CN110036056A - 季阳离子聚合物 - Google Patents

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Abstract

提供阳离子聚合物盐组合物，其包含衍生自多胺或聚亚烷基亚胺与取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物。还提供表面活性剂组合物。该组合物还可包括载体，例如水、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、单乙二醇、乙二醇单丁醚和己二醇。

Description

季阳离子聚合物
技术领域
本公开一般涉及阳离子聚合物盐，更具体地涉及用作表面活性剂、抗微生物化合物和腐蚀抑制剂的组合物。
背景技术
季铵化合物构成表面活性剂的重要子类别，因为它们含有独特的性质。季铵化合物与其他表面活性剂的主要区别在于其独特的结构。季铵化合物主要由两个部分组成，疏水基团，例如长烷基和季铵盐基团。铵的独特正电荷在表面活性剂和表面之间起着关键作用，即静电相互作用。
工业用水系统采用工艺用水来满足许多不同的用途，但可能容易受到微生物污染和污垢。即使在使用目前可获得的最佳水处理程序处理的工业水系统中，也可能发生任何有机或无机材料的污垢或沉积。
如果不定期清洁这些工业用水系统，那么它们将严重结垢。污垢对工业用水系统有负面影响。例如，严重的矿物水垢(无机材料)将积聚在水接触表面上，并且任何有规模的地方都会为微生物的生长提供理想的环境。
蒸发冷却水系统特别容易结垢。这种结垢通过各种机制发生，包括沉积空气传播的、水传播的或水形成的污染物；水停滞；过程泄漏；和其他因素。如果允许进展，系统可能遭受降低的操作效率、过早的设备故障以及与微生物污垢相关的增加的与健康相关的风险。
由于微生物污染，也可能发生污垢。工业用水系统中微生物污染的来源很多，可能包括但不限于空气污染、补水、工艺泄漏和不正确清洁的设备。这些微生物可以在水系统的任何可湿或半可湿表面上建立微生物群落。
微生物分泌的外聚合物质有助于生物膜的形成，因为微生物群落在表面上形成。这些生物膜是复杂的生态系统，它们建立了一种浓缩营养物质并为生长提供保护的手段，并且生物膜可以加速结垢、腐蚀和其他污垢过程。生物膜不仅有利于降低系统效率，而且还为微生物增殖提供了良好的环境，包括军团菌。因此，重要的是必须尽可能减少生物膜和其他污损过程，以尽量减少与军团菌和其他水源性病原体相关的健康相关风险。
通常将腐蚀抑制剂添加到上游的石油和天然气生产流体中，以保护碳钢管道和基础设施免受腐蚀。季铵化合物已作为腐蚀抑制剂配方的一部分使用多年，但最常见的是双季铵种类或用苄基氯季铵化的物质，已知苄基氯是非常危险的。
一直需要季铵化合物来填补这种表面活性剂和腐蚀抑制剂的商机。
发明内容
在一些实施方案中，提供阳离子聚合物盐，其包含衍生自多胺或聚亚烷基亚胺与取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物。
在某些实施方案中，本发明提供阳离子聚合物盐，其包含衍生自多胺或聚亚烷基亚胺与式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：
其中每个X-独立地是阴离子；
R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R5为C1-C6烷基。
在一些实施方案中，提供阳离子聚合物盐，其包含式(III)：
其中每个R6独立地是C2-C6亚烷基；每个R7独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8独立地为氢或每个R9独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13为C1-C6烷基；n是1到100的整数；每个X-独立地是阴离子。
在一些实施方案中，提供阳离子聚合物盐，其包含衍生自多胺、亚烷基亚胺或聚亚烷基亚胺与式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：
其中每个X-独立地是阴离子；R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R5为C1-C6烷基；和
其中以下中的任何一个：
(A)阳离子聚合物盐在其主链内没有取代基，在其主链内没有烷基季铵化铵，并且包含至少4个季铵基团；或者
(B)阳离子聚合物盐具有一个或多个具有式(IV)的末端叔胺基团：
其中R11为不带X-端基的R1，并且要么聚合物盐在其主链内没有取代，要么R2、R3和R4中的至少1个是C9-C22烷基；或者
(C)R2和R3是C6-C22烷基或C7-C22芳基烷基，R4是甲基。
在一些实施方案中，公开了一种用于控制含水系统中的微生物的方法。该方法可包括向含水系统中加入衍生自多胺或聚亚烷基亚胺与式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：
其中每个X-独立地是阴离子；R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R5为C1-C6烷基。
在本公开的一些实施方案中，公开了一种用于通过将组合物添加到工艺用水控制工艺用水中微生物的方法。该组合物可包括式(III)的阳离子聚合物：
其中每个R6可以独立地是C2-C6亚烷基；每个R7可以独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8可以独立地为氢或每个R9可以独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13可以为C1-C6烷基；n可以是1到100的整数；每个X-可以独立地是阴离子。
在一些实施方案中，提供了一种用于通过将组合物添加至表面控制表面上的微生物的方法。该组合物可包括式(III)的阳离子聚合物：
其中每个R6可以独立地是C2-C6亚烷基；每个R7可以独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8可以独立地为氢或每个R9可以独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13可以为C1-C6烷基；n可以是1到100的整数；每个X-可以独立地是阴离子。
在一些实施方案中，公开了一种抑制表面腐蚀的方法。该方法可包括使表面与衍生自多胺或聚亚烷基亚胺和式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物接触：
其中每个X-独立地是阴离子；R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R5为C1-C6烷基。
前文已相当宽泛地概述本公开的特征和技术优点，以便可更好地理解下文的具体实施方式。下文将描述本公开的额外特征和优点，所述额外特征和优点形成本申请的权利要求的主题。本领域的技术人员应了解，所公开的概念和具体实施例可易于用作修改或设计用于实现本公开的相同目的的其它实施方案的基础。本领域的技术人员还应认识到，这类同等实施方案不脱离如在所附权利要求书中所阐述的本公开的精神和范围。
附图说明
下文具体参考附图描述本发明的具体实施方式，其中：
图1显示各种季阳离子表面活性剂的表面张力(mN/m)对浓度(wt％)的图表；
图2显示不同浓度的化合物1在不同时间对冷却水中细菌减少的影响；
图3显示各种浓度的化合物1的细菌浓度随接触时间的变化；
图4显示化合物1-4的细菌浓度随时间的变化；
图5显示不同浓度的化合物4在不同时间对冷却水中细菌浓度的影响；
图6显示各种浓度的化合物4的细菌浓度随接触时间的变化；
图7显示与聚合物季铵化合物相比单一季铵化合物的生物膜减少；和
图8显示与聚合物季铵化合物相比单一季铵化合物的生物膜减少。
具体实施方式
本申请公开了阳离子聚合物盐，其包含衍生自多胺、亚烷基亚胺或聚亚烷基亚胺与取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：本文公开了具有多个季铵基团的新合成的抗微生物和抗腐蚀阳离子聚合物盐，并且可以特别例如用于控制微生物群体或抑制工业系统中使用的工艺用水中的腐蚀。所公开的化合物显示出抗微生物和抗腐蚀活性，并且可以用于需要控制微生物或腐蚀抑制的任何应用中。
除非另有定义，否则本文所使用的所有技术术语和科学术语具有与本领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。在有冲突的情况下，将以本文件，包含定义为准。虽然以下描述了优选的方法和材料，但是与本文所述的那些相似或相当的方法和材料可用于实施或测试本发明。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其它参考通过引用以其整体并入。本文公开的材料、方法和实例仅是说明性的而不旨在是限制性的。
本文使用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“可以”、“含有”以及其变体意欲为开放式过渡型短语、术语或单词，不排除其它步骤或组分的可能性。除非上下文明确地另外指明，否则单数形式“一”、“和”和“所述”包含复数指代物。本发明也考虑了“包括”、“由……组成”和“基本上由...组成”本文给出的实施例或元素的其它实施例，无论是否明确地指出。
除非另有说明，本文中单独或作为另一个基团的一部分中描述的“烷基”基团为任选取代的直链饱和单价烃基，其含有一到三十二个碳原子，或任选取代的支链饱和单价烃基，其含有三到三十二个碳原子。未经取代的烷基的实例包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、仲戊基、叔戊基等等。如上文所定义，烷基可以未被取代或被一个或多个合适的取代基取代。优选地，取代不在聚合物盐的主链或骨架内。
“芳烷基”意指通过亚烷基连接到母体分子的芳基。芳基和亚烷基中的碳原子的数量经过选择，以使得芳烷基中总共有约7个至约22个碳原子。优选的芳烷基是苄基。
用作后缀作为另一基团的一部分的术语“-亚基(-ene)”表示二价基团，其中从该基团的两个末端碳中的每一个中除去氢原子。例如，亚烷基表示二价烷基，例如亚甲基(-CH2-)或亚乙基(-CH2CH2-)。为清楚起见，除了表示二价基团之外，添加-亚基后缀不是为了改变主要词的定义。因此，继续上述实例，亚烷基表示任选取代的直链饱和二价烃基。
如本文所用，术语“合适的取代基”旨在表示化学上可接受的官能团，其不会损害本发明化合物的活性。这些合适的取代基包括但不限于卤素基团、全氟烷基、全氟烷氧基、烷基、链烯基、炔基、羟基、氧代基、巯基、烷硫基、烷氧基、芳基或杂芳基、芳氧基或杂芳氧基、芳烷基或杂芳烷基、芳烷氧基或杂芳烷氧基、羧基、杂环基、环烷基、氨基、烷基氨基和二烷基氨基、氨基甲酰基、烷基羰基、烷氧基羰基、烷基氨基羰基、二烷基氨基羰基、芳基羰基、芳氧基羰基、烷基磺酰基和芳基磺酰基。本领域技术人员将理解，许多取代基可以被另外的取代基取代。
本发明的阳离子聚合物盐随着分子中烷基链数量增加在水溶液中表现出降低的表面张力，并且可用作阳离子表面活性剂或发泡剂(例如，用于清洁制剂或个人护理产品，例如洗发剂)。阳离子聚合物盐具有多个烷基链和多个亲水基团，与具有一个烷基链和一个亲水基团的常规两亲化合物相比，它们提供了意想不到的物理化学性质。
在一些实施方案中，取代的烷基三烷基季铵盐单体包含式(I)：
其中每个X-独立地是阴离子；R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R5为C1-C6烷基。
R1可包含被羟基取代并具有X-端基的C2-C3亚烷基。
合适的X-阴离子可以包括，但不限于氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、乙酸根、铝酸根、氰酸根、氰离子、磷酸二氢根、亚磷酸二氢根、甲酸根、碳酸氢根、草酸氢根、硫酸氢根、氢氧根、偏铌酸根、偏钒酸根、硝酸根、亚硝酸根、硫氰酸根或其组合。在一些实施方案中，阴离子可包含氯离子或溴离子。
R2、R3和R4可以独立地为C1-C22烷基。在一些实施方案中，R2、R3和R4均可以是甲基。或者，R2可以是C6-C22烷基或C7-C22芳烷基，R3和R4可以是C1-C4烷基，例如甲基，或R2和R3是C6-C22烷基或C7-C22芳基烷基，R4是C1-C4烷基，例如甲基。
