CN117886784A - 一种生物基缓蚀剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物基缓蚀剂及其制备方法和应用，本发明提供的生物基缓蚀剂，结构式如下：其中，R为‑C12H25或‑C16H33。制备方法，包括以下步骤：将5‑羟甲基糠醛溶于二氯甲烷中，加入二氯亚砜，反应后得到氯代糠醛；将氯代糠醛溶于乙腈中，加入十二烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺，反应后得到目标产物生物基缓蚀剂；所述新型生物基缓蚀剂以生物基糠醛为原料制得，其原料来源广泛、使用浓度低，具有优异的缓蚀性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属防腐用缓蚀剂技术领域，尤其涉及一种新型生物基缓蚀剂及其制备方法和应用。
背景技术
腐蚀不仅造成严重经济损失，而且引发重大灾难事故。据中国工程院发布的《我国腐蚀状况及控制战略研究》表明，我国每年因腐蚀所造成的损失超过两万亿元，约占国家GDP的3.34%，超过了年度所有自然灾害损失的总和。因此，发展简单高效的防腐技术具有重要的实际意义。
在众多防腐技术中，缓蚀剂以其简单、高效的特点被广泛应用。传统使用的高效无机缓蚀剂产品如铬酸盐类和重铬酸盐类等，因其人体毒性且严重污染环境而被禁用和淘汰。目前发展的有机缓蚀剂如苯并三氮唑类、苯并咪唑类、硫脲类、胺类和脂肪酸类等，防腐性能不尽理想且使用过程中可能污染环境。为满足环境保护和绿色可持续发展战略的需要，缓蚀剂不仅需要具有稳定高效的防腐效果和安全方便的使用方法，而且新型缓释剂在开发过程中更应满足绿色化学的要求，降低产品对环境的影响。以生物基原材料开发新型绿色缓蚀剂是一个重要的发展方向。专利CN113293379A报道了一种黄栀子果实提取物缓蚀剂，该发明中所述黄栀子果实提取物缓蚀剂的活性成分为黄栀子果实的水提取物，该发明中缓蚀剂可在一定温度范围内的硫酸腐蚀介质中有效减缓铜的腐蚀，缓蚀剂获取便利，原材料丰富，所含成分天然无害，绿色环保。专利CN114645279A报道了一种鼠李糖脂作为环保型微生物腐蚀抑制剂的应用，该鼠李糖脂可作为环保型微生物腐蚀抑制剂，用于抑制金属材料服役中面临的微生物腐蚀问题。将鼠李糖脂以浓度0.53~1.9g/L加入能够导致微生物腐蚀的环境中，结果表明，鼠李糖脂作为环保型微生物腐蚀抑制剂，不仅自身能够抑制金属腐蚀，而且能够有效抑制环境微生物导致的金属材料腐蚀，具有绿色环保的特点。
目前，虽然有一部分生物基缓蚀剂的报道，但是仍缺乏一种原料来源广泛、低浓度高效环保的生物基缓蚀剂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种新型生物基缓蚀剂及其制备方法和应用，所述新型生物基缓蚀剂以生物基糠醛为原料制得，其原料来源广泛、使用浓度低，具有优异的缓蚀性能。
为实现此目的，本发明提供一种新型生物基缓蚀剂，结构式如下：
其中，R为-C12H25或-C16H33。
本发明所述的生物基缓蚀剂的制备方法，包括以下步骤：
（1）将5-羟甲基糠醛溶于二氯甲烷中，加入二氯亚砜，反应后得到氯代糠醛；
（2）将氯代糠醛溶于乙腈中，加入十二烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺，反应后得到目标产物生物基缓蚀剂；
以R为-C16H33为例，合成路线如下所示
。
进一步，所述步骤（1）中5-羟甲基糠醛与二氯亚砜的摩尔比为1:1.5。
进一步，所述步骤（1）中的反应温度为0℃，反应时间为1h。
进一步，所述步骤（2）中氯代糠醛与十二烷基二甲基叔胺的摩尔比为1:1.5，氯代糠醛与十六烷基二甲基叔胺的摩尔比为1:1.5。
进一步，所述步骤（2）中的反应温度为80℃，反应时间为1h。
进一步，所述缓蚀剂适用于中性腐蚀环境中对钢的防腐。
进一步，所述缓蚀剂使用浓度为5~500 ppm。
进一步，所述缓蚀剂使用浓度为10~50 ppm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的生物基缓蚀剂分子结构中含有氧原子和氮原子，可与金属表面原子相互作用，形成一层致密的分子保护膜发挥防腐性能，同时，分子中较长的烷基链可使分子保护膜呈现疏水性，进一步增强防腐性能；其使用浓度低，可在中性腐蚀介质中有效减缓金属的腐蚀，而且缓蚀剂原材料获取便利，原材料丰富，成本低，缓蚀剂成分绿色环保。
附图说明
图1是实施例1中所用缓蚀剂的核磁谱图。
图2是实施例1中碳钢片和对比例1中碳钢片腐蚀表面对比。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种新型生物基缓蚀剂，其结构式为
其中R为-C16H33，
本发明所述的生物基缓蚀剂的合成方法包括以下步骤：
步骤一：
将1 g的5-羟甲基糠醛溶于二氯甲烷中，在0 ℃条件下加入1.5倍摩尔当量的二氯亚砜，继续反应1 h。之后加入碳酸氢钠溶液淬灭，并利用二氯甲烷与去离子水（1:1）进行萃取，加入无水硫酸镁进行干燥，除去溶剂后得到氯代糠醛。
步骤二：
将1 g氯代糠醛溶于乙腈中，并加入1.5倍摩尔当量的十六烷基二甲基叔胺，在80℃条件下反应1 h。除去溶剂后，采用层析法将产品用二氯甲烷和甲醇（10:1）洗脱提纯，得到R为-C16H33的生物基缓蚀剂。
将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为500 ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
