一种油溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及性能研究

山　东　化　工

ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ　　　　　　　　　　　　２０１９年第４８卷

一种油溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及性能研究

牛　恒，张光华

（银川能源学院，宁夏银川　７５０１０５）

摘要：以油酸与二乙烯三胺为原料，二甲苯为携水剂，油酸与二乙烯三胺物质的量比为１∶１．２，制备得到了油酸咪唑啉（ＯＡＣ），再以苯甲

酰氯为氯化剂，三乙胺为缚酸剂，反应温度５０～５５℃，反应时间４～６ｈ，最后再与氯化苄发生季铵化反应，得到红褐色粘稠状苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂（ＢＯＡＣ）。利用红外光谱对目标产物的结构进行分析，并用静态腐蚀法研究了目标产物在盐酸介质中对Ｑ２３５钢的缓蚀率。热重分析结果表明，其热稳定性较好失重最快时的温度达到２７０℃。关键词：缓蚀剂；合成；缓蚀效果中图分类号：ＴＱ２５２．３　　　　文献标识码：Ａ　　　　文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）２３－００６４－０３

　　苯甲酰胺类化合物具有很好的生物活性，可以和铁离子发生螯合反应，牢固的吸附在金属管道的表面，从而降低金属管道的化学能，减缓设备及管道的腐蚀作用，因此，苯甲酰胺类化合物具有防护金属管道腐蚀的潜能。本文利用苯甲酰氯与胺乙基油酸咪唑啉反应，后再与氯化苄反应合成了苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂（ＢＯＡＣ），增加了胺乙基油酸咪唑啉的表面活性，能更好的吸附在金属表面，使缓蚀剂具有优异的缓蚀效果。这种缓蚀剂具有高效，低毒的优点，适用于原油采集输送过程中设备及管道的腐蚀。

∶１滴加苯甲酰氯，待反应稳定后，水浴８０℃回应物质的量比１

流６ｈ，反应结束。第二步，取上步反应制得的苯甲酰胺油酸咪唑啉于三口烧瓶中，按照反应物质的量比１∶１，缓慢滴加氯化

０℃回流４ｈ，反应结束。减压蒸馏除去溶剂，得到红苄，水浴８

褐色粘稠状目标产物—苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂（ＢＯＡＣ）。

１．３　缓蚀速率的测定

参考石油天然气行业标准ＳＹ／５２７３－２０００中的静态挂片失重法，对缓蚀剂ＢＯＡＣ进行性能评价，挂片材料选用为Ｑ２３５钢。

１　实验

１．１　原料及仪器

油酸（ＡＲ，天津市致远化学试剂厂）；二乙烯三胺（ＡＲ，中国派尼化学试剂厂）；氯化苄（ＡＲ，西安化学试剂厂）；二甲苯ＡＲ，西安试剂厂）；三乙胺（ＡＲ，西安化学试剂厂）。（

傅里叶红外光谱仪（ＥＱＵＩＮＸ５５型）；热重分析仪（ＴＧＡＱ５００）；紫外分光光度仪（ＨＡＣＨ５０００型）。

１．４　油水迁移

取７支洁净的试管，在其中注入１０ｍＬ的蒸馏水，再分别注

入１０ｍＬ用９３＃汽油配制的不同浓度的缓蚀剂，另取７支洁净

０ｍＬ的０．１ｍｏｌ／ＬＮａＣｌ溶液，方法同上。的试管，在其中注入１

放置１２ｈ后，用紫外分光光度计测定水相中的吸光度。

１．２　缓蚀剂（ＢＯＡＣ）的合成

７］

根据参考文献［，以溶剂法合成油酸咪唑啉（ＯＡＣ）中间体，备用。缓蚀剂（ＢＯＡＣ）分２步制得。第一步，先将油酸咪唑

∶１．２加入三口烧瓶中搅拌，按照反啉与三乙胺按物质的量比１

２　结果与讨论

２．１　合成原理

２．１．１　油酸咪唑啉（ＯＡＣ）的合成

　　首先油酸与二乙烯三胺通进行脱水反应，通过升温使二甲

苯与水共沸，将水带出，推动反应的进行。继续升温，进行第二次脱水反应，完成环化反应。利用过分水器测定出水量，待分出水的体积达到理论产水值后，判断反应的终点。反应过程中