合适的取代的烷基三烷基季铵盐单体可包括但不限于3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵；3-氯-2-羟丙基-十二烷基-二甲基氯化铵；3-氯-2-羟丙基-硬脂基-二甲基氯化铵；或其组合。
多胺可包含式(II)的聚合物：
其中n是0至100的整数；每个R6独立地为C2-C6亚烷基；每个R7独立地为氢或-R6-NH2、-R6-NH-R6-NH2或-R6-N-(R6-NH2)2。
在式(II)的多胺中，n可以是0至90、0至80、0至70、0至60、0至50、0至45、0至40、0至35、0至30、0到25、0到20、0到15、0到10、0到9、0到8、0到7、0到6、0到5、1到90、1到80、1到70、1到60、1至50、1至45、1至40、1至35、1至30、1至25、1至20、1至15、1至10、1至9、1至8、1至7、1到6、1到5。在一些实施方案中，n可以是2至5、2至6、2至7、2至8、2至9、2至10、2至25、2至30、2至35、2至40、2至45、2至90或其任何子范围。在其他实施方案中，n可以是3至100、3至90、3至80、3至70、3至60、3至50、3至45、3至40、3至35、3至30、3至3 25、3至10或其任何子范围。在某些实施方案中，n选自1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在式(II)的多胺中，R6可以是C2-C3烷基。在一些实施方案中，R6可以是乙基。
在式(II)的多胺中，多胺的氮均不需要季铵化。
合适的多胺可包括亚烷基胺。亚烷基胺可包括但不限于乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、六亚乙基七胺或其组合。
合适的聚亚烷基亚胺可包括但不限于亚乙基亚胺、亚丙基亚胺、亚丁基亚胺、亚戊基亚胺、亚己基亚胺、亚庚胺亚胺或其组合。
合适的聚亚烷基亚胺可包括但不限于支链、直链或树枝状聚亚乙基亚胺。
在一些实施方案中，通过凝胶渗透色谱法测量的直链、支链或树枝状聚合物亚乙基亚胺的重均分子量可以为约200gm/mol至约750,000gm/mol。在一些实施方案中，聚合物盐的重均分子量可为约800gm/mol、约1,300gm/mol、约2,000gm/mol、约5,000gm/mol、约20,000gm/mol、约25,000gm/mol、或约750,000gm/mol。
在一些实施方案中，根据ISO 2555在Brookfield粘度计上测量的直链、支链或树枝状聚合物亚乙基亚胺的粘度可以为约100mPa·s至约30,000mPa·s。在一些实施方案中，直链、支链或树枝状聚合物亚乙基亚胺的粘度可以为约200mPa·s至约15,000mPa·s或约200mPa·s至约500mPa·s。在一些实施方案中，直链、支链或树枝状聚合物亚乙基亚胺的粘度可为约300mPa·s、约400mPa·s、约500mPa·s、约600mPa·s或约1000mPa·s。
在一些实施方案中，通过13CNMR测量，聚亚乙基亚胺中伯胺/仲胺/叔胺的比例可为约1/0.9/0.6。干燥的聚亚乙基亚胺中胺的量可以为约10mmol/gm至约30mmol/gm。聚亚乙基亚胺中胺的量可为约12mmol/gm、约13mmol/gm、约14mmol/gm、约15mmol/gm、约16mmol/gm、约17mmol/gm、约18mmol/gm、约19mmol/gm、约20mmol/gm、约21mmol/gm、或约22mmol/gm。
作为反应物的多胺或聚亚烷基亚胺与取代的烷基三烷基季铵盐的摩尔比可以为1：1至1：100、1：1至1：90、1：1至1：80、1：1至1：70、1：1至1:60、1：1至1:50、1：1至1：45、1：1至1:40、1：1至1:35、1：1至1:30、1：1至1：25、1：1至1:20、1：1至1：15、1：1至1:10、1：1至1：9、1：1至1：8、1：1：1：7、1：1至1：6、1：1至1：5、1：1至1：4、1：1至1：3或1：1至1：2。
在一些实施方案中，提供阳离子聚合物盐，其包含衍生自多胺、亚烷基亚胺或聚亚烷基亚胺与上述式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物，并且其中下述中的任一个：
(A)阳离子聚合物盐在其主链内没有取代基，在其主链内没有烷基季铵化铵，并且包含至少4个季铵基团；或者
(B)阳离子聚合物盐具有一个或多个具有式(IV)的末端叔胺基团：
其中R11为不带X-端基的R1，并且要么聚合物盐在其主链内没有取代，要么R2、R3和R4中的至少1个是C9-C22烷基；或者
(C)式(I)的R2和R3为C6-C22烷基或C7-C22芳基烷基，R4为甲基。
在一些实施方案中，阳离子聚合物盐可包含式(III)的聚合物：
其中每个R6独立地是C2-C6亚烷基；每个R7独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8独立地为氢或每个R9独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13为C1-C6烷基；n是1到100的整数；每个X-独立地是阴离子。
还提供了具有式(V)的阳离子聚合物盐：
其中R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、n和X-如关于上式(III)所定义，R14为并且其中以下之一：
(a)聚合物盐在其主链内没有取代基，在其主链内没有烷基季铵化铵，并且包含至少4个季铵基团；或者
(b)要么聚合物盐在其主链内没有取代，要么R14的R10、R11和R12中的至少1个是C9-C22烷基；或者
(c)聚合物盐包括至少3个R12，其中R12是C9-C15烷基；或者
(d)聚合物盐包括至少3个R12，其中R12是C15-C22烷基。
在式(III)或(V)的聚合物盐中，n可以是1至90、1至80、1至70、1至60、1至50、1至45、1至40、1至35、1至30、1至25或其任何子范围。在一些实施方案中，n可以是2至25、2至30、2至35、2至40、2至45、2至90或其任何子范围。在其他实施方案中，n可以是3至100、3至90、3至80、3至70、3至60、3至50、3至45、3至40、3至35、3至30、3至25或其任何子范围。在某些实施方案中，n选自1、2、3、4、5、6、7、8、9或10。
在式(III)或(V)的聚合物盐中，每个R6和R9可以独立地为C2-C3亚烷基。在一些实施方案中，每个R6可以是亚乙基。
在式(III)的聚合物盐中，每个R9可以是羟基亚丙基；R10和R11可以是甲基；每个R12可以独立地为甲基或C8-C22烷基。在一些实施方案中，至少一个R12是C8-C22烷基。
在式(III)的聚合物盐的其他实施方案中，R7为-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8为每个R9独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13为C1-C6烷基；n是1到100的整数；每个X-独立地是阴离子。
在式(III)的聚合物盐的一些实施方案中，R12中的至少一个可以是饱和的C9-C15烷基。饱和烷基可以为C10至C15、C11至C15、C12至C15、C12至C14、C11至C14、C10至C14、C9至C14、C9至C13、C10至C13或C11至C13。在其他实施方案中，R12中的至少2、3、4或5个可以是饱和C9-C15烷基。例如，R12中的至少一个可以是C12烷基，或者R12中的至少2、3、4或5个可以是C12烷基。
在式(III)的聚合物盐的其他实施方案中，R12中的至少一个可以是饱和的C15-C22烷基。饱和烷基可以为C16至C22、C17至C21、C16至C20、C18至C22、C16至C18、C15至C18、C15至C20、或C17至C19。在其他实施方案中，R12中的至少2、3、4或5个可以是饱和C15-C22烷基。
在其他实施方案中，R12中的至少一个可以是饱和C12烷基。在更进一步的实施方案中，R12中的至少2、3、4或5个可以是饱和C12烷基。
在其他实施方案中，R12中的至少一个可以是饱和C18烷基。在更进一步的实施方案中，R12中的至少2、3、4或5个可以是饱和C18烷基。
在式(III)的聚合物盐的一些实施方案中，至少一个R9可以是R8，或者至少两个、三个或四个R9可以是R8。在一些实施方案中，式(III)的阳离子盐可包含至少三个取代的烷基三烷基季铵基团。在其他实施方案中，可存在至少四个、五个或六个季铵基团。在一些实施方案中，季铵基团可以不在聚合物盐的主链或骨架中，而是仅在分支或侧链上。
在如本文所述的任何聚合物盐中，聚合物盐可以在聚合物盐的主链内不具有任何烷基-季铵。例如，聚合物盐在聚合物盐的主链内可以不具有任何-N(CH3)(CH3)-氮。此外，聚合物盐在聚合物盐的主链(即骨架)内可以不具有任何取代。
在某些实施方案中，阳离子聚合物的组合物可进一步包含载体。在一些实施方案中，提供表面活性剂组合物，并且表面活性剂组合物可包含阳离子聚合物盐和载体，例如含水载体。
合适的载体可包括但不限于水、醇、芳烃、亚烷基二醇、亚烷基二醇烷基醚或其组合。例如，合适的载体包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、单乙二醇、乙二醇单丁醚、己二醇或其组合。
阳离子聚合物盐的制备可以方便地通过使多胺或聚亚烷基亚胺或其任何组合与取代的烷基三烷基季铵盐在至少约7.5的pH下反应以形成聚合物盐来进行。作为反应物的多胺或聚亚烷基亚胺与取代的烷基三烷基季铵盐的摩尔比可以为1：1至1：100、1：1至1：90、1：1至1：80、1：1至1：70、1：1至1:60、1：1至1:50、1：1至1：45、1：1至1:40、1：1至1:35、1：1至1:30、1：1至1：25、1：1至1:20、1：1至1：15、1：1至1:10、1：1至1：9、1：1至1：8、1：1：1：7、1：1至1：6、1：1至1：5、1：1至1：4、1：1至1：3或1：1至1：2。可以将反应混合物搅拌并加热至约50-100℃约2至6小时。可加入碱以保持pH至少约7.5。例如，可以将反应物加入反应器中的水溶液中，同时监测水溶液的pH直至反应完成，并调节水性介质的pH以保持水溶液的pH值等于或大于大约7.5。
例如，可以将亚烷基胺如二亚乙基三胺和取代的烷基三烷基季铵盐如3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵加入到装有机械搅拌器、温度计、温度控制器、冷凝器和加料漏斗的反应容器中。搅拌反应混合物并温和加热至约60℃。连续监测反应的pH值。将诸如氢氧化钠(50％水溶液)的碱缓慢加入反应容器中，并将温度保持恒定在约60℃。测量反应溶液的pH值并保持恒定在约7.5以上。将反应温度升至约85℃并保持恒定约5小时。
作为另一个例子，聚亚烷基亚胺如聚亚乙基亚胺和取代的烷基三烷基季铵盐如3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵可加入到装有机械搅拌器、温度计、温度控制器、冷凝器和加料漏斗的反应容器中。搅拌反应混合物并温和加热至约60℃。连续监测反应的pH值。将诸如氢氧化钠(50％水溶液)的碱缓慢加入反应容器中，并将温度保持恒定在约60℃。测量反应溶液的pH值并保持恒定在约7.5以上。将反应温度升至约85℃并保持恒定约5小时。
本文所述的聚合物盐通常是无规聚合物，其中衍生自多胺、聚亚烷基亚胺和取代的烷基三烷基季铵盐的结构单元的确切顺序不是预先确定的。
聚合物盐通常是混合物的反应产物，其也可含有未化学结合到聚合物中的组分。对于那些在混合物中含有不打算掺入聚合物中的其它组分的反应产物，这些另外的组分通常包括溶剂、pH调节剂、缓冲剂和/或本领域技术人员已知的其他组分。
如本文所述的阳离子聚合物盐可用作阳离子表面活性剂，并且可替代常规清洁剂和其它制剂中的常规季铵阳离子表面活性剂。
在一些实施方案中，通过凝胶渗透色谱法测量的本文所述的阳离子聚合物盐的重均分子量可以为约200gm/mol至约1,000,000gm/mol。在一些实施方案中，聚合物盐的重均分子量可以为约500gm/mol至约100,000gm/mol、约500gm/mol至约50,000gm/mol、约500gm/mol至约40,000gm/mol、约500gm/mol至约30,000gm/mol、约5,000gm/mol至约30,000gm/mol、约10,000gm/mol至约30,000gm/mol、约500gm/mol至约约20,000gm/mol、约500gm/mol至约10,000gm/mol、或约500gm/mol至约5,000gm/mol。
