CN110845430B - 苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用，属于润滑技术领域。本发明提供的苯并三氮唑功能化的季铵盐，其阳离子为带有不同烷基链长的苯并三氮唑功能化季铵盐，阴离子为苯并三氮唑。本发明在季铵盐结构中引入苯并三氮唑官能团，所得苯并三氮唑功能化的季铵盐具有优异的成胶性能，可以作为凝胶因子，在传统的离子液体润滑剂中通过超分子自组装，将传统的离子液体润滑剂凝胶化形成稳定的凝胶材料，所述凝胶材料的热稳定性好且摩擦学性能优异，同时防止了传统的离子液体润滑剂在使用过程中的爬移和泄露；所述苯并三氮唑功能化的季铵盐还具有优异的缓蚀性能，可以作为缓蚀剂有效阻隔酸性介质对金属材料基底的侵蚀。

Description

苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及润滑技术领域，具体涉及苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用。
背景技术
使用润滑材料可以减小摩擦和降低磨损。传统使用的润滑材料如：矿物基润滑油、合成润滑剂、合成润滑脂已很难满足某些特定工况下的设备部件润滑。润滑工况的改变和润滑手段的发展需要都迫使人们去开发更多性能全面、润滑效率高的新型润滑材料。此外，在润滑过程中，常常因为传统的润滑材料从润滑部件中爬移、泄露、挥发损失而严重影响了部件的润滑寿命，同时泄露出去的润滑材料也严重的污染了周围的工作环境。为此，在改善润滑材料的润滑性能的同时还能抑制润滑材料的爬移和泄露，显得尤为重要。
发明人所在课题组在国内首次尝试了利用小分子凝胶因子凝胶不同类型的基础润滑剂作为润滑材料(Qiangliang Yu,Mingjin Fan,Dongmei Li,Zenghong Song,MeirongCai,*,Feng Zhou,*,and Weimin Liu*,Thermoreversible Gel Lubricants throughUniversal SupramolecularAssembly of a Nonionic Surfactant in a Variety ofBase Lubricating Liquids，2014,6(18),15783-15794.)，结果证明通过这种方式能够有效的避免润滑剂在使用过程中的爬移及泄露，同时通过这种方式制备的新型润滑材料相比于单纯基础润滑剂表现出了更优异的减摩抗磨性能。我们之前的研究已经证明，利用超分子凝胶因子在润滑基础油中发生超分子相互作用，形成三维的超分子网络结构，能够有效的避免润滑剂在使用过程中的爬移及泄露，而且能够有效改善润滑剂的摩擦性能(ACSAppl.Mater.Interfaces 6(2014)15783-15794；Tribol Lett(2016)DOI 10.1007/s11249-015-0634-y；Tribol.Inter.95(2016)55-65)；Advanced Materials Interfaces，(2015)DOI:10.1002/admi.201500489)。但是，上述方法中所述的凝胶因子主要是针对传统的基础油体系形成凝胶，能够使传统咪唑型离子液体润滑剂凝胶化的凝胶因子还鲜有报道；此外传统离子液体润滑剂在实际使用过程中，由于卤素阴离子的存在而腐蚀金属基底，因而在开发离子液体凝胶润滑剂所需凝胶因子时，希望该凝胶因子兼具抗腐蚀特性。
目前，种类繁多的金属材料成为人类社会发展的重要物质基础，如碳钢因其储量丰富、成本低廉、具有适当的机械强度故而在工业生产和制造业等诸多领域得到了广泛应用。然而，碳钢在酸性环境中容易腐蚀，一方面给人类的生产生活造成了巨大的经济损失，另一方面也限制了碳钢的广泛应用。为此，研究碳钢在酸性介质中的腐蚀防护具有非常重要的意义和经济价值。
碳钢在酸性介质中的腐蚀防护手段很多，例如使用防腐涂层、表面CVD镀碳、牺牲阴极防腐等等。相比之下，使用缓蚀剂防止碳钢在酸性环境下的腐蚀最为简单有效。缓蚀剂种类繁多，通常分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂两大类。目前使用最为广泛的是有机类合成型缓蚀剂，这类化合物的分子设计性强，能够针对使用的工况发展不同类型的缓蚀剂分子体系，再者，这类化合物的针对性强，对于不同的金属-酸液体系，能够选择性的匹配不同的功能团起到腐蚀防护的作用。近些年来，季铵盐类化合物作为新型缓蚀剂受到了很大的关注，主要是因为这类缓蚀剂合成简单，生产成本低，非常易于商业化推广(Popova A.