CN108505048A - 一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂及其制备方法,该铜缓蚀剂是以聚醚羧酸酯与甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚在微波辅助下进行关环缩合反应制得,聚醚羧酸酯是由氨基酸对聚乙二醇单甲醚进行封端制得,甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚是由聚乙二醇单甲醚与4‑甲氧基邻苯二胺进行亲核取代反应制得,该缓蚀剂的结构通式为:
Description
技术领域
本发明涉及制备一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂,适用于高盐环境中铜的缓蚀及腐蚀防护。
背景技术
铜及其合金因具有良好的导热导电、机械延展、耐腐蚀等性能,在太阳能电池、机械制造、建筑工业、国防工业、电子、货币以及工业生产中的冷却循环系统等领域得到了广泛应用。一般情况下,铜及其合金的性质较为稳定,但在氧化性酸、高浓度Cl-、CN-、NH4 +及氧化剂存在的条件下,铜及其合金会产生较为严重的电化学腐蚀从而缩短它们的使用寿命。
添加缓蚀剂是现今工业上延缓铜及其合金腐蚀的普遍方法,传统的高效铜缓蚀剂如苯并三唑、苯并咪唑、噻二唑等都难以生物降解甚至有毒性,会造成严重的环境污染问题。而环保型的铜缓蚀剂如氨基酸类、植酸类、聚环氧琥珀酸等却存在成本高昂、单一缓蚀效率低的问题,必须与无机铜缓蚀剂复配使用,所以暂时还未能用于实践生产。
目前,铜缓蚀剂领域研究最热门的就是对苯并三唑、苯并咪唑等的改性,且其多集中在增加分子链中的P、S、N等元素。中国专利CN104947122A公开了一种苯并咪唑类衍生物的应用及制备方法,所述苯并咪唑衍生物为1-丁基2-苄巯基苯并咪唑,是一种碳钢酸洗缓蚀剂,该缓蚀剂虽然对碳钢的缓蚀效果较好,但却不能对铜有很好的缓蚀效果。中国专利CN103436888A公开了一种含苯并咪唑高温铜缓蚀剂,特别涉及用于高温循环冷却水系统中的铜缓蚀剂,它由苯并咪唑、苯并三氮唑、巯基苯并咪唑、甲基苯并三氮唑的混合物、氢氧化钠和水组成,该方法制备的含苯并咪唑高温铜缓蚀剂虽保证了该缓蚀剂在高温下的可使用性,但其组分单独使用时效果不佳,且其缓蚀效果受复配比例影响较大,阻碍了该缓蚀剂在工业生产上的应用。中国专利CN106674126A公开了一种具有双巯基平面结构青铜器文物缓蚀剂的制备方法,该方法在2-巯基-5-氨基苯并咪唑的基础上通过改性将氨基转化为巯基制得具有两个巯基的2,5-巯基苯并咪唑缓蚀剂,该缓蚀剂的合成大大地改变了青铜器文物保护工作者长期使用2-巯基-5-氨基苯并咪唑瓶颈,但该缓蚀剂水溶性较差,使用受限,因此发明一种环保无污染且单独使用高效的铜缓蚀剂,符合当下的经济、社会和环境需要。
本发明通过分子设计在苯并咪唑环上引入多种功能基团制得双聚醚结构的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种适用于高盐环境下的苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂及其制备方法。该苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂配伍性好,可与无机铜缓蚀剂复配使用,也可单独使用,缓蚀性能稳定,适用性更广。
技术方案:本发明的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂是以聚醚羧酸酯与甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚在微波辅助下进行关环缩合反应制得,聚醚羧酸酯是由氨基酸对聚乙二醇单甲醚进行封端制得,甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚是由聚乙二醇单甲醚与4-甲氧基邻苯二胺进行亲核取代反应制得,该缓蚀剂的结构通式为:
其中:聚合度n为4~50,重复单元m为1或2。
本发明的苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法为:
步骤a)室温下,将聚乙二醇单甲醚、氨基酸、酯化催化剂加入到反应釜内,混匀,60~120℃反应2~8h后冷至室温,再将1~3倍聚乙二醇单甲醚质量的三氯甲烷加入到反应釜内,混匀,静置12~24h后过滤,滤液在50~65℃下减压蒸除三氯甲烷,得聚醚羧酸酯;
步骤b)室温下,将聚乙二醇单甲醚、无机酸和4-甲氧基邻苯二胺加入反应釜中,混匀,80~100℃反应12~24h后,降温至55~60℃进行过滤,冷至室温后用2~4倍聚乙二醇单甲醚质量的无水乙醇分3~5次洗涤滤饼,在60~80℃下真空干燥6~12h,得甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚;
