[发明专利]功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及功能化咪唑离子液体缓蚀剂及其制备方法和应用。

背景技术

低碳钢因其合理的生产成本和适当的机械强度，在很多领域被广泛的应用，例如船舶制备，机器部件，楼体，油田的生产设备等等。然而低碳钢在酸性介质中的腐蚀往往给人类的生产生活造成了巨大的经济损失，所以研究金属在酸性介质中的防腐具有非常重要的意义。为了减缓金属在酸性体系中的腐蚀速率，使用缓蚀剂已经成为最重要的手段之一，并且已经被广泛的应用于钢铁设备在酸性介质中的防腐，以及锅炉循环水系统的防腐和油气田的生产开发及炼油过程中的防腐等方面。但是传统缓蚀剂（比如一些铬酸盐、亚硝酸盐及磷酸盐类）存在严重的环境危害，在很大程度上已经被禁止使用，而且传统缓蚀剂在高酸条件下的缓蚀性能不是非常令人满意，往往出现防腐失效。因此，合成环境友好的高效有机缓蚀剂越来越多的受到了人们的关注。

目前常用的一些性能优异的合成有机缓蚀剂多为一些包含N、P、S等带孤电子对的杂原子或者芳香环的化合物。他们能够通过静电相互作用或者π-d相互作用而紧密的吸附在金属表面，从而有效的阻隔腐蚀性介质对于金属基底的侵蚀。但是很多性能优异的合成缓蚀剂都是一些有毒物质，并且合成过程复杂，制备成本过高。如今，人们越来越多的关注于合成一些环境友好且易于降解的绿色缓蚀剂，比如氨基酸类，聚合物类及离子液体等。

离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐，也称为低温熔融盐。通常使用的阳离子是一些含有N、P、S等元素或者咪唑，吡啶等芳香环，它们可以作为吸附中心与金属表面发生相互作用，所以是一类非常有效的潜在有机缓蚀剂。

虽然一些常见的咪唑类离子液体作为缓蚀剂已经有一些报道 (Zhou X, Yang H, Wang F. [BMIM]BF₄ ionic liquids as effective inhibitor for carbon steel in alkaline chloride solution. Electrochimica Acta. 2011;56:4268-75. Ashassi-Sorkhabi H, Es’haghi M. Corrosion inhibition of mild steel in acidic media by [BMIm]Br Ionic liquid. Materials Chemistry and Physics. 2009;114:267-71.) ，但是对于功能化的离子液体作为缓蚀剂的研究报道依然很少，我们结合之前报道的方法，通过将能够与金属发生配位作用的脲或者硫脲通过分子设计的方法引入到咪唑离子液体中，从而合成了一系列脲、硫脲功能化的咪唑离子液体，我们希望通过离子液体中这两部分之间的协同作用，使得功能化的咪唑离子液体具有更加优异的缓蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一系列脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂。

本发明的另一目的在于提供一系列脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂的制备方法。

本发明的又一目的在于提供一系列脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂的用途。

功能化咪唑离子液体缓蚀剂，其特征在于该缓蚀剂的结构通式如下：

                                                 

其中，R代表碳原子数为8到18的烷基；X 代表O或S。

功能化咪唑离子液体缓蚀剂的制备过程如下：

具体步骤为：

1）将1-(3-氨基丙基)咪唑和异氰酸正丁酯或异硫氰酸正丁酯（异氰酸正丁酯记为A，异硫氰酸正丁酯记为B）加入乙腈中，惰性气体保护下搅拌回流8~12小时，然后减压蒸出溶剂，即得相应的咪唑脲（M-A）或咪唑硫脲（M-B），真空干燥；

2）惰性气氛保护下，将溴代烷加入溶有咪唑脲或咪唑硫脲的乙腈溶液中，回流搅拌8~12小时，之后蒸出溶剂，用二氯甲烷和乙酸乙酯进行重结晶，得到最终的产物M-A-R或M-B-R。

所述1-(3-氨基丙基)咪唑与异氰酸正丁酯或异硫氰酸正丁酯的摩尔比为1：1.0~1.2。

所述咪唑脲或咪唑硫脲与溴代烷的摩尔比为1：1.0~1.2。

所述二氯甲烷和乙酸乙酯的体积比为1：10。

本发明所述的脲或硫脲功能化的咪唑离子液体缓蚀剂失重法分析结果显示其在5摩尔/升的盐酸溶液中具有较高的缓蚀性能。