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十七烯基咪唑啉型防锈剂的制备

IT圈 admin 2024-06-03 55浏览 0评论

2024年6月3日发(作者：台心菱)

洛阳理工学院毕业设计论文

十七烯基咪唑啉型防锈剂的制备

环境工程与化学系王帅军

指导老师王永刚

摘要

十七烯基咪唑啉型防锈剂及其盐或咪唑啉衍生物季铵盐类是目前国内外所

主要使用的缓蚀剂种类之一，咪唑啉及其衍生物的缓蚀性能高效，在国外许多

油田使用的有机缓蚀剂中，以咪唑啉的用量最大。与其它类型的缓蚀剂相比，

十七烯基咪唑啉型防锈剂咪唑啉具有良好的耐热稳定性和高效性。我国的环烷

酸资源含量丰富，但是利用率却较低，近年来，许多学者采用油酸和二乙烯三

胺合成咪唑啉，这对国民经济的发展及提高资源利用率有重要意义采用。两部

法合成T703防锈剂。首先研究了T703中间体的合成，通过观察生成物颜色，检

测生成的水量，油溶性和产物进行IR 表征，确定合成中间体的最佳工艺，然后

利用这一中间体与T746反应，合成T703防锈添。用同样方法考察了各种因素

（反应物比例，加热时间）对T703合成的影响，进而得出了最佳工艺。

关键词：

防锈剂、油酸、二乙烯三胺

洛阳理工学院毕业设计论文

The Preparation of Seventeen alkenyl type

imidazoline corrosion inhibitor

ABSTRACT

Seventeen alkenyl type imidazoline corrosion inhibitor and its

salt or quaternary ammonium salt type imidazoline derivatives at home

and abroad are mainly use one type of corrosion inhibitor of

imidazoline and its derivatives corrosion inhibition efficiency, many

oilfields abroad using organic corrosion inhibitor, to the dosage of

the imidazoline is the largest. Compared with other types of

corrosion inhibitors, 17 alkenyl type imidazoline corrosion inhibitor

imidazoline has good heat stability and high efficiency. The

resources of naphthenic acid content is rich, but utilization rate is

low, in recent years, many scholars have adopted synthesis oleic acid

and divinyl three amine imidazoline, this to the development of

national economy and improve resource utilization has important

significance. Two synthesis T703 rust inhibitor. T703 intermediates

synthesis is studied first, and by observing the product color,

detecting the generated water, oil soluble and IR characterization

product, determine the best technology of synthesis of intermediates,

and then use the intermediates and T746 reaction, synthetic T703 rust.

Is investigated with the same techniques of various factors (the

ratio of reactants, heating time) to T703 synthesis influence, thus

obtained the best craft.

Key words:

anti-rust agent 、oleic acid 、divinyl three amine

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前言 ............................................... - 1 -

第1章：绪论 ....................................... - 2 -

1.1

防锈剂的定义及特点 .............................. -

1.2

缓蚀剂的分类 .................................... -

1.2.1 按化学组成分类 .............................. - 2 -

1.2.2 按对电极过程的影响分类 ...................... - 3 -

1.2.3 按缓蚀剂在金属表面形成保护膜特征分类 ........ - 4 -

1.3

咪唑啉型防锈剂的发展史 .......................... -

1.4咪唑啉在我国研究的现状 .......................... -

1.5、咪唑啉的主要应用 ............................... -

1.6

咪唑啉型防锈剂的缓蚀机理 ........................ -

1.7咪唑啉类化合物的结构 ............................ -

1.8

兰-703发展状况 ................................. -

1.9合成兰-703意义及创新 ........................... -

1.9．1理论意义 .................................. - 10 -

1.9.2现实意义 ................................... - 10 -

1.9.3创新之处 ................................... - 10 -

第2章：实验部分 ................................... - 11 -

2．1实验所用仪器 .................................. -

2.2实验所用药品 ................................... -

2.3合成方法及原理 ................................. -

2.3.1合成方法 ................................... - 13 -

2．3.2合成原理 .................................. - 14 -

III

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2.4本实验初步合成与计划 ........................... -

