一种松香基咪唑啉季铵盐化合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及精细化工领域，尤其涉及一种松香基咪唑啉季铵盐化合物及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 咪唑啉常用作合成缓蚀剂的中间体，它无特殊刺激性气味，热稳定性好、毒性低， 尤其是当金属与酸性介质接触时，可在金属表面形成单分子吸附膜，以改变H +的氧化还原 电位，也可络合溶液中的某些氧化剂，以降低其电极电位来达到缓蚀的目的。
[0003] 咪唑啉缓蚀剂主要由油酸和多胺为起始剂合成咪唑啉的衍生物。
[0004] 易翔等（湖南工程学院学报，2010 (20)，59-62)以松香和二乙烯三胺为主要原料 合成了油溶性松香基咪唑啉，在此基础上加入氯化苄在碱性条件下反应得到水溶性咪唑啉 衍生物。该方法以氯化苄形成的季铵盐为阳离子型，且氯化苄毒性较大，因此限制了它的应 用。
[0005] 林修洲等（腐蚀与防护，2013 (34)，126-128 ;应用化学，2008 (25) 494-498)用油酸 与二乙烯三胺合成了油酸基咪唑啉季铵盐缓蚀剂并对其缓蚀性能进行了研究和表征。该文 献中所用酸为长链烷基，结构与松香相比，松香的三环二萜分子结构有优势。
[0006] 王倩、付朝阳等研究了 CO2饱和NaCl溶液中松香基咪唑啉季铵盐的缓蚀吸附行 为。（腐蚀科学与防护技术，2012 (24) 319-322)。该文献中以氯乙酸钠形成的季铵盐为两性 偏阳，同时如果油酸链太长水溶性效果欠佳，因此限制了它的应用。
[0007] 张静、杜敏、于会华、王宁等探究了分子结构对咪唑啉缓蚀剂膜在钢表面生长和衰 减规律的影响（物理化学学报，2009 (25) 525-531)。
[0008] 综上所述，以上专家对缓蚀剂进行了不同程度的研究，但都没有解决咪唑啉季氨 化后产品在较宽应用范围内发挥以及缓蚀剂在金属表面较好的吸附问题。一个好的咪唑啉 缓蚀剂应有较好的水溶性、较好的吸附能力以及广泛的应用性。因此，上述的研究并没有解 决分子设计的问题。
【发明内容】
[0009] 为解决现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种松香基咪唑啉季铵盐化合物 及其制备方法，该方法制得的松香基咪唑啉季铵盐化合物可以在金属表面较好的吸附以及 在较宽应用范围内应用。
[0010] 为实现上述目的，本发明是通过下述技术方案来实现的：
[0011] -种松香基咪唑啉季铵盐化合物，该季铵盐化合物的结构式如下：
[0012]
[0013] -种松香基咪唑啉季铵盐化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0014] 1)将松香、二乙烯三胺、携水剂和催化剂加入到带有冷凝管、搅拌器、温度计、分 水器和氮气保护的反应器中，并于150°c~160°C下进行脱水4~5h，然后升温至195°C~ 205°C，并在此温度下进行脱水4~6h，得到松香咪唑啉中间体；
[0015] 其中，松香、二乙烯三胺的物质的量比为1 : (2~3)，携水剂加入量为松香与二乙 烯三胺总质量的20%~25%，催化剂加入量为松香质量的0. 3%~0. 5% ;催化剂为Al2O3 或 B (OH) 3;
[0016] 2)向松香咪唑啉中间体中加入有机溶剂和相转移催化剂，然后加热到70~90°C， 滴加季氨化试剂，滴毕于70~90°C下反应2~4h后，纯化、干燥得到棕色固体，该棕色固体 为松香基咪唑啉季铵盐化合物；
[0017] 其中，相转移催化剂的加入量为咪唑啉中间体物质的量的12%~16%，季氨化试 剂的物质的量等于松香咪唑啉中间体的物质的量，且季氨化试剂为3-氯-2-羟基丙烷磺酸 钠的水溶液；该松香基咪唑啉季铵盐化合物的结构式如下：
[0018]
向步骤1)的反应器中加入镁肩或锌粒，再于150°C~160°C下进行脱水，并且镁肩 或锌粒的加入量为松香质量的0. 3%~0. 5% ;所述步骤1)中携水剂为二甲苯或甲苯。
