一種銅及其合金的超分子緩蝕劑及其超細(xì)研磨制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了屬于金屬腐蝕與防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】的一種具有超分子結(jié)構(gòu)的銅及其合金的緩蝕劑及其超細(xì)研磨制備方法。該超分子緩蝕劑由30-70質(zhì)量份的環(huán)糊精衍生物、10-50質(zhì)量份的有機(jī)唑類化合物、5-20質(zhì)量份的誘導(dǎo)劑和6-60質(zhì)量份的水組成。本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑利用有機(jī)唑類化合物與環(huán)糊精衍生物以疏水作用、氫鍵等“弱的相互作用”形成的主、客體超分子結(jié)構(gòu)，從而增大有機(jī)唑類化合物在水中的溶解度與分散性。本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑普適性強(qiáng)，防腐蝕效果優(yōu)良；使用量小，投藥濃度在20-50mg/L時(shí)，凝結(jié)水與冷卻水系統(tǒng)中銅及其合金的緩蝕效率均可達(dá)到90%以上；超分子緩蝕劑中有效成分可均勻釋放，一次投藥，長(zhǎng)周期運(yùn)行。
【專利說(shuō)明】一種銅及其合金的超分子緩蝕劑及其超細(xì)研磨制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬腐蝕與防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種具有超分子結(jié)構(gòu)的銅及其合金的緩蝕劑及其超細(xì)研磨制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]凝結(jié)水是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，蒸汽做功后冷凝形成。理論上，凝結(jié)水應(yīng)是雜質(zhì)含量極少的純水；但是，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，本應(yīng)純凈的凝結(jié)水因緩沖性差等特點(diǎn)，極易受鍋爐給水中碳酸氫鹽的分解、間歇供汽以及外界O2和CO2溶解的影響。經(jīng)實(shí)際測(cè)定，凝結(jié)水呈現(xiàn)酸性 (5.5 < pH < 6.5)。具有一定溫度的酸性凝結(jié)水會(huì)對(duì)運(yùn)輸其的管道造成嚴(yán)重腐蝕，金屬離子溶解于凝結(jié)水中，對(duì)其造成污染。因此，多數(shù)情況下，需要設(shè)立凝結(jié)水精處理系統(tǒng)對(duì)其回收再利用；部分企業(yè)由于生產(chǎn)成本等原因，往往將凝結(jié)水作為循環(huán)冷卻水使用，或者直接排放，造成資源和能源的巨大浪費(fèi)。
[0003]為節(jié)省水資源，工業(yè)換熱設(shè)備會(huì)將冷卻水(主要為天然水)循環(huán)使用，稱為循環(huán)冷卻水(以下簡(jiǎn)稱為冷卻水)。為減輕冷卻水對(duì)換熱設(shè)備里銅及其合金的腐蝕，常使用稀氫氧化鈉溶液將有機(jī)唑類化合物溶解后，加入冷卻水系統(tǒng)。因此，冷卻水一般顯堿性(7.5 < pH < 9.5)。由于難以精確控制冷卻水的pH值，堿性過(guò)強(qiáng)的冷卻水往往會(huì)加速銅及其合金的腐蝕。
[0004]銅及其合金是凝結(jié)水管線與換熱設(shè)備中常見(jiàn)的材質(zhì)，在含氧的酸性介質(zhì)與強(qiáng)堿性介質(zhì)(pH> 10.0)中，其腐蝕速率較快。目前，解決金屬材料腐蝕行之有效的方法之一就是添加緩蝕劑。其中，含雜原子的有機(jī)唑類化合物因其成本低、緩蝕效果好等特點(diǎn)，被廣泛用作銅及其合金的緩蝕劑；但是，該類化合物也具有難溶于水、分散性差和酸性條件下用量大且緩蝕效果不佳等缺點(diǎn)。因此，當(dāng)有機(jī)唑類化合物用作銅及其合金的緩蝕劑時(shí)，常常與其他化合物進(jìn)行復(fù)配。
[0005]超分子化學(xué)是一種基于分子間“非共價(jià)鍵”(氫鍵、范德華作用、誘導(dǎo)效應(yīng)、堆積等)相互作用而形成多分子體系的科學(xué)。經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，超分子化學(xué)已經(jīng)在高分子材料、催化劑、分子器件等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用；然而，超分子化學(xué)理論在金屬腐蝕與防護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】的作用還未充分體現(xiàn)。其中，“用于工業(yè)設(shè)備保護(hù)的氣相緩蝕劑及其制備方法”(中國(guó)公開(kāi)專利CN200310101610.2，2003)提出了以硅鋁化合物、烷基胺、揮發(fā)胺為原料制備出具有超分子結(jié)構(gòu)的氣相緩蝕劑，作為工業(yè)設(shè)備的停用保護(hù)劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為解決上述工業(yè)凝結(jié)水與冷卻水對(duì)銅及其合金的腐蝕，以及目前所采用的防腐蝕措施效果不佳的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種銅及其合金的超分子緩蝕劑及其超細(xì)研磨制備方法。該超分子緩蝕劑可以在銅及其合金表面快速成膜，使其在酸性凝結(jié)水或堿性循環(huán)冷卻水中的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0007]本發(fā)明所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑由30-70質(zhì)量份的環(huán)糊精衍生物、10-50質(zhì)量份的有機(jī)唑類化合物、5-20質(zhì)量份的誘導(dǎo)劑和6-60質(zhì)量份的水組成，該緩蝕劑為具有疏水空腔的環(huán)糊精衍生物與有機(jī)唑類化合物經(jīng)誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。
