CN112479915B - 一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂 - Google Patents

一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂 Download PDF

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Abstract

本申请属于金属缓蚀的技术领域，尤其涉及一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂。本申请第一方面提供了一种正辛酸二异丙醇酰胺，具有如下式Ⅰ的结构；本申请第二方面提供了一种正辛酸二异丙醇酰胺的制备方法，包括以下步骤：将正辛酸、二异丙醇胺和相转移催化剂混合反应，制得如式Ⅰ所述的正辛酸二异丙醇酰胺。本申请提供的正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂，能有效解决现有缓蚀剂无法兼备不起泡、具有良好缓蚀效果和润滑作用的技术问题。

Description

一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂
技术领域
本申请属于金属缓蚀的技术领域，尤其涉及一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂。
背景技术
金属腐蚀是指金属在外界环境的作用下引起的破坏或变质，在金属的表面发生了化学或电化学多相反应，使金属转入氧化状态，这会显著降低金属材料的强度、塑性、韧性等力学性能。铝合金因其独特的金属性能在各领域得到广泛应用，其防腐问题也得到更多的关注。铝是活泼的两性金属，不同于黑色金属，其对酸碱更敏感，更易腐蚀。传统的缓蚀剂存在易起泡和缓蚀效果不佳的问题，如无泡的缓蚀剂的缓蚀效果差，缓蚀效果好的缓蚀剂容易起泡，如酰胺类铝缓蚀剂易起丰富细腻的泡沫。
综上所述，传统的缓蚀剂存在易起泡和缓蚀效果不佳的技术缺陷。因此，研发一种兼备不起泡、具有良好缓蚀效果和润滑作用的缓蚀剂是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供了一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂，能有效解决现有缓蚀剂无法兼备不起泡、具有良好缓蚀效果和润滑作用的技术问题。
本申请第一方面提供了一种正辛酸二异丙醇酰胺，具有如下式Ⅰ的结构；
Figure BDA0002802315550000011
本申请第二方面提供了一种正辛酸二异丙醇酰胺的制备方法，包括以下步骤：
将正辛酸、二异丙醇胺和相转移催化剂混合反应，制得如式Ⅰ所述的正辛酸二异丙醇酰胺。
作为优选，包括：
正辛酸 17～27wt.％；
二异丙醇胺 73～83wt.％。
作为优选，所述相转移催化剂选自聚醚类相转移催化剂、环状冠醚类相转移催化剂、季铵盐相转移催化剂、叔胺相转移催化剂、季铵碱相转移催化剂和季膦盐相转移催化剂中的一种或多种。
作为优选，所述相转移催化剂选自18-冠醚-6或/和15-冠醚-5。
作为优选，所述18-冠醚-6的投料量为总反应体系的0.1～0.2％wt.％。
作为优选，所述混合反应具体包括加热反应同时排出生成水，直至不再产生水时停止加热。
作为优选，所述混合反应的温度为110℃～125℃；所述混合反应的时间为4～5h。
作为优选，所述正辛酸为预热的正辛酸，所述预热的正辛酸的温度为90℃～100℃。
本申请第三方面提供的正辛酸二异丙醇酰胺在有色金属铝及其合金的缓蚀中的应用。
本申请第四方面提供了一种缓蚀剂，包括所述正辛酸二异丙醇酰胺或所述制备方法制得的正辛酸二异丙醇酰胺。
具体的，所述缓蚀剂作用于有色金属铝及其合金。
本申请发现通过低碳链、异构化和基团改性等方式选择低碳链的正辛酸和二异丙醇胺合成无泡且缓蚀效果佳、润滑性优越的无泡铝缓蚀剂正辛酸二异丙醇酰胺。试验证明，与现有常用的具有长碳链的油酸二乙醇酰胺、具有长碳链的妥尔油酸二乙醇酰胺和无泡缓蚀剂硅酸钠相比，本申请一方面通过低碳链、异构化来实现合成酰胺的低泡性，另一方面，使其铝缓蚀性能较常规酰胺类铝缓蚀剂提高了5～10倍。此外，本申请还具备优越的润滑性，可兼具润滑剂的功能，一剂多用。
与现有技术相比，本申请通过低碳链化和异构化，合成了正辛酸二异丙醇酰胺，实现了酰胺类铝缓蚀剂的无泡性和高效性，本申请的合成方法具有如下优点：
(1)本申请的合成方法简单、操作容易，适用范围广，尤其适用酰胺类产品的合成。
(2)本申请相对地生产成本也较低，更利于工业化。