2.5实验操作 ....................................... -

第3章结果与分析 ................................... - 16 -

3.1外观颜色对比 ................................... -

3.2反应生成水量 ................................... -

3.3油溶性对比 ..................................... -

3.4产品红外光谱测试 ............................... -

3.5实验方法的对比 ................................. -

3.5.1用3%测定样品油溶性 ......................... - 22 -

3.5.2用真空抽滤法与甲苯溶剂法的优缺点 ............ - 22 -

3.6分析 ........................................... -

3.7结论 ........................................... -

致谢 ............................................ - 24 -

参考文献 ........................................... - 25 -

外文资料翻译 ....................................... - 27 -

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前言

防锈剂是金属加工液以及油田中的一种重要添加剂。根据防锈的吸附原理, 分子中

的极性基团能吸附于金属表面；而疏水性的烃基在金属表面形成保护膜, 防止水分子侵

蚀金属表面, 起到防锈的效果。有机分子在水中的溶解性与烷基链的亲水极性基团有关。

T703防锈添加剂是将油酸与二乙烯三胺在高温真空下脱水生成的缩合物——主要成分是

1-（氨乙基)-2(十七烯基)咪唑啉与十二烯基丁二酸中和成盐而得到的一种油溶性无灰型

防锈添加剂。含有这种添加剂(或与其它添加剂)的燃料油，润滑油对黑色金属和某些有

色金属(如铜、铝及其合金或某些镀层)均有较好的防锈能力。因此，在防锈油品中T703

防锈剂得到了广泛应用。

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第1章：绪论

1.1 防锈剂的定义及特点

凡在介质中添加少量物质能降低介质的腐蚀性、防止金属免遭腐蚀的物质称之为防

锈剂剂，又称为抑制剂。防锈剂可以定义为这样的一种物质：当以适当的浓度和形式存

在于腐蚀介质中时，它可以减缓或者防止腐蚀”。虽然有很多物质都能对金属在介质中

的腐蚀起防止或减缓作用，但真正能被人们重视的缓蚀剂是那些价格低、用量少，并且

能很大程度地降低金属腐蚀率的物质。跟其它的金属防护方法相比，防锈剂有如下特点：

(1) 不改变金属构件或制品的本性，也不会改变金属的外表。对于金属表面的酸处理、

锅炉内壁的化学清洗、循环冷却水系统的防腐处理等，缓蚀剂比较适用。对于金属

制品在加工工序间的存放、运输和仓库储存等场合、文物保护、混凝土钢筋防护等

暂时性的防锈措施，缓蚀剂也比较适用并且很有效。

(2) 使用剂量较少，并且缓蚀剂一般不会改变腐蚀介质的基本性质。因此，对于城市取

暖、供水管道的防腐，石油、天然气、煤气管道输送的防护，缓蚀剂也比较适用。

(3) 应用缓蚀剂安全可靠，使用简便，易于操作。

1.2 缓蚀剂的分类

由于缓蚀剂种类产品繁多并且缓蚀机理非常复杂，迄今为止，并没有一个完善的分

类方法既能反映出缓蚀剂的组成、结构特点以及缓蚀机理，又能将各种缓蚀剂分类。通

常的分类方法有以下三种：

1.2.1 按化学组成分类

按物质的化学组成划分，可以把缓蚀剂分为有机缓蚀剂和无机缓蚀剂两大类。无机

缓蚀剂包括硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、多磷酸盐、钨酸盐、硅酸盐、硼酸盐、锌盐、

碳酸盐等。有机缓蚀剂主要包括胺类化合物、醛类化合物、有机磷、硫化合物、咪唑啉

类化合物、季铵盐、羧酸及其盐类等。这种分类不但有利于研究合成新的缓蚀剂，并且

对于确定缓蚀剂混合物的各种复杂组分也很有帮助。实际应用当中的缓蚀剂，通常是因

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为它们在腐蚀介质中与金属表面产生了化学作用，从而很好地抑制了金属的腐蚀。这种

