一种苯并咪唑衍生物的应用及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属缓蚀领域，更具体地，涉及一种苯并咪唑衍生物的应用及制备方 法。
【背景技术】
[0002] 众所周知，由于其强度高，机械性能好，价格低廉、可回收利用等优点，碳钢成为目 前人类使用最多的金属材料。它在机械制造、建筑、航空航天、电子、军事、通讯、交通运输等 领域广泛应用。然而由于金属易受到周围环境介质的化学作用或电化学作用而发生腐蚀， 金属腐蚀也成为了材料设备安全运行时最主要的破坏因素，给人们生产生活带来巨大的损 失。再加上金属腐蚀具有普遍性、隐蔽性、渐进性、突发性等特点，这些甚至可以危及到人们 的健康和安全。目前，全世界每年因腐蚀造成的经济损失约7000亿美元，各国因金属腐蚀 造成的损失约占其国民生产总值的2-4%。我国因钢铁腐蚀所造成的经济损失约3000亿人 民币，约占国民生产总值的4%，且每年有大约30 %的设备因腐蚀而报销。如何有效解决金 属腐蚀，已成为目前各国迫切需要解决的问题。
[0003] 在钢材生产过程中，酸洗处理是去除热轧板材表面形成的氧化铁皮的有效方法。 然而酸洗处理往往会导致钢材的腐蚀问题。在酸洗过程中添加缓蚀剂是抑制金属腐蚀的一 种简单有效方法。在化学酸洗中使用的缓蚀剂，通常要求不降低清洗速度和质量，不会造成 金属的局部腐蚀，在金属设备表面吸附快覆盖率高，能承受酸洗条件的变化，缓蚀性能不能 随时间延长而下降。
[0004] 工业酸洗中的盐酸既要保证酸洗有足够的速度，又不能因酸液浓度太大而使盐酸 与氧化铁及铁基体反应过快，其浓度约为5%左右，即lmol/L左右，这样一个浓度因不会导 致腐蚀速度增加，而被广泛采用。
[0005] 现有的金属酸洗缓蚀剂，多为咪唑啉衍生物类缓蚀剂，虽然其无特殊的刺激性气 味、热稳定性好、高效、毒性低，但是咪唑啉类化合物需要在180°C _260°C高温下才能合成， 或需要真空条件才能更好进行，耗能大，增加了生产成本。
[0006] 因此亟需开发咪唑啉衍生物类缓蚀剂的替代品，其无特殊的刺激性气味、热稳定 性好、高效、毒性低的同时，要求反应条件温和，能耗小，适合工业化生产。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种苯并咪唑衍生物的应用 及制备方法，其目的在于通过低剂量添加特定的苯并咪唑衍生物，对碳钢起到良好的缓蚀 作用，提供一种新型的碳钢缓蚀剂，由此解决现有碳钢缓蚀剂添加量高，毒性大、制备困难 的技术问题。
[0008] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种苯并咪唑衍生物的应用，其 应用作碳钢酸洗缓蚀剂。
[0009] 优选地，所述的苯并咪唑衍生物的应用，其所述苯并咪唑衍生物为1- 丁基2-苄硫 基苯并咪唑。
[0010] 优选地，所述的苯并咪唑衍生物的应用，1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑浓度在IOppm 至IOOppm之间。
[0011] 优选地，所述的苯并咪唑衍生物的应用，所述缓蚀剂为碳钢酸洗缓蚀剂。
[0012] 按照本发明的另一方面，提供了一种苯并咪唑衍生物的制备方法，所述苯并咪唑 衍生物为1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑，包括如下步骤：
[0013] (1)将2-巯基苯并咪唑和强碱按照摩尔比例1:1在丙酮中混合，缓慢滴加与2-巯 基苯并咪唑等物质量的氯化苄，使巯基发生H的取代反应，分离提纯后得到白色针状粉末 2-苄硫基苯并咪唑（SBBI);
[0014] (2)将步骤（1)中获得的2-苄硫基苯并咪唑与强碱在有机溶剂中混合均匀，使得 每IOOmL的有机溶剂对应2-苄硫基苯并咪唑0. 02-0. 03mol和强碱0. 04-0. 06mol，缓慢滴 加略过量1-溴丁烷，使发生N-烷基化反应，蒸发溶剂得到亮黄色油状1- 丁基2-苄硫基苯 并咪唑（CSBBI)。
[0015] 优选地，所述制备方法，其步骤（1)所述取代反应条件如下：60°C左右回流2-5小 时，优选3小时。
[0016] 优选地，所述制备方法，其步骤（2)所述N-烷基化反应条件如下：60 °C -67 °C回流 15-18小时。
[0017] 优选地，所述制备方法，其步骤⑵所述的有机溶剂为四氢呋喃、DMF、乙腈，优选 为四氢呋喃。
[0018] 按照本发明的另一方面，提供了一种缓蚀剂，其特征在于，含有1- 丁基2-苄硫基 苯并咪唑。
[0019] 优选地，所述缓蚀剂，其所述1-丁基2-节硫基苯并咪挫的浓度在IOppm至IOOppm 之间，优选在25ppm至75ppm之间。
[0020] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0021] 本发明提供了一种苯并咪唑类衍生物，其用于用作碳钢酸洗缓蚀剂，具有高效、低 成本、低毒、无特殊气味的优点，在较低的添加量（10~IOOppm)下，即能取得良好的缓蚀效 果，大幅降低了缓蚀剂的成本。