(3)本申请无泡，为金属加工液、表面处理等领域的无泡、低泡化提供更多选择。
(4)本申请铝缓蚀效果佳，有效降低体系缓蚀剂添加量，提高体系的防腐性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本申请提供的正辛酸二异丙醇酰胺的结构式；
图2为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺的红外谱图；
图3为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺、正辛酸和二异丙醇酰胺的红外谱图；
图4为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺的核磁图谱；
图5为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺的攻丝扭矩曲线。
具体实施方式
本申请提供了一种正辛酸二异丙醇酰胺及其制备方法、缓蚀剂，用于解决现有技术中的缓蚀剂存在的易起泡和缓蚀效果差的技术缺陷。
下面将对本申请实施例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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制；
本申请实施例的制备方法如下：
(1)将17％～27wt.％正辛酸投入到反应釜中，升温至90℃，备用；
(2)将73％～83wt.％二异丙醇胺缓慢投入到反应釜中；
(3)将占反应体系的0.1～0.2wt.％的催化剂18-冠醚-6投入到反应釜中，升温至110～125℃，在此温度下反应约4～5h，同时开启真空泵以排出反应生成的水，至不再有水分馏出时停止加热。
(4)自然冷却至室温，出料，制得正辛酸二异丙醇酰胺。
以下使用的对比例1的油酸二乙醇酰胺的CAS为93-83-4，化学式为：CH3(CH2)7CH＝CH(CH2)7C(＝O)N(CH2CH2OH)2。对比例2的妥尔油酸二乙醇酰胺为以妥尔油酸和二乙醇胺为原料合成的妥尔油酸二乙醇酰胺。对比例3的常规无泡缓蚀剂硅酸钠。
实施例1
本申请实施例提供了正辛酸二异丙醇酰胺的制备方法，具体包括：
(1)将23％正辛酸投入到反应釜中，升温至90℃，备用；
(2)将77％二异丙醇胺缓慢投入到反应釜中；
(3)将0.1～0.2％的催化剂18-冠醚-6投入到反应釜中，升温至118℃，在此温度下反应约4.5h，同时开启真空泵以排出反应生成的水，至不再有水分馏出时停止加热。
(4)自然冷却至室温，出料，即为如式Ⅰ所述的正辛酸二异丙醇酰胺。
(5)对本申请实施例制得的式Ⅰ所述的正辛酸二异丙醇酰胺进行红外光谱分析和核磁共振谱分析，结果如图2、图3和图4所示，图2为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺的红外谱图，图3为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺、正辛酸和二异丙醇酰胺的红外谱图，图4为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺的核磁图谱，可见，本申请实施例成功制得式Ⅰ所述的正辛酸二异丙醇酰胺。
实施例2
本申请实施例提供了实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的的LY12铝合金的缓蚀性能试验，具体步骤如下：
参考《GB6144-2010合成切削液》中腐蚀试验方法，测试实施例1、对比例1(油酸二乙醇酰胺)、对比例2(妥尔油酸二乙醇酰胺)和对比例3(常规无泡缓蚀剂硅酸钠)的LY12铝合金的缓蚀性能。
1、配置工作液：分别将实施例1、对比例1、对比例2和对比例3分别配置成浓度为0.05％、0.1％、0.2％、0.5％、0.8％的对应的工作液，其中工作液中溶质为实施例1、对比例1、对比例2和对比例3，溶剂为自来水；空白对比例为自来水。
2、将恒温箱设定为55℃，预热；
3、将金属试片取出后用无水乙醇将防锈油洗干净；
4、等金属试片干后，用400目砂纸打磨表面，使表面没有凹坑、划痕或锈迹；
5、将磨好的是金属试片用脱脂棉在无水乙醇中清洗干净，用滤纸擦干；
6、将擦干的金属试片分别放入50ml烧杯中，要求步骤1中的工作液能浸没金属试片；
7、盖上培养皿，将烧杯放进已恒温在55±2℃的恒温箱中，并记录开始腐蚀的时间；
8、连续放置8h后取出金属试片，与试验前的金属试片进行对比；
9、评判标准：如表1所示，LY12铝合金达到A或B级即为合格。