分类可以带来很多方便。

1.2.2 按对电极过程的影响分类

按照电化学过程，金属在电解质溶液中的腐蚀反应有两种，即阳极反应和阴极反应。

当缓蚀剂吸附在金属的表面后，它便可以抑制阳极反应和阴极反应，有时抑制其中的一

个反应，有时两个都抑制。从而使得金属的腐蚀速度降低，达到防腐的目的。根据缓蚀

剂在腐蚀介质中对的腐蚀过程的电化学影响，可以分为阳极型、阴极型和混合型缓蚀剂。

硝酸盐、硫酸盐、季铵盐、正磷酸盐、羧酸盐、苯甲酸盐等都属于阳极型缓蚀剂。它们

能使阳极极化增大，使腐蚀电位向正向移动，通常情况下，阳极型缓蚀剂的阴离子移向

阳极表面造成金属钝化。使用阳极型缓蚀剂时要注意，投加剂量要足够，如果用量不足，

缓蚀剂就不能充分覆盖在阳极表面，暴露在腐蚀介质中的阴极面积远远大于阳极面积，

便形成了腐蚀电池，反而促进了金属的腐蚀。阳极型缓蚀剂的作用机理可以简单概括为：

使阳极极化程度增大，阳极的反应速度大大降低，腐蚀电位向正方向移动，缓蚀剂的缓

蚀作用与阴极反应没有关系。硫酸钙、酸式碳酸钙、镁离子等被称为阴极型缓蚀剂。这

类缓蚀剂在腐蚀介质中使金属的腐蚀电位向负方向移动，酸溶液中的氢析过电位增大了，

阴极反应过程减慢，金属的腐蚀速度减小。通常情况下，阴极型缓蚀剂的阳离子移向阴

极表面，形成一层化学沉淀膜，这层膜对金属能够起到很好的保护作用。例如，酸式碳

酸钙缓蚀剂与阴极过程中生成的 OH—反应，生成的微溶性碳酸钙沉淀保护膜能很好地保

护金属；AS离子在阴极金属表面还原成的砷层使得氢的过电位大幅增加，从而使得金属

的腐蚀大大减少。这类缓蚀剂在使用剂量不足时并不会加速金属的腐蚀，是一种比较安

全的缓蚀剂。阴极型缓蚀剂的作用机理可以简单概括为：使阴极极化增大，提高阴极反

应过电位；在金属表面形成化合物膜。混合型缓蚀剂包括含氮有机物、含氧有机化合物、

生物碱等，这种缓蚀剂对阳极过程和阴极过程能够起到很好的抑制作用，虽然腐蚀电位

的变化保持平稳，但腐蚀电流却大大降低。这类缓蚀剂主要包括以下几种：胺类、咪唑

啉类化合物、亚硫酸盐、含硫化合物等、含氮的有机化合物、咪唑啉季铵盐等。混合型

缓蚀剂的作用机理可以简单地概括为：阳极溶解反应生成的离子与缓蚀剂生成难溶物质

沉积在金属的阳极表面和阴极表面，形成了一层保护膜，这层膜阻碍金属的腐蚀反应过

程，并且抑制了阴极上氧的还原反应。

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1.2.3 按缓蚀剂在金属表面形成保护膜特征分类

从物理化学角度分析，缓蚀剂在金属表面与腐蚀介质发生作用，使金属表面出现了

一层氧化膜或沉淀膜，膜吸附在金属表面，使得金属与腐蚀介质隔离开，从而有效地防

止了金属的腐蚀。从形成保护膜的角度，可将缓蚀剂可分为氧化膜、沉淀膜和吸附膜三

类。这种分类不但有助于反映缓蚀剂分子结构与保护膜的关系，而且可以解释缓蚀剂对

金属腐蚀电化学过程的影响。氧化膜型缓蚀剂由于具有钝化作用，所以又称作“钝化

剂”。这类缓蚀剂能使金属表面形成致密、附着力强的氧化膜。过量的缓蚀剂不会使保

护膜增厚，用量不足时会加速腐蚀，使用时应注意。氧化膜型缓蚀剂在金属表面发生化

学作用，使金属表面氧化生成了难溶的保护性氧化膜，金属与腐蚀介质的化学过程受到

阻碍，从而抑制了金属的腐蚀。某些缓蚀剂本身不具有氧化性质，需要和水中的溶解氧

共存，这种缓蚀剂的作用机理是使金属表面发生特征吸附形成一层钝化膜，体系中的电

化学腐蚀过程受到阻碍，也有可能是金属表面发生氧化，形成了致密的保护性氧化膜。

这类缓蚀剂包括苯甲酸及其衍生物沉淀膜型缓蚀剂能在金属表面与腐蚀介质中的相关离

子反应形成一层保护性的沉淀膜。由于氧化膜的致密性和附着力比沉淀膜好，所以沉淀

膜的缓蚀效果比氧化膜型药差一些。此外，如果腐蚀介质中存在有相应的共沉淀离子，

沉淀膜的厚度会不断增加，有可能引起结垢的副作用，对于防止腐蚀很不利。沉淀膜是

缓蚀剂通过电化学反应在金属表面生成的。缓蚀剂之间相互作用可以生成沉淀膜，缓蚀

剂与腐蚀介质中的有关离子也可以作用生成沉淀膜。沉淀膜一般在阴极区形成并覆盖在

阴极表面，这样金属和腐蚀介质被隔离开来，金属电化学腐蚀过程受到抑制，有时沉淀

膜覆盖在金属的全部表面，电化学腐蚀的阳极过程和阴极过程都将受到抑制金属。某些

含 O、S、N 原子基团的络合剂就能同金属离子反应，在金属表面生成难溶配合物沉淀膜

同时抑制阴极和阳极的电化学过程。例如，8-羟基喹啉对铝在碱性介质中的腐蚀有很好

的抑制作用，它是通过与铝离子反应生成了不溶性配合物沉淀膜覆盖在铝表面，从而抑

制了腐蚀。苯并三氮唑（BTA）与铜反应生成不溶性聚合物沉淀保护膜，从而对铜起到较

好的防蚀作用。吸附膜型缓蚀剂是通过在腐蚀介质中吸附在金属表面，使金属的表面性

质发生改变，从而起到防腐蚀作用。形成致密的吸附膜需要一定的条件，那就是金属表

面必须净，在实际应用中，这种缓蚀剂往往在酸性介质中使用。吸附膜型缓蚀剂的分子

一般都是由极性基团和非极性基团组成，而极性基团和非极性基团的性质决定了缓蚀剂

分子在金属表面的吸附效果。极性基团中一般含有 O、N、P、S 等高电负性元素。非极

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性基团主要含 C、H 等元素。亲水性的极性基团吸附在金属表面，形成一层保护膜。缓