，Christov M.，Vasilev A.,Inhibitive properties of quaternary ammonium bromidesof N-containing heterocycles on acid mild steel corrosion.Part II:EIS resultsCorrosion Science,2007,49,3290-3302.Popova A.，Christov M.，Vasilev A.,Inhibitive properties of quaternary ammonium bromides of N-containingheterocycles on acid mild steel corrosion.Part I:Gravimetric and voltammetricresults,2007,49,3276-3289.)。然而，常见的季铵盐类缓蚀剂多包含溴、氯和碘的阴离子，从绿色环保的角度而言，开发不含卤素的季铵盐缓蚀剂将是未来发展的主要趋势。
发明内容
本发明的目的在于提供苯并三氮唑功能化的季铵盐及其制备方法和应用，本发明提供的苯并三氮唑功能化的季铵盐具有优异的成胶性能，可以作为凝胶因子，在传统的离子液体润滑剂中通过超分子自组装，将传统的离子液体润滑剂凝胶化形成稳定的凝胶材料，所述凝胶材料的热稳定性好且摩擦学性能优异，同时防止了传统的离子液体润滑剂在使用过程中的爬移和泄露；所述苯并三氮唑功能化的季铵盐还具有优异的缓蚀性能，可以作为缓蚀剂有效阻隔酸性介质对金属材料基底的侵蚀。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了苯并三氮唑功能化的季铵盐，具有式I所示结构：
Figure GDA0002742311230000031
式I中，R为C1～C18的烷基。
优选地，所述R为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基。
本发明提供了上述技术方案苯并三氮唑功能化的季铵盐的制备方法，包括以下步骤：
将氯甲基苯并三氮唑、N,N-二甲基烷基胺和有机溶剂混合后进行季铵化反应，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵；
将所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵、苯并三氮唑钠、水和有机溶剂混合后进行离子交换反应，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐；
其中，所述N,N-二甲基烷基胺具有式II所示结构：
Figure GDA0002742311230000032
式II中，R为C1～C18的烷基。
优选地，所述氯甲基苯并三氮唑和N,N-二甲基烷基胺的摩尔比为1：(1～1.2)。
优选地，所述季铵化反应的温度为75～85℃，时间为8～48h。
优选地，所述季铵化反应完成后还包括：将所得体系减压蒸出溶剂，剩余物用石油醚洗涤，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵。
优选地，所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵和苯并三氮唑钠的摩尔比为1：(1～1.2)。
优选地，所述离子交换反应的温度为室温，时间为10～15h。
优选地，所述离子交换反应完成后还包括：将所得体系分液，所得有机相经干燥后减压蒸出溶剂，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐。
本发明提供了上述技术方案所述苯并三氮唑功能化的季铵盐作为凝胶因子或缓蚀剂的应用。
本发明提供了苯并三氮唑功能化的季铵盐，其阳离子为带有不同烷基链长的苯并三氮唑功能化季铵盐，阴离子为苯并三氮唑。本发明在季铵盐结构中引入苯并三氮唑官能团，所得苯并三氮唑功能化的季铵盐具有优异的成胶性能，可以作为凝胶因子，能够在传统的离子液体润滑剂中通过超分子π-π相互作用，自组装形成稳定的三维网络结构，从而将传统的离子液体润滑剂束缚在三维网络结构内，形成稳定的凝胶材料，所述凝胶材料的热稳定性好且摩擦学性能优异，同时防止了传统的离子液体润滑剂在使用过程中的爬移和泄露。