步骤c)室温下,将步骤a)中制得的聚醚羧酸酯、无机酸和甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜中混匀,以150~200W功率进行微波辐照至反应物充分溶解,再以600~800W功率间歇式辐照2~4次,每次2~5min,反应结束后冷至室温,加入1.5~3倍聚醚羧酸酯质量的蒸馏水至反应釜中,混匀,2~8℃下静置4~12h,过滤,用2~4倍聚醚羧酸酯质量的无水乙醇分3~5次洗涤滤饼,在60~80℃下真空干燥12~24h,得苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂。
其中,
该制备方法中所述的氨基酸为天冬氨酸或谷氨酸。
该制备方法中所述的酯化催化剂为硫酸铜、氯化亚砜、锆酸异丙酯、钛酸四丁酯中的一种。
该制备方法中所述的无机酸为20wt.%~36wt.%盐酸或40wt.%~60wt.%硫酸。
所述步骤a)中,以聚乙二醇单甲醚的质量计,将聚乙二醇单甲醚、0.05~1倍聚乙二醇单甲醚质量的氨基酸、0.001~0.01倍聚乙二醇单甲醚质量的酯化催化剂加入到反应釜内。
所述步骤b)中,以聚乙二醇单甲醚的质量计,将聚乙二醇单甲醚、0.025~0.05倍聚乙二醇单甲醚质量的无机酸、0.05~1倍聚乙二醇单甲醚质量的4-甲氧基邻苯二胺加入反应釜中。
所述步骤c)中,以聚醚羧酸酯的质量计,将步骤a)中制得的聚醚羧酸酯、0.025~0.15倍聚醚羧酸酯质量的无机酸、1~1.5倍聚醚羧酸酯质量的甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜中混匀。
有益效果:本发明的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂具有以下有益效果:
(1)通过分子设计在该苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂分子中引入较多的醚键以增加其水溶性和与铜表面的键合作用,提高了其生物降解性;通过氨基酸对聚乙二醇单甲醚进行封端引入氨基,增强了氨基与分子链上的醚基、酯基间的相互作用,进一步增强了铜缓蚀性能,同时缓蚀剂分子结构中的苯并咪唑环含有双氮结构也有利于缓蚀剂与铜的键合。缓蚀剂分子结构中含有较多的醚基、氨基、酯基、苯并咪唑环上氮原子,增加了缓蚀剂分子在铜表面的吸附位点,使得该缓蚀剂可提供更多的孤对电子与铜表面空的d轨道形成配位键,增强缓蚀性能。
(2)该苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂在苯并咪唑环上引入了长链的双聚醚结构,且其分子结构中含有较多的醚基O原子、氨基N原子、酯基、苯并咪唑环上N原子等,增加了缓蚀剂分子内、缓蚀剂分子链间在铜表面的吸附位点,形成多种类型的配位方式,增强了O、N等原子间的协同作用,有效提升了铜缓蚀性能。
(4)该苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂合成的关环缩合关键工艺中引入微波辅助法,有效缩短了反应时间,并提高了反应产率。
(5)该苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂在高盐环境中对铜有良好的缓蚀作用,且用量低,缓蚀效率高,持续作用能力强。
(6)该苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂配伍性好,可与无机铜缓蚀剂复配使用,也可单独使用,缓蚀性能稳定,适用性更广。
具体实施方式
本发明的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂是以聚醚羧酸酯与甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚在微波辅助下进行关环缩合反应制得,聚醚羧酸酯是由氨基酸对聚乙二醇单甲醚进行封端制得,甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚是由聚乙二醇单甲醚与4-甲氧基邻苯二胺进行亲核取代反应制得,该缓蚀剂的结构通式为:
其中:聚合度n为4~50,重复单元m为1或2。
本发明的苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法为:
步骤a)室温下,以聚乙二醇单甲醚的质量计,将聚乙二醇单甲醚、0.05~1倍聚乙二醇单甲醚质量的氨基酸、0.001~0.01倍聚乙二醇单甲醚质量的酯化催化剂加入到反应釜内,混匀,60~120℃反应2~8h后冷至室温,再将1~3倍聚乙二醇单甲醚质量的三氯甲烷加入到反应釜内,混匀,静置12~24h后过滤,滤液在50~65℃下减压蒸除三氯甲烷,得聚醚羧酸酯;
步骤b)室温下,将聚乙二醇单甲醚、0.025~0.05倍聚乙二醇单甲醚质量的无机酸和0.05~1倍聚乙二醇单甲醚质量的4-甲氧基邻苯二胺加入反应釜中,混匀,80~100℃反应12~24h后,降温至55~60℃进行过滤,冷至室温后用2~4倍聚乙二醇单甲醚质量的无水乙醇分3~5次洗涤滤饼,在60~80℃下真空干燥6~12h,得甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚;
