一种油溶性咪唑啉缓蚀剂的合成及性能研究

牛 恒，张光华

(银川能源学院，宁夏 银川 750105)

苯甲酰胺类化合物具有很好的生物活性，可以和铁离子发生螯合反应，牢固的吸附在金属管道的表面，从而降低金属管道的化学能，减缓设备及管道的腐蚀作用，因此，苯甲酰胺类化合物具有防护金属管道腐蚀的潜能。本文利用苯甲酰氯与胺乙基油酸咪唑啉反应，后再与氯化苄反应合成了苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂(BOAC)，增加了胺乙基油酸咪唑啉的表面活性，能更好的吸附在金属表面，使缓蚀剂具有优异的缓蚀效果。这种缓蚀剂具有高效，低毒的优点，适用于原油采集输送过程中设备及管道的腐蚀。

1 实验

1.1 原料及仪器

油酸(AR，天津市致远化学试剂厂)；二乙烯三胺(AR，中国派尼化学试剂厂)；氯化苄(AR，西安化学试剂厂)；二甲苯(AR，西安试剂厂)；三乙胺(AR，西安化学试剂厂)。

傅里叶红外光谱仪(EQUINX55型)；热重分析仪(TGAQ500)；紫外分光光度仪(HACH 5000型)。

1.2 缓蚀剂(BOAC)的合成

根据参考文献[7]，以溶剂法合成油酸咪唑啉(OAC)中间体，备用。缓蚀剂(BOAC)分2步制得。第一步，先将油酸咪唑啉与三乙胺按物质的量比1∶1.2加入三口烧瓶中搅拌，按照反应物质的量比1∶1滴加苯甲酰氯，待反应稳定后，水浴80℃回流6 h，反应结束。第二步，取上步反应制得的苯甲酰胺油酸咪唑啉于三口烧瓶中，按照反应物质的量比1∶1，缓慢滴加氯化苄，水浴80℃回流4 h，反应结束。减压蒸馏除去溶剂，得到红褐色粘稠状目标产物—苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐缓蚀剂(BOAC)。

1.3 缓蚀速率的测定

参考石油天然气行业标准SY/5273-2000中的静态挂片失重法，对缓蚀剂BOAC进行性能评价，挂片材料选用为Q235钢。

1.4 油水迁移

取7支洁净的试管，在其中注入10 mL的蒸馏水，再分别注入10 mL用93#汽油配制的不同浓度的缓蚀剂，另取7支洁净的试管，在其中注入10 mL的0.1 mol/L NaCl溶液，方法同上。放置12 h后，用紫外分光光度计测定水相中的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 合成原理

2.1.1 油酸咪唑啉(OAC)的合成

首先油酸与二乙烯三胺通进行脱水反应，通过升温使二甲苯与水共沸，将水带出，推动反应的进行。继续升温，进行第二次脱水反应，完成环化反应。利用过分水器测定出水量，待分出水的体积达到理论产水值后，判断反应的终点。反应过程中应注意控制温度和二甲苯的用量，温度过高或二甲苯量过多，都不利于反应形成。

2.1.2 苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐(BOAC)的合成

第一步：苯甲酰氯与油酸咪唑啉侧链氨基上的氢反应，脱去一分子HCl而形成苯甲酰胺油酸咪唑啉。为确保反应顺利进行，可以三乙胺作为溶剂，吸收反应中产生的氯化氢。

第二步：利用氯化苄与合成的苯甲酰胺油酸咪唑啉发生季铵化反应，得到目标产物。滴加氯化苄时，温度不易过高。

2.2 结构表征

取少量目标产物：油酸咪唑啉(OAC)和苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐(BOAC)分别进行红外谱图分析，见图1、2。

图1 油酸咪唑啉(OAC)的红外谱图

图2 苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐(BOAC)的红外谱图

从图2中可以看出，与图1进行对比，在1535.82 cm-1处也重现出现了N-H弯曲振动吸收峰，在1652.62 cm-1处重现出现了明显C=O伸缩振动峰。还有除在1604.02 cm-1处出现了咪唑啉环的C=N吸收峰外，在1645.240 cm-1处出现了C=O伸缩振动吸收峰，由此表明，合成产物为苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐(BOAC)。

