咪唑啉是含有2个互为间位的氮原子及1个双键的五元杂环化合物。咪唑啉型缓蚀剂一般具有1个含氮的五元杂环,碳支链R和与杂环上N成键的含有官能团的支链R.(一般为酰胺、胺基、羟基等)。
咪唑啉缓蚀剂的突出优点是,当金属与酸性介质接触时,它可以在金属表面形成单分子吸附膜,以改变H的氧化还原电位,也可以络合溶液中的某些氧化剂,降低其电位以达到缓蚀的目的。有关其合成方法和缓蚀机理已有很多研究,但对缓蚀剂分子结构和缓蚀性能间的关系研究不多。本文以苯甲酸(BA)、月桂酸(LA)、二乙烯三胺(DGTA)、三乙烯四胺(TETA)为原料合成了咪唑啉,探讨了咪唑啉分子结构对缓蚀性能的影响。研究了咪唑啉季铵盐(IM)与阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)以及无机阴离子Br-、I-的协同作用,得到了一种缓蚀性能较好的复配型缓蚀剂,并探讨了其最佳应用条件。
1实验部分
1.1试剂和仪器
苯甲酸(BA)、月桂酸(LA)、二乙烯三胺(DGTA)、三乙烯四胺(TETA)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、硫酸二甲酯(DMS)、二甲苯、氯化苄(BC)、丙酮、HC1、KBr、KI,以上试剂均为分析纯。AVATAR370型红外光谱仪(美国);WMNK.202型温度指示控制仪;N.1001D.WD型旋转蒸发仪(日本)。
1.2咪唑啉季铵盐的合成
以有机酸和多胺为原料合成咪唑啉化合物的反应如下:
按文献[3,4]方法,称取20g(约0.1oto1)月桂酸,12g三乙烯四胺、40mL二甲苯、1g氧化铝(催化剂)加入到三口烧瓶中加热,控制温度在120~160℃,反应生成的水与二甲苯以共沸物形式蒸出,脱水2h后,将反应温度升高至190℃,并滴加10g三乙烯四胺,在200~240℃下环化3h。将反应物冷却到110℃减压蒸馏2h以除去二甲苯。再缓慢滴加12.6g硫酸二甲酯,在90~100℃下反应3h,得到粗咪唑啉季铵盐。然后将其用丙酮和甲苯的混合溶液重结晶,即得精制咪唑啉季铵盐。其它3种类型的咪唑啉季铵盐的合成方法同上。4种产物的分子结构如下:
1.3静态失重法测定缓蚀率
A3钢片经过150#和600#金相砂纸打磨后,依次用蒸馏水、丙酮清洗、干燥称重,多次测量每个挂片的内外径和厚度,取其平均数值。然后将试片悬挂在不同质量浓度咪唑啉缓蚀剂质量分数5%HC1介质中.在恒温水浴中悬挂一定时间后取出,再次用蒸馏水、丙酮清洗、干燥后称重。通过腐蚀前后挂片的质量差及挂片的表面积,计算缓蚀率(%)。通过静态失重法筛选出缓蚀效果比较好的咪唑啉季铵盐作为复配主体。
1.4复配离子的选择及最佳复配比的确定
用质量分数为5%HC1溶液分别配制含有I-、Br-、SDS及SDBS各1g/L的溶液。过静态失重法找出最佳的复配体及最佳的复配比。
1.5缓蚀率的测定
按照最佳复配比以体积分数为5%的HC1为溶剂配制缓蚀剂的溶液,在50℃的水浴中用静态失重法进行不同时间的腐蚀测定,绘制缓蚀率曲线;在5%的HC1介质中按照最佳复配比配制缓蚀剂的溶液,在水浴中进行6h的腐蚀测定。
2结果与讨论
2.1咪唑啉季铵盐化学结构的表证
图1为以月桂酸、三乙烯四胺、硫酸二甲酯为原料合成的咪唑啉季铵盐缓蚀剂的红外光谱图。
由图1可以看出,在1548.7和3299.7cm-1处为N—H的变形振动,表明有仲胺N一H键的存在;在2920.8和2851.6 cm-1处为一CH的不对称伸缩振动和一CH,的对称伸缩振动;同时在1466.3 cm-1处出现了CH3弯曲振动峰,可以推测分子中存在CH3和CH2;在1635.4 cm-1处为N—C伸缩振动,咪唑啉环上亚胺基的特征吸收峰;2361.2cm处为季氨盐N的伸缩振动,确认合成物为咪唑啉季铵盐。
2.2咪唑啉季铵盐缓蚀性能的测定
在体积分数为5%的HC1介质(50℃,6h)中,4种缓蚀剂缓蚀性能如图2所示。由图2可见,当咪唑啉缓蚀剂质量浓度达0.5~1g/L时,缓蚀