蚀剂和金属之间的化学键强度决定了吸附膜和金属之间的结合强度。疏水的非极性基团

通过憎水基发生化学作用，使金属表面和腐蚀介质隔离开。吸附膜型缓蚀剂吸附在金属

表面，使金属表面的性质发生了改变，金属表面的能量状态趋于稳定，腐蚀反应的活化

能得到增加，腐蚀速度降低；另一方面，缓蚀剂分子中的非极性基团在金属表面形成了

疏水性保护膜，这层膜阻碍金属与腐蚀介质发生化学反应或物质的转移。烷基咪唑啉季

胺盐缓蚀剂的缓蚀性能良好，他认为，咪唑啉季胺盐的季胺阳离子能够很好地吸附在金

属表面，吸附了季胺阳离子的金属表面就好像带了正电荷一样，由于同性相斥，氢离子

难于接近金属表面，电化学腐蚀反应与电荷的移动被抑制。

1.3 咪唑啉型防锈剂的发展史

咪唑啉是一类两性表面活性剂，不仅具有良好的缓蚀性能，而且还能够杀菌、破乳、

阻垢等性能，不仅能在中性条件下使用，在酸性、碱性条件下亦可使用，使用范围更是

日益广泛。这类缓蚀剂能在采取石油、天然气等工业中抑制油气井中 H2S 气体的腐蚀;

