CN111778511B - 一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂及其制备方法与应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂及其制备方法与应用。技术方案是：一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，它由以下质量百分比的原料组成：胍基改性季铵盐35～45％、烷基二元羧酸钠10～20％、非离子表面活性剂5～10％、低分子醇5～15％、助剂0.5～1.5％，余量为去离子水。本发明通过引入新型胍基改性季铵盐作为缓蚀剂的主活性物，提供一种组成简单、高效、安全、易于生物降解的碳钢缓蚀剂。该主活性组分胍基改性季铵盐具有多个电负性强的氮原子、多对孤对电子和大π共轭键，水溶性好，复配性好，生态毒性低，易生物降解，与环境和人体均具有良好的相容性。复配缓蚀剂与水混合不起泡，无需使用消泡剂。具有优异的缓蚀效果，缓蚀效率均达到92％以上。

Description

一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于缓蚀剂技术领域，具体涉及一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂及其制备方法与应用。
背景技术
碳钢价格低廉且机械性能和工艺性能良好，在各行业中的应用非常广泛。但其显著不足就是易于腐蚀，因此在其产品加工以及应用过程中，常用稀硫酸或稀盐酸进行酸洗，去除表面的氧化膜或腐蚀产物，为了避免酸洗过程中金属或酸的过度消耗以及防止有害腐蚀的发生，在酸中加入缓蚀剂是有效的手段。缓蚀剂具有成本低、操作简单、见效快、可保持金属的物理机械性能不变，无需额外的防腐蚀设备，是一种经济有效的防腐技术。
缓蚀剂可以分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂。常用的酸洗缓蚀剂中，主要包括含有毒铬酸根的无机缓蚀剂，有机磷、氮、氧、硫及其衍生物，如咪唑啉及其盐、季铵盐类、松香衍生物、磺酸盐、亚胺乙酸衍生物及炔醇类等。含磷缓蚀剂会造成水体的富营养化，故被列为第二类污染物；含氮缓蚀剂虽然具有良好的缓蚀效果，但其大多为杂环类化合物，毒性大，对人体和自然环境均造成较大的伤害，所以开发研制高效、低毒、易于生物降解的缓蚀剂显得尤为重要。
胍是亚胺脲，易溶于水，分子存在互变异构体，具有多对孤对电子和大π共轭键，具备了作为缓蚀剂的结构特点，制备各种结构新颖的胍类缓蚀剂来使用具有潜在的应用价值和研究价值。期刊《工业水处理》2017年第37卷第12期文献“咪唑啉胍盐缓蚀剂对不锈钢的缓蚀性能研究”中将胍基创新性地引入到咪唑啉缓蚀剂中，在增强缓蚀效果的同时又保证其水溶性，其原因在于胍基上带有C＝N双键和N原子。期刊《天然产物研究与开发》2010年第22卷第3期文献“壳聚糖接枝胍乙酸缓蚀剂的研究”中制备得到长效缓蚀剂—胍乙酸壳聚糖，与其他含氮杂环缓蚀剂相比，具有原料来源广泛，成本低廉，使用时投药量较低，缓蚀剂可生物降解，对环境无污染，投药后缓蚀效果持续时间较长的特点。期刊《腐蚀与防护》2010年第31卷第11期文献“十二烷基双胍盐对金属铜的缓蚀性能”中十二烷基双胍盐对铜具有缓蚀效果，原因在于双胍基是一类至少含有五个氮原子并且具有特殊双齿型结构的有机化合物，能够以多种方式与Cu2+及其它二价金属离子、部分高价金属离子配位形成稳定性良好的金属螯合物，且烷基双胍盐原料来源较广，合成工艺简单。专利CN108402070A的发明申请公开了一种油田回注水用胍基杀菌阻垢缓蚀剂，其功效主要在于杀菌，同时可以除去油田回注水中的成垢物质以及在管道内壁生成的水垢从而产生缓蚀功效。
目前关于胍类化合物为主活性物的缓蚀剂专利未有公开申请，开发新型含胍类化合物的缓蚀剂配方有较好的市场应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种组成简单、高效、安全、易于生物降解的碳钢缓蚀剂及其制备方法与应用，引入新型胍基改性季铵盐作为缓蚀剂的主活性物，该主活性组分胍基改性季铵盐具有确定的分子结构，具有多个电负性强的氮原子、多对孤对电子和大π共轭键，水溶性好，复配性好，生态毒性低，易生物降解，与环境和人体均具有良好的相容性。复配缓蚀剂与水混合不起泡，无需使用消泡剂。
本发明采用的技术方案是：
一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，它由以下质量百分比的原料组成：胍基改性季铵盐35～45％、烷基二元羧酸钠10～20％、非离子表面活性剂5～10％、低分子醇5～15％、助剂0.5～1.5％，余量为去离子水；
所述胍基改性季铵盐的结构通式如式一所示：
Figure BDA0002586983040000031
式一中R为C8-12烷基，R1为H或CH3。
进一步地，所述烷基二元羧酸钠为NaOOC(CH2)xCOONa，其中x为3～8。
进一步地，所述非离子表面活性剂为支链醇聚氧乙烯醚，结构通式如式二所示：
Figure BDA0002586983040000032
式二中R1为C5-12烷基，R2为C3-10烷基，n为2～4，m为1～6。
