CN110306193A - 新型水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

新型结构的咪唑啉季铵盐缓蚀剂及其制备方法，此类缓蚀剂的特点是以咪唑啉胺结构中的伯氨基为化学反应基团，将季铵盐结构以共价键形式直接引入咪唑啉结构中。此类缓蚀剂的制备方法为：首先，通过月桂酸(或油酸)与二乙烯三胺反应制备月桂酸咪唑啉胺(或油酸咪唑啉胺)；之后，利用月桂酸咪唑啉胺(或油酸咪唑啉胺)与2,3‑环氧丙基三甲基氯化铵反应，制备其相应的新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂。发明的有益效果在于，所得咪唑啉季铵盐缓蚀剂具有良好的水溶性，制备过程避免了有毒物质的使用，易实现绿色生产。

Description

新型水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域，特别涉及新型水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂及其制备方法。
背景技术
金属腐蚀广泛存在于日常生活及工业生产领域，其不仅带来巨大的经济损失，同时设备腐蚀容易诱发生产安全事故。合理使用缓蚀剂是抑制腐蚀最有效和经济的措施。
咪唑啉缓蚀剂是应用最为广泛的一类缓蚀剂产品，其在石油化工、工业清洗、日用化妆品等领域都具有广泛应用。其具有缓蚀性能优异、刺激性小、性能调控空间大的优势。但随着应用领域对缓蚀剂性能要求的提升，咪唑啉类缓蚀剂也逐渐暴露出性能不足。咪唑啉缓蚀剂的固有缺陷是其水溶性较差，在分散过程中必须借助于煤油、乙醇等有机溶剂，不仅造成严重的环境污染，还易诱发危险事故。此外，水溶性差使其在多相体系使用过程中无法快速向水相迁移，由于腐蚀界面多发生在金属-水界面，无法有效迁移至水相，在一定程度上限制了其发挥缓蚀性能。因此，开发新型水溶性咪唑啉缓蚀剂成为突破行业关键问题的重要途径。
现有技术思路多采用季铵化试剂将咪唑环中叔胺基团转化为季铵盐，以增加其水溶性。例如使用氯化苄、溴化苄等作为季铵化试剂。但氯化苄、溴化苄等试剂的毒性较大，属于致癌物，因此不利于实现绿色生产。
发明内容
为了解决以上技术问题，本发明的目的在于提供新型水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂及其制备方法，克服咪唑啉类缓蚀剂水溶性差的固有缺陷，解决传统利用季铵化反应以提高其水溶性技术路线毒性大的不足。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
新型水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂，以咪唑啉胺结构中的伯氨基为化学反应活性基团，将季铵盐以化学键的形式引入咪唑啉结构中，其具有以下化学结构：
其中：R为
新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，该方法具体包括以下步骤：
步骤1：将月桂酸(或油酸)、二乙烯三胺以及二甲苯在反应装置中充分溶解，升温反应，反应结束后，利用减压蒸馏技术除去未反应的二乙烯三胺及二甲苯，即得月桂酸咪唑啉胺(或油酸咪唑啉胺)中间产物；
步骤2：将咪唑啉胺中间产物及2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在有机溶剂中充分溶解，并升温反应；
步骤3：反应结束后，蒸馏除去有机溶剂，即得新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂。
所述的步骤1中月桂酸(或油酸)与二乙烯三胺的投料摩尔比为1:1-1:1.3；
所述的步骤2中有机溶剂为乙醇、甲醇或四氢呋喃；
所述的步骤2中咪唑啉胺与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的投料摩尔比为1:1-1:1.3。
所述的步骤1中升温反应至140-150℃，反应3小时，继续升温至200-210℃反应8小时。
所述的步骤2中升温至60℃反应6-12小时。
本发明的有益效果在于：
(1)将季铵盐结构直接以化学键的形式引入咪唑啉化合物结构中，避免传统季铵化试剂使用过程中毒性大、排放高的不足，有利于实现绿色生产。
(2)以咪唑啉胺结构中伯氨基为化学反应活性基团，其与环氧基团的反应具有高效、反应条件温和的特点。反应温度设定为60℃，明显低于传统利用季铵化试剂所需要的反应温度，可有效降低生产能耗，易于实现规模化生产。
附图说明
图1为月桂酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成化学反应式。
图2为油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成化学反应式。
图3为月桂酸咪唑啉胺中间产物及月桂酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂的红外光谱图。
图4为油酸咪唑啉胺中间产物及油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂的红外光谱图。
具体实施方式
下面结合实施例作详细叙述。
实施例1
(1)将20份月桂酸(0.1摩尔当量)与13.39份二乙烯三胺(0.13摩尔当量)溶于60份二甲苯中，升温至150℃，反应3小时。继续升温至210℃反应8小时。反应结束后，利用减压蒸馏技术除去未反应的二乙烯三胺及二甲苯。即得油酸咪唑啉胺中间产物。
(2)将20份月桂酸咪唑啉胺(0.075摩尔当量)中间产物与14.78份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(0.0975摩尔当量)溶于50份乙醇中，升温至60℃反应12小时。
(3)蒸馏除去乙醇，即得新型油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂。
实施例2
(1)将20份月桂酸(0.1摩尔当量)与10.32份二乙烯三胺(0.1摩尔当量)溶于60份二甲苯中，升温至150℃，反应3小时。继续升温至210℃反应8小时。反应结束后，利用减压蒸馏技术除去未反应的二乙烯三胺及二甲苯。即得油酸咪唑啉胺中间产物。
(2)将20份月桂酸咪唑啉胺中间产物(0.075摩尔当量)与11.37份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(0.075摩尔当量)溶于30份甲醇中，升温至60℃反应12小时。
(3)蒸馏除去甲醇，即得新型油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂。
实施例3
(1)将20份油酸(0.071摩尔当量)与7.33份二乙烯三胺(0.071摩尔当量)溶于50份二甲苯中，升温至150℃，反应3小时。继续升温至210℃反应8小时。反应结束后，利用减压蒸馏技术除去未反应的二乙烯三胺及二甲苯。即得油酸咪唑啉胺中间产物。
(2)将20份油酸咪唑啉胺(0.057摩尔当量)中间产物与8.64份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(0.057摩尔当量)溶于20份四氢呋喃中，升温至60℃反应8小时。
(3)蒸馏除去四氢呋喃，即得新型油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂。
实施例4
(1)将20份油酸(0.071摩尔当量)与9.5份二乙烯三胺(0.092摩尔当量)溶于50份二甲苯中，升温至150℃，反应3小时。继续升温至200℃反应8小时。反应结束后，利用减压蒸馏技术除去未反应的二乙烯三胺及二甲苯。即得油酸咪唑啉胺中间产物。
(2)将20份油酸咪唑啉胺中间产物(0.057摩尔当量)与11.28份2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(0.074摩尔当量)溶于20份乙醇中，升温至60℃反应8小时。
(3)蒸馏除去乙醇，即得新型油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂。
如图1所示为为月桂酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成化学反应式，如图2所示为油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂的合成化学反应式。
图3，图4中，月桂酸咪唑啉胺及油酸咪唑啉胺红外谱图中1600cm-1附近为咪唑啉的特征吸收峰，3200-3400cm-1处的双峰证实存在伯氨基。月桂酸咪唑啉季铵盐及油酸咪唑啉季铵盐红外谱图中3200-3400cm-1处均变为单峰，证实伯氨基参与反应，转变为仲氨基。成功制备了月桂酸咪唑啉季铵盐及油酸咪唑啉季铵盐。

