出特点是：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,性质,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,咪唑啉类缓蚀剂品种很多，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,咪唑啉类缓蚀剂举例,3 咪唑啉类缓蚀剂的合成,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: 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; 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,3.1 咪唑啉类缓蚀剂的合成工艺,一般脱水方法有两种,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,举例,王建华、舒福昌等合成了一系列咪唑啉类缓蚀剂。 朱驯、周秀芹等合成了环烷基咪唑啉衍生物。 伍平凡、胡扬根等 一次性合成了6 种未见文献报道的咪唑啉酮衍生物。 康宏云和李善建合成了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,3.2 咪唑啉类缓蚀剂合成的主要影响因素,1）反应物配比。 反应物的配比主要研究的是羧酸和二元胺或多元胺之间的配比关系。合适的酸胺比应为1:1.1l1.3,2）温度。 目前, 对反应温度尚未达成统一的认识。但是，有这样一个规律： 提高最高反应温度有利于最终反应的进行。温度过低时, 反应速度太慢,在一定的时间内不能够反应完全; 温度太高时, 导致副反应加快，副产物增多,3）反应时间。 反应时间越长，产物的缓蚀性能越好。 （4）催化剂,4 咪唑啉类缓蚀剂的缓蚀机理,1)物理吸附 咪唑啉季胺盐类缓蚀剂由于存在季胺基团, 其中的N+具有很强的正电性, 可以吸附金属表面多余的电子而形成比较稳定的膜。所以, 它是一种阳离子缓蚀剂,2) 化学吸附 一般的缓蚀剂的成因是和极性基团和非极性基团的性质分不开的。极性基团的中心原子N、O、S等有未共用的孤对电子, 而金属表面存在空的d 轨道时,中心电子的孤对电子就会与金属中的空d 轨道相互作用形成配位键, 使缓蚀剂分子吸附于金属表面。 一般的咪唑啉类物质就是这种供电子型缓蚀剂,3) 键吸附 如果分子结构中含有电子物质的话, 它能向金属表面空的d 轨道提供电子而形成配位键, 这就是键吸附，那么键吸附就是具有这样结构的有机缓蚀剂的吸附原因之一。 这种吸附受附近原子基团的影响, 主要与键的空间位置位阻有关,目前，许多学者倾向于用吸附作用机理来解释。咪唑啉衍生物是由带负电性O、S、N 等原子为中心的极性基和以C、H 为中心的非极性基所组成。咪唑啉衍生物分子通过其极性基团的物理吸附或化学吸附作用，吸附在金属表面。 一方面改变金属表面的电荷分布和界面性质，使金属表面的能量状态趋于稳定化，增加腐蚀反应的活化能能量，降低其腐蚀速率； 另一方面由于非极性基紧密排列在金属表面形成一层疏水性保护膜，阻碍着与腐蚀反应有关的电荷或物质的转移，从而使得腐蚀反应受到抑制,一般而言，咪唑啉衍生物分子对金属的吸附以化学吸附为主，当缓蚀剂分子接近金属表面时，咪唑啉上的大 键就会有电子进入Fe 的空d 轨道,反轨道又可接受Fe 的d 轨道中的电子形成反馈键，从而形成多中心的化学吸附作用。 总之,对咪唑啉衍生物缓蚀剂作用机理研究还不成熟,因此,继续深入研究其作用机理对开发新型缓蚀剂具有理论价值和指导意义,5 展 望,目前，国外对于咪唑啉衍生物缓蚀剂的研究已经比较深入，初步实现了大规模工业化生产，并已应用到许多行业，取得了很好的经济效益。我国咪唑啉型缓蚀剂的研究大约始于19 世纪70 年代，从品种和工业应用上都还是刚刚起步。 因此，深入研究咪唑啉型缓蚀剂缓蚀机理，开发新型咪唑啉衍生物缓蚀剂；利用医药、食品、工农业副产品提取有效缓蚀组分，并进行改性处理，制备多功能咪唑啉衍生物缓蚀剂，并在此基础上探讨最佳工艺条件，这些都是人们今后努力的方向,谢谢