应注意控制温度和二甲苯的用量，温度过高或二甲苯量过多，

都不利于反应形成。２．１．２　苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐（ＢＯＡＣ）的合成

　　第一步：苯甲酰氯与油酸咪唑啉侧链氨基上的氢反应，脱

Ｃｌ而形成苯甲酰胺油酸咪唑啉。为确保反应顺利去一分子Ｈ

进行，可以三乙胺作为溶剂，吸收反应中产生的氯化氢。

　　收稿日期：２０１９－１１－０５

基金项目：宁夏高等院校科学研究项目（ＮＹＧ２０１８－２４８）作者简介：牛　恒（１９８７—），宁夏中卫人，助教，主要从事有机合成研究。

　第２３期牛　恒，等：一种油溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及性能研究

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　　第二步：利用氯化苄与合成的苯甲酰胺油酸咪唑啉发生季铵化反应，得到目标产物。滴加氯化苄时，温度不易过高。

２．２　结构表征

取少量目标产物：油酸咪唑啉（ＯＡＣ）和苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐（ＢＯＡＣ）分别进行红外谱图分析，见图１、２。

的ＢＯＡＣ缓蚀剂－盐酸溶液中反应，实验结果如图３所示。

从图３中可以看出，随着ＢＯＡＣ缓蚀剂浓度的增加，其对Ｑ２３５钢片的缓蚀作用也不断增强，缓蚀率不断增大。当达到一定值时，缓蚀率随着缓蚀剂剂量的增大而缓慢增大。表明ＢＯＡＣ缓蚀剂在钢片表面形成了一层简单的吸附膜，随着缓蚀剂剂量的增大膜的密度随之增大并至饱和。当浓度为１００ｍｇ／

图１　油酸咪唑啉（ＯＡＣ）的红外谱图

图２　苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐（ＢＯＡＣ）的红外谱图

从图２中可以看出，与图１进行对比，在１５３５．８２ｃｍ－１处也重现出现了Ｎ－Ｈ弯曲振动吸收峰，在１６５２．６２ｃｍ－１处重现出现了明显Ｃ＝Ｏ伸缩振动峰。还有除在１６０４．０２ｃｍ－１处出现了咪唑啉环的Ｃ＝Ｎ吸收峰外，在１６４５．２４０ｃｍ－１处出现了Ｃ＝Ｏ伸缩振动吸收峰，由此表明，合成产物为苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐（ＢＯＡＣ）。

２．３　ＢＯＡＣ缓蚀剂的缓蚀剂性能

２．３．１　缓蚀剂浓度的影响

图３　浓度对ＢＯＡＣ缓蚀率的影响

将Ｑ２３５钢片放入浓度为１０，２０，３０，４０，５０，１００，２００ｍｇ／Ｌ

Ｌ时的Ｂ

ＯＡＣ缓蚀剂缓蚀率达到了９３．７０％。２．３．２　反应温度的影响

用水浴锅控制反应温度，将Ｑ２３５钢放入不同浓度的缓蚀

剂盐酸溶液中反应，实验结果如图４所示。

图４　温度对ＢＯＡＣ缓蚀率的影响

从图４中可以看出，随着温度德升高，ＢＯＡＣ缓蚀剂的缓蚀率明显上升，说明随着温度的升高，促进了ＢＯＡＣ缓蚀剂的溶

解－

吸附作用，增大了其缓蚀性，符合预期判断。但理论上吸附的同时也伴随着脱附过程，随着温度的升高，脱附过程加剧，

在较低浓度Ｂ

ＯＡＣ缓蚀剂的缓释效果并不是会好，只有达到一定浓度是，ＢＯＡＣ缓蚀剂在不同温度下的缓释效果才显现出来。

２．３．３　反应酸度的影响

将Ｑ２３５钢放入不同浓度、不同酸度的的缓蚀剂盐酸溶液

中反应，实验结果如图５所示。

从图５中可以看出，随着盐酸浓度的增大，缓蚀率显著降低。说明，酸度对ＢＯＡＣ缓蚀剂作用影响较大，该缓蚀剂在低酸度时使用缓蚀效果会较好。

图５　酸度对ＢＯＡＣ缓蚀率的影响

２．４　缓蚀剂ＢＯＡＣ的ＴＧＡ分析

从图６中可以看出，从常温到１００℃，ＢＯＡＣ缓蚀剂的重量

基本没有变化。从１００℃到２７０℃，ＢＯＡＣ缓蚀剂的重量损失了８．８７％。从２７０℃到４５０℃ＢＯＡＣ缓蚀剂的质量损失为

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ＯＡＣ缓蚀剂浓度达到４ｇ／Ｌ配系数随浓度的增大而先增加，当Ｂ