表1 LY12铝的腐蚀标准
无锈、光泽如新 A级
轻度变色 B级
中度变色 C级
严重变色 D级
10、LY12铝合金的腐蚀试验结果如表2所示。
表2 LY12铝合金的腐蚀试验结果
Figure BDA0002802315550000051
Figure BDA0002802315550000061
从表2可知，本申请实施例1的正辛酸二异丙醇酰胺在低浓度下仍有良好的铝合金缓蚀效果，但是，对比例1～3在低浓度下的铝合金缓蚀效果较差。
实施例3
本申请实施例提供了实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的发泡性能试验，具体步骤如下：
依据GB/T 7462-94《表面活性剂发泡力的测定改进Ross-Miles法》中发泡能力的测试方法，测试实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的发泡力。
1、配制工作液：分别将实施例1、对比例1、对比例2和对比例3分别配置成浓度为0.25％的工作液，其中工作液中溶质为实施例1、对比例1、对比例2和对比例3，溶剂为自来水；
2、恒温水浴，带有循环水泵，控制实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的温度在50±0.5℃；
3、仪器清洗：先用水冲洗，再用少量待测液润洗；
4、将部分待测液灌入分液漏斗至150mm刻度处；
5、将部分待测液灌入量筒至50ml刻度处；
6、量取500ml保持在50±0.5℃的待测液倒入分液漏斗，缓慢进行此操作，以免生成泡沫，待测液分别为实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的0.25％的工作液；
7、使分液漏斗中的液体不断流下，直到液面降至150mm刻度处；
8、以所形成的泡沫在液流停止后30s、3min、5min、8min、10min、12min和15min时的毫升数(泡沫体积)来表示结果。
9、不同时刻泡沫高度的试验结果如表3所示。
表3不同时刻泡沫高度
Figure BDA0002802315550000071
从表3可知，对比例1初始泡沫体积为150ml，15min后仍有75ml的泡沫剩余；对比例2初始泡沫体积高达270ml，高于对比例1，远高于实施例1，15min后仍有60ml的泡沫为消泡；实施例1和对比例3初始泡沫体积均为0。对比例1和对比例2的泡沫体积明显高于实施例1。
实施例4
本申请实施例提供了实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的的攻丝试验，具体步骤如下：
用模拟试验机在设置有预留孔的金属材料上直接进行攻丝试验，并用平均扭矩值来评价其加工的润滑性能。理论上说，攻丝扭矩值越低，润滑性越好。将实施例1、对比例1、对比例2和对比例3配置成浓度为1％的工作液，其中工作液中溶质为实施例1、对比例1、对比例2和对比例3，溶剂为自来水。将实施例1、对比例1、对比例2和对比例3的1％工作液分别进行攻丝试验。测试参数如下：转速：1200rpm；攻丝深度：12mm；扭力：400Ncm；丝锥类型：M4挤压丝锥；测试块材质：7075铝。平均扭矩值如表4，攻丝扭矩曲线图如图5。图5为本申请实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺的攻丝扭矩曲线。
表4平均扭矩值
Figure BDA0002802315550000081
由攻丝扭矩测试结果图5和表4可知，实施例1平均扭矩值最低，为145.0N/cm，其次是对比例1和对比例2，分别为187.2N/cm和176.8N/cm，对比例3平均攻丝扭矩值为228.2N/cm，超出实施例1有57.4％，实施例1具有最优的润滑性。
通过上述实施例的铝缓蚀性、润滑性、泡沫性等三方面的比较发现，相对目前市面上常用的铝缓蚀剂，本发明实施例提供的正辛酸二异丙醇酰胺具有优异的润滑性和铝缓蚀性，且无泡，具有更广阔的发展前景和应用范围。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种正辛酸二异丙醇酰胺在有色金属铝及其合金的缓蚀中的应用，其特征在于，所述正辛酸二异丙醇酰胺具有如下式Ⅰ的结构；
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式Ⅰ。
2.一种缓蚀剂，其特征在于，包括如权利要求1所述应用中的的正辛酸二异丙醇酰胺。
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