进一步地，所述低分子醇为工业级甲醇或工业级乙醇。
进一步地，所述助剂为甾醇、钼酸钠、聚马来酸或硫酸锌中的任意一种。
本发明还提供了一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)按所述质量百分比称取各原料；
(2)先向容器中加入去离子水和低分子醇，并加热至40～50℃；
(3)然后向步骤(2)的混合液中加入胍基改性季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；
(4)向步骤(3)的溶解液中依次加入非离子表面活性剂、烷基二元羧酸钠和助剂，进行混合搅拌，即制成一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
本发明还提供了一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的应用，按照每100g腐蚀介质中含有1g碳钢缓蚀剂的比例，将含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂添加到腐蚀介质中制备成用于缓解碳钢腐蚀的缓蚀剂。
本发明与现有同类产品及技术相比具有以下优点：
1、本发明的胍基改性季铵盐，具有多个电负性强的氮原子、多对孤对电子和大π共轭键，水溶性好，复配性好，生态毒性低，易生物降解，与环境和人体均具有良好的相容性。
2、阳离子与非离子的复配，使产品存储稳定性高，渗透性好，能强力吸附于金属表面形成一层保护膜。
3、特殊支链化非离子表面活性剂的加入，使产品具有抑制泡沫作用，能广泛应用于现代工业酸洗领域。
4、本发明通过缓蚀剂复配增效的方法，充分发挥各组分的协同作用，进而具有优异的缓蚀效果，缓蚀效率均达到92％以上。
5、本发明中复配方法简单，且协同效应使复配缓蚀剂中各缓蚀剂用量较单一使用时明显降低。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行进一步说明。
实施例1：
本实施例中的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0002586983040000041
Figure BDA0002586983040000051
上述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法：
按所述质量百分比称取各个原料，向容器中加入去离子水和乙醇，并加热至40～50℃，然后加入N,N-二甲基-N-(二甲基辛基胍-丙基)辛基季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；依次向上述溶液中加入2-丙基庚醇聚氧乙烯醚(A10EO9)、癸二酸钠以及钼酸钠，进行混合搅拌，即制成所述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
实施例2：
本实施例中的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，由以下质量百分比的原料组成：
N,N-二甲基-N-(癸基胍-丙基)癸基季铵盐 40％
壬二酸钠 15％
2-丙基庚醇聚氧乙烯醚(A<sub>10</sub>EO<sub>3</sub>) 5％
甲醇 15％
甾醇 1.5％
去离子水 23.5％
上述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法：
按所述质量百分比称取各个原料，向容器中加入去离子水和甲醇，并加热至40～50℃；然后加入N,N-二甲基-N-(癸基胍-丙基)癸基季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；依次向上述溶液中加入2-丙基庚醇聚氧乙烯醚(A10EO3)、壬二酸钠以及甾醇，进行混合搅拌，即制成所述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
实施例3：
本实施例中的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0002586983040000061
上述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法：
按所述质量百分比称取各个原料，向容器中加入去离子水和甲醇，并加热至40～50℃；加入N,N-二甲基-N-(十二烷基胍-丙基)十二烷基季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；依次向上述溶液中加入2-己基癸醇聚氧乙烯醚(A16EO5)、戊二酸钠以及聚马来酸，进行混合搅拌，即制成所述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
实施例4：
本实施例中的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0002586983040000062
上述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法：
