咪唑啉緩蝕劑

1、欒麗君 1115143003 咪唑啉類緩蝕劑及其緩蝕機理目錄目錄前言緩蝕劑概述咪唑啉類緩蝕劑的結(jié)構(gòu)及特性咪唑啉類緩蝕劑的合成咪唑啉類緩蝕劑的緩蝕機理展望前言 腐蝕是困擾工業(yè)發(fā)展的一個極為突出的問題。在眾多的防腐蝕方法中, 緩蝕劑因具有經(jīng)濟、高效、適應(yīng)性強等優(yōu)點, 被廣泛應(yīng)用在石油、石化、鋼鐵、電力和建筑等領(lǐng)域, 發(fā)揮著極其重要的作用。 緩蝕劑研究正向的目標(biāo)發(fā)展。近年來,隨著人類環(huán)保意識的增強,緩蝕劑的開發(fā)與應(yīng)用越來越重視環(huán)境保護的要求,而傳統(tǒng)緩蝕劑往往對環(huán)境有一定危害。 高效、多功能、無公害 咪唑啉緩蝕劑無毒、無刺激性氣味咪唑啉緩蝕劑無毒、無刺激性氣味, ,對對人體及周圍環(huán)境沒有危害人體及周圍

2、環(huán)境沒有危害, ,屬于環(huán)境友好型屬于環(huán)境友好型緩蝕劑緩蝕劑。 而且咪唑啉緩蝕劑在各種酸性介質(zhì)中均具有較好的緩蝕性能，可通過覆蓋效應(yīng)和提高腐蝕反應(yīng)的活化能來防止氧氣和二氧化碳對金屬設(shè)備的腐蝕,是一種有效的防腐產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于石油、天然氣等工業(yè)生產(chǎn)， 其本身也朝著新型、高效、低用量、低毒、環(huán)保型的方向發(fā)展。 本文主要對咪唑啉類緩蝕劑的本文主要對咪唑啉類緩蝕劑的合成、影響其產(chǎn)率的因素以及緩蝕機理合成、影響其產(chǎn)率的因素以及緩蝕機理進行評述，并介紹了其發(fā)展趨勢。進行評述，并介紹了其發(fā)展趨勢。 緩蝕劑:緩蝕劑是一種當(dāng)它以適當(dāng)?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境中時，可以防止或減緩腐蝕的化學(xué)物質(zhì)或復(fù)合物。 緩蝕作用:緩蝕

3、劑添加于腐蝕介質(zhì)中能大大降低金屬腐蝕速率的現(xiàn)象。 緩蝕效率(簡稱IE)：V0：未加入緩蝕劑時金屬的腐蝕速率V ： 加入緩蝕劑后金屬的腐蝕速率緩蝕效率越大，緩蝕劑的阻礙或延緩腐蝕的效果就越好%1001%100000VVVVVIEa.單功能型緩蝕劑b.多功能型通用緩蝕劑c.高效低毒型緩蝕劑d.雜環(huán)型緩蝕劑e.低聚或縮聚型緩蝕劑僅對鋼鐵類黑色金屬材料制品具有緩蝕性能，而對多種非鐵金屬，尤其是兩種金屬的連接處，則有不同程度的腐蝕幾種已經(jīng)研制成功的緩蝕劑的特點：幾種已經(jīng)研制成功的緩蝕劑的特點：不僅能對銅及銅合金具有良好的緩蝕性能，而且對鐵、鋅、鎘、銀等金屬具有良好的緩蝕效果具有變廢為寶、成本低廉、低毒或