步骤c)室温下,以聚醚羧酸酯的质量计,将步骤a)中制得的聚醚羧酸酯、0.025~0.15倍聚醚羧酸酯质量的无机酸和1~1.5倍聚醚羧酸酯质量的甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜中混匀,以150~200W功率进行微波辐照至反应物充分溶解,再以600~800W功率间歇式辐照2~4次,每次2~5min,反应结束后冷至室温,加入1.5~3倍聚醚羧酸酯质量的蒸馏水至反应釜中,混匀,2~8℃下静置4~12h,过滤,用2~4倍聚醚羧酸酯质量的无水乙醇分3~5次洗涤滤饼,在60~80℃下真空干燥12~24h,得苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂。
上述苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法中所述的氨基酸为天冬氨酸或谷氨酸;所述的酯化催化剂为硫酸铜、氯化亚砜、锆酸异丙酯、钛酸四丁酯中的一种;所述的无机酸为20wt.%~36wt.%盐酸或40wt.%~60wt.%硫酸。
上述苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的性能测试方法为:
参照GB/T 18175-2000水处理剂缓蚀性能的测定—旋转挂片法进行测试,其中:(1)试验用水为3.5wt.%氯化钠溶液;(2)挂片旋转速度为50r/min;(3)试液浓度梯度设为:0、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100mg/L。
记紫铜试片酸洗空白试验的质量损失平均值为m0,添加缓蚀剂的试液中紫铜试片的质量损失平均值为m1,根据下列计算方法得出苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂在45℃3.5wt.%氯化钠溶液中对紫铜缓蚀率η(%)的数值:
实施例1:
室温下,将60g分子量为200的聚乙二醇单甲醚(MPEG-200)、40g L-天冬氨酸和0.5g硫酸铜加入到反应釜中,混匀,于100℃下反应8h后冷至室温,再将150mL三氯甲烷加入到反应釜内,混匀,静置12h后过滤,滤液在60℃下减压蒸除三氯甲烷,即得聚醚天冬氨酸酯MPEA;室温下,将60g MPEG-200、30mL 36wt.%盐酸溶液和4.15g 4-甲氧基邻苯二胺加入到反应釜内,混匀,90℃反应16h后,降温至55℃进行过滤,冷至室温后用120mL无水乙醇分3次洗涤滤饼,60℃下真空干燥8h,即得甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚;室温下,将9g MPEA、30mL36wt.%盐酸溶液和10g甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜内混匀,以180W功率进行微波辐照至反应物充分溶解,再以700W功率间歇式辐照3次,每次2min,反应结束后冷至室温,将20g蒸馏水加入到反应釜中,混匀,2℃下放置6h,过滤,用25mL无水乙醇分3次洗涤滤饼,60℃下真空干燥24h,得苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂OPD/MPEA。
在45℃3.5wt.%的氯化钠溶液中,投加量为50mg/L时,OPD/MPEA对紫铜的缓蚀率为86.7%;投加量为80mg/L时,OPD/MPEA对紫铜的缓蚀率为93.2%。
实施例2:
室温下,将60g分子量为200的聚乙二醇单甲醚(MPEG-200)、42g L-谷氨酸和0.5g氯化亚砜加入到反应釜中,混匀,于100℃下反应8h后冷至室温,再将150mL三氯甲烷加入到反应釜内,混匀,静置12h后过滤,滤液在60℃下减压蒸除三氯甲烷,即得聚醚天冬氨酸酯MPEU;室温下,将60g MPEG-200、30mL 36wt.%盐酸溶液和4.15g 4-甲氧基邻苯二胺加入到反应釜中,混匀,100℃反应12h后,降温至60℃进行过滤,冷至室温后用150mL无水乙醇分3次洗涤滤饼,60℃下真空干燥8h,即得甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚;室温下,将10g MPEU、15mL 36wt.%盐酸溶液和12g甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜内混匀,以200W功率进行微波辐照至反应物充分溶解,再以700W功率间歇式辐照4次,每次2min,反应结束后冷至室温,将30g蒸馏水加入到反应釜中,混匀,2℃下放置8h,过滤,用35mL无水乙醇分3次洗涤滤饼,60℃下真空干燥24h,得苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂OPD/MPEU。
在45℃3.5wt.%的氯化钠溶液中,投加量为50mg/L时,OPD/MPEU对紫铜的缓蚀率为87.1%;投加量为80mg/L时,OPD/MPEU对紫铜的缓蚀率为94.9%。
实施例3:
