含2‑氯化，3‑聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑的製作方法

2023-07-11 06:28:16 1

本發明屬於精細化工技術領域，特別是涉及一種含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑。

技術背景

由於鋁及鋁合金材料具有密度小(約為2.7g/cm3)、比強度高、導電、導熱性良好，易加工鑄造等優點，因此在航空航天、交通運輸、輕工建材、電子信息、機械及包裝工業中有著廣泛的應用前景及不可替代的重要地位。其中，2024鋁合金是廣泛應用於飛機上的一種高強度硬鋁合金，具有良好的力學和加工性能，但是2024鋁合金含有較多的銅，導致其耐蝕性較差，因此在含有侵蝕性離子如氯離子的環境中極易發生腐蝕，而腐蝕發生往往導致材料的最終失效，這就極大地限制了鋁合金材料的應用。

緩蝕劑是抑制金屬材料溶液腐蝕的一種高效、經濟、應用很普遍的物質。一般來說，緩蝕劑是指那些用在金屬表面起防護作用的物質，加入微量或少量這類化學物質可使金屬材料在該介質中的腐蝕速度明顯降低直至為零。由於採用緩蝕劑能夠產生良好的效果和較高的經濟效益，因而已成為防腐蝕技術中應用最廣泛的手段之一。

近年來，季銨鹽gemini表面活性劑被廣泛應用於金屬緩蝕、合成洗滌劑、食品工業、紡織工業、農業、採礦業、石油勘探與開採、造紙工業、交通、土木建築業、環保、醫藥等生產及生活等各個領域，並且其在生產工藝改進、節能、產品質量提高、生產率提高、成本降低、附加值增加等方面發揮了巨大作用。在金屬緩蝕領域，季銨鹽gemini表面活性劑比起單鏈的表面活性劑緩蝕性能更加優良，因而已進入高效有機緩蝕劑的行列。但目前來說，季銨鹽gemini表面活性劑價格相對較貴，難以大量生產，距工業化尚有一段距離。因此，如能降低其生產成本後，其必將能在包括緩蝕在內的諸多領域取代傳統單鍊表面活性劑。

基於此，本申請人已向中國知識產權局專利局提交了申請號為201710321262.1，發明名稱為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法的發明專利申請，該合成方法是先用異丙胺與環氧氯丙烷進行反應合成帶有雙氯取代基的中間體，再利用該中間體與十二烷基二甲基叔胺反應合成得到屬於季銨鹽gemini表面活性劑的最終產物。其中異丙胺與環氧氯丙烷的摩爾比為1:2-1:3，帶有雙氯取代基的中間體與十二烷基二甲基叔胺的摩爾比為1:2-1:3。但對該表面活性劑在防腐方面的應用尚缺少研究。

技術實現要素：

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在於提供一種成本低廉且產物表面活性高的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑。

為了達到上述目的，本發明提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是單純採用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，或由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)或七水氯化鈰(cecl3·7h2o)復配而製成。

所述的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉的摩爾比為2-6∶3。

所述的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的摩爾比為1-3∶1。

本發明提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑可應用於航空用鋁合金緩蝕體系中，可單獨使用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑，也可將2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉或七水氯化鈰進行復配，實驗證明本緩蝕劑的緩蝕性能較單獨使用合成原料異丙胺作為緩蝕劑均有不同程度的提高，並且緩蝕體系協同作用顯著，具有廣泛的應用價值。

附圖說明

圖1為分別添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉復配體系、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復配體系作為2a12鋁合金緩蝕劑的腐蝕速率曲線；

圖2為分別添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉復配體系、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復配體系作為2a12鋁合金緩蝕劑的緩蝕效率曲線；

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明作進一步詳細說明。

實施例1：

本實施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉以1∶2的摩爾比復配而成。

實施例2：

本實施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉以1∶1的摩爾比復配而成。

實施例3：

本實施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉以3∶2的摩爾比復配而成。

實施例4：

本實施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰以2∶3的摩爾比復配而成。

實施例5：

本實施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰以4∶3的摩爾比復配而成。

實施例6：

本實施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰以2∶1的摩爾比復配而成。

為了驗證本發明提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑的效果，本發明人採用靜態掛片失重法對上述緩蝕劑的緩蝕效率及被腐蝕試樣的腐蝕速率進行了測定：

一、緩蝕效率及腐蝕速率的測定方法：

選擇尺寸為50mm×25mm×2mm的2a12鋁合金試片作為被腐蝕試樣，分別用#400，#800，#1200，#2000的砂紙對其表面進行打磨至光滑；利用無水乙醇、丙酮浸泡以除去試片表面油脂；用去離子水清洗試片，冷風吹乾，稱重並記錄；選擇1mol/l濃度的hcl溶液並分別加入0-18×10-4mol/l濃度的上述緩蝕劑作為腐蝕溶液，以其中不加入緩蝕劑的hcl溶液作為空白溶液，將預處理完畢的試片懸掛浸泡於腐蝕溶液中靜置4h；取出試片，用軟毛刷沾取丙酮對表面進行擦拭，以初步去除腐蝕產物；用去離子水對試片超聲洗滌20min；冷風吹乾試片，稱重，利用公式(1)計算出試片的腐蝕速率v，並利用公式(2)計算出緩蝕劑的緩蝕效率η：