在炼油工业中抑制 HCI—H2S—H2O 酸性介质的腐蚀；也被作为酸洗缓蚀剂，用在清洗锅

炉、热交换器、设备管道等方面;在油田水、海水中使用也有显著的缓蚀效果。因此，越

来越受到国内外的重视。咪唑啉类物质作为一种性能良好的两性表面活性剂早些年前就

有人开始研究。1938 年，Chwato 就讨论了羟甲基和碳酸烷基咪唑啉缓蚀剂的制备和用

途。1945年，Hans 首先提出了咪唑啉两性表面活性剂的概念。咪唑啉两性表面活性剂的

结构是化学家们很感兴趣的课题五十年代 ime 在他的专利中提出了咪唑啉的

环状结构，在以后的 30 年里，这种结构始终被人们所采用。德国的 Heni 和日本学者

Takanoce 曾对咪唑啉提出的环状结构的真实性产生了怀疑。他们认为，咪唑啉衍生的两

性表面活性剂在水介质中应为线性结构，这一观点引起了很大争议。线性结构的观点得

到大多数人的支持，但并没有进行定量研究，只是定性上加以说明。由于咪唑啉衍生的

两性表面活性剂为一混合物，其组成分析逐渐引起人们的重视。在表面活性剂的组成分

析中，用的比较多的是高效液相色谱法(HPLC)-。八十年代，日本东邦化学工业技术研究

所夫日原健将有机缓蚀剂归为十一类，其中咪唑啉及其衍生物就占四类。1982 年，日本

的 ra 和.YMorikama 用高效液相色谱法对三种类型的表面活性剂同系物的混合

物进行分析，得到了较理想的结果。而真正形成生产是在1947~1948 年，由 Mrinaol 化

学公司开始这种产品的工业化生产近几十年来发展非常迅速。

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1.4咪唑啉在我国研究的现状

近几年来，国内外学者在缓蚀剂的合成、复配、测试及其应用方面作了许多研究工

作，取得了较大的进展。咪唑啉类缓蚀剂已经广泛应用于石油、天然气等工业生产。刘

忠运、李莉娜等合成了一种新型的咪唑啉复合缓蚀剂 YHX-4，并研究了其在二氧化碳和

硫化氢共存条件下的缓蚀性能；颜红侠等以玉米油资源为原料研制出烷基咪唑啉型缓蚀

剂 IM；陈敏、战风涛等以有机酸和二乙烯三胺为原料制备了单环咪唑啉类缓蚀剂，并考

察了单环咪唑啉分子中基团结构对其缓蚀性能的影响；石顺存用中国石化厂回收的酸性

黑油和多胺合成了缓蚀性能优良、水溶性好的咪唑啉缓蚀剂；付薇、梁亮等合成了新型

咪唑啉双季铵盐阳离子缓蚀剂，对铜、铁、铝等金属在 5%HCl 介质中的缓蚀效率可达

95%~99%；李广仁等用二乙烯三胺和棉籽油合成了咪唑啉，该缓蚀剂在盐酸介质中对 20#

碳钢的缓蚀效率在 90%以上；何耀春等用多种原料合成一系列咪唑啉衍生物，其中的几

种缓蚀剂具有协同缓蚀效应。唐新德等研究了水性咪唑啉类缓蚀剂在铝粉颜料制备过程

中对铝粉性能的影响规律。王延、周永红等用三种原料合成了松香基咪唑啉系缓蚀剂，

较少的投加剂量就可以在 10%盐酸介质中，对 Q235 钢的缓蚀率达到 99%。李倩等合成

了烷基咪唑啉类缓蚀剂，其用量为 20mg/L 时，在锅炉水中对碳钢的缓蚀速率可达 90%

以上；闫杰、李茜璐等等以油酸、二乙烯三胺及季铵化试剂为主要原料,合成了适用于油

田的咪唑啉季铵盐缓蚀剂，性能评价表明,该咪唑啉季铵盐缓蚀剂在模拟油田现场盐水中

具有良好的缓蚀性，当与 OP-10、SDS、KI 分别复配时，均显示良好的协同效应，并且

具有较好的水溶性；李新南首次研究了咪唑啉类表面活性剂对聚苯胺的纳米形貌的影响；

夏明桂用月桂酸和二乙烯三胺合成了咪唑啉型缓蚀剂，该缓蚀剂缓蚀性能良好且与 KI

有良好的缓蚀协同作用，投加剂量为 30mg/L时，在 5%HCl 溶液中对 A3 碳钢的缓蚀效

率达到了 98%以上；张光华的研究发现，双烷基咪唑啉季胺盐缓蚀剂的缓蚀性能良好，

他认为，咪唑啉季胺盐的季胺阳离子能够很好地吸附在金属表面，吸附了季胺阳离子的

金属表面就好像带了正电荷一样，由于同性相斥，氢离子难于接近金属表面，电化学腐

蚀反应与电荷的移动被抑制。

1.5、咪唑啉的主要应用

咪唑和咪唑啉主要是作为反应单体，与很多物质发生反应，生成咪唑啉衍生物，并

在很多领域中应用，例如咪唑啉缓蚀剂，咪唑啉表面活性剂，它在清洗剂、纤维柔软剂、

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纺织工业助剂、金属抛光剂等方面的广泛应用，咪唑啉表面活性剂是一类性能优异的表

面活性剂，低毒、耐硬水、泡、乳化性好，在日用化工、纺织印染、化纤、医疗卫生、

石油采矿等领域有着广泛的应用，目前，使用最多的是阳离子咪唑啉

（1）在医学方面的应用咪唑是一种重量的精细化工原料，主要用于医药和农药的合成以

及环氧树脂的固化剂 . 在医药中用于咪唑类抗真菌药物，是双氯苯咪唑，益康唑，

酮康唑，克霉唑等药物的主要原料之一，阿司咪唑 ( 息斯敏 ) 是一种作用强、长

效 H1 受体拮抗剂，没有中枢镇静和抗胆碱能作用。广泛应用于荨麻疹、过敏性鼻

炎、过敏性结膜炎等病的治疗，疗效显著。但在使用中，近来发现一些少见的不良

反应。在医疗中使用的合成 1，3- 米唑类化合物当中，甲氰唑用于消化道溃疡的

治疗，甲硝哒唑—抗菌药和抗原生物药—通常用于阿米巴痢疾的治疗。洛杀坦是

一个血管紧缩素的拮抗药，作为治疗高血压的药物。

（2）在清洗剂中的应用磺酸盐类咪唑啉在所有 pH 值范围内都保持阴离子特性，在硬水、

软水中均具有良好的洗涤能力，耐硬水、耐电介质、具有钙皂分散能力、生物降解

性好，在广泛的 pH 值范围内与多种清洁剂组分有相容性，在清洗剂配方中应用广

泛。丙烯酸及其酯作为引入羧基的烷基化试剂，可制取“无毒”两性表面活性剂，

优于其它烷基化试剂产品，无毒、无刺激、无损害、柔和、高泡、抗静电，在清洗

剂、洗涤剂中广泛应用。咪唑啉表面活性剂与其它表面活性剂复配有良好的协同效

应，特别是与非离子表面活性剂的复配能制取对合成纤维、油性污垢有良好去除力

的洗涤剂及纺织浆洗剂；也能用于配制干洗剂，洗涤呢绒和羊毛等高级衣物，用作

火车、汽车、轮船、飞机、宇航器等方面的清洗剂及洗涤家具、地面灰浆、砖面、

蔬菜水果等.

（3）在石油工业中的应用

咪唑啉衍生物作为高效有机缓蚀剂，在国内外油田中广泛应用，如美国在油田使用

的各种有机缓蚀剂中，以咪唑啉的用量最大。邹宗柏等以酸、胺合成咪唑啉，再用

正碳离子进攻咪唑啉环上氮原子形成咪唑啉季铵盐，用作缓蚀剂效果显著。2- 十

一烷基 -1-（双硫脲）乙基 - 咪唑啉也可用作油田缓蚀剂。咪唑啉硫醚应用于石

油开采生产中可有效抑制 H2S-CO2-H2O 酸性介质下对金属设备的腐蚀，特别是高

温、高压、高 H2S、CO2 超深井的情况下，对金属设备仍具有优异的缓蚀作用。综

上所述，咪唑啉型表面活性剂具有许多其他表面活性剂所不具备的优良性质，其使

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用范围已遍及日用化工、纺织印染、金属加工、石油化工等诸多领域，是一类很有