室温下,将150g分子量为500的聚乙二醇单甲醚(MPEG-500)、40g L-天冬氨酸和1.0g锆酸异丙酯加入到反应釜中,混匀,于120℃下反应8h后冷至室温,再将300mL三氯甲烷加入到反应釜内,混匀,静置12h后过滤,滤液在60℃下减压蒸除三氯甲烷,即得聚醚天冬氨酸酯MPEA-500;室温下,将150g MPEG-500、60mL 36wt.%盐酸溶液和4.15g 4-甲氧基邻苯二胺加入到反应釜内,混匀,100℃反应24h后,降温至60℃进行过滤,冷至室温后用300mL无水乙醇分3次洗涤滤饼,60℃下真空干燥12h,得甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚;室温下,将18gMPEA、30mL 36wt.%盐酸溶液和20g甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜内混匀,以200W功率进行微波辐照至反应物充分溶解,再以800W功率间歇式辐照3次,每次3min,反应结束后冷至室温,将35g蒸馏水加入到反应釜内,混匀,2℃下放置12h,过滤,用50mL无水乙醇分3次洗涤滤饼,60℃下真空干燥24h,得苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂OPD/MPEA-500。
在45℃3.5wt.%的氯化钠溶液中,投加量为50mg/L时,OPD/MPEA-500对紫铜的缓蚀率为89.2%;投加量为80mg/L时,OPD/MPEA-500对紫铜的缓蚀率为95.6%。
Claims (8)
1.一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂,其特征在于该缓蚀剂是以聚醚羧酸酯与甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚在微波辅助下进行关环缩合反应制得,聚醚羧酸酯是由氨基酸对聚乙二醇单甲醚进行封端制得,甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚是由聚乙二醇单甲醚与4-甲氧基邻苯二胺进行亲核取代反应制得,该缓蚀剂的结构通式为:
其中:聚合度n为4~50,重复单元m为1或2。
2.一种如权利要求1所述的苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于该制备方法为:
步骤a)室温下,将聚乙二醇单甲醚、氨基酸、酯化催化剂加入到反应釜内,混匀,60~120℃反应2~8h后冷至室温,再将1~3倍聚乙二醇单甲醚质量的三氯甲烷加入到反应釜内,混匀,静置12~24h后过滤,滤液在50~65℃下减压蒸除三氯甲烷,得聚醚羧酸酯;
步骤b)室温下,将聚乙二醇单甲醚、无机酸和4-甲氧基邻苯二胺加入反应釜中,混匀,80~100℃反应12~24h后,降温至55~60℃进行过滤,冷至室温后用2~4倍聚乙二醇单甲醚质量的无水乙醇分3~5次洗涤滤饼,在60~80℃下真空干燥6~12h,得甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚;
步骤c)室温下,将步骤a)中制得的聚醚羧酸酯、无机酸和甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜中混匀,以150~200W功率进行微波辐照至反应物充分溶解,再以600~800W功率间歇式辐照2~4次,每次2~5min,反应结束后冷至室温,加入1.5~3倍聚醚羧酸酯质量的蒸馏水至反应釜中,混匀,2~8℃下静置4~12h,过滤,用2~4倍聚醚羧酸酯质量的无水乙醇分3~5次洗涤滤饼,在60~80℃下真空干燥12~24h,得苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂。
3.根据权利要求2所述的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于该制备方法中所述的氨基酸为天冬氨酸或谷氨酸。
4.根据权利要求2所述的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于该制备方法中所述的酯化催化剂为硫酸铜、氯化亚砜、锆酸异丙酯、钛酸四丁酯中的一种。
5.根据权利要求2所述的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于该制备方法中所述的无机酸为20wt.%~36wt.%盐酸或40wt.%~60wt.%硫酸。
6.根据权利要求2所述的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于所述步骤a)中,以聚乙二醇单甲醚的质量计,将聚乙二醇单甲醚、0.05~1倍聚乙二醇单甲醚质量的氨基酸、0.001~0.01倍聚乙二醇单甲醚质量的酯化催化剂加入到反应釜内。
7.根据权利要求2所述的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于所述步骤b)中,以聚乙二醇单甲醚的质量计,将聚乙二醇单甲醚、0.025~0.05倍聚乙二醇单甲醚质量的无机酸、0.05~1倍聚乙二醇单甲醚质量的4-甲氧基邻苯二胺加入反应釜中。
8.根据权利要求2所述的一种苯并咪唑基聚醚铜缓蚀剂的制备方法,其特征在于所述步骤c)中,以聚醚羧酸酯的质量计,将步骤a)中制得的聚醚羧酸酯、0.025~0.15倍聚醚羧酸酯质量的无机酸、1~1.5倍聚醚羧酸酯质量的甲氧基聚乙二醇邻苯二胺醚加入到反应釜中混匀。
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