[0008]所述的環(huán)糊精衍生物選自P -環(huán)糊精、甲基-P -環(huán)糊精、羥丙基-P -環(huán)糊精、羧甲基-0 -環(huán)糊精、磺丁基-P -環(huán)糊精中一種或幾種。
[0009]所述的有機(jī)唑類化合物選自苯并噻唑、苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巰基-1-甲基咪唑、2-巰基苯并噻唑中的一種或幾種。
[0010]所述的誘導(dǎo)劑選自環(huán)己醇、乙二醇、二乙二醇、二環(huán)己胺、丙三醇中的一種或幾種。
[0011]上述的銅及其合金的超分子緩蝕劑的高速攪拌制備方法:將環(huán)糊精衍生物和水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于500-1000r/min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入有機(jī)唑類化合物，繼續(xù)于500-1000r/min的研磨速率下研磨10_30min ;然后緩慢滴加入誘導(dǎo)劑，并將研磨速率調(diào)整為2000-5000r/min，繼續(xù)研磨30min-60min ;最后 60-80°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑。
[0012]本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑利用有機(jī)唑類化合物與環(huán)糊精衍生物以疏水作用、氫鍵等“弱的相互作用”形成的主、客體超分子結(jié)構(gòu)，從而增大有機(jī)唑類化合物在水中的溶解度與分散性，改善了有機(jī)唑類化合物在水中因溶解度低造成的緩蝕效果差、 用量大等弊端。本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑還具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0013]I)普適性強(qiáng)，適用于紫銅、黃銅、青銅等材質(zhì)；
[0014]2)防腐蝕效果優(yōu)良；
[0015]3)水溶性大，分散性好；
[0016]4)使用量小，投藥濃度在20_50mg/L時(shí)，凝結(jié)水與冷卻水系統(tǒng)中銅及其合金的緩蝕效率均可達(dá)到90%以上；
[0017]5)超分子緩蝕劑中有效成分可均勻釋放，一次投藥，長(zhǎng)周期運(yùn)行。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為實(shí)施例1制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑與相應(yīng)原料混合物的IH核磁共振譜圖對(duì)比。
[0019]圖2為實(shí)施例1制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑與相應(yīng)原料混合物的紅外譜圖對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)例，詳細(xì)闡述本發(fā)明。
[0021]實(shí)施例1
[0022]將5g甲基-P -環(huán)糊精和Iml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于600r/min 的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入1.2g苯并噻唑，繼續(xù)于600r/min的研磨速率下研磨30min ;然后緩慢滴加入2.5mL乙二醇,并將研磨速率調(diào)整為2000r/min,繼續(xù)研磨40min ;最后80°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的甲基-P -環(huán)糊精與苯并噻唑經(jīng)乙二醇誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。[0023]實(shí)施例2
[0024]將IOg羥丙基-環(huán)糊精和5ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于SOOr/ min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入2.5g苯并三氮唑,繼續(xù)于800r/min 的研磨速率下研磨15min ;然后緩慢滴加入3mL環(huán)己醇，并將研磨速率調(diào)整為4000r/min，繼續(xù)研磨45min ;最后70°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基-P -環(huán)糊精與苯并三氮唑經(jīng)環(huán)己醇誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0025]實(shí)施例3
[0026]將IOg羧甲基-環(huán)糊精和6ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于1000r/ min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入4.2g2-巰基苯并噻唑，繼續(xù)于 1000r/min的研磨速率下研磨25min ;然后緩慢滴加入2mL 二環(huán)己胺，并將研磨速率調(diào)整為 5000r/min，繼續(xù)研磨30min ;最后80°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羧甲基-環(huán)糊精與2-巰基苯并噻唑經(jīng)二環(huán)己胺誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0027]實(shí)施例4
[0028]將IOg磺丁基-環(huán)糊精和7ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于500r/ min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入4.2g2-巰基-1-甲基咪唑，繼續(xù)于 500r/min的研磨速率下研磨30min ;然后緩慢滴加入3mL 二乙二醇，并將研磨速率調(diào)整為 3000r/min，繼續(xù)研磨50min ;最后70°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的磺丁基-P -環(huán)糊精與2-巰基-1-甲基咪唑經(jīng)二乙二醇誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0029]實(shí)施例5