发展前景的环境友好型表面活性剂。

（4）咪唑啉缓蚀剂用途

金属腐蚀问题在石油、天然气、电力、化工等各个行业都存在，机器设备的腐蚀会

对它的功能，寿命，即效率等问题有严重的影响，会使很多领域范围中有较大的损

失各种设备的金属材料暴露在水、汽、气、油、固体颗粒或液相/ 固相、气相 /

固相、液相 / 气相、液相 / 汽相、汽相 / 固相、气相 / 固相 /液相等介质中，

腐蚀极为严重。因此，进一步研制缓蚀效果更好的咪唑啉缓蚀剂新品种和在各有关

行业推广应用，对国民经济将具有重大意义目前，咪唑啉类缓蚀剂机理的理论还有

待成熟，主要存在如下三种理论：（1）物理吸附。它是一种阳离子缓蚀剂。（2）

化学吸附。一般的咪唑啉类物质就是这种供电子型缓蚀剂。（3）π 键吸附如果分

子结构中含有 π 电子物质的话，极性基团中心原子的孤对电子还有可能与 π 电

子形成共轭 π 键，即大 π 键，并以平面构型吸附于金属表面上，使缓蚀率大为

提高。二、咪唑、咪唑啉及其衍生物的展望咪唑啉缓蚀剂具有缓蚀效果好、用量少、

制备简单、低毒、对环境污染小等优点，是一种绿色的缓蚀剂。目前，国外对咪唑

啉类缓蚀剂的研究己经比较深入，并应用到诸如化学清洗、油田酸洗、油田缓蚀等

多种行业。但是到目前为止，在咪唑啉缓蚀剂的合成制备及相关应用领域都还存在

诸多问题，如合成工艺、在油气田环境下的缓蚀作用机理研究均未形成完整的理论

和应用体系。鉴于此在今后的研究工作中将会对其理论探讨逐步深入，对应用体系

及其应用环境作深入的分析与实验。在不远的将来会有更多优良的咪唑啉类缓蚀剂

应用到油田设备，届时将会带来更大的经济效益，最大限度的发挥它们的作用

1.6 咪唑啉型防锈剂的缓蚀机理

缓蚀剂对金属的缓蚀作用，其原理有：分子界面吸附、氢键缔合效应、阻化效应、

基团覆盖效应及化学键合等；关于咪唑啉在金属表面的缓蚀机理研究，国内外专家己开

始了着手，早期主要是对吸附模型建立，近期又开始对官能团作用机理、形成膜厚度、

膜的稳定性研究。分子结构因素和环境介质因素是主要影响其吸附缓蚀作用的因素。利

用量子计算化学的方法研究了取代基对咪唑啉型缓蚀剂缓蚀性能的影响，认为咪唑啉型

缓蚀剂的化学吸附主要是由 N 原子与 Fe 原子相互作用产生的，在环上引入供电子基团

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取代芳烃，可以加强咪唑啉分子与金属表面的化学吸附作用力，从而使得吸附膜更牢固，