4、無毒等特點具有多功能、高效性、適應(yīng)性強、低毒性等優(yōu)點具有低毒、多個緩蝕基團、高效多功能等特點表1 緩蝕劑的物理性質(zhì) 咪唑的二氫取代被命名為咪唑啉，咪唑啉學(xué)名為間二咪唑的二氫取代被命名為咪唑啉，咪唑啉學(xué)名為間二氮雜環(huán)戊烯，其五元雜環(huán)中含有兩個互為間位的氮原子及氮雜環(huán)戊烯，其五元雜環(huán)中含有兩個互為間位的氮原子及一個雙鍵，雜環(huán)大小與咪唑一致。咪唑和咪唑啉類緩蝕劑一個雙鍵，雜環(huán)大小與咪唑一致。咪唑和咪唑啉類緩蝕劑的結(jié)構(gòu)如圖的結(jié)構(gòu)如圖1所示所示 。（1）咪唑）咪唑 （2）咪唑啉類）咪唑啉類 咪唑啉及其衍生物的性質(zhì)主要取決于其母體環(huán)和1、2位取代基的情況。咪唑啉及其衍生物毒性低較、易于生物降解，并且具有一

5、定的抑制硫酸鹽還原菌生長的作用 咪唑啉咪唑啉的性質(zhì)的性質(zhì)：白色針狀固體或白色乳狀液體白色針狀固體或白色乳狀液體，性質(zhì)不穩(wěn)定，在室溫條件下有水存在時，一夜就可轉(zhuǎn)性質(zhì)不穩(wěn)定，在室溫條件下有水存在時，一夜就可轉(zhuǎn)化為酰胺。在咪唑啉合成時，減壓脫水過程必須避免化為酰胺。在咪唑啉合成時，減壓脫水過程必須避免與空氣接觸，否則產(chǎn)品顏色很快變深。與空氣接觸，否則產(chǎn)品顏色很快變深。 咪唑啉類緩蝕劑的突出特點是：當(dāng)金屬與酸性介質(zhì)接觸時，它可以在金屬表面形成單分子吸附膜，改變氫離子的氧化還原電位；也可以絡(luò)合溶液中的某些氧化劑，達到緩蝕的目的。性質(zhì)：性質(zhì)：通過四乙烯五胺同脲或硫脲反應(yīng)制備的咪唑啉酮和通過四乙烯五胺同脲或

6、硫脲反應(yīng)制備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二硫脲以及咪唑啉的多硫化合物 咪唑啉類緩蝕劑品種很多，如咪唑啉類緩蝕劑品種很多，如：咪唑啉的季銨鹽咪唑啉的季銨鹽咪唑啉的葵二酸鹽、油酸鹽以及油酸鹽和咪唑啉的葵二酸鹽、油酸鹽以及油酸鹽和二聚酸鹽的混合物二聚酸鹽的混合物 咪唑啉類緩蝕劑咪唑啉類緩蝕劑舉例舉例 咪唑啉一般由有機酸和二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺在有機溶劑中進行縮合反應(yīng)得到。其反應(yīng)式如下：反應(yīng)中所生成的水不利于反應(yīng)進行。反應(yīng)中所生成的水不利于反應(yīng)進行。原因原因: : 一一, , 從反應(yīng)動力學(xué)角度從反應(yīng)動力學(xué)角度, , 生成的水不利于反應(yīng)生成的水不利于反應(yīng)向正方向進行向

7、正方向進行, , 使反應(yīng)速度減緩使反應(yīng)速度減緩; ; 二二, , 水的存在促使生成產(chǎn)物水解以及其他副反應(yīng)的進水的存在促使生成產(chǎn)物水解以及其他副反應(yīng)的進行行, , 導(dǎo)致產(chǎn)品純度下降。導(dǎo)致產(chǎn)品純度下降。所以合成咪唑啉類緩蝕劑首先需要脫水處理。所以合成咪唑啉類緩蝕劑首先需要脫水處理。3.1 咪唑啉類緩蝕劑的合成工藝咪唑啉類緩蝕劑的合成工藝 一般脫水方法有兩種：一般脫水方法有兩種：（1）真空法。該法中反應(yīng)物在較低壓力下混合加熱，在完成第一步脫水后，再升溫降壓，除去水分，并完成第二步脫水。（2）溶劑法。這種方法是指以甲苯或二甲苯為攜水劑，第一步脫水在常壓下進行，通過苯或二甲苯與水共沸將水從反應(yīng)容器中帶出