实施例2
本实施例采用实施例1制得的生物基缓蚀剂，将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为5 ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
实施例3
本实施例采用实施例1制得的生物基缓蚀剂，将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为50ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
实施例4
本实施例采用实施例1制得的生物基缓蚀剂，将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为30ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
实施例5
本实施例采用实施例1制得的生物基缓蚀剂，将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为10ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
实施例6
本实施例提供一种新型生物基缓蚀剂，其结构式中R为-C12H25，制备方法同实施例1。
将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为50 ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
实施例7
本实施例采用实施例6制得的生物基缓蚀剂，将该缓蚀剂溶于3.5 wt%的NaCl水溶液中，其浓度为10ppm，然后将2000#金相砂纸打磨过的Q235碳钢在缓蚀剂溶液中浸泡48 h。最后，将碳钢在质量分数为20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
对比例1
本对比例中不添加新型生物基缓蚀剂，直接将Q235碳钢在3.5 wt%的NaCl水溶液中浸泡48 h。最后，将2000#金相砂纸打磨过的碳钢在20%的盐酸溶液中浸泡20分钟，再用刷子除去表面锈迹，干燥并称重，计算缓蚀效率。
其实验指标缓蚀效率为：
缓蚀效率（%）=(1-ΔW/ΔW 0)*100%，其中，ΔW 0和ΔW分别为不含和含缓蚀剂溶液中钢片的平均失重。
测试结果汇总于表1中。
表1
分析表1数据可知，本发明所述的一种生物基缓蚀剂使用浓度低，在缓蚀剂浓度为10 ppm时，其缓蚀效率达到了97.5%，当缓蚀剂浓度大于50ppm时，其缓蚀效率已超过99%，说明该缓蚀剂具有优异的缓蚀性能，可在中性腐蚀介质中有效减缓金属的腐蚀，而且缓蚀剂原材料获取便利，原材料丰富，成本低，缓蚀剂成分绿色环保。
从说明书附图2中可以看出，在实施例1中加入的生物基缓蚀剂由于在碳钢表面形成了一层腐蚀防护膜，碳钢表面在腐蚀实验之后没有明显的腐蚀物质产生，而对比例1中由于没有缓蚀剂，碳钢表面产生了严重的锈蚀。以上对比结果说明，本发明中提供的生物基缓蚀剂对中性腐蚀介质中的碳钢具有优异的缓蚀性能。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (9)
1.一种生物基缓蚀剂，其特征在于，结构式如下：
其中，R为-C12H25或-C16H33。
2.根据权利要求1所述的生物基缓蚀剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将5-羟甲基糠醛溶于二氯甲烷中，加入二氯亚砜，反应后得到氯代糠醛；
（2）将氯代糠醛溶于乙腈中，加入十二烷基二甲基叔胺或十六烷基二甲基叔胺，反应后得到目标产物生物基缓蚀剂；
以R为-C16H33为例，合成路线如下所示
。
3.根据权利要求2所述的生物基缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中5-羟甲基糠醛与二氯亚砜的摩尔比为1:1.5。
4.根据权利要求2所述的生物基缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的反应温度为0℃，反应时间为1h。
5.根据权利要求2所述的生物基缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中氯代糠醛与十二烷基二甲基叔胺的摩尔比为1:1.5，氯代糠醛与十六烷基二甲基叔胺的摩尔比为1:1.5。
6.根据权利要求2所述的生物基缓蚀剂的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的反应温度为80℃，反应时间为1h。
7.权利要求1所述的生物基缓蚀剂的应用，其特征在于，所述缓蚀剂适用于中性腐蚀环境中对钢的防腐。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述缓蚀剂使用浓度为5~500 ppm。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述缓蚀剂使用浓度为10~50 ppm。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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