[发明专利]一种用作缓蚀剂主剂的水溶性咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种用作缓蚀剂主剂的水溶性咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用，属于金属防腐领域。本发明以有机羧酸与二乙烯三胺为原料合成咪唑啉基体，与对氯苯酚缩合后再与甲醛进行缩聚反应，最后用4‑氯‑1‑羟基丁烷磺酸钠季铵化制得。本发明咪唑啉季铵盐属于聚合型分子，分子结构中有多个咪唑环，吸附中心数目多，吸附能力强，有助于提高其金属防腐蚀效果。本发明还提供了一种含此咪唑啉季铵盐的复合型缓蚀剂配方，该缓蚀剂制备工艺简单、使用方便安全、成本低、缓蚀性能优良、普适性强，能有效抑制金属在多种环境中的腐蚀，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种用作缓蚀剂主剂的水溶性咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用，属于金属防腐领域。

背景技术

在油气开采和运输过程中，由于高流速和各种腐蚀介质的联合作用，金属设备和管道遭到异常剧烈的腐蚀和磨蚀，导致设备的寿命减短，给石油工业造成巨大损失。近年来，一些特殊的耐蚀材料被开发，但成本高，且不能完全解决石油管道的腐蚀问题。缓蚀剂防护是一种经济有效且实用的防腐蚀方法。在众多缓蚀剂品种中，咪唑啉类化合物由于含有电负性较大的N原子和不饱和双键，对金属吸附作用强，且具有高效低毒、无特殊刺激性气味、环境污染小等优点，被认为是酸性溶液中的优良缓蚀剂,一般作为金属缓蚀剂使用，可应用于油田注水、输油输气管道防腐、酸洗工艺防腐、石油炼制等多个行业。

现有咪唑啉类缓蚀剂普遍分子量小，分子中吸附中心少，与金属吸附强度不高，经历较长时间腐蚀后，常常容易发生脱附而降低缓蚀性。目前对咪唑啉缓蚀剂新结构的改进方法主要是在缓蚀剂分子中引入双咪唑啉，在主体咪唑啉、席夫碱等结构中引入不同疏水链等，这些方法能够提高产品的缓蚀效果，但提高的幅度有限。与这些常规缓蚀剂结构不同，聚合咪唑啉类缓蚀剂每个高分子链上含有多个咪唑啉基团，能够增强产品在金属表面的吸附能力，从而提高缓蚀性能。中国专利CN103469211A采用丙烯酸低聚物与有机多胺反应生成聚合咪唑啉的方法，所得到的聚合咪唑啉缓蚀剂具有较好的缓蚀效率；中国专利CN104762625A采用二元羧酸与多元胺反应生成聚合咪唑啉，大量的咪唑啉基团在聚合物主链上；中国专利CN105506643A采用苯乙烯-马来酸酐共聚物与脂肪醇进行酯化反应生成马来酸酐半酯化产物，然后利用剩余的羧基与多胺反应得到聚合咪唑啉。这些缓蚀剂的防腐蚀性能有显著提高，但仍不能满足多种苛刻腐蚀环境的要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可提高缓蚀剂防腐效果的水溶性咪唑啉季铵盐及其制备方法和应用。本发明水溶性咪唑啉季铵盐分子结构中具有多个咪唑环，吸附中心数目多，吸附能力强，有助于提高其防腐蚀效果。本发明还提供了含上述水溶性咪唑啉季铵盐的复合型缓蚀剂配方，该缓蚀剂成膜性能好、使用方便安全、普适性强，能有效抑制金属在多种苛刻环境中的腐蚀。

本发明所述的水溶性咪唑啉季铵盐的分子结构式如下：

式中，n＝10～40，R为壬基、十一烷基、十五烷基、十七烷基或十七烯基中的一种。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

i)在装有冷凝器和分水器的反应釜中加入有机羧酸、二乙烯三胺、催化剂和芳烃溶剂，氮气保护下140～160℃脱水2～4h；继续升温至230～250℃脱水2～5h，生成的水与芳烃溶剂共沸排出，再降温至50～55℃，得到咪唑啉基体；

进一步的，有机羧酸与二乙烯三胺的摩尔比为1:1.1～1.3，催化剂加入量为有机羧酸重量的0.1～0.3％，芳烃溶剂加入量为反应物料总重量的20～40％；

进一步的，所述的有机羧酸为癸酸、月桂酸、棕榈酸、硬脂酸或油酸中的一种；

进一步的，所述的催化剂为Al₂O₃或镁屑；

进一步的，所述的芳烃溶剂为甲苯、二甲苯或混三甲苯中的一种；