以后，其分配系数又开始减小。这与缓蚀剂的结构有很大的关系，ＢＯＡＣ缓蚀剂既有亲水基又有亲油基，这就决定了它在油水两相的传质。

ＢＯＡＣ缓蚀剂浓度很低时，由于其亲水基团的亲水作用，ＢＯＡＣ缓蚀剂分子自油中逃离而在油水界面上聚集，而水相的

ＯＡＣ缓蚀剂分子集中在存在更加大了这种趋势，所以大部分Ｂ

油水界面上。随着参与分配ＢＯＡＣ缓蚀剂浓度的增大，其在油水界面上的聚集逐渐增加并趋于平衡。

８５．３８％。实验证明，ＢＯＡＣ缓蚀剂具有很好的热稳定性，在温

７０℃时，ＢＯＡＣ缓蚀剂质量才开始减少。说明该缓蚀剂度高于２

可以应用于设备及管道所处的高温环境，而不至于分解失效。

３　结论

以油酸与二乙烯三胺为原料合成油酸咪唑啉物质的量比

为１∶１．２，二甲苯做为携水剂。反应过程中应注意加入携水剂的量以及温度的控制。苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐的反应分两步进行。第一步油酸咪唑啉与苯甲酰氯反应，三乙胺作为缚

∶１∶１．２，合成苯甲酰胺油酸咪唑啉。第二酸剂，物质的量比为１

∶１反应，得到目标产物。利步苯甲酰胺油酸咪唑啉与氯化苄１

用静态腐蚀法研究了目标产物具有很好的缓蚀效果。利用热重分析结果表明，缓蚀剂（ＢＯＡＣ）热稳定性较好，可以应用于设备及管道所处的高温环境。

图６　ＢＯＡＣ缓蚀剂的ＴＧＡ图

２．５　ＢＯＡＣ缓蚀剂在油水两相的迁移状况

用９３＃汽油配制０．０５，０．１０，０．１５，０．２０，０．２５，０．５，１．０ｇ／Ｌ

的ＢＯＡＣ缓蚀剂，封口。通过紫外分光光度法来测定ＢＯＡＣ缓蚀剂在油水两相的分配系数，其结果见图７。

参考文献

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蚀性能［Ｊ］．腐蚀与防护，２０１２，３３（１１）：３４３－３４６．（本文文献格式：牛　恒，张光华．一种油溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及性能研究［Ｊ］．山东化工，２０１９，４８（２３）：６４－６６．）

图７　ＢＯＡＣ缓蚀剂在油水两相的迁移状况

ＢＯＡＣ缓蚀剂通过界面吸附发生油水两相分配。从图７中可以看出，随着ＢＯＡＣ缓蚀剂浓度的增大，其在油水两相的分

檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯檯《山东化工》征订启事

　　《山东化工》杂志（半月刊）是由原国家科委、国家新闻出版署批准出版的化工行业综合性科技期刊。创刊于１９７２年，由山东省化工研究院主办。国内外公开发行，国内统一刊号：ＣＮ３７－１２１２／ＴＱ，国际标准刊号：ＩＳＳＮ１００８－０２１Ｘ。

本刊设有“规划与展望”、“科研与开发”、“专论与综述”、“生产与应用”、“分析与测试”、“资源与环境”、“经验交流”、“管理初探”、“计算机与信息化”、“经济与市场”、“教育与培训”等栏目，主要报道化工行业最新科技进展，以及化工科研、生产、设计等方面的新技术、新工艺、新设备、新产品等方面的发展动态与开发情况，搭建科技转化为生产力的桥梁。读者主要面对化工及相关行业的各级管理干部、决策人员、技术人员、市场开发人员，科研设计规划院所的专业技术人员以及高等院校的师生等。

《山东化工》自创刊以来，荣获化工部优秀期刊、山东省优秀科技情报成果奖，曾获得全国石油和化工行业优秀期刊一等奖、华东地区优秀期刊、山东省优秀科技期刊等荣誉，在国内外享有相当高的声誉。已是《美国化学文摘》（ＣＡ）、中国核心期刊（遴选）数据库收录期刊，《中国学术期刊（光盘版）》、“万方数据－数字化期刊群”全文收录期刊以及中国学术期刊综合评价数据库来源期刊等。

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