本发明提供的苯并三氮唑功能化的季铵盐还具有优异的缓蚀性能，可以作为金属材料基底在盐酸、硫酸、氢氟酸和磷酸等酸性介质中的缓蚀剂，具体的，所述苯并三氮唑功能化的季铵盐能够有效的吸附在金属材料基底表面，通过苯并三氮唑中的N原子和季铵N与金属材料基底中金属形成稳定的配位键进而形成致密的吸附膜，此外，苯并三氮唑功能化的季铵盐中疏水链能够反向伸入水中且相互缠绕而形成致密的疏水膜，能够有效的阻隔酸性介质对金属材料基底的侵蚀，从而起到防腐作用。
具体实施方式
本发明提供了苯并三氮唑功能化的季铵盐，具有式I所示结构：
Figure GDA0002742311230000041
式I中，R为C1～C18的烷基。
在本发明中，所述R优选为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基，更优选为十二烷基或十六烷基。
本发明提供了上述技术方案所述苯并三氮唑功能化的季铵盐的制备方法，包括以下步骤：
将氯甲基苯并三氮唑、N,N-二甲基烷基胺和有机溶剂混合后进行季铵化反应，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵；
将所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵、苯并三氮唑钠、水和有机溶剂混合后进行离子交换反应，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐；
其中，所述N,N-二甲基烷基胺具有式II所示结构：
Figure GDA0002742311230000051
式II中，R为C1～C18的烷基。
本发明将氯甲基苯并三氮唑、N,N-二甲基烷基胺和有机溶剂混合后进行季铵化反应，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵。在本发明中，所述N,N-二甲基烷基胺具有式II所示结构，式II中R为C1～C18的烷基，优选为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基，更优选为十二烷基或十六烷基；在本发明的实施例中，所述N,N-二甲基烷基胺具体为N,N-二甲基十二胺或N,N-二甲基十六胺。在本发明中，所述氯甲基苯并三氮唑和N,N-二甲基烷基胺的摩尔比优选为1：(1～1.2)。本发明对所述有机溶剂的种类不作特殊限定，常规有机溶剂均可，具体如乙腈、甲醇或异丙醇，优选为乙腈；本发明对所述有机溶剂的用量没有特殊限定，具体的，氯甲基苯并三氮唑与有机溶剂的用量比优选为0.3mol：(140～160)mL。本发明优选将氯甲基苯并三氮唑和N,N-二甲基烷基胺混合后，再加入有机溶剂进行混合，各物料混合均匀后进行所述季铵化反应。
在本发明中，所述季铵化反应的温度优选为75～85℃，更优选为80℃；时间优选为8～48h，更优选为20～30h，进一步优选为24h。
在本发明中，所述季铵化反应完成后优选还包括：将所得体系减压蒸出溶剂，剩余物用石油醚洗涤，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵。本发明对所述减压蒸出溶剂以及石油醚洗涤的具体操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可；所述石油醚优选为无水石油醚。
得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵后，本发明将所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵、苯并三氮唑钠、水和二氯甲烷混合后进行离子交换反应，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐。在本发明中，所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵和苯并三氮唑钠的摩尔比优选为1：(1～1.2)。本发明对所述有机溶剂的种类不作特殊限定，常规有机溶剂均可，具体如二氯甲烷、乙腈或甲醇，优选为二氯甲烷；在本发明中，所述水和有机溶剂的用量没有特殊限定，具体的，苯并三氮唑钠与水、有机溶剂的用量比优选为0.3mol：(25～35)mL：(25～35)mL。本发明优选将苯并三氮唑钠溶于水中，得到苯并三氮唑钠水溶液，然后将所述苯并三氮唑钠水溶液与苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵、有机溶剂混合，各物料混合均匀后进行所述离子交换反应。
在本发明中，所述离子交换反应的温度优选为室温，即不需要额外的加热或降温；时间优选为10～15h，更优选为12h；所述离子交换反应优选在搅拌条件下进行，本发明对所述搅拌的速率没有特殊限定，常规搅拌速率即可。