在一些实施方案中，提供了一种用于控制表面或工艺用水中的微生物的方法，其包括将组合物添加到表面或工艺用水中。该组合物可包括式III的阳离子聚合物，如上所示，其中每个R6可以独立地是C2-C6亚烷基；每个R7可以独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8可以独立地为氢或每个R9可以独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13可以为C1-C6烷基；n可以是1到100的整数；每个X-可以独立地是阴离子。
在其他实施方案中，提供了一种用于控制表面或工艺用水中的微生物的方法，其包括将组合物添加到表面或工艺用水。该组合物可包括如上所示的式III的阳离子聚合物，其中每个R6可以是C2亚烷基；每个R7可以独立地为-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；每个R8可以为每个R9可以独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；R13可以为C1-C6烷基；n可以是1到100的整数；每个X-可以独立地是阴离子。
在某些实施方案中，组合物可包含不同阳离子聚合物盐的混合物。在一些实施方案中，提供了抗微生物组合物。抗微生物组合物可包含式(III)的阳离子聚合物盐和水性载体。
合适的载体可包括但不限于水、醇、芳烃、亚烷基二醇、亚烷基二醇烷基醚或其组合。例如，合适的载体包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、单乙二醇、乙二醇单丁醚或其组合。
在一些实施方案中，添加到表面或工艺用水中的组合物可包括阳离子聚合物盐，例如化合物1、化合物2、化合物3或化合物4。
在一些实施方案中，添加到表面或工艺用水中的组合物可包括化合物1。化合物1包括五个季胺基团，其中五个中的四个包含饱和C12烷基。
在某些实施方案中，组合物包含杀生物剂、载体和阳离子聚合物盐，其选自化合物1、化合物2、化合物3、化合物4、化合物5、化合物6、化合物7、化合物8、化合物9、化合物10、化合物11、化合物12、化合物13或其任何组合。在某些实施方案中，组合物包含杀生物剂、载体和选自化合物14、化合物15或化合物16的阳离子聚合物盐。在一些实施方案中，组合物可以由式III的阳离子聚合物盐组成。在一些实施方案中，组合物可以由式III的阳离子聚合物盐和水组成。在一些实施方案中，组合物可以由式III的阳离子聚合物盐、水和杀生物剂组成。
适合使用的杀生物剂可以是氧化或非氧化的杀生物剂。氧化杀生物剂包括但不限于漂白剂、氯、溴、二氧化氯和能够释放氯和溴的物质。非氧化性杀生物剂包括但不限于戊二醛、异噻唑啉、2,2-二溴-3-次氮基丙酰胺、2-溴-2-硝基丙烷-1,3二醇、1-溴-1-(溴甲基)-1,3-丙二腈、四氯间苯二甲腈、烷基二甲基苄基氯化铵、二甲基二烷基氯化铵、二癸基二甲基氯化铵、聚(氧乙烯(二甲基亚氨基)亚乙基(二甲基亚氨基)二氯乙烷、亚甲基双硫氰酸酯、2-癸基硫代乙胺、四羟基甲基硫酸鏻、二硫代氨基甲酸酯、氰基二硫代亚氨基碳酸酯、2-甲基-5-硝基咪唑-1-乙醇、2-(2-溴-2-硝基乙烯基)呋喃、β-溴-β-硝基苯乙烯、β-硝基苯乙烯、β-硝基乙烯基呋喃、2-溴-2-溴甲基戊二腈、二(三氯甲基)砜、S-(2-羟丙基)硫代甲烷磺酸盐、四氢-3,5-二甲基-2H-1,3,5-肼-2-硫酮、2-(硫氰基甲硫基)苯并噻唑、2-溴-4'-羟基苯乙酮、1,4-双(溴乙酰氧基)-2-丁烯、双(三丁基锡)氧化物、2-(叔丁基氨基)-4-氯-6-(乙基氨基)-s-三嗪、十二烷基胍乙酸盐、十二烷基胍盐酸盐、椰油烷基二甲基胺氧化物、n-椰油烷基三亚甲基二胺、四烷基氯化鏻、7-氧杂二环[2.2.1]庚烷-2,3-二羧酸、4,5-二氯-2-正辛基-4-异噻唑啉-3-酮、5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮和2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮。
在其他实施方案中，可以在需要时添加腐蚀抑制剂以减少工业水系统中金属的腐蚀。用于多金属保护的腐蚀抑制剂通常是三唑，例如但不限于苯并三唑、卤代三唑和硝基取代的唑。
在一些实施方案中，可以加入分散剂以保持工业水系统的水中存在的颗粒物质分散，从而在清洁和消毒过程中它不会聚集并导致结垢。聚合物分散剂可以是丙烯酸、聚马来酸、丙烯酸与磺化单体的共聚物和它们的烷基酯。这些聚合物可包括丙烯酸、丙烯酰胺和磺化单体的三元共聚物。这些聚合物还可包括由丙烯酸和三种其他单体组成的四聚体。
在其他实施方案中，提供了一种通过向工艺用水或表面添加包含式III的阳离子聚合物盐的组合物来控制工艺用水或表面上的微生物的方法。在其他实施方案中，该方法可以包括将组合物添加到表面或工艺用水中，其包括式III的阳离子聚合物盐，其中n可以大于1并且每个R7可以独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2。阳离子聚合物盐可以作为含水组合物或作为干粉加入到表面或工艺用水中。阳离子聚合物盐可以连续添加，或者可以在需要更多抗微生物活性时间歇添加。
在其他实施方案中，组合物中的阳离子聚合物盐可以是化合物1、化合物2、化合物3、化合物4、化合物5、化合物6、化合物7、化合物8、化合物9、化合物10、化合物11、化合物12、化合物13、化合物14、化合物15或其任意组合。化合物5-13的化学结构如下在实施例中显示。
在一些实施方案中，阳离子聚合物盐可以以约1ppm至约1000ppm的量加入到工艺用水中。在其他实施方案中，工艺用水中加入的阳离子聚合物盐的量可以为约5ppm至约100ppm、约5ppm至约50ppm、约5ppm至约40ppm、约5ppm至约30ppm、约10ppm至约60ppm、约10ppm至约50ppm、约10ppm至约40ppm、约10ppm至约30ppm、约20ppm至约60ppm、约20ppm至约50ppm、约20ppm至约40ppm、或约20ppm至约30ppm。在一些实施方案中，阳离子聚合物盐可以加入到工艺用水中，加入量为约100ppm至约1000、约125至约1000、约250至约1000、或约500至约1000。
在一些实施方案中，该方法可用于清洁和消毒任何工业水系统中的表面或工艺用水。这些工业用水系统可包括但不限于冷却水系统，包括开放式再循环系统、封闭式和直流式冷却水系统，锅炉和锅炉水系统，石油井系统、井下地层、地热井和其他油田应用，矿物清洗系统，浮选和精选系统，造纸厂蒸煮器，洗衣机，漂白设备，库存箱，白水系统，造纸机表面，纸浆工业中的黑液蒸发器，气体洗涤器和空气清洗器，冶金工业中的连续铸造工艺，空调和制冷系统，工业和石油工艺用水，间接接触冷却和加热水，水回收系统，水净化系统，膜过滤水系统，食品加工流线(肉类、蔬菜、甜菜、甘蔗、谷物、家禽、水果和大豆)，废物处理系统，澄清剂，液体-固体应用，市政污水处理，市政供水系统，饮用水系统，含水层，水箱，喷水灭火系统和热水器。
在一些实施方案中，工业用水系统可以是冷却水系统、包括开放式再循环、封闭和直流冷却水系统、造纸机表面、食品加工流线、废物处理系统和饮用水系统。
在更进一步的实施方案中，处理工艺用水的方法可包括使工艺用水中的孢子或嗜热菌与组合物接触的步骤。该组合物可部分灭活或杀死孢子或嗜热菌。在其他实施方案中，该方法可包括使工艺用水中的细菌与组合物接触的步骤。该组合物可杀死细菌或部分杀死工艺用水中的细菌或微生物。
在另一个实施方案中，该方法中使用的组合物可包含杀生物剂。杀生物剂可以是上面列出的任何一种或其他已知的试剂。组合物中杀生物剂的量可以是有效量，其提供对过程中微生物的充分控制。
本发明的另一方面是一种用于抑制表面腐蚀的组合物。该组合物包含如本文所述的阳离子聚合物盐和包含下述的组分：有机溶剂、腐蚀抑制剂、有机硫化合物、沥青质抑制剂、石蜡抑制剂、阻垢剂、乳化剂、水澄清剂、分散剂、破乳剂、气体水合物抑制剂、杀生物剂、pH调节剂、表面活性剂或其组合。
该组合物可包含例如约0.1-约20wt.％的一种或多种阳离子聚合物盐和约80-约99.9wt.％的所述组分；约0.1-约20wt.％的一种或多种阳离子聚合物盐、约1-约60wt.％的所述组分和约20-约98.9wt.％的水；约10至约20wt.％的一种或多种阳离子聚合物盐、约30-约40wt.％的所述组分和约40-约60wt.％的水；或约15-约20wt.％的一种或多种阳离子聚合物盐、约1-约10wt.％的所述组分和约70-约84wt.％的水。
组合物的组分可包含有机溶剂。组合物可包含约1-80wt.％、约5到约50wt.％，或约10-35wt.％的一种或多种有机溶剂，这基于组合物的总重量。有机溶剂可包括醇、烃、酮、醚、亚烷基二醇、二醇醚、酰胺、腈、亚砜、酯或其组合。合适的有机溶剂的实例包括但不限于甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-乙基己醇、己醇、辛醇、癸醇、2-丁氧基乙醇、亚甲基二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二丁醚、戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷、癸烷、十二烷、柴油、甲苯、二甲苯、重芳烃石脑油、环己酮、二异丁基酮、二乙醚、碳酸亚丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或其组合。
除所述组分外，组合物还可包含水。
除一种或多种阳离子聚合物盐外，组合物的组分还可包含腐蚀抑制剂。组合物可包含约0.1-20wt.％、0.1-10wt.％、或0.1-5wt.％的一种或多种另外的腐蚀抑制剂，这基于组合物的总重量。基于组合物的总重量，本发明的组合物可包含0-10重量％的一种或多种另外的腐蚀抑制剂。该组合物可包含1.0wt.％、1.5wt.％、2.0wt.％、2.5wt.％、3.0wt.％、3.5wt.％、4.0wt.％、4.5wt.％、5.0wt.％、5.5wt.％、6.0wt.％、6.5wt.％、7.0wt.％、7.5wt.％、8.0wt.％、8.5wt.％、9.0wt.％、9.5wt.％、10.0wt.％、10.5wt.％、11.0wt.％、11.5wt.％、12.0wt.％、12.5wt.％、13.0wt.％、13.5wt.％、14.0wt.％、14.5wt.％、或15.0wt.％的一种或多种另外的腐蚀抑制剂，这基于组合物的总重量。每个体系可以有其自身的要求，并且组合物中一种或多种另外的腐蚀抑制剂的重量百分比可以因随其使用的体系而变化。
一种或多种另外的腐蚀抑制剂可包含咪唑啉化合物、季铵化合物、吡啶鎓化合物或其组合。
一种或多种腐蚀抑制剂组分可包含咪唑啉。咪唑啉可以是，例如，衍生自二胺例如乙二胺(EDA)、二亚乙基三胺(DETA)、三亚乙基四胺(TETA)等，和长链脂肪酸例如妥尔油脂肪酸(TOFA)的咪唑啉。咪唑啉可以是式(1A)的咪唑啉或咪唑啉衍生物。代表性咪唑啉衍生物包括式(2A)的咪唑啉鎓化合物或式(3A)的双季铵化合物。
一种或多种腐蚀抑制剂组分可包括式(1A)的咪唑啉：
其中R10a为C1-C20烷基或C1-C20烷氧基烷基；R11a为氢、C1-C6烷基、C1-C6羟烷基或C1-C6芳基烷基；R12a和R13a独立地为氢或C1-C6烷基。优选地，咪唑啉包括R10a，其是妥尔油脂肪酸(TOFA)中典型的烷基混合物，并且R11a、R12a和R13a各自均为氢。
一种或多种腐蚀抑制剂组分可包括式(2A)的咪唑啉鎓化合物：
其中R10a是C1-C20烷基或C1-C20烷氧基烷基；R11a和R14a独立地为氢、C1-C6烷基、C1-C6羟烷基或C1-C6芳基烷基；R12a和R13a独立地为氢或C1-C6烷基；并且X-是卤离子(例如氯离子、溴离子或碘离子)、碳酸根、磺酸根、磷酸根、或有机羧酸的阴离子(例如乙酸根)。优选地，咪唑啉鎓化合物包括1-苄基-1-(2-羟乙基)-2妥尔油-2咪唑啉鎓氯化物。
一种或多种腐蚀抑制剂可包含具有式(3A)的双季铵化合物：
其中：
R1a和R2a各自独立地是具有1至约29个碳原子的未取代的支化、链或环烷基或烯基；具有1至约29个碳原子的部分或完全氧化、硫化和/或磷酸化的支化、链或环烷基或烯基；或其组合；
R3a和R4a各自独立地是具有1至约29个碳原子的未取代的支化、链或环亚烷基或亚烯基；具有1至约29个碳原子的部分或完全氧化、硫化和/或磷酸化的支化、链或环亚烷基或亚烯基；或其组合；