按所述质量百分比称取各个原料，向容器中加入去离子水和乙醇，并加热至40～50℃；加入N,N-二甲基-N-(十二烷基胍-丙基)十二烷基季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；依次向上述溶液中加入2-己基癸醇聚氧乙烯醚(A16EO9)、己二酸钠以及甾醇，进行混合搅拌，即制成所述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
实施例5：
本实施例中的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，由以下质量百分比的原料组成：
Figure BDA0002586983040000071
上述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法：
按所述质量百分比称取各个原料，向容器中加入去离子水和乙醇，并加热至40～50℃；加入N-(二甲基辛基胍-丙基)辛基季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；依次向上述溶液中加入2-己基癸醇聚氧乙烯醚(A16EO7)、辛二酸钠以及硫酸锌，进行混合搅拌，即制成所述含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
对实施例1—5制备的含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂进行缓蚀性能测试。
腐蚀速率的测试条件：参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY-T5405-1996《酸化用缓蚀剂性能试验方法及评价指标》，采用静态挂片失重法测定Q235碳钢在加有缓蚀剂的盐酸中的腐蚀速率。首先，在反应釜中配制好10％的盐酸作为腐蚀介质，然后分别加入1％(质量分数)的实施例1—5制备的含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂；然后将Q235碳钢放入反应釜中密封，在(70±1)℃条件下腐蚀4h，腐蚀结束后计算钢片腐蚀速率。其试验数据如下表：
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
缓蚀率(％) 95.3 93.2 96.2 94.7 92.1
从上表可以看出，本发明的缓蚀效果非常强，在向缓蚀介质中加入1％(质量分数)的含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂后，对Q235碳钢均能达到92％以上的缓蚀效果。

Claims (6)

1.一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，其特征在于，它由以下质量百分比的原料组成：胍基改性季铵盐35～45％、烷基二元羧酸钠10～20％、非离子表面活性剂5～10％、低分子醇5～15％、助剂0.5～1.5％，余量为去离子水；
所述胍基改性季铵盐的结构通式如式一所示：
Figure FDA0003929002270000011
式一中R为C8-12烷基，R1为H或CH3；
所述烷基二元羧酸钠为NaOOC(CH2)xCOONa，其中x为3～8。
2.根据权利要求1所述的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，其特征在于：所述非离子表面活性剂为支链醇聚氧乙烯醚，结构通式如式二所示：
Figure FDA0003929002270000012
式二中R1为C5-12烷基，R2为C3-10烷基，n为2～4，m为1～6。
3.根据权利要求1所述的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，其特征在于：所述低分子醇为工业级甲醇或工业级乙醇。
4.根据权利要求1所述的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂，其特征在于：所述助剂为甾醇、钼酸钠、聚马来酸或硫酸锌中的任意一种。
5.权利要求1-4任意一项所述的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按所述质量百分比称取各原料；
(2)先向容器中加入去离子水和低分子醇，并加热至40～50℃；
(3)然后向步骤(2)的混合液中加入胍基改性季铵盐，充分搅拌，使其完全溶解；
(4)向步骤(3)的溶解液中依次加入非离子表面活性剂、烷基二元羧酸钠和助剂，进行混合搅拌，即制成一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂。
6.权利要求1-4任意一项所述的一种含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂的应用，其特征在于：按照每100g腐蚀介质中含有1g碳钢缓蚀剂的比例，将含烷基胍盐的碳钢缓蚀剂添加到腐蚀介质中制备成用于缓解碳钢腐蚀的缓蚀剂。
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