在本发明中，所述离子交换反应完成后优选还包括：将所得体系分液，所得有机相经干燥后减压蒸出溶剂，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐。在本发明中，所述干燥优选为采用固体干燥剂进行干燥，所述固体干燥剂优选为无水硫酸钠，干燥的时间优选为10～15h，更优选为12h。在本发明中，所述干燥后优选还包括进行过滤，以去除固体干燥剂。本发明对所述减压蒸出溶剂的具体操作没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的方法即可。
在本发明中，制备所述苯并三氮唑功能化的季铵盐的反应流程具体如下：
Figure GDA0002742311230000061
本发明提供了上述技术方案所述苯并三氮唑功能化的季铵盐作为凝胶因子或缓蚀剂的应用。本发明提供的苯并三氮唑功能化的季铵盐具有优异的成胶性能，可以作为凝胶因子，能够在传统的离子液体润滑剂中通过超分子π-π相互作用，自组装形成稳定的三维网络结构，从而将传统的离子液体润滑剂束缚在三维网络结构内，形成稳定的凝胶材料，所述凝胶材料的热稳定性好且摩擦学性能优异，同时防止了传统的离子液体润滑剂在使用过程中的爬移和泄露；所述传统的离子液体润滑剂具体如离子液体润滑剂L-P106、L-P108、L-P104、L-B106或L-F106。本发明提供的苯并三氮唑功能化的季铵盐还具有优异的缓蚀性能，可以作为金属材料基底在盐酸、硫酸、氢氟酸和磷酸等酸性介质中的缓蚀剂，具体的，所述苯并三氮唑功能化的季铵盐能够有效的吸附在金属材料基底表面，通过苯并三氮唑中的N原子和季铵N与金属形成稳定的配位键进而形成致密的吸附膜，此外，苯并三氮唑功能化的季铵盐中疏水链能够反向伸入水中且相互缠绕而形成致密的疏水膜，能够有效的阻隔酸性介质对金属材料基底的侵蚀，从而起到防腐作用；所述金属材料基底中金属元素具体可以为铁、铜和铝中的至少一种，在本发明的实施例中，具体是以碳钢为例研究苯并三氮唑功能化的季铵盐的缓蚀性能。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
化合物BTA-16-BTA的结构式如下所示：
Figure GDA0002742311230000071
所述化合物BTA-16-BTA的制备方法包括以下步骤：
称取0.3mol的氯甲基苯并三氮唑和0.36mol的N,N-二甲基十六胺置于圆底烧瓶中，混合均匀后加入150mL的乙腈，80℃反应24h；反应结束后，减压蒸出溶剂，剩余物用无水石油醚洗涤，以洗去残余的N,N-二甲基十六胺，得到化合物BTA-16。
将所述化合物BTA-16与30mL浓度为1mol/L的苯并三氮唑钠水溶液和30mL的二氯甲烷混合，然后室温条件下搅拌反应12h；反应结束后，分液，所得有机相用无水硫酸钠干燥12h，过滤，减压蒸出溶剂，得到化合物BTA-16-BTA，即为目标产物；所述化合物BTA-16-BTA为白色固体，收率约为88％，表征数据具体如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.08(d,J＝4.0Hz,1H),7.98(d,J＝4.0Hz,1H),7.81(dd,J＝8.0Hz,J＝4.0Hz,2H),7.42(t,J＝8.0Hz,1H),7.34(t,J＝8.0Hz,2H),7.07(dd,J＝8.0Hz,J＝4.0Hz,2H),6.67(s,2H),3.20(s,6H),3.07(t,J＝8.0Hz,2H),1.52–1.33(m,2H),1.26–1.04(m,26H),0.87(t,J＝8.0Hz,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:145.55,145.37,134.63,130.39,125.51,121.73,120.16,116.54,110.86,69.99,62.97,49.00,45.64,32.06,29.85,29.80,29.72,29.54,29.50,29.43,29.08,26.17,22.82,22.45,14.25.阴离子[C6H4N3]-部分的质谱计算值:118.0411,实测值:118.0411，阳离子[C25H45N4]+部分的质谱计算值:401.3639,实测值:401.3648。
实施例2
化合物BTA-12-BTA的结构式如下所示：
Figure GDA0002742311230000081