L1和L2各自独立地为不存在、H、-COOH、-SO3H、-PO3H2、-COOR5a、-CONH2、-CONHR5a或--CON(R5a)2。
R5a各自独立地为支链的或无支链的烷基、芳基、烷基芳基、烷基杂芳基、环烷基或杂芳基，其具有1至约10个碳原子；
n为0或1，并且当n为0时，L2不存在或为H；
x为1至约10；和
y为1到大约5。优选地，R1a和R2a各自独立地为C6-C22烷基、C8-C20烷基、C12C18烷基、C16-C18烷基或其组合；R3a和R4a为C1-C10亚烷基、C2C8亚烷基、C2-C6亚烷基或C2-C3亚烷基；n为0或1；x为2；y为1；R3和R4为-C2H2-；L1为-COOH、-SO3H或-PO3H2；并且L2不存在，为H、-COOH、-SO3H或-PO3H2。例如，R1a和R2a可以衍生自妥尔油脂肪酸混合物，并且主要是C17H33和C17H31的混合物，或者可以是C16-C18烷基；R3a和R4a可以是C2-C3亚烷基，例如-C2H2-；n为1且L2为-COOH或n为0且L2不存在或为H；x为2；y为1；R3a和R4a为-C2H2-；并且L1为-COOH。
应当理解，对于式(3A)的每个基团指定的碳原子数是指碳原子的主链，不包括取代基可以贡献的碳原子。
一种或多种另外的腐蚀抑制剂可包含具有式(3A)的双季铵化咪唑啉化合物，其中R1a和R2a各自独立地为C6-C22烷基、C8-C20烷基、C12-C18烷基或C16-C18烷基或其组合；R4a是C1-C10亚烷基、C2-C8亚烷基、C2-C6亚烷基或C2-C3亚烷基；x是2；y是1；n为0；L1为-COOH、-SO3H或-PO3H2；以及L2不存在或是H。优选地，双季铵化合物具有式(3A)，其中R1a和R2a各自独立地为C16-C18烷基；并且R4a是-C2H2-；x是2；y是1；n为0；L1为-COOH、-SO3H或-PO3H2以及L2不存在或是H。
一种或多种另外的腐蚀抑制剂可为式(4A)的季铵化合物：
其中R1a、R2a和R3a独立地是C1-C20烷基，R4a是甲基或苄基，并且X-为卤离子或甲硫酸根。
合适的烷基、羟烷基、烷芳基、芳烷基或芳基季胺盐包括式[N+R5aR6aR7aR8a][X-]的那些烷芳基、芳烷基和芳基季胺盐，其中R5a、R6a、R7a和R8a含有1-18个碳原子，X为Cl、Br或I。对于季盐，R5a、R6a、R7a和R8a可各自独立地为烷基(例如C1-C18烷基)、羟烷基(例如C1-C18羟烷基)、和烷芳基(例如苄基)。具有烷基或烷芳基卤化物的单环或多环芳族胺盐包括式[N+R5aR6aR7aR8a][X-]的盐，其中R5a、R6a、R7a和R8a含有1-18个碳原子和至少一个芳基，并且X为Cl、Br或I。
合适的季铵盐包括但不限于四甲基铵盐、四乙基铵盐、四丙基铵盐、四丁基铵盐、四己基铵盐、四辛基铵盐、苄基三甲基铵盐、苄基三乙基铵盐、苯基三甲基铵盐、苯基三乙基铵盐、鲸蜡基苄基二甲基铵盐、十六烷基三甲基铵盐、二甲基烷基苄基季铵盐、单甲基二烷基苄基季铵盐，或三烷基苄基季铵盐，其中烷基具有约6至约24个碳原子，约10至约18个碳原子，或约12至约16个碳原子。季铵盐可以是苄基三烷基季铵盐、苄基三乙醇胺季铵盐，或苄基二甲基氨基乙醇胺季铵盐。
一种或多种另外的腐蚀抑制剂组分可包含吡啶鎓盐，例如由式(5A)表示的那些：
其中R9a为烷基、芳基或芳烷基，其中所述烷基具有1至约18个碳原子，X-为卤离子，例如氯离子、溴离子或碘离子。这些化合物中有烷基吡啶鎓盐和烷基吡啶鎓苄基季铵化合物。示例性化合物包括甲基吡啶鎓氯化物、乙基吡啶鎓氯化物、丙基吡啶鎓氯化物、丁基吡啶鎓氯化物、辛基吡啶鎓氯化物、癸基吡啶鎓氯化物、月桂基吡啶氯化物、鲸蜡基吡啶鎓氯化物、苄基吡啶鎓氯化物和烷基苄基吡啶鎓氯化物，优选其中烷基为C1-C6烃基。优选地，吡啶鎓化合物包括苄基吡啶鎓氯化物。
一种或多种另外的腐蚀抑制剂组分可包括附加腐蚀抑制剂，例如磷酸酯、单体或低聚脂肪酸，或烷氧基化胺。
一种或多种腐蚀抑制剂组分可包含磷酸酯。合适的单-、二-和三-烷基以及烷基芳基磷酸酯和单、二和三乙醇胺的磷酸酯通常含有1至约18个碳原子。优选的单-、二-和三-烷基磷酸酯，烷芳基或芳烷基磷酸酯是通过使C3-C18脂肪醇与五氧化二磷反应制备的那些。磷酸酯中间产物将其酯基与磷酸三乙酯互换，产生更广泛的烷基磷酸酯分布。
或者，磷酸酯可以通过与烷基二酯、低分子量烷基醇或二醇的混合物混合来制备。低分子量烷基醇或二醇优选包括C6至C10醇或二醇。此外，优选含有一个或多个2羟乙基的多元醇的磷酸酯及其盐，和通过使多磷酸或五氧化二磷与羟胺如二乙醇胺或三乙醇胺反应得到的羟胺磷酸酯。
一种或多种腐蚀抑制剂组分可包括单体或低聚脂肪酸。优选的单体或低聚脂肪酸是C14-C22饱和和不饱和脂肪酸以及通过聚合一种或多种此类脂肪酸获得的二聚物、三聚物和低聚物产物。
一种或多种腐蚀抑制剂组分可包含烷氧基化胺。烷氧基化胺可以是乙氧基化烷基胺。烷氧基化胺可以是乙氧基化牛脂胺。
组合物的组分可包含有机硫化合物，例如巯基烷基醇、巯基乙酸、巯代乙酸、3,3'-二硫代二丙酸、硫代硫酸钠、硫脲、L-半胱氨酸、叔丁基硫醇、硫代硫酸钠、硫代硫酸铵、硫氰酸钠、硫氰酸铵、偏亚硫酸氢钠、或其组合。优选地，巯基烷基醇包含2-巯基乙醇。这些化合物用作组合物中的增效剂。基于组合物的总重量，有机硫化合物可以占组合物的0.5至15重量％，优选约1至约10重量％，更优选约1至约5重量％。有机硫化合物可以占组合物的1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14或15wt％。
组合物的组分可进一步包括破乳剂。优选地，破乳剂包括烷氧基化聚合物，例如聚亚烷基二醇。基于组合物的总重量，破乳剂可以占组合物的约0.1-10重量％、约0.5-5重量％或约0.5-4重量％。破乳剂可以占组合物的0.5、1、1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5或5wt％。
组合物的组分可包括沥青质抑制剂。基于组合物的总重量计，组合物可包含约0.1至10重量％，约0.1至5重量％，或约0.5至4重量％的沥青质抑制剂。合适的沥青质抑制剂包括但不限于脂族磺酸；烷基芳基磺酸；芳基磺酸盐；木质素磺酸盐；烷基酚/醛树脂和类似磺化树脂；聚烯烃酯；聚烯烃酰亚胺；具有烷基、亚烷基苯基或亚烷基吡啶基官能团的聚烯烃酯；聚烯烃酰胺；具有烷基、亚烷基苯基或亚烷基吡啶基官能团的聚烯烃酰胺；具有烷基、亚烷基苯基或亚烷基吡啶基官能团的聚烯烃酰亚胺；烯基/乙烯基吡咯烷酮共聚物；聚烯烃与马来酸酐或乙烯基咪唑的接枝聚合物；超枝聚酯酰胺；聚烷氧基化沥青烯；两性脂肪酸；丁二酸烷基酯的盐、脱水山梨糖醇单油酸酯；和聚异丁烯丁二酸酐。
组合物的组分可包括石蜡抑制剂。基于组合物的总重量，，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.1-约5wt.％或约0.5-约4wt.％的石蜡抑制剂的％。合适的石蜡抑制剂包括但不限于石蜡晶体调节剂和分散剂/晶体改性剂组合。合适的石蜡晶体调节剂包括但不限于丙烯酸烷基酯共聚物、丙烯酸烷基酯乙烯基吡啶共聚物、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、马来酸酐酯共聚物、分枝聚乙烯、萘、蒽、微晶蜡和/或沥青烯。合适的分散剂包括但不限于十二烷基苯磺酸盐、烷氧基化烷基酚和烷氧基化烷基酚树脂。
组合物的组分可包括阻垢剂。基于组合物的总重量，组合物可包含约0.1-20wt.％、约0.5-10wt％、或约1-约10wt％的阻垢剂。合适的阻垢剂包括(但不限于)磷酸盐、磷酸酯、磷酸、膦酸盐、膦酸、聚丙烯酰胺、丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸/丙烯酸共聚物(AMPS/AA)的盐、亚膦酸化马来酸共聚物(PHOS/MA)和聚马来酸/丙烯酸/丙烯酰胺基甲基丙烷磺酸三元共聚物(PMA/AA/AMPS)的盐。
组合物的组分可包括乳化剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.5至约5wt.％或约0.5到约4wt.％的乳化剂。合适的乳化剂包括但不限于羧酸盐、羧酸或羧酸酐与胺之间的酰化反应的产物和糖的烷基、酰基和酰胺衍生物(烷基-糖乳化剂)。
组合物的组分可包括水澄清剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.5至约5wt.％或约0.5到约4wt.％的水澄清剂。合适的水澄清剂包括(但不限于)无机金属盐，如矾、氯化铝以及氢氯酸铝；或有机聚合物，如丙烯酸类聚合物、丙烯酰胺类聚合物、聚合胺、烷醇胺、硫代氨基甲酸酯；和阳离子聚合物，如氯化二烯丙基二甲基铵(DADMAC)。
组合物的组分可包括分散剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.5至约5wt.％或约0.5到约4wt.％的分散剂。合适的分散剂包括但不限于具有2-50个碳的脂肪族膦酸，如羟基乙基二膦酸，和氨基烷基膦酸，例如具有2-10个N原子的聚氨基亚甲基膦酸盐，例如各自带有至少一个亚甲基膦酸基团；后者的实例是乙二胺四(亚甲基膦酸盐)、二亚乙基三胺五(亚甲基膦酸盐)以及在每一个N原子之间具有2-4个亚甲基的三胺聚亚甲基膦酸盐和四胺聚亚甲基膦酸盐，每一膦酸盐中的亚甲基数目中的至少2个不同。其它合适的分散剂包括木质素或木质素衍生物，如木质素磺酸盐，和萘磺酸和衍生物。
组合物的组分可包括破乳剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.5至约5wt.％或约0.5到约4wt.％的破乳剂。合适的破乳剂包括但不限于十二烷基苯甲基磺酸(DDBSA)；二甲苯磺酸(NAXSA)的钠盐；环氧化化合物和丙氧基化化合物；阴离子阳离子和非离子表面活性剂；和树脂，如酚类树脂和环氧树脂。
组合物的组分可包括硫化氢清除剂。基于组合物的总重量计，组合物可包含约1至50重量％，约1至40重量％，或约1至30重量％的硫化氢清除剂。合适的附加硫化氢清除剂包括(但不限于)氧化剂(例如无机过氧化物，如过氧化钠或二氧化氯)；醛(例如具有1-10个碳，如甲醛、乙二醛、戊二醛、丙烯醛或甲基丙烯醛)；三嗪(例如单乙醇胺三嗪、单甲胺三嗪以及来自多种胺或其混合物的三嗪)；仲胺或叔胺和醛的缩合产物，及烷基醇和醛的缩合产物。
组合物的组分可包括气体水合物抑制剂。基于组合物的总重量，组合物可包含约0.1-25wt.％、约0.5-20wt％、或约1-10wt％的气体水合物抑制剂。合适的气体水合物抑制剂包括但不限于热力学水合物抑制剂(THI)、动力学水合物抑制剂(KHI)和抗聚结物(AA)。合适的热力学水合物抑制剂包括但不限于氯化钠、氯化钾、氯化钙、氯化镁、溴化钠、甲酸盐(formate brine)(例如，甲酸钾)、多元醇(如葡萄糖、蔗糖、果糖、麦芽糖、乳糖、葡糖酸盐、单乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、单丙二醇、二丙二醇、三丙二醇、四丙二醇、单丁二醇、二丁二醇、三丁二醇、甘油、二甘油、三甘油以及糖醇(例如，山梨糖醇、甘露糖醇))、甲醇、丙醇、乙醇、二醇醚(如二乙二醇单甲醚、乙二醇单丁醚)和醇的烷基或环状酯(如乳酸乙酯、乳酸丁酯、苯甲酸甲基乙酯)。
组合物的组分可包括动力学水合物抑制剂。基于组合物的总重量，组合物可包含约0.1-25wt.％、约0.5-20wt％、或约1-10wt％的动力学水合物抑制剂。合适的动力学水合物抑制剂和抗聚结物包括(但不限于)聚合物和共聚物、多糖(如羟基-乙基纤维素(HEC)、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、淀粉衍生物以及黄原胶)、内酰胺(如聚乙烯己内酰胺、聚乙烯基内酰胺)、吡咯烷酮(如各种分子量的聚乙烯吡咯烷酮)、表面活性剂(如脂肪酸盐、乙氧基化醇、丙氧基化醇、脱水山梨糖醇酯、乙氧基化脱水山梨糖醇酯、脂肪酸的聚甘油酯、烷基葡糖苷、烷基聚葡糖苷、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐、烷基酯磺酸盐、烷基芳香族磺酸盐、烷基甜菜碱、烷基酰氨基甜菜碱)、烃类分散剂(如木质素磺酸盐、亚氨基二丁二酸盐、聚天冬氨酸盐)、氨基酸和蛋白质。