Claims (7)

1.新型水溶性咪唑啉季铵盐缓蚀剂，其特征在于，以咪唑啉胺结构中的伯氨基为化学反应活性基团，将季铵盐以化学键的形式引入咪唑啉结构中，其具有以下化学结构：
其中：R为
2.基于新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，其特征在于：该方法具体包括以下步骤：
步骤1：将月桂酸(或油酸)、二乙烯三胺以及二甲苯在反应装置中充分溶解，升温反应，反应结束后，利用减压蒸馏技术除去未反应的二乙烯三胺及二甲苯，即得月桂酸咪唑啉胺(或油酸咪唑啉胺)中间产物；
步骤2：将咪唑啉胺中间产物及2,3-环氧丙基三甲基氯化铵在有机溶剂中充分溶解，并升温反应；
步骤3：反应结束后，蒸馏除去有机溶剂，即得新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂。
3.根据权利要求2所述的新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中月桂酸(或油酸)与二乙烯三胺的投料摩尔比为1:1-1:1.3。
4.根据权利要求2所述的新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中有机溶剂为乙醇、甲醇或四氢呋喃。
5.根据权利要求2所述的新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中咪唑啉胺与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的投料摩尔比为1:1-1:1.3。
6.根据权利要求2所述的新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中升温反应至140-150℃，反应3小时，继续升温至200-210℃反应8小时。
7.根据权利要求2所述的新型咪唑啉季铵盐缓蚀剂的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中升温至60℃反应6-12小时。
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