所述化合物BTA-12-BTA的制备方法参照实施例1的方法，不同之处仅在于将N,N-二甲基十六胺替换为N,N-二甲基十二胺；最终所得目标产物为化合物BTA-12-BTA，白色固体，收率约为90％，表征数据具体如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.31(d,J＝4.0Hz,1H),8.01(d,J＝4.0Hz,1H),7.85(dd,J＝8.0Hz,J＝4.0Hz,2H),7.48(t,J＝8.0Hz,1H),7.37(t,J＝8.0Hz,1H),7.11(dd,J＝8.0Hz,J＝4.0Hz,2H),6.91(s,2H),3.28(s,6H),3.26-3.24(m,2H),1.64(s,2H),1.25–1.17(m,18H),0.88(t,J＝8.0Hz,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ:145.52,145.41,134.80,130.46,125.58,121.74,120.18,116.52,111.15,70.01,63.09,48.85,32.02,29.70,29.67,29.51,29.44,29.40,29.10,26.22,22.80,22.55,14.24.阴离子[C6H4N3]-部分的质谱计算值:118.0411,实测值:118.0411，阳离子[C21H37N4]+部分的质谱计算值:345.3013,实测值:345.3007。
性能测试：
1、成胶性能
将实施例1制备的化合物BTA-16-BTA在常见的传统离子液体润滑剂(分别为L-P106、L-P108、L-P104、L-B106、L-F106)中进行成胶实验，结果具体如表1所示(化合物BTA-16-BTA和传统离子液体润滑剂的添加量以质量百分含量计，如G(1％)的含义是指100g的L-P106离子液体凝胶中，化合物BTA-16-BTA作为凝胶因子，其质量分数是1％，L-P106的质量分数为99％)。由表1可知，化合物BTA-16-BTA能将传统离子液体润滑剂凝胶化形成稳定的离子液体凝胶润滑剂组合物，并且当BTA-16-BTA的质量分数为3％时，对这几类离子液体润滑剂都能成胶，对于L-P106、L-P108、L-P104的最低成胶质量分数为1％。
表1化合物BTA-16-BTA在传统离子液体润滑剂中的成胶性能数据
Figure GDA0002742311230000091
2、含有化合物BTA-16-BTA的凝胶润滑剂组合物的热稳定性能
将含有不同质量浓度化合物BTA-16-BTA的凝胶润滑剂组合物进行热重分析，结果如表2所示(化合物BTA-16-BTA的添加量以质量百分含量计)。由表2可知，所述凝胶润滑剂组合物的热分解温度随着化合物BTA-16-BTA的含量增加而增加，最低的热分解温度也高于369℃，表明添加本发明化合物所得凝胶润滑剂组合物具有较高的热稳定性。
表2含有化合物BTA-16-BTA的凝胶润滑剂组合物的分解温度及热稳定性能数据
Figure GDA0002742311230000092
Figure GDA0002742311230000101
3、含有化合物BTA-16-BTA的凝胶润滑剂组合物的摩擦学性能
利用德国Optimol油脂公司生产的SRV-IV微振动摩擦磨损试验机评价含有化合物BTA-16-BTA的凝胶润滑剂组合物的摩擦磨损性能，并与传统的离子液体润滑剂进行对比。具体是将化合物BTA-16-BTA与传统的离子液体润滑剂加热搅拌充分溶解，冷却得到凝胶润滑剂组合物；以所述凝胶润滑剂组合物作为钢/钢摩擦副的润滑剂，测试平均摩擦系数和平均磨损体积；实验条件为：载荷400N，频率50Hz，振幅1mm，实验时间30min，温度25℃，所用上试球为直径10mm、硬度为58～63HRC的AISI 52100钢球，下试样为直径24mm、厚度7.9mm、硬度为58～63HRC的AISI 52100钢块，下试样的磨损体积由BRUKER-NPFLEX三维光学轮廓仪测得。测试结果具体如表3所示(化合物BTA-16-BTA的添加量以质量百分含量计)。由表3可知，在该实验条件下，所述凝胶润滑剂组合物都表现出了优异的摩擦学性能，具有更低更平稳的摩擦系数和较小的磨损体积。
表3传统离子液体润滑剂和含有化合物BTA-16-BTA的凝胶润滑剂组合物作为钢/钢摩擦副润滑剂的平均摩擦系数和磨损体积
Figure GDA0002742311230000102
Figure GDA0002742311230000111
4、化合物BTA-16-BTA的缓蚀性能