组合物的组分可包括杀生物剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.5至约5wt.％或约0.5到约4wt.％的杀生物剂。合适的杀生物剂包括但不限于氧化杀生物剂和非氧化杀生物剂。合适的非氧化杀生物剂包括例如醛(例如甲醛、戊二醛以及丙烯醛)、胺型化合物(例如季胺化合物和椰油二胺)、卤化化合物(例如2-溴-2-硝基丙-3-二醇和2-2-二溴-3-氮基丙酰胺(DBNPA))、硫化合物(例如异噻唑酮、氨基甲酸酯以及甲硝哒唑)、和季鏻盐(例如四(羟甲基)硫酸鏻(THPS))。合适的氧化杀生物剂包括例如次氯酸钠、三氯异氰尿酸、二氯异氰尿酸、次氯酸钙、次氯酸锂、氯化乙内酰脲、稳定化次溴酸钠、活化溴化钠、溴化乙内酰脲、二氧化氯、臭氧和过氧化物。
组合物的组分可包括pH调节剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-20wt.％、约0.5至约10wt.％或约0.5到约5wt.％的pH调节剂。合适的pH调节剂包括但不限于碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱金属碳酸氢盐、碱土金属氢氧化物、碱土金属碳酸盐、碱土金属碳酸氢盐以及其混合物或组合。示例性pH调节剂包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氧化钙、碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠、碳酸氢钾、氧化镁和氢氧化镁。
组合物的组分可包括表面活性剂。基于组合物的总重量，所述组合物可包含约0.1-10wt.％、约0.5至约5wt.％或约0.5到约4wt.％的表面活性剂。合适的表面活性剂包括但不限于阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。阴离子表面活性剂包括烷基芳基磺酸盐、烯烃磺酸盐、链烷烃磺酸盐、醇硫酸盐、醇醚硫酸盐、烷基羧酸盐和烷基醚羧酸盐，以及烷基和乙氧基化烷基磷酸酯，以及单烷基和二烷基磺化丁二酸盐和磺化琥珀酰胺酸盐。非离子表面活性剂包括醇烷氧基化物；烷基酚烷氧基化物；乙烯、丙烯和丁烯氧化物的嵌段共聚物；烷基二甲胺氧化物；烷基-双(2-羟乙基)胺氧化物；烷基酰胺丙基二甲胺氧化物；烷基酰胺丙基-双(2-羟乙基)胺氧化物；烷基聚葡糖苷；聚烷氧基化甘油酯；脱水山梨糖醇酯和聚烷氧基化脱水山梨糖醇酯；以及烷酰基聚乙二醇酯和二酯。也包括甜菜碱和磺基甜菜碱、两性表面活性剂例如烷基两性乙酸盐和两性二乙酸盐、烷基两性丙酸盐和丙酸二丙酸盐、以及烷基亚氨基二丙酸盐。
根据本发明制备的腐蚀抑制剂组合物还可包括提供有益特性的附加功能剂或添加剂。例如，附加试剂或添加剂可以是螯合剂、增溶剂、润滑剂、缓冲剂、清洁剂、漂洗助剂、防腐剂、粘合剂、增稠剂或其他粘度调节剂、加工助剂、载体、水调节剂、泡沫抑制剂或泡沫发生剂、阈值药剂或体系、美学增强剂(即染料、增味剂、香料)，或适合与腐蚀抑制剂组合物配制的其它添加剂，及其混合物。附加试剂或添加剂将根据所生产的特定腐蚀抑制剂组合物和如本领域普通技术人员将理解的其预期用途而变化。
或者，组合物可以不含任何附加试剂或添加剂。
另外，本发明的腐蚀抑制剂可以配制成包含下列组分的组合物。这些制剂包括所列组分的范围，并且可任选地包括其他试剂。下表中的值是重量百分比。
本发明的另一方面是一种抑制表面腐蚀的方法。该方法包括：使表面与阳离子聚合物盐接触以抑制表面上的腐蚀；使所述表面与包含所述阳离子聚合物盐和包含下述的组分的的组合物接触：有机溶剂、腐蚀抑制剂、有机硫化合物、沥青质抑制剂、石蜡抑制剂、阻垢剂、乳化剂、水澄清剂、分散剂、破乳剂、气体水合物抑制剂、杀生物剂、pH调节剂、表面活性剂或其组合，以抑制表面腐蚀；或者将所述化合物或所述组合物加入到与表面接触的流体中以抑制表面上的腐蚀。阳离子聚合物盐可以是一种或多种如本文所述的阳离子聚合物盐，例如化合物1-15。组合物可以是如本文所述的任何组合物。
聚合物盐/组合物可用于抑制油和气体应用中的腐蚀，例如通过用有效量的如本文所述的化合物或组合物处理气体或液体流。该化合物和组合物可用于需要抑制表面腐蚀的任何工业中。
聚合物盐/组合物可以用于水系统、冷凝物/油系统/气体系统或其任何组合中。例如，聚合物盐/组合物可用于控制热交换器表面上的水垢。
聚合物盐/组合物可以施用到原油或天然气的生产、运输、储存和/或分离中所制造或使用的气体或液体。
聚合物盐/组合物可以施用到燃煤工艺(如燃煤发电厂)中所使用或产生的气体流中。
聚合物盐/组合物可以施用到废水工艺、农场、屠宰厂、填埋场、城市废水厂、炼焦煤工艺或生物燃料工艺中所产生或使用的气体或液体中。
可以引入聚合物盐/组合物的流体可以是水性介质。水性介质可以包含水、气体和任选地液体烃。
可以引入聚合物盐/组合物的流体可以是液态烃。液体烃可以是任何类型的液体烃，包括但不限于原油、重油、处理过的残油、沥青油、焦化油、焦化瓦斯油、流体催化裂化器进料、瓦斯油、石脑油、流体催化裂化浆液、柴油燃料、燃油、喷射燃料、汽油以及煤油。
流体或气体可以是精炼烃产物。
用聚合物盐/组合物处理的流体或气体可处于任何所选择的温度下，如环境温度或高温。流体(例如液体烃)或气体可处于约40℃到约250℃的温度下。流体或气体可以处于-50℃到300℃、0℃到200℃、10℃到100℃、或20℃到90℃的温度下。流体或气体可处于22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃的温度下。流体或气体可处于85℃、86℃、87℃、88℃、89℃、90℃、91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃或100℃的温度下。
可以在各种含水量下将聚合物盐/组合物加入到流体中。例如，含水量可以是0％至100％体积/体积(v/v)，1％至80％v/v，或1％至60％v/v。流体可以是含有各种盐度的水性介质。流体可具有0％至25％、约1％至24％、或约10％至25％重量/重量(w/w)的总溶解固体(TDS)的盐度。
引入聚合物盐/组合物的流体或气体可以含于许多不同类型的设备中和/或暴露于其。举例来说，流体或气体可以含于将流体或气体从一个点输送到另一个点的设备，如油和/或气管道中。设备可以是油和/或气精炼厂的一部分，如管道、分离容器、脱水单元或气体管线。流体可以含于和/或暴露于用于油提取和/或生产的设备，如井口。设备可以是燃煤发电厂的一部分。设备可以是擦洗器(例如湿烟气脱硫器、喷雾干燥吸收器、干燥吸附剂注射器、喷雾塔、接触塔或泡罩塔等等)。设备可以是货船、储存容器、储料槽或连接槽、容器或处理单元的管道。
可以通过任何适当方法将聚合物盐/组合物引入流体或气体中以确保贯穿流体或气体而分散。
在烃流体接触表面之前，可以将聚合物盐/组合物加入烃流体中。
聚合物盐/组合物可以在需要防腐蚀和/或除去树脂(schmoo)的点上游的流动管线中的一点加入。
可以使用机械设备注射聚合物盐/组合物，所述机械设备如化学注射泵、管道T形件、注射配件、雾化器、管(quill)等等。
取决于应用和要求，可以在存在或不存在一种或多种其它极性或非极性溶剂下引入本发明的聚合物盐/组合物。
可以使用脐带管线(umbilical line)将聚合物盐/组合物泵送到油和/或气体管道中。毛细管注射系统可以用以将聚合物盐/组合物递送到所选择流体。
可以引入组合物的流体可以是水性介质。水性介质可以包含水、气体和任选地液体烃。可以引入聚合物盐/组合物的流体可以是液态烃。
可以将聚合物盐/组合物引入液体中并且混合。
聚合物盐/组合物可以作为水性或非水性溶液、混合物或浆液注入气体流中。
流体或气体可以通过包含聚合物盐/组合物的吸收塔。
聚合物盐/组合物可以施加到流体或气体上以提供任何选定的浓度。在实践中，通常将聚合物盐/组合物加入到流动管线中，以提供约0.01至约5,000ppm的所述化合物的有效处理剂量。聚合物盐/组合物可以应用于流体或气体，以提供约百万分之一(ppm)至约1,000,000ppm，约百万分之一(ppm)至约100,000ppm，或约10ppm至约75,000ppm的活性物质浓度。可以将聚合物盐/组合物应用于流体以提供约100ppm到约10,000ppm、约200ppm到约8,000ppm、或约500ppm到约6000ppm的活性物质浓度。活性物质浓度是指式(1)化合物的浓度。
聚合物盐/组合物可以应用于流体或气体，以提供0.1ppm、0.5ppm、1ppm、2ppm、5ppm、10ppm、20ppm、100ppm、200ppm、500ppm或1,000ppm的活性物质浓度。聚合物盐/组合物可以应用于流体或气体，以提供0.125ppm、0.25ppm、0.625ppm、1ppm、1.25ppm、2.5ppm、5ppm、10ppm或20ppm的活性物质浓度。每个系统可具有其自身的剂量水平要求，并且充分降低腐蚀速率的聚合物盐/组合物的有效剂量水平可随其使用的系统而变化。
聚合物盐/组合物可以连续、分批或其组合施用。聚合物盐/组合物剂量可以是连续的以防止腐蚀。聚合物盐/组合物的剂量可以是间歇的(即分批处理)，或者聚合物盐/组合物的剂量可以是连续的/保持的和/或间歇的以抑制腐蚀。
连续处理的剂量率通常为约10至约500ppm，或约10至约200ppm。间歇处理的剂量率通常为约10至约400,000ppm，或约10至约20,000ppm。聚合物盐/组合物可以作为丸剂施用于管道，提供高剂量(例如，20,000ppm)的组合物。
其中使用聚合物盐/组合物的流动管线的流速可以是0至100英尺/秒，或0.1至50英尺/秒。聚合物盐/组合物也可以与水一起配制，以便于添加到流动管线中。
表面可以是井筒或用于生产、运输、储存和/或分离原油或天然气等流体的设备的一部分。
更具体地，表面可以是在燃煤工艺、废水工艺、农场、屠宰厂、填埋场、城市废水厂、炼焦煤工艺或生物燃料工艺中使用的设备的一部分。优选地，表面可以是用于生产原油或天然气的设备的一部分。
该设备可包括管道、储存容器、井下注入管、流动管线或注入管线。
本发明的聚合物盐/组合物可用于抑制其他应用中的腐蚀。
聚合物盐/组合物可用于食品服务或食品加工工业中的容器、加工设备或设备的腐蚀抑制。聚合物盐/组合物特别适用于食品包装材料和设备，特别是冷或热无菌包装。可以使用聚合物盐/组合物的工艺设备的实例包括乳品线乳制品、连续酿造系统、食品加工生产线如可泵送食品系统和饮料生产线、器皿清洗机、低温器皿清洗机、餐具、瓶子洗涤机、瓶子冷冻机、加热器、第三洗涤槽、加工设备，如罐、桶、管道、泵和软管(例如，用于加工牛奶、奶酪、冰淇淋和其他乳制品的乳制品加工设备)和运输车辆。聚合物盐/组合物可用于抑制罐、管线、泵和用于制造和储存软饮料的其它设备中的腐蚀，并且还可用于装瓶或饮料容器中。
聚合物盐/组合物还可以用于其他工业设备上或其中和用于其他工业过程流中，例如加热器、冷却塔、锅炉、蒸馏水、漂洗水、无菌包装洗涤水等。聚合物盐/组合物可用于处理娱乐场用水中的表面，例如游泳池、温泉、娱乐用水槽、水滑梯、喷泉等。
聚合物盐/组合物可用于抑制与清洁剂接触的金属表面的腐蚀，用于在保洁和/或家政应用、食品加工设备、和/或工厂应用和洗衣应用中存在的表面。例如，根据本文公开的方法，可以抑制洗涤器，例如用于洗涤纺织品的隧道式洗涤器的腐蚀。
聚合物盐/组合物可以与低温盘和/或器皿消毒最终冲洗液、马桶清洁剂和洗衣漂白剂组合使用或施用。所述化合物、组合物和方法可用于处理用腐蚀性源清洁和/或消毒的金属表面，例如器皿。
本文公开的化合物、组合物和方法保护表面免受次氯酸盐漂白剂引起的腐蚀。一种方法可包括将腐蚀抑制剂聚合物盐/组合物提供到用次氯酸盐溶液处理的表面，以抑制由次氯酸盐溶液引起的腐蚀。该方法可包括制备本发明的腐蚀抑制剂组合物的含水使用组合物。该方法可以进一步包括接触由于与次氯酸盐溶液接触而需要腐蚀抑制的表面(例如硬金属表面)。
聚合物盐/组合物可以以本领域技术人员通常已知的任何合适方法分配。例如，可以使用喷雾型分配器，例如美国专利4,826,661、4,690,305、4,687,121、4,426,362和美国专利Re 32,763和32,818中公开的，其公开内容在此引入作为参考。喷雾型分配器的作用是通过在组合物的暴露表面上喷射水雾以溶解组合物的一部分，然后立即将包含组合物的浓缩溶液从分配器引导至储存容器或直接引导至使用位置。
聚合物盐/组合物可通过间歇或连续浸入水中来分配。然后，组合物可以例如以受控或预定的速率溶解。根据本文公开的方法，该速率可以有效地维持有效使用的溶解剂浓度。
实施例
提供以下非限制性实施例以进一步说明本发明的各个方面。除非另有说明，否则所有化学品均按从供应商接收的状态使用。
在D2O中制备阳离子聚合物盐的NMR样品。所有光谱均在25℃下获得。使用在配备有10毫米宽带碳探针或5毫米具有Z梯度的双通道质子探针的安捷伦500MHz光谱仪上执行的单脉冲序列收集定量质子(1H)和碳(13C)。用4-8次扫描获得1H光谱。用400-500次扫描获得13C光谱。使用MestReNova v.9(西班牙Mestrelab)处理和分析数据。