其中w0為腐蝕前試片質量；w為腐蝕後試片質量；s為試片表面積(50mm×25mm)；t為腐蝕時間(4h)。

其中v0為空白溶液的腐蝕速率，v為添加緩蝕劑後的腐蝕溶液的腐蝕速率。

利用公式(3)計算復配體系協同參數s：

其中，ηa和ηb為相同腐蝕條件下，單獨使用緩蝕劑a或b時的緩蝕效率；ηab為復配體系的緩蝕效率。

二、實驗

1、檢測單純採用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時對航空用鋁合金的緩蝕作用

分別取0、6、9、12、15、18×10-4mol/l濃度的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，並分別加入1mol/l濃度的hcl溶液組成緩蝕溶液，將按照上述測定方法處理完畢的2a12鋁合金試片懸掛浸泡於上述緩蝕溶液中靜置4h；反應完畢後按上述測定方法進行後處理並計算出2a12鋁合金試片的腐蝕速率及2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕效率，結果見表1和圖1、圖2。

從圖1可以看出：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時，2a12鋁合金試片的腐蝕速率呈逐漸下降的趨勢。緩蝕劑濃度為1.8×10-3mol/l時，2a12鋁合金試片的腐蝕速率最低，為0.1155×10-4g/(m3·h)，僅為採用空白溶液時腐蝕速率的十二分之一。由此可見，2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑可大大降低2a12鋁合金試片的腐蝕速率。

從圖2可以看出：2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑對2a12鋁合金試片的緩蝕效率呈逐漸上升趨勢。添加濃度為1.8×10-3mol/l時，緩蝕溶液的緩蝕效率最高，達到92％，說明2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時緩蝕性能良好。

表1：添加不同濃度2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時的失重法測試結果

2、檢測採用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)組成的復配緩蝕劑時對航空用鋁合金的緩蝕作用

分別取0、6、9、12、15、18×10-4mol/l濃度的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，並分別與1.2×10-3mol/l濃度的sdbs進行復配，同時分別加入1mol/l濃度的hcl溶液組成緩蝕溶液，將按照上述測定方法處理完畢的2a12鋁合金試片懸掛浸泡於上述緩蝕溶液中靜置4h；反應完畢後按上述測定方法進行後處理並計算出2a12鋁合金試片的腐蝕速率及復配緩蝕劑的緩蝕效率，結果見表2和圖1、圖2。

從圖1可以看出：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs復配後製成的復配緩蝕劑時，2a12鋁合金試片的腐蝕速率大大降低，相比使用上述單一組分的緩蝕劑下降了1-2個數量級。腐蝕速率整體呈下降趨勢。

從圖2可以看出：2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs復配緩蝕劑的緩蝕效率均高於95％，且呈逐漸上升趨勢。當2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs的比例為1:1時，緩蝕溶液的緩蝕效率達到98.1％，繼續升高2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的濃度，緩蝕效率無明顯變化。從表2可見，當2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs的比例為1:1時，協同參數最高，達到1.6。由緩蝕效率與協同參數結合可推斷此復配緩蝕劑中2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs的最佳比例近似為1:1。

表2：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs復配緩蝕劑的失重法測試結果

3、檢測採用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰組成的復配緩蝕劑時對航空用鋁合金的緩蝕作用

分別取0、6、9、12、15、18×10-4mol/l濃度的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，並分別與9×10-4mol/l濃度的七水氯化鈰進行復配，同時分別加入1mol/l濃度的hcl溶液組成緩蝕溶液，將按照上述測定方法處理完畢的2a12鋁合金試片懸掛浸泡於上述緩蝕溶液中靜置4h；反應完畢後按上述測定方法進行後處理並計算出2a12鋁合金試片的腐蝕速率及復配緩蝕劑的緩蝕效率，結果見表3和圖1、圖2。

從圖1可以看出：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復配後製成的復配緩蝕劑時，2a12鋁合金試片的腐蝕速率大大降低，相比使用上述單一組分的緩蝕劑下降了1-2個數量級。腐蝕速率整體呈下降趨勢。

從圖2可以看出：2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復配緩蝕劑的緩蝕效率均高於94％，且呈逐漸上升趨勢。當2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的比例為2:1時，復配溶液的緩蝕效率最高，達到98.2％，當2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的添加比例為2:1時，復配緩蝕劑的緩蝕效率最高，達到98.2％。從表3可見，當2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的添加比例為5:3時，協同參數最高，達到1.5。由緩蝕效率與協同參數結合可推斷此復配緩蝕劑的最佳比例近似為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑∶七水氯化鈰＝5:3-6:3。

表3：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的復配緩蝕劑的失重法測試結果

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