进而增强其缓蚀性能；长碳链的咪唑啉化合物的部分 C 对缓蚀性能影响较大。

1.7咪唑啉类化合物的结构

咪唑啉属于五元杂环化合物，分子中含有两个氮原子，其杂环大小与咪唑一致。咪

唑啉型缓蚀剂一般包含三部分：具有一个含氮的五元杂环，五元杂环上有亲水支链 R1

（如胺基官能团、羟基官能团、酰胺等），R1 能与 N 成键，还有一个长的烷基憎水支

链 R2，如下图：

NCH

CHCOOH

COOH

-C

图 1-1 咪唑啉型缓蚀剂的组成结构图

1.8 兰-703发展状况

尽管咪唑啉及其衍生物的应用已经相当广泛，效果也较理想，但仍然存在很多问题。

防锈剂的效果有进一步提高：在保证高防锈效果的前提下，如何降低其生物毒性以适应

较敏感的水质；在不影响性能的前提下，提高产品的油溶性和稳定性；与其它水处理剂

的协同效应的研究较少。兰-703防锈剂相对其它咪唑啉防锈剂不仅具有其防锈性能，作

为润滑油添加剂，而且其性能会优于其它咪唑啉防锈剂，其性能比较稳定，对生物毒性

较低。目前兰-703防锈剂的合成技术还不完善，国内很少有专家对其深入研究，有待进

一步去提高其产率等问题。

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1.9 合成兰-703意义及创新

1.9．1理论意义

关于咪唑啉的合成及其作为缓蚀剂的研究在国内虽然有一些报道，但是咪十七烯基

咪唑啉型防锈剂的合成及其缓蚀性能研究是空白的，本研究可以合成防锈性能更好的

T703防锈剂

1.9.2现实意义

腐蚀在工业以及其它行业中的危害巨大，造成的损失不可估量，开发新型高效的金

属缓蚀剂对国民经济具有重要演义；我国油酸资源含量丰富，但是利用率却很低，本课

题要合成的咪唑啉是以油酸为基本原料的，油酸的综合利用率将得到提高，另外，对扩

展咪唑啉的应用领域也有重要的指导意义。

1.9.3创新之处

国内外已见到报道的兰-703合成，但由于合成原料的复杂性，温度，配料比的不同，

反应时间不同，本实验通过控制变量做大量的实验，从而优化出最佳的合成条件，从而

能够生产出缓蚀性能更加良好的兰-703，从而合成产率更高的产物。

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第2章：实验部分

2．1实验所用仪器

1、三口烧瓶（250ml，500ml）

2、（SZCL-型）数显智能控温磁力搅拌器（巩义市英峪高科仪器厂）

3、（MP1100B型）电子天平（上海良平仪器仪表有限公司）

4、（BRUKER TENSOR27）型红外光谱仪（德国布鲁克（Bruker）集团）

5、（SHB-B95型）循环水式多用真空泵

6、（PE-52AA型）旋转蒸发器（上海振捷实验设备有限公司）

图2-1：加热装置图

1铁架台2温度计3三口烧瓶4冷凝管5加热套

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2.2实验所用药品

表2-1 药品性质

名称

油酸

属性

二乙烯三胺 T-746

分子式 C

（见图2-2） C

（见图2-3） C

（见图2-4）

摩尔分数（g/mol） 284.39 103.17 282.47

易溶于乙醇、乙醚、

溶解性

氯仿等有机溶剂中，

不溶于水

溶于水、乙醇，不溶

于乙醚

溶于甲苯、二氯乙

烷、溶剂汽油等，不

溶于水

图2-2 油酸结构分子式

2-3 二乙烯三胺结构分子式

图2-4十二烯基丁二酸结构分子式

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2.3合成方法及原理

2.3.1合成方法

1）真空抽滤法

油酸

二乙烯三胺

以3％比例进行调油测试产品进行红光谱外测试

2）溶剂携带法

油酸 150

￮

C通N

加热2h 170

￮

C加热3h 蒸馏出甲苯

甲苯

二乙烯三胺

以3％比例进行调油测试产品进行红外光谱外测试

150

￮

C抽真空加热2h 170

￮

C不抽真空3h 冷却到110

￮

C加入T746

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3）反应方程式

-H

NCH

NHCH

抽真空150度

NCH

COOH

NCH

CHCOOH

COOH

不抽真空170度

NCH

CHCOOH

COOH

-C

2．3.2合成原理

油酸与二乙烯三胺先反应，经缩合生成2-十七烯基-N-胺乙基咪唑啉后，与十二烯基

丁二酸中和制得产品。

2.4本实验初步合成与计划

油酸与羟二乙烯三胺,经两步缩合脱水反应生成咪唑啉中间体—1-羟乙基-2-环烷基-

2-咪唑啉，咪唑啉中间体与T476进一步合成油溶性的咪唑啉，实验中采用的是单因素多

水平方法，对反应物料的配比、实验温度、实验时间和溶剂等因素进行了研究，优化出

了最佳合成工艺条件。首先通过物理观察法来查看其与样品的差别，其次是通过测定其

油溶性，再次利用红外光谱仪对其产物进行测定。

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2.5实验操作

表2-2实验操作对比

名称

条件

实验一实验二实验三实验四实验五实验六实验七

实验时间 13/4/22 13/4/23 13/4/24 13/5/3 13/5/8 13/5/22 13/5/30

油酸种类棕榈油酸国产油酸棕榈油酸棕榈油酸棕榈油酸棕榈油酸棕榈油酸

T746种

类

油酸二乙

烯三胺比

例

使用方法

150

￮

C加

热时间

170

￮

C加

热时间

真空加热

法

真空加热

法

真空加热

法

真空加热

法

真空加热

法

溶剂法

真空加热

法

1.25：1 1.25：1 1.25：1 1：0.9 1：0.8 1.25：1 1.25：1

大连无锈大连无锈锦州泰康锦州泰康锦州泰康锦州泰康锦州泰康

3h 3h 3h 3h 3h 3h 2h

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第3章结果与分析

3.1外观颜色对比

表3-1 实验产品颜色

实验一

实验二

实验三

实验四

实验五

实验六

实验七

黄黑

浅黄

暗黑

浅黄

浅黑

浅黄

图3-1 实验一产品颜色

图3-2 样品产品颜色

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图3-3 实验四产品颜色

3.2反应生成水量

表3-2实验生成水量

代号