(1)评价缓蚀性能最直观、最简易的方法是通过失重法对腐蚀前后的样块进行重量比较，计算得到缓蚀效率。我们根据文献(Synthesis and anticorrosion for X70steel of propynol derivatives in acid medium,J.Mater.Environ.Sci.5,13-32)报道的方法以化合物BTA-16-BTA为例研究了其在20wt％盐酸中对低碳钢的缓蚀性能，其中，化合物BTA-16-BTA的浓度为100mg/L，测试温度为20℃，并设置不添加化合物BTA-16-BTA的空白实验，测试时间为30min，具体结果见表4。从表4的数据可以看出，加入100mg/L的化合物BTA-16-BTA极大程度的抑制了低碳钢在20wt％盐酸中的腐蚀速率，在20℃的20wt％盐酸中，腐蚀速率相比空白实验降低了近90倍。
表4 100mg/L的化合物BTA-16-BTA在20℃的20wt％盐酸中的缓蚀性能
Figure GDA0002742311230000112
(2)按照上述(1)中的方法测试化合物BTA-16-BTA在20wt％的硫酸中的缓蚀性能，具体结果见表5。由表5可知，加入100mg/L的化合物BTA-16-BTA极大程度的抑制了低碳钢在20wt％的硫酸中的腐蚀速率，在20℃的20wt％的硫酸中，腐蚀速率相比空白实验降低了约20倍。
表5 100mg/L的化合物BTA-16-BTA在20℃的20wt％硫酸中的缓蚀性能
Figure GDA0002742311230000113
(3)按照上述(1)中的方法测试化合物BTA-16-BTA在20wt％的磷酸中的缓蚀性能，具体结果见表6。由表6可知，加入100mg/L的化合物BTA-16-BTA极大程度的抑制了低碳钢在20wt％的磷酸中的腐蚀速率，在20℃的20wt％的磷酸中，腐蚀速率相比空白实验降低了几乎10倍。
表6 100mg/L的化合物BTA-16-BTA在20℃的20wt％磷酸中的缓蚀性能
Figure GDA0002742311230000121
(4)按照上述(1)中的方法测试化合物BTA-16-BTA在20wt％的氢氟酸中的缓蚀性能，具体结果见表7。由表7可知，加入100mg/L的化合物BTA-16-BTA极大程度的抑制了低碳钢在20wt％的氢氟酸中的腐蚀速率，在20℃的20wt％的氢氟酸中，腐蚀速率相比空白实验降低了几乎15倍。
表7 100mg/L的化合物BTA-16-BTA在20℃的20wt％氢氟酸中的缓蚀性能
Figure GDA0002742311230000122
(5)为了进一步证明苯并三氮唑功能化季铵盐具有优异的缓蚀性能，以化合物BTA-16-BTA为例，考察了不同浸泡时间条件下其在20wt％盐酸中对低碳钢的缓蚀性能，具体结果见表8。由表8可以看出，在长时间的浸泡过程中，缓蚀率是逐渐降低的，在浸泡96小时之前，BTA-16-BTA的缓蚀率均在90％以上，证明化合物BTA-16-BTA作为缓蚀剂能够长效的抑制低碳钢的腐蚀过程。继续延长浸泡时间，缓蚀率有所降低，当浸泡时间达到168小时，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率仍在80％以上，进一步证明化合物BTA-16-BTA具有非常优异的长效防腐性能。
表8 20℃条件下100mg/L的化合物BTA-16-BTA在20wt％盐酸中的长效缓蚀性能比较
Figure GDA0002742311230000131
(6)按照上述(5)中的方法测不同浸泡时间条件下试化合物BTA-16-BTA在20wt％硫酸中的缓蚀性能，具体结果见表9。由表9可知，在长时间的浸泡过程中，缓蚀率是逐渐降低的，在浸泡48小时之前，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率在90％以上，继续延长浸泡时间，缓蚀率有所降低，当浸泡时间达到96小时，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率在80％以上，进一步证明BTA-16-BTA具有非常优异的长效防腐性能。
表9 20℃条件下100mg/L化合物BTA-16-BTA在20wt％硫酸中的长效缓蚀性能比较
Figure GDA0002742311230000132
(7)按照上述(5)中的方法测不同浸泡时间条件下试化合物BTA-16-BTA在20wt％磷酸中的缓蚀性能，具体结果见表10。由表10可知，在长时间的浸泡过程中，缓蚀率是逐渐降低的，在浸泡72小时之前，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率在94％以上，继续延长浸泡时间，缓蚀率有所降低，当浸泡时间达到168小时，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率在91％以上，进一步证明BTA-16-BTA具有非常优异的长效防腐性能。