除非另有说明，否则使用残余溶剂峰作为参考，相对于TMS(四甲基硅烷)报告化学位移(ppm)。以下缩写用于表示多重性：s＝单重态；d＝双重态；t＝三重态；q＝四重态；m＝多重态；br＝宽峰。
阳离子表面活性剂的质谱分析在配备有四极作为离子过滤器和有电喷雾电离(ESI)源的Q-EXACTIVE Orbitrap高分辨率质谱仪(Thermo FisherScientific公司)上进行。将表面活性剂样品稀释至约100ppm，然后通过以10μL/分钟的流速注入质谱仪。以正ESI模式获得光谱；扫描范围：50-750m/z；分辨率：140k；AGC目标：36；鞘气流量：2(任意单位)；辅助气体流量：0(任意单位)；喷雾电压：2.5kV；毛细管温度：150℃；辅助燃气加热器温度：30℃；和S-Len RF电平：50。采集数据，并通过Xcalibur和FREESTYLE软件(Thermo FisherScientific)进行分析。
实施例1：具有甲基的多季阳离子表面活性剂的合成
将二亚乙基三胺(DETA，10.32克，0.10摩尔)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(156.7克，60.0％，0.50摩尔，(Sigma-Aldrich)加入500mL四颈圆底烧瓶中，该烧瓶配有机械搅拌器、温度计、温度控制器、冷凝器和加料漏斗。搅拌反应混合物并温和加热至60℃。连续监测反应的pH值。将氢氧化钠(50％水溶液)缓慢加入到反应烧瓶中，并将温度保持恒定在60℃。测量反应溶液的pH值并保持恒定在7.5以上。将反应温度升至85℃并保持恒定5小时。反应方案如下，其中R1、R2和R3是甲基，n是1：
13CNMR(500MHz，D2O，25℃)光谱显示在44-46ppm和58-59.3ppm处的化学位移，其归属于反应的DETA。47.5ppm的共振信号表示未反应的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵中的氯化亚甲基。基于甲基的54.5ppm的尖锐信号测定3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵的总量。每个DETA的平均电荷为4.8，与5个电荷的理论值一致。MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+394.275，实测值394.278；计算值[M-3Cl-]3+251.193，实测值251.195；计算值[M-4Cl-]4+179.655，实测值179.654；计算值[M-5Cl-]5+136.73，实测值136.73。
实施例2：具有月桂基的多季阳离子表面活性剂的合成
通过使二亚乙基三胺(DETA)和3-氯-2-羟丙基-十二烷基-二甲基氯化铵(来自QuabChemicals，Saddle Brook，NJ的QUAB 342TM)反应合成具有月桂基链的多季阳离子表面活性剂。将二亚乙基三胺(5.16克，0.05摩尔)和3-氯-2-羟丙基-十二烷基-二甲基氯化铵(222.66克，38.4重量％，0.25摩尔)加入到500mL四颈圆底烧瓶中，该烧瓶配有机械搅拌器、温度计、温度控制器、冷凝器和加料漏斗。搅拌反应混合物并温和加热至60℃。连续监测反应的pH值。将氢氧化钠(50％水溶液)缓慢加入到反应烧瓶中，并将温度保持恒定在60℃。测量反应溶液的pH值并保持恒定在7.5以上。将反应温度升至85℃并保持恒定5小时。
质谱数据显示反应产物含有以下的混合物：2季铵-2二甲基十二烷基氯化铵(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+321.83，实测值321.83)；3季铵-3二甲基十二烷基氯化铵(MS(ESI)：计算值[M-Cl-]+983.89，实测值983.89；计算值[M-2Cl-]2+474.46，实测值474.46；4季铵-4二甲基十二烷基氯化铵(MS(ESI)：计算值[M-Cl-]+1289.14，实测值1289.13，计算值[M-2Cl-]2+627.08，实测值627.08；计算值[M-3Cl-]3+406.40，实测值406.40；计算值[M-4Cl-]4+296.06，实测值296.06)；和5季铵-5二甲基十二烷基氯化铵(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+779.71，实测值779.71；计算值[M-3Cl-]3+508.15，实测508.48；计算值[M-4Cl-]4+372.37，实测值372.37)。0.050wt％水溶液下表面张力为63.63mN/m。
实施例3：具有不同烷基链的多季阳离子表面活性剂的合成
使用实施例1中所述的方法，通过二亚乙基三胺(DETA，10.32克，0.10摩尔)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(62.7克，60.0％，0.200摩尔)和3-氯-2-羟丙基-二甲基十二烷基氯化铵(267.2克，38.4重量％，0.30摩尔)(QUAB 342TM)反应，合成五季阳离子表面活性剂。
或者，可以使用具有不同摩尔比的3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵和3-氯-2-羟丙基-二甲基十八烷基氯化铵的混合物进行合成；然而，总共5摩尔的三烷基氯化铵保持不变。
使用实施例1中描述的方法，通过使三亚乙基四胺(TETA，12.2克，60重量％，0.05摩尔)和3-氯-2-羟基丙基二甲基十八烷基氯化铵(336.3克，38.0％，0.30摩尔；来自QuabChemicals,Saddle Brook,NJ的QUAB 426TM)在丙二醇(PP425,69.9克)中反应，合成六季阳离子表面活性剂。
确定在反应过程中改变水/丙二醇和水/丙二醇/PP425或水/己二醇的混合物之间的溶剂达到均相。此外，发现丙二醇和亚丙基二醇增加了具有长烷基链的多阳离子表面活性剂的水溶性。
使用二亚乙基三胺(1mol)、(3-氯-2-羟丙基)月桂基二甲基氯化铵(4mol)和(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵(1mol)合成化合物1。质谱确认化合物1的合成：计算值[M-2Cl-]2+702.62，实测值703.62；计算值[M-3Cl-]3+456.76，实测值457.09。
使用二亚乙基三胺(1mol)、(3-氯-2-羟丙基)月桂基二甲基氯化铵(3mol)和(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵(2mol)合成化合物2。质谱确认化合物2的合成：计算值[M-2Cl-]2+625.54，实测值626.53；计算值[M-3Cl-]3+405.37，实测值405.7；计算值[M-4Cl-]4+295.28，实测值295.28。
使用二亚乙基三胺(1mol)和(3-氯-2-羟丙基)月桂基二甲基氯化铵(5mol)合成化合物3。质谱确认化合物3的合成：计算值[M-2Cl-]2+779.71，实测值779.71；计算值[M-3Cl-]3+508.15，实测值508.48；计算值[M-4Cl-]4+372.37，实测值372.37。
使用二亚乙基三胺(1mol)、(3-氯-2-羟丙基)十八烷基二甲基氯化铵(3mol)和(3-氯-2-羟丙基)三甲基氯化铵(2mol)合成化合物4。
如上所述，与化合物1-3类似地合成化合物5和6。质谱确认化合物5的合成：计算值[M-2Cl-]2+548.45，实测549.45；计算值[M-3Cl-]3+353.98，实测值354.64；计算值[M-4Cl-]4+256.74，实测值256.74。质谱确认化合物6的合成：[M-5Cl-]5+167.56，实测值167.56。
以与上述化合物4类似的方式合成化合物7-12。不同比例的反应物在阳离子聚合物中产生不同比例的长链烷基。
使用上述合成方案合成各种多阳离子表面活性剂，例如DETA、TETA、3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(来自密歇根州马里兰的陶氏化学公司(Dow Chemical Company)的QUAT188TM阳离子单体)和QUAB 426TM反应物，产品总结于下表1中。关于表1中报告的结构，“5Q-1硬脂基(C18)/4三甲基季铵化合物”是指该产品具有5个总季化基团(5Q)，其中1个季铵基团有R1和R2为甲基和R3为硬脂基以及4个季铵基团具有为甲基的R1、R2和R3，并且n＝1。同样，“5Q-2硬脂基(C18)/3三甲基季铵化合物”是指该产物具有5个总季基团(5Q)，其中2个季铵基团具有R1和R2为甲基，R3为硬脂基，以及3个季铵基团具有R1、R2和R3为甲基，n＝1。“5Q-3硬脂基(C18)/2三甲基季铵化合物”是指该产物具有5个总季基团(5Q)，其中3个季铵基团具有R1和R2为甲基并且R3为硬脂基，并且2个季铵基团具有R1、R2和R3为甲基，n＝1。“5Q-4硬脂基(C18)/1三甲基季铵盐”是指该产物具有5个总季基团(5Q)，其中4个季铵基团具有R1和R2为甲基并且R3为硬脂基，并且1个季铵基团具有R1、R2和R3为甲基，n＝1。“5Q-5硬脂基(C18)”是指该产物具有5个总季基团(5Q)，其中5个季铵基团具有为甲基的R1和R2以及为硬脂基的R3，并且n＝1。“6Q-6硬脂基(C18)”是指该产物具有6个总季基团(6Q)，其中6个季铵基团具有R1和R2为甲基并且R3为硬脂基，并且n＝2。
表1.多季阳离子表面活性剂的物理性质
化合物9的质谱显示反应产物含有以下的混合物：2-C18/3-三甲基(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+632.545；实测值632.5423；计算值[M-3Cl-]3+410.04，实测值410.038；计算值[M-4Cl-]4+298.7875，实测值298.786；计算值[M-5Cl-]5+232.036，实测值232.210)；2-C16/3-三甲基(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+604.51；实测值604.51计算值[M-3Cl-]3+391.35，实测值391.35；计算值[M-4Cl-]4+284.77，实测值284.77；计算值[M-5Cl-]5+220.824，实测值220.555)；1-C18/1-C16/3-三甲基(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+618.525；实测值618.5266；计算值[M-3Cl-]3+400.697，实测值400.694；计算值[M-4Cl-]4+291.78，实测值291.778；计算值[M-5Cl-]5+226.43，实测值226.429)；1-C18/4-三甲基(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+513.41；实测值513.4098；计算值[M-3Cl-]3+330.62，实测值330.6166；计算值[M-4Cl-]4+239.22，实测值239.2202；计算值[M-5Cl-]5+184.38，实测值184.3823)；和1-C16/4-三甲基(MS(ESI)：计算值[M-2Cl-]2+449.395；实测值449.4368；计算值[M-3Cl-]3+321.27，实测值321.2728；计算值[M-4Cl-]4+232.21，实测值232.212；计算值[M-5Cl-]5+178.776，实测值178.776)。
实施例4：表面张力测量和临界胶束浓度(CMC)计算
在室温下在Tracker张力计(Teclis Instruments)上进行表面张力测量。制备各种浓度的表面活性剂溶液并进行测量。
测量表面张力作为阳离子表面活性剂样品浓度的函数，并列于表2中，其中NT表示未测试。
表2.各种阳离子表面活性剂样品的表面张力总结
浓度(％) 7 9 10 11 12 13
0.010 73.70 73.11 70.99 63.52 63.16 63.28
0.025 72.05 69.16 61.99 60.01 55.77 59.04
0.050 64.84 60.77 57.33 56.35 51.89 55.36
0.100 60.93 54.69 52.64 53.23 49.42 52.65
0.200 57.12 52.05 50.58 50.16 47.02 50.31
