改性環烷酸咪唑啉的合成與性能評價

摘 要：以乙酸、二乙烯三胺、甲醛、無水乙醇等作為原料，在高溫環境下合成改性環烷酸咪唑啉，確定改性環烷酸咪唑啉的最佳合成條件，分析改性環烷酸咪唑啉的脫水方法，對其性能進行研究。研究表明改性環烷酸咪唑啉具有非常好的緩蝕性能，在鍋爐酸洗和油田水處理等方面發揮著重要的緩蝕作用。

關鍵詞：改性環烷酸咪唑啉；環烷酸咪唑啉合成；環烷酸咪唑啉性能

中圖分類號：TS211.2 文獻標識碼：A

咪唑啉化學學名為二氮雜環戊烯，存在形式為白色針狀固體或白色乳狀液體。早期咪唑啉被用于印刷產業和紡織產業，隨著近年來對咪唑啉的研究逐漸深入，科學家發現咪哩琳在酸性條件下具有非常好的緩蝕性能 ，可以被用作緩蝕劑。咪唑啉不能被直接用為緩蝕劑，要以其為中間體進行改性，形成衍生物。 目前改性咪唑啉已經成為最常用的緩蝕劑之一，被廣泛應用在鍋爐酸洗和油田水處理之中[1]。

1 改性環烷酸咪唑啉的合成

改性環烷酸咪唑啉合成需要的主要儀器有：燒杯、攪拌器、加熱機、冷凝回流管、三口燒瓶、溫度計等。需要的主要藥品有：乙酸、二乙烯三胺、甲醛、無水乙醇、活性劑、有機溶劑等。合成制備過程如下：將溫度計、電動攪拌器和冷凝回流管放入三口燒瓶中，然后再將三口燒瓶放入加熱機中；固定好燒瓶后滴入10g乙酸，接通冷凝水，開動攪拌器，對燒瓶進行加熱，使溫度升至60℃；反應一段時間后緩慢滴入30g二乙烯三胺，繼續升溫到160℃，在160℃的恒溫下反應4小時；再次升溫到200℃，在200℃的恒溫下繼續反應4小時[2]；最后冷卻得到乙酸咪唑啉。高溫環境下，乙酸與二乙烯三胺、三乙烯四胺、多乙烯多胺在有機溶劑中進行縮合反應得到乙烯酸咪唑啉。化學反應方程式如下所示：

CH3COOH +H2N （CH2）2NH （CH2）2NH2 →

CH3CONH（CH2）2NH（CH2 ）2NH2 +H2O →CH3（CH2）7CH

分析上述化學公式可以發現，這一反應可以劃分為兩步：高溫條件下乙酸與二乙烯三胺產生縮合反應，分子脫去一個水分子得到酰胺，溫度進一步升高使酰胺脫去一分子水形成咪唑啉五元環。

在生成咪唑啉五元環后進行脫水處理，這是因為生成的水會阻礙反應向正方向進行，減慢反應速度，甚至會促使生成物水解或者向其它負方向反應，降低產品純度。目前常用的脫水方法有兩種：（1）真空法。對反應溶劑進行降壓處理，使其在較低壓強下混合加熱，完成脫水。（2）溶劑法。溶劑法需要進行兩次脫水處理，第一次是在常壓下，在反應溶劑中滴入甲苯或二甲苯，讓其與水分子溶解，推動脫水反應。完成第一次脫水后，減壓升溫進行第二次脫水。真空法和溶劑法擁有不同的優點和缺點，溶劑法不需要過高的反應溫度，產生的物質化學性質穩定，不容易變質，但是反應時間很長，而且收率低；真空法反應時間很短，但是成本較高，需要整個反應在真空環境下進行，不然得到的產物很容易變質。鑒于兩種方法的各自特性，相關學者提出在化學反應前期階段使用溶劑法，后期反應階段結合真空法的混合法制備咪哩琳類物質，這樣不僅能節省成本，而且能夠加快反應時間，得到的反應物不容易變質，具有很好的緩蝕效果[3]。

2 改性環烷酸咪唑啉的性能

改性環烷酸咪唑啉是一種陽離子緩蝕劑，具有極高的緩蝕性能，也可以被用作兩性緩蝕劑。將改性環烷酸咪唑啉與金屬反應，會在金屬表面形成單分子保護膜，吸附外界物質。研究改性環烷酸咪唑啉的吸附性能可以從物理吸附、化學吸附和π鍵吸附三個方面來分析： （1）物理吸附。改性環烷酸咪唑啉中的季胺基團離子與金屬表面離子相互作用產生靜電力和范德華力，靜電引力具有很強的吸附作用，而N+的正電性很強，能夠將金屬表面的多余離子吸附到一起從而形成穩定的吸附膜，起到緩蝕作用。（2）化學吸附。改性環烷酸咪唑啉的性質是由極性集團和非極性基團兩部分決定的，極性集團中心原子N、O、S中沒有被用到的孤對電子會在金屬表面存在形成空的d軌道，軌道內部會形成配位鍵，以供電型緩蝕劑分子的形式存在。（3）π鍵吸附。π鍵吸附只針對分子結構含有π電子的物質，很容易受到附近基團因子的影響。π鍵的吸附能力與空間位阻有很大關系，空間位阻越大，π鍵的吸附能力越強。極性集團的孤對電子還可以與π鍵作用形成共軛π鍵，提高緩蝕能力[4]。

3 結語

通過本文的研究發現改性環烷酸咪唑啉必須在高溫情況下才能制成，具有非常好的緩蝕效果，而且制備步驟簡單容易，制作時產生的環境污染較小，消耗的成本很低，是一種經濟綠色環保的緩蝕劑。目前，國內外科學家對改性環烷酸咪唑啉的研究越來越深入，改性環烷酸咪唑啉的應用范圍越來越廣，在化學清洗、油田酸洗、油田緩蝕等多種行業都能用到改性環烷酸咪唑啉。但是在其合成與制備方面了解還不夠完善，必須要進行更加仔細的研究，這樣才能帶來更大的經濟效益。

參考文獻：

[1]羅哲媛， 屈人偉.改性咪唑啉緩蝕劑在H2S—3%NaCl—H2O體系中緩蝕性能的研究[J].腐蝕與防護， 2000， 21（8）：345346.

[2] 李邦.水溶性咪唑啉季銨鹽型緩蝕劑的合成及性能評價[J].精細石油化工， 2005（4）：4446.

[3]石順存，方茹苕，蔣華鵬，等.環烷酸咪唑啉膦酰胺緩蝕性能的研究[J]. 材料保護， 2008， 41（3）：6264.

[4]雷良才，肖愷，沈愚，等.咪唑啉緩蝕劑的合成與緩蝕性能研究[J].腐蝕與防護， 2001，22（10）：420423.

作者簡介：曾崢嶸（1981），男，陜西洛川縣人，本科，實驗師，研究方向為石油實驗。