表10 20℃条件下100mg/L化合物BTA-16-BTA在20wt％磷酸中的长效缓蚀性能比较
Figure GDA0002742311230000141
(8)按照上述(5)中的方法测不同浸泡时间条件下试化合物BTA-16-BTA在20wt％氢氟酸中的缓蚀性能，具体结果见表11。由表11可知，在长时间的浸泡过程中，缓蚀率是逐渐降低的，在浸泡48小时之前，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率在90％以上，继续延长浸泡时间，缓蚀率有所降低，当浸泡时间达到144小时，化合物BTA-16-BTA的缓蚀率在85％以上，进一步证明BTA-16-BTA具有非常优异的长效防腐性能。
表11 20℃条件下100mg/L化合物BTA-16-BTA在20wt％氢氟酸中的长效缓蚀性能比较
Figure GDA0002742311230000142
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.苯并三氮唑功能化的季铵盐，其特征在于，具有式I所示结构：
Figure FDA0002902351950000011
式I中，R为C1～C18的烷基。
2.根据权利要求1所述的苯并三氮唑功能化的季铵盐，其特征在于，所述R为甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、戊基、异戊基、辛基、异辛基、癸基、异癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基或十八烷基。
3.权利要求1或2所述苯并三氮唑功能化的季铵盐的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将氯甲基苯并三氮唑、N,N-二甲基烷基胺和有机溶剂混合后进行季铵化反应，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵；
将所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵、苯并三氮唑钠、水和有机溶剂混合后进行离子交换反应，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐；
其中，所述N,N-二甲基烷基胺具有式II所示结构：
Figure FDA0002902351950000012
式II中，R为C1～C18的烷基；
所述氯甲基苯并三氮唑的结构式如下所示：
Figure FDA0002902351950000013
所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵的结构式如下所示：
Figure FDA0002902351950000014
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氯甲基苯并三氮唑和N,N-二甲基烷基胺的摩尔比为1：(1～1.2)。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述季铵化反应的温度为75～85℃，时间为8～48h。
6.根据权利要求3～5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述季铵化反应完成后还包括：将所得体系减压蒸出溶剂，剩余物用石油醚洗涤，得到苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述苯并三氮唑功能化的N,N-二甲基氯化烷基铵和苯并三氮唑钠的摩尔比为1：(1～1.2)。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换反应的温度为室温，时间为10～15h。
9.根据权利要求3、7或8所述的制备方法，其特征在于，所述离子交换反应完成后还包括：将所得体系分液，所得有机相经干燥后减压蒸出溶剂，得到苯并三氮唑功能化的季铵盐。
10.权利要求1或2所述苯并三氮唑功能化的季铵盐作为凝胶因子的应用。
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