8、，從而推動脫水反應(yīng)的進行。當(dāng)?shù)谝徊矫撍瓿珊?，再減壓升溫完成環(huán)化脫水的過程。舉例：舉例： 王建華、舒福昌等合成了一系列咪唑啉類緩蝕劑。 朱馴、周秀芹等合成了環(huán)烷基咪唑啉衍生物。 伍平凡、胡揚根等 一次性合成了6 種未見文獻報道的咪唑啉酮衍生物。 康宏云和李善建合成了兩性離子咪唑啉衍生物和陽離子咪唑啉衍生物。 表表2 2是幾種咪唑啉類物質(zhì)的合成工藝以及一般性質(zhì)是幾種咪唑啉類物質(zhì)的合成工藝以及一般性質(zhì)3.2 3.2 咪唑啉類緩蝕劑合成的咪唑啉類緩蝕劑合成的主要主要影響因素影響因素（1 1）反應(yīng)物配比反應(yīng)物配比。反應(yīng)物的配比主要研究的是羧酸和二元胺或多元胺之反應(yīng)物的配比主要研究的是羧酸和二元胺或多元

9、胺之間的配比關(guān)系。間的配比關(guān)系。合適的酸胺比應(yīng)為合適的酸胺比應(yīng)為1:1.11:1.1l1.3。（2）溫度溫度。目前目前, 對反應(yīng)溫度尚未達成統(tǒng)一的認(rèn)識。但是，對反應(yīng)溫度尚未達成統(tǒng)一的認(rèn)識。但是，有這樣有這樣一個規(guī)律：一個規(guī)律： 提高最高反應(yīng)溫度有利于最終反應(yīng)的進行。提高最高反應(yīng)溫度有利于最終反應(yīng)的進行。溫度過低時溫度過低時, 反應(yīng)速度太慢反應(yīng)速度太慢,在一定的時間內(nèi)不能夠反應(yīng)在一定的時間內(nèi)不能夠反應(yīng)完全完全; 溫度太高時溫度太高時, 導(dǎo)致副反應(yīng)加快，副產(chǎn)物增多。導(dǎo)致副反應(yīng)加快，副產(chǎn)物增多。（3）反應(yīng)時間反應(yīng)時間。反應(yīng)時間越長反應(yīng)時間越長，產(chǎn)物的緩蝕性能越好產(chǎn)物的緩蝕性能越好。（4）催化劑催化劑

10、。(1)(1)物理吸附物理吸附 咪唑啉季胺鹽類緩蝕劑由于存在季胺基團咪唑啉季胺鹽類緩蝕劑由于存在季胺基團, 其中的其中的N+具具有很強的正電性有很強的正電性, 可以吸附金屬表面多余的電子而形成比較穩(wěn)可以吸附金屬表面多余的電子而形成比較穩(wěn)定的膜。所以定的膜。所以, 它是一種陽離子緩蝕劑。它是一種陽離子緩蝕劑。(2) (2) 化學(xué)吸附化學(xué)吸附 一般的緩蝕劑的成因是和極性基團和非極性基團的性質(zhì)分一般的緩蝕劑的成因是和極性基團和非極性基團的性質(zhì)分不開的。極性基團的中心原子不開的。極性基團的中心原子N、O、S等有未共用的孤對電子等有未共用的孤對電子, 而金屬表面存在空的而金屬表面存在空的d 軌道時軌道時

11、,中心電子的孤對電子就會與金屬中心電子的孤對電子就會與金屬中的空中的空d 軌道相互作用形成配位鍵軌道相互作用形成配位鍵, 使緩蝕劑分子吸附于金屬表使緩蝕劑分子吸附于金屬表面。面。 一般的咪唑啉類物質(zhì)就是這種供電子型緩蝕劑。一般的咪唑啉類物質(zhì)就是這種供電子型緩蝕劑。(3) (3) 鍵吸附鍵吸附 如果分子結(jié)構(gòu)中含有如果分子結(jié)構(gòu)中含有電子物質(zhì)的話電子物質(zhì)的話, , 它能向金屬表面空它能向金屬表面空的的d d 軌道提供電子而形成配位鍵軌道提供電子而形成配位鍵, , 這就是這就是鍵吸附，那么鍵吸附，那么鍵鍵吸附就是具有這樣結(jié)構(gòu)的有機緩蝕劑的吸附原因之一。吸附就是具有這樣結(jié)構(gòu)的有機緩蝕劑的吸附原因之一。

