本發(fā)明屬于精細(xì)化工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑。

技術(shù)背景

由于鋁及鋁合金材料具有密度小(約為2.7g/cm3)、比強(qiáng)度高、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性良好，易加工鑄造等優(yōu)點(diǎn)，因此在航空航天、交通運(yùn)輸、輕工建材、電子信息、機(jī)械及包裝工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用前景及不可替代的重要地位。其中，2024鋁合金是廣泛應(yīng)用于飛機(jī)上的一種高強(qiáng)度硬鋁合金，具有良好的力學(xué)和加工性能，但是2024鋁合金含有較多的銅，導(dǎo)致其耐蝕性較差，因此在含有侵蝕性離子如氯離子的環(huán)境中極易發(fā)生腐蝕，而腐蝕發(fā)生往往導(dǎo)致材料的最終失效，這就極大地限制了鋁合金材料的應(yīng)用。

緩蝕劑是抑制金屬材料溶液腐蝕的一種高效、經(jīng)濟(jì)、應(yīng)用很普遍的物質(zhì)。一般來(lái)說(shuō)，緩蝕劑是指那些用在金屬表面起防護(hù)作用的物質(zhì)，加入微量或少量這類化學(xué)物質(zhì)可使金屬材料在該介質(zhì)中的腐蝕速度明顯降低直至為零。由于采用緩蝕劑能夠產(chǎn)生良好的效果和較高的經(jīng)濟(jì)效益，因而已成為防腐蝕技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的手段之一。

近年來(lái)，季銨鹽gemini表面活性劑被廣泛應(yīng)用于金屬緩蝕、合成洗滌劑、食品工業(yè)、紡織工業(yè)、農(nóng)業(yè)、采礦業(yè)、石油勘探與開采、造紙工業(yè)、交通、土木建筑業(yè)、環(huán)保、醫(yī)藥等生產(chǎn)及生活等各個(gè)領(lǐng)域，并且其在生產(chǎn)工藝改進(jìn)、節(jié)能、產(chǎn)品質(zhì)量提高、生產(chǎn)率提高、成本降低、附加值增加等方面發(fā)揮了巨大作用。在金屬緩蝕領(lǐng)域，季銨鹽gemini表面活性劑比起單鏈的表面活性劑緩蝕性能更加優(yōu)良，因而已進(jìn)入高效有機(jī)緩蝕劑的行列。但目前來(lái)說(shuō)，季銨鹽gemini表面活性劑價(jià)格相對(duì)較貴，難以大量生產(chǎn)，距工業(yè)化尚有一段距離。因此，如能降低其生產(chǎn)成本后，其必將能在包括緩蝕在內(nèi)的諸多領(lǐng)域取代傳統(tǒng)單鏈表面活性劑。

基于此，本申請(qǐng)人已向中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局提交了申請(qǐng)?zhí)枮?01710321262.1，發(fā)明名稱為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的合成方法的發(fā)明專利申請(qǐng)，該合成方法是先用異丙胺與環(huán)氧氯丙烷進(jìn)行反應(yīng)合成帶有雙氯取代基的中間體，再利用該中間體與十二烷基二甲基叔胺反應(yīng)合成得到屬于季銨鹽gemini表面活性劑的最終產(chǎn)物。其中異丙胺與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:2-1:3，帶有雙氯取代基的中間體與十二烷基二甲基叔胺的摩爾比為1:2-1:3。但對(duì)該表面活性劑在防腐方面的應(yīng)用尚缺少研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種成本低廉且產(chǎn)物表面活性高的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是單純采用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，或由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)或七水氯化鈰(cecl3·7h2o)復(fù)配而制成。

所述的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉的摩爾比為2-6∶3。

所述的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的摩爾比為1-3∶1。

本發(fā)明提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑可應(yīng)用于航空用鋁合金緩蝕體系中，可單獨(dú)使用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑，也可將2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉或七水氯化鈰進(jìn)行復(fù)配，實(shí)驗(yàn)證明本緩蝕劑的緩蝕性能較單獨(dú)使用合成原料異丙胺作為緩蝕劑均有不同程度的提高，并且緩蝕體系協(xié)同作用顯著，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1為分別添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉復(fù)配體系、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復(fù)配體系作為2a12鋁合金緩蝕劑的腐蝕速率曲線；

