一種松香基咪唑啉季銨鹽化合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及精細化工領(lǐng)域，尤其涉及一種松香基咪唑啉季銨鹽化合物及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 咪唑啉常用作合成緩蝕劑的中間體，它無特殊刺激性氣味，熱穩(wěn)定性好、毒性低， 尤其是當金屬與酸性介質(zhì)接觸時，可在金屬表面形成單分子吸附膜，以改變H +的氧化還原 電位，也可絡(luò)合溶液中的某些氧化劑，以降低其電極電位來達到緩蝕的目的。
[0003] 咪唑啉緩蝕劑主要由油酸和多胺為起始劑合成咪唑啉的衍生物。
[0004] 易翔等（湖南工程學院學報，2010 (20)，59-62)以松香和二乙烯三胺為主要原料 合成了油溶性松香基咪唑啉，在此基礎(chǔ)上加入氯化芐在堿性條件下反應(yīng)得到水溶性咪唑啉 衍生物。該方法以氯化芐形成的季銨鹽為陽離子型，且氯化芐毒性較大，因此限制了它的應(yīng) 用。
[0005] 林修洲等（腐蝕與防護，2013 (34)，126-128 ;應(yīng)用化學，2008 (25) 494-498)用油酸 與二乙烯三胺合成了油酸基咪唑啉季銨鹽緩蝕劑并對其緩蝕性能進行了研究和表征。該文 獻中所用酸為長鏈烷基，結(jié)構(gòu)與松香相比，松香的三環(huán)二萜分子結(jié)構(gòu)有優(yōu)勢。
[0006] 王倩、付朝陽等研究了 CO2飽和NaCl溶液中松香基咪唑啉季銨鹽的緩蝕吸附行 為。（腐蝕科學與防護技術(shù)，2012 (24) 319-322)。該文獻中以氯乙酸鈉形成的季銨鹽為兩性 偏陽，同時如果油酸鏈太長水溶性效果欠佳，因此限制了它的應(yīng)用。
[0007] 張靜、杜敏、于會華、王寧等探究了分子結(jié)構(gòu)對咪唑啉緩蝕劑膜在鋼表面生長和衰 減規(guī)律的影響（物理化學學報，2009 (25) 525-531)。
[0008] 綜上所述，以上專家對緩蝕劑進行了不同程度的研究，但都沒有解決咪唑啉季氨 化后產(chǎn)品在較寬應(yīng)用范圍內(nèi)發(fā)揮以及緩蝕劑在金屬表面較好的吸附問題。一個好的咪唑啉 緩蝕劑應(yīng)有較好的水溶性、較好的吸附能力以及廣泛的應(yīng)用性。因此，上述的研究并沒有解 決分子設(shè)計的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明的目的是提供一種松香基咪唑啉季銨鹽化合物 及其制備方法，該方法制得的松香基咪唑啉季銨鹽化合物可以在金屬表面較好的吸附以及 在較寬應(yīng)用范圍內(nèi)應(yīng)用。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的：
[0011] -種松香基咪唑啉季銨鹽化合物，該季銨鹽化合物的結(jié)構(gòu)式如下：
[0012]
[0013] -種松香基咪唑啉季銨鹽化合物的制備方法，包括以下步驟：
[0014] 1)將松香、二乙烯三胺、攜水劑和催化劑加入到帶有冷凝管、攪拌器、溫度計、分 水器和氮氣保護的反應(yīng)器中，并于150°c~160°C下進行脫水4~5h，然后升溫至195°C~ 205°C，并在此溫度下進行脫水4~6h，得到松香咪唑啉中間體；
[0015] 其中，松香、二乙烯三胺的物質(zhì)的量比為1 : (2~3)，攜水劑加入量為松香與二乙 烯三胺總質(zhì)量的20%~25%，催化劑加入量為松香質(zhì)量的0. 3%~0. 5% ;催化劑為Al2O3 或 B (OH) 3;
[0016] 2)向松香咪唑啉中間體中加入有機溶劑和相轉(zhuǎn)移催化劑，然后加熱到70~90°C， 滴加季氨化試劑，滴畢于70~90°C下反應(yīng)2~4h后，純化、干燥得到棕色固體，該棕色固體 為松香基咪唑啉季銨鹽化合物；
[0017] 其中，相轉(zhuǎn)移催化劑的加入量為咪唑啉中間體物質(zhì)的量的12%~16%，季氨化試 劑的物質(zhì)的量等于松香咪唑啉中間體的物質(zhì)的量，且季氨化試劑為3-氯-2-羥基丙烷磺酸 鈉的水溶液；該松香基咪唑啉季銨鹽化合物的結(jié)構(gòu)式如下：
[0018]
向步驟1)的反應(yīng)器中加入鎂肩或鋅粒，再于150°C~160°C下進行脫水，并且鎂肩 或鋅粒的加入量為松香質(zhì)量的0. 3%~0. 5% ;所述步驟1)中攜水劑為二甲苯或甲苯。
[0020] 所述步驟1)中以1°C /min的速率升溫至195°C~205°C。