[0030]將5g P -環(huán)糊精和4ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于lOOOr/min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入3g苯并咪唑，繼續(xù)于l`OOOr/min的研磨速率下研磨IOmin ;然后緩慢滴加入ImL丙三醇和ImL 二乙二醇，并將研磨速率調(diào)整為2000r/min， 繼續(xù)研磨60min ;最后60°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的(6-環(huán)糊精與苯并咪唑經(jīng)丙三醇、二乙二醇誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0031]實(shí)施例6
[0032]將5g@ -環(huán)糊精、5g羧甲基-環(huán)糊精和3ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于700r/min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入6g苯并三氮唑，繼續(xù)于700r/min的研磨速率下研磨20min ;然后緩慢滴加入2mL環(huán)己醇，并將研磨速率調(diào)整為 3000r/min，繼續(xù)研磨50min ;最后70°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的P -環(huán)糊精、羧甲基-P -環(huán)糊精與苯并三氮唑經(jīng)環(huán)己醇誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0033]實(shí)施例7
[0034]將IOg羥丙基-P -環(huán)糊精和2ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于1000r/ min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入2g2-巰基苯并噻唑和2g苯并噻唑， 繼續(xù)于1000r/min的研磨速率下研磨IOmin ;然后緩慢滴加入4mL乙二醇,并將研磨速率調(diào)整為5000r/min,繼續(xù)研磨30min ;最后60°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基-P -環(huán)糊精與2-巰基苯并噻唑、苯并噻唑經(jīng)乙二醇誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0035]實(shí)施例8
[0036]將5g甲基-P -環(huán)糊精、5g磺丁基-環(huán)糊精和3ml水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于800r/min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入2g苯并三氮唑和1.5g苯并咪唑,繼續(xù)于800r/min的研磨速率下研磨40min ;然后緩慢滴加入ImL環(huán)己醇和2mL 二環(huán)己胺，并將研磨速率調(diào)整為3000r/min，繼續(xù)研磨50min ;最后80°C下真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的甲基-P -環(huán)糊精、 磺丁基-環(huán)糊精與苯并三氮唑、苯并咪唑經(jīng)環(huán)己醇、二環(huán)己胺誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。應(yīng)用效果見(jiàn)表1。
[0037]表1超分子緩蝕劑實(shí)施效果
[0038]
【權(quán)利要求】
1.一種銅及其合金的超分子緩蝕劑，其特征在于，該緩蝕劑由30-70質(zhì)量份的環(huán)糊精衍生物、10-50質(zhì)量份的有機(jī)唑類化合物、5-20質(zhì)量份的誘導(dǎo)劑和6-60質(zhì)量份的水組成，該緩蝕劑為具有疏水空腔的環(huán)糊精衍生物與有機(jī)唑類化合物經(jīng)誘導(dǎo)并通過(guò)分子間的弱的相互作用結(jié)合而形成的具有超分子結(jié)構(gòu)的包合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑，其特征在于，所述的環(huán)糊精衍生物選自(6-環(huán)糊精、甲基-(6-環(huán)糊精、羥丙基-(6-環(huán)糊精、羧甲基-(6-環(huán)糊精、磺丁基-0 -環(huán)糊精中一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑，其特征在于，所述的有機(jī)唑類化合物選自苯并噻唑、苯并咪唑、苯并三氮唑、2-巰基-1-甲基咪唑、2-巰基苯并噻唑中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑，其特征在于，所述的誘導(dǎo)劑選自環(huán)己醇、乙二醇、二乙二醇、二環(huán)己胺、丙三醇中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑的超細(xì)研磨制備方法，其特征在于，其具體操作步驟為:將環(huán)糊精衍生物和水混合成糊狀后轉(zhuǎn)移入分散砂磨機(jī)中于 500-1000r/min的研磨速率下混合均勻；然后向分散砂磨機(jī)中加入有機(jī)唑類化合物，繼續(xù)于500-1000r/min的研磨速率下研磨10_30min ;然后緩慢滴加入誘導(dǎo)劑,并將研磨速率調(diào)整為2000-5000r/min，繼續(xù)研磨30min-60min ;最后60_80°C下 真空干燥除水，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑。
【文檔編號(hào)】C23F11/14GK103602992SQ201310581140
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月19日
【發(fā)明者】魏剛, 樊保民, 喬寧, 魏云鵬, 金廣見(jiàn), 張占佳 申請(qǐng)人:北京化工大學(xué)