12、這種吸附受附近原子基團的影響這種吸附受附近原子基團的影響, 主要與主要與鍵的空間位置鍵的空間位置位阻有關(guān)。位阻有關(guān)。 目前，許多學(xué)者傾向于用吸附作用機理來解釋。目前，許多學(xué)者傾向于用吸附作用機理來解釋。咪唑啉衍生物是由帶負(fù)電性咪唑啉衍生物是由帶負(fù)電性O(shè)、S、N 等原子為中心等原子為中心的極性基和以的極性基和以C、H 為中心的非極性基所組成。為中心的非極性基所組成。咪唑咪唑啉衍生物分子通過其極性基團的物理吸附或化學(xué)吸附啉衍生物分子通過其極性基團的物理吸附或化學(xué)吸附作用，吸附在金屬表面。作用，吸附在金屬表面。 一方面改變金屬表面的電荷分布和界面性質(zhì)，使一方面改變金屬表面的電荷分布和界面性質(zhì)，使金屬

13、表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定化，增加腐蝕反應(yīng)的活金屬表面的能量狀態(tài)趨于穩(wěn)定化，增加腐蝕反應(yīng)的活化能能量，降低其腐蝕速率；化能能量，降低其腐蝕速率； 另一方面由于非極性基緊密排列在金屬表面形成一另一方面由于非極性基緊密排列在金屬表面形成一層疏水性保護膜，阻礙著與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物層疏水性保護膜，阻礙著與腐蝕反應(yīng)有關(guān)的電荷或物質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而使得腐蝕反應(yīng)受到抑制。質(zhì)的轉(zhuǎn)移，從而使得腐蝕反應(yīng)受到抑制。 一般而言，一般而言，咪唑啉衍生物分子對金屬的吸附以化學(xué)咪唑啉衍生物分子對金屬的吸附以化學(xué)吸附為主，吸附為主，當(dāng)緩蝕劑分子接近金屬表面時，咪唑啉上的當(dāng)緩蝕劑分子接近金屬表面時，咪唑啉上的大大 鍵就會有鍵就會

14、有電子進入電子進入Fe 的空的空d 軌道軌道, ,反反軌道又可軌道又可接受接受Fe 的的d 軌道中的電子形成反饋鍵，從而形成軌道中的電子形成反饋鍵，從而形成多中心多中心的化學(xué)吸附作用的化學(xué)吸附作用。 總之總之, ,對咪唑啉衍生物緩蝕劑作用機理研究還不成對咪唑啉衍生物緩蝕劑作用機理研究還不成熟熟, ,因此因此, ,繼續(xù)深入研究其作用機理對開發(fā)新型緩蝕劑具繼續(xù)深入研究其作用機理對開發(fā)新型緩蝕劑具有理論價值和指導(dǎo)意義。有理論價值和指導(dǎo)意義。 目前，國外對于咪唑啉衍生物緩蝕劑的研究已經(jīng)比較目前，國外對于咪唑啉衍生物緩蝕劑的研究已經(jīng)比較深入，初步實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并已應(yīng)用到許多行深入，初步實現(xiàn)了大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，并已應(yīng)用到許多行業(yè)，取得了很好的經(jīng)濟效益。我國咪唑啉型緩蝕劑的研究業(yè)，取得了很好的經(jīng)濟效益。我國咪唑啉型緩蝕劑的研究大約始于大約始于19 世紀(jì)世紀(jì)70 年代，從品種和工業(yè)應(yīng)用上都還是剛剛年代，從品種和工業(yè)應(yīng)用上都還是剛