[0020] 所述步骤1)中以1°C /min的速率升温至195°C~205°C。
[0021] 进行步骤2)前将松香咪唑啉中间体进行纯化，具体过程为经减压蒸馏除去未反 应完的溶剂，再用石油醚洗涤以除去未反应完的松香。
[0022] 所述步骤2)中有机溶剂为甲醇、乙醇或氯仿。
[0023] 所述步骤2)中有机溶剂的加入量为松香咪唑啉中间体质量的60%~80%。
[0024] 所述步骤2)中3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠的水溶液中3-氯-2-羟基丙烷磺酸钠 的质量分数为16 %~18%。
[0025] 所述步骤2)中相转移催化剂为聚乙二醇600或聚乙二醇800。
[0026] 所述步骤2)中纯化具体是过滤掉未反应完的松香咪唑啉中间体后，再将所得滤 液经减压蒸馏除去溶剂。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明以松香、二乙烯三胺为起始剂合 成咪唑啉中间体，然后经季氨化得到一种水溶性松香基咪唑啉季铵盐化合物，本发明提供 的松香基咪唑啉季铵盐，以3-氯-2-羟基丙磺酸钠为季铵化试剂得到的季铵化产品分子中 含有磺酸根负离子和氮正离子，属两性物质，且产品中含有-OH和-SO 3两个良好的亲水基 团，能满足咪唑啉产品的水溶性要求。咪唑啉类缓蚀剂主要是通过吸附起缓蚀作用，分子结 构对化学吸附的影响很大。咪唑啉及其衍生物结构中含有的双键可以和金属形成键，杂原 子N、0、S都可与Fe形成配位键，从而可以增强分子的吸附能力，因此能在金属表面形成牢 固的膜，阻止腐蚀介质与金属接触。本发明中的松香基咪唑啉季铵盐化合物采用松香作为 原料，利用其独具的三环二萜分子结构以及咪唑啉环上的氮杂原子和双键，可以解决让缓 蚀剂在金属表面较好的吸附以及产品在较宽应用范围内发挥的问题，从而使缓蚀剂具有优 越的缓蚀性能，可以在工业化过程中推广。催化剂Al 2O3或B(OH) 3的加入可以降低反应温 度得到较好色泽的产品。
[0028] 进一步的，本发明的制备过程中加入的锌粒或镁肩可以抑制副产物二酰胺的生 成，提尚的广品的纯度。
【附图说明】
[0029] 图1为本发明的合成路线图。
[0030] 图2为松香、松香咪唑啉中间体以及松香咪唑啉季铵盐的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明，但并不用于限制本发明的实 施范围。
[0032] 参见图1，本发明松香基咪唑啉季铵盐化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0033] 1)氮气保护下，将松香、二乙烯三胺、携水剂和催化剂加入到带有冷凝管、搅拌器、 温度计、分水器的反应器中，同时加入镁肩或锌粒，并在150°C~160°C反应4~5h，反应过 程中可陆续看见有水被溶剂带出，当出水量基本稳定后，以1°C /min的升温速率逐渐升温 至195°C~205°C，并在此温度下反应4~6h，分水体积基本稳定，结束反应，得到松香咪唑 啉中间体；将所得松香咪唑啉中间体采用石油醚进行纯化后，得到纯化后的松香咪唑啉中 间体；
[0034] 其中，松香、二乙烯三胺的物质的量比为I : (2~3)，携水剂加入量为松香、二乙烯 三胺总质量的20 %~25 %，催化剂加入量为松香质量的0. 3 %~0. 5% ;催化剂为A1203、 B(OH)3、镁肩、锌粒中的一种或两种；携水剂为二甲苯或甲苯；镁肩、锌粒的加入量为松香质 量的0. 3%~0. 5% ;
[0035] 2)向纯化后的松香咪唑啉中间体中加入有机溶剂和相转移催化剂，然后加热到 70~90°C，滴加季氨化试剂，滴毕于70~90°C下反应2~4h，反应完成后，静置分层、将上 清液减压蒸馏、采用乙醚纯化、干燥得到棕色固体，即为松香基咪唑啉季铵盐化合物；
[0036] 其中，相转移催化剂的加入量为咪唑啉中间体物质的量的12%~16%，相转移催 化剂为链状聚乙二醇600或链状聚乙二醇800 ;季氨化试剂的物质的量等于松香咪唑啉中 间体的物质的量，并且季氨化试剂为质量