圖2為分別添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉復(fù)配體系、2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復(fù)配體系作為2a12鋁合金緩蝕劑的緩蝕效率曲線；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉以1∶2的摩爾比復(fù)配而成。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉以1∶1的摩爾比復(fù)配而成。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉以3∶2的摩爾比復(fù)配而成。

實(shí)施例4：

本實(shí)施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰以2∶3的摩爾比復(fù)配而成。

實(shí)施例5：

本實(shí)施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰以4∶3的摩爾比復(fù)配而成。

實(shí)施例6：

本實(shí)施例提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑是由2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰以2∶1的摩爾比復(fù)配而成。

為了驗(yàn)證本發(fā)明提供的含2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕劑的效果，本發(fā)明人采用靜態(tài)掛片失重法對(duì)上述緩蝕劑的緩蝕效率及被腐蝕試樣的腐蝕速率進(jìn)行了測(cè)定：

一、緩蝕效率及腐蝕速率的測(cè)定方法：

選擇尺寸為50mm×25mm×2mm的2a12鋁合金試片作為被腐蝕試樣，分別用#400，#800，#1200，#2000的砂紙對(duì)其表面進(jìn)行打磨至光滑；利用無(wú)水乙醇、丙酮浸泡以除去試片表面油脂；用去離子水清洗試片，冷風(fēng)吹干，稱重并記錄；選擇1mol/l濃度的hcl溶液并分別加入0-18×10^-4mol/l濃度的上述緩蝕劑作為腐蝕溶液，以其中不加入緩蝕劑的hcl溶液作為空白溶液，將預(yù)處理完畢的試片懸掛浸泡于腐蝕溶液中靜置4h；取出試片，用軟毛刷沾取丙酮對(duì)表面進(jìn)行擦拭，以初步去除腐蝕產(chǎn)物；用去離子水對(duì)試片超聲洗滌20min；冷風(fēng)吹干試片，稱重，利用公式(1)計(jì)算出試片的腐蝕速率v，并利用公式(2)計(jì)算出緩蝕劑的緩蝕效率η：

其中w0為腐蝕前試片質(zhì)量；w為腐蝕后試片質(zhì)量；s為試片表面積(50mm×25mm)；t為腐蝕時(shí)間(4h)。

其中v0為空白溶液的腐蝕速率，v為添加緩蝕劑后的腐蝕溶液的腐蝕速率。

利用公式(3)計(jì)算復(fù)配體系協(xié)同參數(shù)s：

其中，ηa和ηb為相同腐蝕條件下，單獨(dú)使用緩蝕劑a或b時(shí)的緩蝕效率；ηab為復(fù)配體系的緩蝕效率。

二、實(shí)驗(yàn)

1、檢測(cè)單純采用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時(shí)對(duì)航空用鋁合金的緩蝕作用

分別取0、6、9、12、15、18×10^-4mol/l濃度的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，并分別加入1mol/l濃度的hcl溶液組成緩蝕溶液，將按照上述測(cè)定方法處理完畢的2a12鋁合金試片懸掛浸泡于上述緩蝕溶液中靜置4h；反應(yīng)完畢后按上述測(cè)定方法進(jìn)行后處理并計(jì)算出2a12鋁合金試片的腐蝕速率及2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的緩蝕效率，結(jié)果見表1和圖1、圖2。

從圖1可以看出：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時(shí)，2a12鋁合金試片的腐蝕速率呈逐漸下降的趨勢(shì)。緩蝕劑濃度為1.8×10^-3mol/l時(shí)，2a12鋁合金試片的腐蝕速率最低，為0.1155×10^-4g/(m³·h)，僅為采用空白溶液時(shí)腐蝕速率的十二分之一。由此可見，2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑可大大降低2a12鋁合金試片的腐蝕速率。