2.3 BOAC缓蚀剂的缓蚀剂性能

2.3.1 缓蚀剂浓度的影响

图3 浓度对BOAC缓蚀率的影响

将Q235钢片放入浓度为10，20，30，40，50，100，200 mg/L的BOAC缓蚀剂-盐酸溶液中反应，实验结果如图3所示。

从图3中可以看出，随着BOAC缓蚀剂浓度的增加，其对Q235钢片的缓蚀作用也不断增强，缓蚀率不断增大。当达到一定值时，缓蚀率随着缓蚀剂剂量的增大而缓慢增大。表明BOAC缓蚀剂在钢片表面形成了一层简单的吸附膜，随着缓蚀剂剂量的增大膜的密度随之增大并至饱和。当浓度为100 mg/L时的BOAC缓蚀剂缓蚀率达到了93.70%。

2.3.2 反应温度的影响

用水浴锅控制反应温度，将Q235钢放入不同浓度的缓蚀剂盐酸溶液中反应，实验结果如图4所示。

图4 温度对BOAC缓蚀率的影响

从图4中可以看出，随着温度德升高，BOAC缓蚀剂的缓蚀率明显上升，说明随着温度的升高，促进了BOAC缓蚀剂的溶解-吸附作用，增大了其缓蚀性，符合预期判断。但理论上吸附的同时也伴随着脱附过程，随着温度的升高，脱附过程加剧，在较低浓度BOAC缓蚀剂的缓释效果并不是会好，只有达到一定浓度是，BOAC缓蚀剂在不同温度下的缓释效果才显现出来。

2.3.3 反应酸度的影响

将Q235钢放入不同浓度、不同酸度的的缓蚀剂盐酸溶液中反应，实验结果如图5所示。

从图5中可以看出，随着盐酸浓度的增大，缓蚀率显著降低。说明，酸度对BOAC缓蚀剂作用影响较大，该缓蚀剂在低酸度时使用缓蚀效果会较好。

图5 酸度对BOAC缓蚀率的影响

2.4 缓蚀剂BOAC的TGA分析

从图6中可以看出，从常温到100℃，BOAC缓蚀剂的重量基本没有变化。从100℃到270℃，BOAC缓蚀剂的重量损失了8.87%。从270℃到450℃BOAC缓蚀剂的质量损失为85.38%。实验证明，BOAC缓蚀剂具有很好的热稳定性，在温度高于270℃时，BOAC缓蚀剂质量才开始减少。说明该缓蚀剂可以应用于设备及管道所处的高温环境，而不至于分解失效。

图6 BOAC缓蚀剂的TGA图

2.5 BOAC缓蚀剂在油水两相的迁移状况

用93#汽油配制0.05，0.10，0.15，0.20，0.25，0.5，1.0 g/L的BOAC缓蚀剂，封口。通过紫外分光光度法来测定BOAC缓蚀剂在油水两相的分配系数，其结果见图7。

图7 BOAC缓蚀剂在油水两相的迁移状况

BOAC缓蚀剂通过界面吸附发生油水两相分配。从图7中可以看出，随着BOAC缓蚀剂浓度的增大，其在油水两相的分配系数随浓度的增大而先增加，当BOAC缓蚀剂浓度达到4g/L以后，其分配系数又开始减小。这与缓蚀剂的结构有很大的关系，BOAC缓蚀剂既有亲水基又有亲油基，这就决定了它在油水两相的传质。

BOAC缓蚀剂浓度很低时，由于其亲水基团的亲水作用，BOAC缓蚀剂分子自油中逃离而在油水界面上聚集，而水相的存在更加大了这种趋势，所以大部分BOAC缓蚀剂分子集中在油水界面上。随着参与分配BOAC缓蚀剂浓度的增大，其在油水界面上的聚集逐渐增加并趋于平衡。

3 结论

以油酸与二乙烯三胺为原料合成油酸咪唑啉物质的量比为1∶1.2，二甲苯做为携水剂。反应过程中应注意加入携水剂的量以及温度的控制。苯甲酰胺油酸咪唑啉季铵盐的反应分两步进行。第一步油酸咪唑啉与苯甲酰氯反应，三乙胺作为缚酸剂，物质的量比为1∶1∶1.2，合成苯甲酰胺油酸咪唑啉。第二步苯甲酰胺油酸咪唑啉与氯化苄1∶1反应，得到目标产物。利用静态腐蚀法研究了目标产物具有很好的缓蚀效果。利用热重分析结果表明，缓蚀剂(BOAC)热稳定性较好，可以应用于设备及管道所处的高温环境。