实验一

实验二

实验三

实验四

实验五

实验六

实验七

生成水量

少量

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3.3油溶性对比

表3-3油溶性对比

加入T-746（无锈）量

实验一（见图

3-4）

35.3g/0.125mol

7.1g/0.02 mol

加入T-746（无锈）量

17.65g/0.063 mol

实验二-1

3.5g/0.01 mol

加入T-746（工业）量

17.65g/0.063 mol

实验二-2

3.5g/0.01 mol

加入T-746（锦州泰康）量

实验三

35.3g/0.125mol

加入T-746（锦州泰康）量

实验四（见图

3-6）

35.3g/0.125mol

7.91g/0.028mol

6.29 g/0.012mol

加入T-746（锦州泰康）量

实验五 35.3g/0.125mol

7.1g/0.02 mol

加入T-746（锦州泰康）量

实验六 35.3g/0.125mol

3.53g/0.01mol

1.0

倍数

1.0

1.28

1.4

倍数

1.0

1.2

倍数

1.0

1.1

澄清

现象

浑浊

现象

浑浊

现象

浑浊

澄清

1.2

1.4

倍数

浑浊

现象

1.2

1.4

倍数

1.0

略浑浊

澄清

现象

浑浊

倍数

1.0

1.2

1.4

倍数

1.0

现象

浑浊

略浑浊

澄清

现象

浑浊

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加入T-746（锦州泰康）量

35.3g/0.125mol

实验七

7.1g/0.02 mol

倍数

1.0

1.2

1.4

现象

浑浊

略浑浊

图3-4 实验一产品油溶性

图3-5 样品油溶性

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图3-6 实验四产品油溶性

3.4产品红外光谱测试

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

4500500

X Axis Title

图3-7 实验一产品红外光谱图

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1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

4500500

X Axis Title

图3-8 样品红外光谱图

1.0

0.8

0.6

0.4

0.2

0.0

4500500

X Axis Title

图3-9 实验四产品红外光谱图

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3.5实验方法的对比

3.5.1用3%测定样品油溶性

因为由于经验得知只有1-3%测定油溶性才具有实际意义，如果比例太低，则样品不

会溶解，如果比例太高，则其测定没有现实意义。

3.5.2用真空抽滤法与甲苯溶剂法的优缺点

1采用真空抽滤可以降低反应容器内的压力，防止反应物被氧化。

2本实验中采用采用真空抽滤主要是为了脱水

3溶剂法，以甲苯为携水剂，将反应生成的水进行脱离出来，但甲苯是有毒的，其所需反

应温度较低，产物不易变色，但反应时间长，收率低，还存在着溶剂回收的问题。

4真空法所需时间短，不存在溶剂回收问题，但对反应设备要求高，必须控制好温度与

压力的关系。

3.6分析

1、对比七个实验，发现仅有实验三的油溶性最佳。

2、实验一采用棕榈油酸与二乙烯三胺（1.25：1）反应，如果应用与工业生产，制得油

溶性的兰-703会消耗1.4倍的T746（无锈），因此不具有实际的意义。

3、实验二采用华工油酸与二乙烯三胺（1.25：1）反应，制得油溶性的兰-703会消耗

1.4倍的T746（无锈），而加入T746（工业）需消耗更多，也不具有实际的意义。

4、实验三采用棕榈油酸与二乙烯三胺（1.25：1）反应，制得油溶性的兰-703仅需1.0

倍的T746（锦州泰康），经济可行。

5、实验四实验五分别采用棕榈油酸与二乙烯三胺（1：0.9和1：0.8），结果油溶性不

太好

6、实验六说明溶剂法与真空法具有异曲同工的效果，但甲苯具有毒，谨慎采用

7、实验七没能制得的原因是温度没能达到足够的反应时间。

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3.7结论

1、用真空抽滤法，将棕榈油酸与二乙烯三胺1.25：1的比例，抽真空150￮C加热2h，然

后不抽真空170￮C加热3小时，冷却到110￮C时加入与棕榈油酸同摩尔比例的T746

（锦州泰康泰康），其油溶性最佳。

2、兰一703防锈剂原料易得,工艺简单,操作方便,生产周期短,经多次工业生产证明,工

艺稳定,产品质量良好。

3、兰一703防锈剂是一种油溶性的无灰型防锈添加剂,对黑色金属具有良好的抗湿热性

能,对某些有色金属(铝、铜及合金)也有一定的防护作用,与其它防锈剂复合使用可配

制多种防锈油。

4、兰一703防锈剂的酸中和性能好,与有关防锈剂、清净分散剂复合使用,可配制内燃机

和航空发动机用的防锈润滑两用油,它也可作防锈润滑脂的防锈剂。

5、兰一703防锈剂的抗盐水和盐雾性能差,可以与其它防锈剂复合使用弥补其缺点。

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致谢

这次毕业论文设计能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是所有指导过我老师，

帮助过我的同学和一直关心支持着我的家人对我的教诲、帮助和鼓励的结果。我要在这

里对王老师，对黄师兄，邱师兄，申付振，陆艮雷同学表示深深的谢意！

我还要深深感谢我的家人和同学，是他们给予了我物质上的资助和精神上的鼓励，

使我得以顺利完成学业。再次真诚地感谢帮助过我的老师、同学和朋友！

最后要感谢的是我的父母，他们期待的目光、未来的责任和时时可以寻求的慰藉，

是我不断进取的力量源泉。感谢我的父母，没有你们，就没有我的今天，你们的支持与

鼓励，永远是支撑我前进的最大动力。

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外文资料翻译

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