0.500 55.13 50.09 47.92 47.38 45.02 48.02
1.000 NT 49.38 47.48 46.58 44.22 47.78
1.500 NT NT NT NT 43.46 NT
2.000 NT NT NT NT 42.97 NT
各种阳离子表面活性剂样品的表面张力也在图1中以图形方式显示。
实施例5：基于聚亚烷基亚胺和取代的烷基三烷基季铵盐的反应合成多季阳离子表面活性剂。
将聚亚乙基亚胺(Lupasol G20(50wt％溶液)，20g，0.2204mol-NH-)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(69.06g，60.0％，0.2204mol(Sigma-Aldrich)加入到500mL四颈圆底烧瓶，其配有机械搅拌器、温度计、温度控制器、冷凝器和加料漏斗。搅拌反应混合物并温和加热至60℃。连续监测反应的pH值。将氢氧化钠(50％水溶液)缓慢加入到反应烧瓶中，并将温度保持恒定在60℃。测量反应溶液的pH值并保持恒定在7.5以上。将反应温度升至85℃并保持恒定5小时。下面描绘的化合物14是通用反应产物的描述。下面的结构表明，聚亚乙基亚胺中的所有仲胺和伯胺都与3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵反应，因此不会残留仲胺。可能存在一些不完全反应的胺，在阳离子聚合物盐中留下一些仲胺。
化合物14
通过使支化聚亚乙基亚胺(Sigma-Aldrich)与3-氯-2-羟丙基-硬脂基二甲基氯化铵(来自Quab Chemicals，Saddle Brook，NJ的QUAB 426TM)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(Sigma-Aldrich)反应，合成具有硬脂酰链的多季阳离子表面活性剂。将聚亚乙基亚胺(40.0克(50％)，0.4206摩尔-NH-)和3-氯-2-羟丙基-硬脂基二甲基氯化铵(47.15克，38.5重量％，0.0426mol)和3-氯-2-羟丙基三甲基氯化铵(118.6g，(60％)，0.3785mol)加入到配有机械搅拌器、温度计、温度控制器、冷凝器和加料漏斗的500mL四颈圆底烧瓶中。搅拌反应混合物并温和加热至60℃。连续监测反应的pH值。将氢氧化钠(50％水溶液)缓慢加入到反应烧瓶中，并将温度保持恒定在60℃。测量反应溶液的pH值并保持恒定在7.5以上。将反应温度升至85℃并保持恒定5小时。0.050wt％水溶液下表面张力41.55mN/m。化合物15显示通用的反应产物。与化合物14类似，如果反应没有完成，则可能存在一些仲胺。
根据上述方法合成聚合季铵化合物，得到化合物15和化合物16。通过凝胶渗透色谱法测量，化合物16的重均分子量为约1300gm/mol。通过凝胶渗透色谱法测量，化合物15的重均分子量为约25,000gm/mol。变量“p”可以在约10至约105的范围内。
实施例6：阳离子聚合物盐的抗微生物作用
根据关于冷却水中杀微生物剂效率的ASTM方法(E645-02a，2005)，使用非氧化抗微生物效率测试程序测试合成化合物的抗微生物效率。用于功效测试的细菌包括来自北美30多个冷却系统的需氧群体的混合物。没有确定具体物种。这些物种在R2A琼脂上生长。
在一个实验中，将各种浓度(0ppm、5ppm、10ppm、20ppm、30ppm、40ppm和50ppm)的化合物1施用于水中的细菌。在四个时间点(0分钟、60分钟、240分钟和1440分钟)测量菌落形成单位(CFU/ml)中的log10浓度。图1和2显示，在5ppm的浓度下，实现单个log10减少。在约20ppm，在约60分钟、240分钟和1440分钟时观察到5个log10减少。
根据上述相同的程序测试浓度为50ppm的化合物1-4的微生物活性。图3显示所有化合物在60分钟接触时间后显示CFU显著减少。在约5ppm时，化合物2显示出一些抗微生物活性，表明CFU中单个log10减少。
使用与上述相同的方法测试化合物4的抗微生物活性。图4和5显示了在测试浓度下的显著抗微生物活性。
实施例7：阳离子聚合物盐对孢子和嗜热菌的影响
还测试了化合物对细菌孢子或嗜热菌的影响。将化合物1和4分别与孢子或嗜热菌以约20ppm的浓度一起温育，并在四个时间点测量浓度的降低(参见表3)。
表3.抗孢子和抗嗜热活性的总结
实施例8：单季铵化合物和多季阳离子聚合物的抗微生物功效。
与单一季铵化合物相比，进行生物膜还原实验以测试多季阳离子聚合物的功效。制备含有单一季化合物的两种不同组合物：组合物(单一季铵盐1)包含约50重量％的二辛基二甲基氯化铵(CAS#5538-94-3)和约5-10重量％的甘油；和组合物(单一季铵盐2)包含约50重量％的二癸基-二甲基氯化铵(CAS#7173-51-5)和约10-30重量％的乙醇。测试细菌包括来自北美冷却塔中的30个水样的好氧细菌的集合。测试了不同浓度的阳离子聚合物盐和单一季化合物，其范围为约0.8ppm至约1000ppm。使用生物膜抑制测试方案，提取吸收的污渍并在590nm处测量吸光度。通过比较处理对照和未处理对照的吸光度计算生物膜减少，然后对六次重复平均。
将化合物7和9与上述单季铵盐2组合物进行比较。表4和5显示，在低至约12ppm的浓度下，化合物7比单一季铵盐2组合物更大程度地减少生物膜。化合物7在约0.8ppm至约ppm浓度范围内还具有约12至约65％的生物膜减少。在浓度约100ppm时，化合物9的生物膜形成减少了95％以上。该化合物显示出优于传统产品的显著优点。
表4.与单一季铵盐2相比，化合物7的生物膜减少
表5.与单一季铵盐2相比，化合物9的生物膜减少
实施例9：与单一季铵盐2相比，使用聚合物季铵盐减少生物膜
使用ASTM E2799-11的修改版本进行生物膜测定。将单一季铵盐2与化合物15进行比较。表6显示了与单一季铵盐2相比生物膜的百分比变化。图7和图8显示与单一季铵盐2和化合物16相比化合物15的生物膜减少的图示。
表6.与单一季铵盐2相比，化合物15的生物膜减少
在生物膜测定中将单一季铵盐2与化合物16进行比较。表7显示了与单季铵盐2相比生物膜的百分比变化。图7和图8显示与单一季铵盐2和化合物15相比化合物16的生物膜减少的图示。
表7.与单一季铵盐2相比，化合物16的生物膜减少
实施例10：五季阳离子聚合物盐的腐蚀泡孔试验
与C12-C18烷基二甲基苄基氯化铵相比，通过气泡试验程序评价阳离子聚合物盐的腐蚀性能。气泡测试模拟低流量区域，其中水和油的混合很少或没有。使用盐水进行测试(80％的盐水是3％氯化钠盐水，20％的盐水是含有75％LVT-200煤油和25％二甲苯的烃)。将盐水置于水壶中并用二氧化碳吹扫。在开始测试之前，用二氧化碳连续吹扫盐水以使盐水饱和。测试开始后，在电极插入前一小时用二氧化碳覆盖测试池，并在测试期间保持饱和。在试验期间以150转/分钟(rpm)搅拌水壶以保持在80℃的热平衡。通过线性极化电阻(LPR)技术测量腐蚀速率。使用的工作电极是碳钢。对电极和参比电极均为1018碳钢。在测试之前，电极都被清洁和抛光。在将20ppm各组合物(在有机溶剂中含有2ppm各种五季阳离子聚合物盐或对比C12-C18烷基二甲基苄基氯化铵和1％2-巯基乙醇(2ME)作为增效剂)加入其各自的池中之前收集数据3小时。数据收集过夜。使用低浓度的组合物来区分组合物。
气泡试验的结果示于表8中，其中ppm是百万分率，CI是腐蚀抑制剂，mpy是每年密耳，化合物号如表1中所列和/或在实施例3中描述。
表8.泡沫测试结果
实施例11：六季阳离子聚合物盐的腐蚀泡孔试验
根据实施例A1的方法进行腐蚀泡孔试验，以评价与C12-C18烷基二甲基苄基氯化铵相比的六季阳离子聚合物盐的腐蚀性能。在将20ppm各组合物(在有机溶剂中含有2ppm六季阳离子聚合物盐或对比C12-C18烷基二甲基苄基氯化铵和1％2ME作为增效剂)加入其各自的池中之前收集数据3小时。数据收集过夜。使用低浓度的组合物来区分组合物。
气泡试验的结果示于表9中，其中ppm是百万分率，CI是腐蚀抑制剂，mpy是每年密耳，化合物号如表1中所列和/或在实施例3中描述。
表9.泡沫测试结果
实施例12：聚亚乙基亚胺基阳离子聚合物盐的腐蚀泡孔试验
与C12-C18烷基二甲基苄基氯化铵相比，通过气泡试验程序评价阳离子聚合物盐的腐蚀性能。气泡测试模拟低流量区域，其中水和油的混合很少或没有。使用盐水进行测试(80％的盐水是3％氯化钠盐水，20％的盐水是含有75％LVT-200煤油和25％二甲苯的烃)。将盐水置于水壶中并用二氧化碳吹扫。在开始测试之前，用二氧化碳连续吹扫盐水以使盐水饱和。测试开始后，在电极插入前一小时用二氧化碳覆盖测试池，并在测试期间保持饱和。在试验期间以150转/分钟(rpm)搅拌水壶以保持在80℃的热平衡。通过线性极化电阻(LPR)技术测量腐蚀速率。使用的工作电极是碳钢。对电极和参比电极均为1018碳钢。在测试之前，电极都被清洁和抛光。在将20ppm各组合物(在有机溶剂中含有2ppm各种聚亚乙基亚胺基阳离子聚合物盐或对比C12-C18烷基二甲基苄基氯化铵和1％2-巯基乙醇(2ME)作为增效剂)加入其各自的池中之前收集数据六小时。然而，对于对比组合物，仅在添加组合物之前三小时收集数据。数据收集过夜。使用低浓度的组合物来区分组合物。
气泡试验的结果示于表10中，其中ppm是百万分率，CI是腐蚀抑制剂，mpy是每年密耳，化合物号如在实施例5中描述。
表10.泡沫测试结果
预计与化合物15相比，向化合物15中添加更多的硬脂基将进一步降低腐蚀速率并提供增强的保护。
本文公开的任何组合物可包含、由或基本上由本文公开的任何化合物/组分组成。根据本公开，短语“基本上由......组成”将权利要求的范围限制于指定的材料或步骤以及那些不实质上影响要求保护的发明的基本和新颖特征的材料或步骤。
如本文所用，术语“约”是指所述的值在由它们各自的测试测量中发现的标准偏差引起的误差内，并且如果这些误差不能确定，那么“约”指的是所述值的10％以内。
本文所公开或所要求的所有组合物和方法都可根据本公开在无过度实验的情况下作出和执行。虽然本发明可按许多不同形式实施，但本文详细描述本发明的特定优选实施例。本公开为本发明的原理的范例并且不旨在使本发明限于所说明的特定实施例。另外，除非明确相反地陈述，否则术语“一个/种”的使用旨在包括“至少一个/至少一种”或“一个或多个/一种或多种”。举例来说，“表面活性剂”旨在包括“至少一种表面活性剂”或“一种或多种表面活性剂”。
按绝对术语或按近似术语给出的任何范围旨在涵盖两者，并且本文所使用的任何定义旨在为澄清的并且不为限制性的。尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值是尽可能精确地报告的。然而，任何数值固有地含有某些误差，其必然是由在其相应的测试测量值中存在的标准偏差产生的。此外，本文公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围(包括所有分数值和整体值)。
此外，本发明涵盖本文所述的各种实施例中的一些或全部的任何和所有可以的组合。还应理解，对本文所述的本发明优选实施例的各种改变和修改将对本领域的技术人员显而易见。这类改变和修改可在不脱离本发明的精神和范围的情况下并且在不消减其预期优点的情况下作出。因此，预期这类改变和修改由所附权利要求书涵盖。

Claims (55)

1.阳离子聚合物盐，其包含衍生自多胺或聚亚烷基亚胺与式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：
其中
每个X-独立地为阴离子。
R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；
R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；和
R5为C1-C6烷基；
其中以下任何一种：
(A)阳离子聚合物盐在其主链内没有取代基，在其主链内没有烷基季铵化铵，并且包含至少4个季铵基团；或者
(B)阳离子聚合物盐具有一个或多个具有式(IV)的末端叔胺基团：
其中R11为不带X-端基的R1，并且要么聚合物盐在其主链内没有取代，要么R2、R3和R4中的至少1个是C9-C22烷基；或者
(C)R2和R3是C6-C22烷基或C7-C22芳基烷基，R4是甲基。
2.根据权利要求1所述的聚合物盐，其中X-选自氯离子、溴离子、氟离子、碘离子、乙酸根、铝酸根、氰酸根、氰离子、磷酸二氢根、亚磷酸二氢根、甲酸根、碳酸氢根、草酸氢根、硫酸氢根、氢氧根、偏铌酸根、偏钒酸根、硝酸根、亚硝酸根、硫氰酸根及其组合。