[0022] 同时本发明还提供了该苯并咪唑类衍生物的制备方法，反应条件温和，产率高，适 合大规模工业生产。
【附图说明】
[0023] 图1是1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑的结构图；
[0024] 图2是1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑IR谱图；
[0025] 图3是1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑1HNHM谱图；
[0026] 图4是Q235碳钢在IM盐酸中添加不同浓度CSBBI的阻抗谱；
[0027] 图5是Q235碳钢在IM盐酸中添加不同浓度CSBBI的极化曲线；
[0028] 图6是Q235碳钢在IM盐酸空白溶液和添加 CSBBI缓蚀剂腐蚀后的SEM形貌图， 其中图6 (a)为空白对照，图6 (b)为50ppm的缓蚀剂缓蚀效果；
[0029] 图7是Q235碳钢在IM盐酸中添加 50ppm CSBBI缓蚀效率随时间的变化。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031] 本发明提供了一种苯并咪唑衍生物的应用，其应用作碳钢酸洗缓蚀剂。所述苯并 咪唑衍生物优选为1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑，其分子结构图如图1所示。浓度在IOppm 至IOOppm之间。所述苯并咪唑衍生物的应用，由于其用量少，且缓蚀效率高，适合用作碳钢 酸洗缓蚀剂。使用时，用酒精溶解后直接加入酸洗液中即可。
[0032] 1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑的制备方法，包括以下步骤：
[0033] (1)将2-巯基苯并咪唑和强碱照摩尔比例1:1在丙酮中混合，缓慢滴加与2-巯 基苯并咪唑等物质量的氯化苄，使巯基发生H的取代反应，分离提纯后得到白色针状粉末 2-苄硫基苯并咪唑；反应条件如下：60°C回流3小时。所述强碱优选氢氧化钾。
[0034] (2)将步骤（1)中获得的2-苄硫基苯并咪唑与强碱（氢氧化钾、氢氧化钠）在有 机溶剂中混合均匀，使得每100mL的有机溶剂对应2-苄硫基苯并咪唑0. 02-0. 03mol和强 碱0. 04-0. 06mol，缓慢滴加略过量1-溴丁烷，使发生N-烷基化，蒸发溶剂得到亮黄色油状 1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑。反应条件如下：在60°C -65°C下反应15-18h。所述有机溶剂 优选为四氢呋喃、DMF、乙腈，优选四氢呋喃。
[0035] 本发明提供的缓蚀剂，含有1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑，所述1- 丁基2-苄硫基苯 并咪挫的浓度在IOppm至IOOppm之间，优选25ppm至75ppm之间。
[0036] 以下为实施例：
[0037] 实施例1
[0038] 1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑的制备方法，包括以下步骤：
[0039] (1)将2-巯基苯并咪唑和氢氧化钾按摩尔比例1:1混合，缓慢滴加与2-巯基苯并 咪唑等物质的量的氯化苄，使巯基发生H的取代反应，分离提纯后得到白色针状粉末2-苄 硫基苯并咪唑。反应条件为：60°C回流3小时。
[0040] (2)将步骤（1)中获得的2-苄硫基苯并咪唑与氢氧化钾在有机溶剂中混合均匀， 使得每100mL的有机溶剂对应2-苄硫基苯并咪唑0. 02mol和氢氧化钾0. 04mol，缓慢滴加 略过量1-溴丁烷，使发生N-烷基化，蒸发溶剂得到亮黄色油状1- 丁基2-苄硫基苯并咪唑。 反应条件为：在62°C下反应18h。所述有机溶剂为四氢呋喃。
[0041] 60°C -65°C下所得SBBI的产率均维持在87% -89. 5%，为了降低能耗和提高产 率。将反应温度维持在62°C。反应2小时的产率为82. 6%，3h产量为89. 5%，5小时产量 为 89%。故反应时间优化为 3h。SBBI 熔点为 182 ~184°C，lHNHM(400MHz, DMS0-d6) : δ =4. 5 (s, 2H, SCH2), 7. 09-7. 14 (m, 2H, ArH), 7. 21-7. 32 (m, 3H, ArH), 7. 43-7. 45 (m, 4H, ArH), 12. 58(br, S, ΙΗ,ΝΗ)。
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