從圖2可以看出：2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑對(duì)2a12鋁合金試片的緩蝕效率呈逐漸上升趨勢(shì)。添加濃度為1.8×10^-3mol/l時(shí)，緩蝕溶液的緩蝕效率最高，達(dá)到92％，說(shuō)明2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時(shí)緩蝕性能良好。

表1：添加不同濃度2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑作為緩蝕劑時(shí)的失重法測(cè)試結(jié)果

2、檢測(cè)采用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與十二烷基苯磺酸鈉(sdbs)組成的復(fù)配緩蝕劑時(shí)對(duì)航空用鋁合金的緩蝕作用

分別取0、6、9、12、15、18×10^-4mol/l濃度的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，并分別與1.2×10^-3mol/l濃度的sdbs進(jìn)行復(fù)配，同時(shí)分別加入1mol/l濃度的hcl溶液組成緩蝕溶液，將按照上述測(cè)定方法處理完畢的2a12鋁合金試片懸掛浸泡于上述緩蝕溶液中靜置4h；反應(yīng)完畢后按上述測(cè)定方法進(jìn)行后處理并計(jì)算出2a12鋁合金試片的腐蝕速率及復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率，結(jié)果見表2和圖1、圖2。

從圖1可以看出：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs復(fù)配后制成的復(fù)配緩蝕劑時(shí)，2a12鋁合金試片的腐蝕速率大大降低，相比使用上述單一組分的緩蝕劑下降了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。腐蝕速率整體呈下降趨勢(shì)。

從圖2可以看出：2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率均高于95％，且呈逐漸上升趨勢(shì)。當(dāng)2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs的比例為1:1時(shí)，緩蝕溶液的緩蝕效率達(dá)到98.1％，繼續(xù)升高2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑的濃度，緩蝕效率無(wú)明顯變化。從表2可見，當(dāng)2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs的比例為1:1時(shí)，協(xié)同參數(shù)最高，達(dá)到1.6。由緩蝕效率與協(xié)同參數(shù)結(jié)合可推斷此復(fù)配緩蝕劑中2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs的最佳比例近似為1:1。

表2：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與sdbs復(fù)配緩蝕劑的失重法測(cè)試結(jié)果

3、檢測(cè)采用2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰組成的復(fù)配緩蝕劑時(shí)對(duì)航空用鋁合金的緩蝕作用

分別取0、6、9、12、15、18×10^-4mol/l濃度的2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑，并分別與9×10^-4mol/l濃度的七水氯化鈰進(jìn)行復(fù)配，同時(shí)分別加入1mol/l濃度的hcl溶液組成緩蝕溶液，將按照上述測(cè)定方法處理完畢的2a12鋁合金試片懸掛浸泡于上述緩蝕溶液中靜置4h；反應(yīng)完畢后按上述測(cè)定方法進(jìn)行后處理并計(jì)算出2a12鋁合金試片的腐蝕速率及復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率，結(jié)果見表3和圖1、圖2。

從圖1可以看出：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復(fù)配后制成的復(fù)配緩蝕劑時(shí)，2a12鋁合金試片的腐蝕速率大大降低，相比使用上述單一組分的緩蝕劑下降了1-2個(gè)數(shù)量級(jí)。腐蝕速率整體呈下降趨勢(shì)。

從圖2可以看出：2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率均高于94％，且呈逐漸上升趨勢(shì)。當(dāng)2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的比例為2:1時(shí)，復(fù)配溶液的緩蝕效率最高，達(dá)到98.2％，當(dāng)2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的添加比例為2:1時(shí)，復(fù)配緩蝕劑的緩蝕效率最高，達(dá)到98.2％。從表3可見，當(dāng)2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的添加比例為5:3時(shí)，協(xié)同參數(shù)最高，達(dá)到1.5。由緩蝕效率與協(xié)同參數(shù)結(jié)合可推斷此復(fù)配緩蝕劑的最佳比例近似為2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑∶七水氯化鈰＝5:3-6:3。

表3：添加2-氯化，3-聚羥丙基異丙胺季銨鹽表面活性劑與七水氯化鈰的復(fù)配緩蝕劑的失重法測(cè)試結(jié)果

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