[0021] 進行步驟2)前將松香咪唑啉中間體進行純化，具體過程為經(jīng)減壓蒸餾除去未反 應(yīng)完的溶劑，再用石油醚洗滌以除去未反應(yīng)完的松香。
[0022] 所述步驟2)中有機溶劑為甲醇、乙醇或氯仿。
[0023] 所述步驟2)中有機溶劑的加入量為松香咪唑啉中間體質(zhì)量的60%~80%。
[0024] 所述步驟2)中3-氯-2-羥基丙烷磺酸鈉的水溶液中3-氯-2-羥基丙烷磺酸鈉 的質(zhì)量分數(shù)為16 %~18%。
[0025] 所述步驟2)中相轉(zhuǎn)移催化劑為聚乙二醇600或聚乙二醇800。
[0026] 所述步驟2)中純化具體是過濾掉未反應(yīng)完的松香咪唑啉中間體后，再將所得濾 液經(jīng)減壓蒸餾除去溶劑。
[0027] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明以松香、二乙烯三胺為起始劑合 成咪唑啉中間體，然后經(jīng)季氨化得到一種水溶性松香基咪唑啉季銨鹽化合物，本發(fā)明提供 的松香基咪唑啉季銨鹽，以3-氯-2-羥基丙磺酸鈉為季銨化試劑得到的季銨化產(chǎn)品分子中 含有磺酸根負離子和氮正離子，屬兩性物質(zhì)，且產(chǎn)品中含有-OH和-SO 3兩個良好的親水基 團，能滿足咪唑啉產(chǎn)品的水溶性要求。咪唑啉類緩蝕劑主要是通過吸附起緩蝕作用，分子結(jié) 構(gòu)對化學吸附的影響很大。咪唑啉及其衍生物結(jié)構(gòu)中含有的雙鍵可以和金屬形成鍵，雜原 子N、0、S都可與Fe形成配位鍵，從而可以增強分子的吸附能力，因此能在金屬表面形成牢 固的膜，阻止腐蝕介質(zhì)與金屬接觸。本發(fā)明中的松香基咪唑啉季銨鹽化合物采用松香作為 原料，利用其獨具的三環(huán)二萜分子結(jié)構(gòu)以及咪唑啉環(huán)上的氮雜原子和雙鍵，可以解決讓緩 蝕劑在金屬表面較好的吸附以及產(chǎn)品在較寬應(yīng)用范圍內(nèi)發(fā)揮的問題，從而使緩蝕劑具有優(yōu) 越的緩蝕性能，可以在工業(yè)化過程中推廣。催化劑Al 2O3或B(OH) 3的加入可以降低反應(yīng)溫 度得到較好色澤的產(chǎn)品。
[0028] 進一步的，本發(fā)明的制備過程中加入的鋅?；蜴V肩可以抑制副產(chǎn)物二酰胺的生 成，提尚的廣品的純度。
【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明的合成路線圖。
[0030] 圖2為松香、松香咪唑啉中間體以及松香咪唑啉季銨鹽的紅外光譜圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明，但并不用于限制本發(fā)明的實 施范圍。
[0032] 參見圖1，本發(fā)明松香基咪唑啉季銨鹽化合物的制備方法，包括以下步驟：
[0033] 1)氮氣保護下，將松香、二乙烯三胺、攜水劑和催化劑加入到帶有冷凝管、攪拌器、 溫度計、分水器的反應(yīng)器中，同時加入鎂肩或鋅粒，并在150°C~160°C反應(yīng)4~5h，反應(yīng)過 程中可陸續(xù)看見有水被溶劑帶出，當出水量基本穩(wěn)定后，以1°C /min的升溫速率逐漸升溫 至195°C~205°C，并在此溫度下反應(yīng)4~6h，分水體積基本穩(wěn)定，結(jié)束反應(yīng)，得到松香咪唑 啉中間體；將所得松香咪唑啉中間體采用石油醚進行純化后，得到純化后的松香咪唑啉中 間體；
[0034] 其中，松香、二乙烯三胺的物質(zhì)的量比為I : (2~3)，攜水劑加入量為松香、二乙烯 三胺總質(zhì)量的20 %~25 %，催化劑加入量為松香質(zhì)量的0. 3 %~0. 5% ;催化劑為A1203、 B(OH)3、鎂肩、鋅粒中的一種或兩種；攜水劑為二甲苯或甲苯；鎂肩、鋅粒的加入量為松香質(zhì) 量的0. 3%~0. 5% ;
[0035] 2)向純化后的松香咪唑啉中間體中加入有機溶劑和相轉(zhuǎn)移催化劑，然后加熱到 70~90°C，滴加季氨化試劑，滴畢于70~90°C下反應(yīng)2~4h，反應(yīng)完成后，靜置分層、將上 清液減壓蒸餾、采用乙醚純化、干燥得到棕色固體，即為松香基咪唑啉季銨鹽化合物；
[0036] 其中，相轉(zhuǎn)移催化劑的加入量為咪唑啉中間體物質(zhì)的量的12%~16%，相轉(zhuǎn)移催 化劑為鏈狀聚乙二醇600或鏈狀聚乙二醇800 ;季氨化試劑的物質(zhì)的量等于松香咪唑啉中 間體的物質(zhì)的量，并且季氨化試劑為質(zhì)量