3.根据权利要求2所述的聚合物盐，其中X-是氯离子或溴离子。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的聚合物盐，其中R1是被羟基取代的C2-C3亚烷基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物盐，其中R2、R3和R4独立地为C1-C22烷基。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物盐，其中R2为C6-C22烷基或C7-C22芳烷基，R3和R4是甲基。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的聚合物盐，其中R2和R3是C6-C22烷基或C7-C22芳烷基，R4是甲基。
8.根据权利要求5所述的聚合物盐，其中R2、R3和R4是甲基。
9.根据权利要求1所述的聚合物盐，其中所述取代的烷基三烷基季铵盐包括3-氯-2-羟丙基-三甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基-十二烷基-二甲基氯化铵、3-氯-2-羟丙基-硬脂基-二甲基氯化铵、或其任何组合。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的聚合物盐，其中所述多胺具有式(II)：
其中
n是0到100的整数；
每个R6独立地为C2-C6亚烷基；和
每个R7独立地为氢或-R6-NH2、-R6-NH-R6-NH2或-R6-N-(R6-NH2)2。
11.根据权利要求10所述的聚合物盐，其中n选自1至50、1至10、1至5、0至50、0至10和0至5。
12.根据权利要求10或11所述的聚合物盐，其中R6是C2-C3烷基。
13.根据权利要求12所述的聚合物盐，其中R6为乙基。
14.根据权利要求1-13中任一项所述的聚合物盐，其中(A)阳离子聚合物盐在其主链内没有取代基，在其主链内没有烷基季铵化铵，并且包含至少4个季铵基团。
15.根据权利要求1-13中任一项所述的聚合物盐，其中(B)阳离子聚合物盐具有一个或多个具有式(IV)的末端叔胺基团：
其中R11为不带X-端基的R1，并且要么聚合物盐在其主链内没有取代，要么R2、R3和R4中的至少1个是C9-C22烷基。
16.根据权利要求1至13中任一项所述的聚合物盐，其中(C)R2和R3是C6-C22烷基或C7-C22芳烷基，R4是甲基。
17.根据权利要求1至10中任一项所述的聚合物盐，其中所述多胺包括亚烷基胺，所述亚烷基胺包括乙二胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、二亚乙基三胺、三亚乙基四胺、四亚乙基五胺、五亚乙基六胺、六亚乙基七胺或它们的组合。
18.根据权利要求1至10中任一项所述的聚合物盐，其中所述聚亚烷基亚胺包括亚乙基亚胺；亚丙基亚胺；亚丁基亚胺；亚戊基亚胺；亚己基亚胺；亚庚基亚胺；支链、直链或树枝状聚亚乙基亚胺；或其任何组合。
19.根据权利要求1至18中一项所述的聚合物盐，其中所述多胺或聚亚烷基亚胺与所述取代的烷基三烷基季铵盐的摩尔比为1：1至1：100、1：1至1:50、1：1至1:25、1：1至1:10、1：1至1：5或1：1至1：2。
20.具有式(III)的阳离子聚合物盐：
其中
每个R6独立地为C2-C6亚烷基；
每个R7独立地为-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；
每个R8是
每个R9独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；
R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；
R13为C1-C6烷基；
n是1到100的整数；和
每个X-独立地是阴离子。
21.根据权利要求21所述的聚合物盐，其中n是1至50或1至25。
22.根据权利要求20至21中任一项所述的聚合物盐，其中每个R6和R9独立地为C2-C3亚烷基。
23.根据权利要求22所述的聚合物盐，其中每个R6是亚乙基。
24.根据权利要求20-23中任一项所述的聚合物盐，其中每个R9是羟基亚丙基；R10和R11是甲基；每个R12独立地为甲基或C8-C22烷基。
25.根据权利要求24所述的聚合物盐，其中至少一个R12是C8-C22烷基。
26.根据权利要求20所述的聚合物盐，其中所述聚合物盐是化合物1-13中的任何一个：
27.组合物，其包含权利要求1至26中任一项所述的阳离子聚合物盐和载体。
28.根据权利要求27所述的组合物，其中所述载体包括水、醇、芳烃、亚烷基二醇、亚烷基二醇烷基醚或其组合。
29.根据权利要求27所述的组合物，其中所述载体包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、异丁醇、单乙二醇、乙二醇单丁醚、己二醇或其组合。
30.表面活性剂组合物，其包括权利要求1至26中任一项所述的阳离子聚合物盐和水性载体。
31.根据权利要求27所述的组合物，其用于抑制在表面的腐蚀，所述组合物还包括组分，所述组分包括有机溶剂、另外的腐蚀抑制剂、沥青质抑制剂、石蜡抑制剂、阻垢剂、乳化剂、水澄清剂、分散剂、破乳剂、气体水合物抑制剂、杀生物剂、pH调节剂、表面活性剂或其任何组合。
32.根据权利要求31所述的组合物，其中所述组分包含所述有机溶剂，所述有机溶剂包括醇、烃、酮、醚、亚烷基二醇、二醇醚、酰胺、腈、亚砜、酯或其任何组合，并且所述组合物任选地包含水。
33.根据权利要求31所述的组合物，其中所述组分包含所述有机溶剂，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、2-乙基己醇、己醇、辛醇、癸醇、2-丁氧基乙醇、亚甲基二醇、乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二甘醇单甲醚、二甘醇单乙醚、乙二醇单丁醚、乙二醇二丁醚、戊烷、己烷、环己烷、甲基环己烷、庚烷、癸烷、十二烷、柴油、甲苯、二甲苯、重芳烃石脑油、环己酮、二异丁基酮、二乙醚、碳酸亚丙酯、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺或其任何组合。
34.根据权利要求31-33中任一项所述的组合物，其中所述组分包含所述另外的腐蚀抑制剂，并且所述另外的腐蚀抑制剂包含咪唑啉化合物、吡啶鎓化合物或它们的组合。
35.根据权利要求31-34中任一项所述的组合物，其包含约0.1到约20wt.％的阳离子聚合物盐。
36.一种抑制表面上的腐蚀的方法，所述方法包括：
使所述表面与权利要求1-26中任一项所述的阳离子聚合物盐或权利要求27和31-35中任一项所述的组合物接触，以抑制所述表面上的腐蚀；或者
将权利要求1-26中任一项所述的阳离子聚合物盐或权利要求27和31-35中任一项所述的组合物加入到与所述表面接触的流体中以抑制所述表面上的腐蚀。
37.一种抑制表面上的腐蚀的方法，所述方法包括：
使所述表面与阳离子聚合物盐或包含所述阳离子聚合物盐和组分的组合物接触，所述组分包括有机溶剂、腐蚀抑制剂、有机硫化合物、沥青质抑制剂、石蜡抑制剂、阻垢剂、乳化剂、水澄清剂、分散剂、破乳剂、气体水合物抑制剂、杀生物剂、pH调节剂、表面活性剂或其组合，以抑制所述表面上的腐蚀；或者
将所述阳离子聚合物盐或所述组合物加入到与所述表面接触的流体中以抑制所述表面上的腐蚀，其中：
(i)所述阳离子聚合物盐包含衍生自多胺、亚烷基亚胺或聚亚烷基亚胺与式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：
其中
每个X-独立地为阴离子。
R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；
R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；和
R5为C1-C6烷基；
其中所述多胺具有式(II)：
其中
n是0到100的整数；
每个R6独立地为C2-C6亚烷基；和
每个R7独立地为氢或-R6-NH2、-R6-NH-R6-NH2或-R6-N-(R6-NH2)2；或者
(ii)所述阳离子聚合物盐具有式(III)：
其中
每个R6独立地为C2-C6亚烷基；
每个R7独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；
每个R8独立地为氢或
每个R9独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；
R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；和
每个R13独立地是C1-C6烷基。
38.根据权利要求36或37所述的方法，其中所述表面是井筒或用于生产、运输、储存和/或分离所述流体的设备的一部分。
39.根据权利要求36或37所述的方法，其中所述表面是在燃煤工艺、废水工艺、农场、屠宰厂、填埋场、城市废水厂、炼焦煤工艺或生物燃料工艺中使用的设备的一部分。
40.根据权利要求38或39所述的方法，其中所述设备包括管道、储存容器、井下注入管、流动管线或注入管线。
41.根据权利要求37-40中任一项所述的方法，其中所述流体包括天然气或液体烃。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述液体烃包括原油、重油、处理过的残油、沥青油、焦化油、焦化瓦斯油、流体催化裂化器进料或浆料、石脑油、柴油燃料、燃油、喷射燃料、汽油或煤油。
43.一种控制工艺用水中微生物的方法，包括：
向所述工艺用水中加入组合物，其中所述组合物包含式(III)的阳离子聚合物：
其中
每个R6独立地为C2-C6亚烷基；
每个R7独立地为氢、-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；
每个R8独立地为氢或
每个R9独立地是被羟基或-OR13取代的C2-C6亚烷基；
R10、R11和R12各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；
R13为C1-C6烷基；
n是1到100的整数；和
每个X-独立地是阴离子。
44.一种控制表面上微生物的方法，包括：
向所述表面添加权利要求1-26中任一项所述的组合物。
45.根据权利要求43-44中任一项所述的方法，其中R6是C2亚烷基；R7独立地为-R8、-R6-N(R8)2、-R6-N(R8)-R6-N(R8)2或-R6-N-(R6-N(R8)2)2；和R8是
46.根据权利要求43和45中任一项所述的方法，其中将所述组合物添加到工业过程中使用的工艺用水中，所述工业过程选自冷却水系统、锅炉水系统、石油井、井下地层、地热井、矿物洗涤、浮选和精选、造纸、气体洗涤器、空气清洗器、冶金工业中的连续铸造工艺、空调和制冷、水回收、水净化、膜过滤、食品加工、澄清器、城市污水处理、市政水处理以及饮用水系统。
47.根据权利要求43和45-46中任一项所述的方法，还包含：
使所述工艺用水中的孢子或嗜热菌与所述组合物接触。
48.根据权利要求43和45-47中任一项所述的方法，还包含：
使所述工艺用水中的细菌与所述组合物接触。
49.根据权利要求43-48中任一项所述的方法，其中所述阳离子聚合物选自：
或其任何组合。
50.根据权利要求43和45-49中任一项所述的方法，其中所述阳离子聚合物被加入到所述工艺用水中的含量范围为约1ppm至约1000ppm。
51.根据权利要求43-50中任一项所述的方法，其中所述组合物还包含选自氯、次氯酸盐、ClO2、溴、臭氧、过氧化氢、过乙酸、过氧硫酸盐、戊二醛、二溴氰基丙酰胺、异噻唑酮、三丁基嗪、聚合双胍、亚甲基双硫氰酸酯、四羟甲基硫酸鏻以及它们的任意组合的杀生物剂。
52.根据权利要求43-51中任一项所述的方法，其中所述组合物还包含载体。
53.根据权利要求52所述的方法，其中所述载体包括水、醇、芳烃、亚烷基二醇、亚烷基二醇烷基醚或其组合。
54.一种用于在含水系统中控制微生物的方法，包括向所述含水系统中加入权利要求1-26中任一项所述的聚合物盐。
55.一种用于在含水系统中控制微生物的方法，包括向含水系统中加入衍生自多胺或聚亚烷基亚胺与式(I)的取代的烷基三烷基季铵盐的反应的反应产物：
其中
每个X-独立地为阴离子。
R1为被羟基或-OR5和X-端基取代的C1-C6亚烷基；
R2、R3和R4各自独立地为C1-C22烷基或C7-C22芳基烷基；和
R5是C1-C6烷基。
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