CN106083727B - 一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用 - Google Patents

一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于精细有机化工领域，尤其涉及一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用。本发明提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的结构，本发明还提供了上述混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的制备方法及应用。在苯并咪唑啉分子中引入了混合脂肪基和季铵基之后，既增加了保护膜的疏水性，减小了金属腐蚀速率，又增加了缓蚀剂的水溶性。经实验测定可得，本发明提供的技术方案中所涉及的缓蚀剂，缓蚀效果明显优于现有缓蚀剂。解决了现有技术中，缓蚀剂存在着缓蚀效果差以及水溶性差的技术缺陷。而且，本发明所使用的原料为地沟油，在降低生产成本的同时，还具有保护环境的优点。

Description

一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于精细有机化工领域，尤其涉及一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用。
背景技术
在油气井开采和工业热力设备酸洗过程中,为了防止酸液对油管、套管以及锅炉等设备的腐蚀，在酸液中添加缓蚀剂是必不可少的防腐措施，近年来,咪唑啉类缓蚀剂在油田管路防腐和酸洗工业中应用尤为广泛。
目前，苯并咪唑啉的合成主要是以有机羧酸与邻苯二胺或取代邻苯二胺为原料，采用阶梯升温技术，通过酰胺化和环化脱水制备而得。现有技术的具体制备方法为：以C7～C20的脂肪酸、邻苯二胺或取代邻苯二胺为原料,加入携水剂和催化剂进行酰化、环化反应合成了一种脂肪基苯并咪唑啉或脂肪基取代苯并咪唑啉，然而，此类制备方法得到的缓蚀剂，依然存在着缓蚀效果差的技术缺陷。
因此，研发出及一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用，用于解决现有技术中，缓蚀剂存在着缓蚀效果差技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用，用于解决现有技术中，缓蚀剂存在着缓蚀效果差技术缺陷。
本发明提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)，所述双(苯并咪唑啉季铵盐)的化学结构式为：
其中，Rn为混合脂肪基，R为CH3或C6H5，Z为-CH＝CH-或
本发明还提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：步骤一、将地沟油水解，得混合脂肪酸，所得混合脂肪酸为第一产物；步骤二、第一产物与N-取代邻苯二胺发生酰胺化-环化脱水反应，生成第二产物；步骤三、所述第二产物冷却后，加入二溴代烃，发生季铵化反应，得产品。
优选地，所述第一产物与N-取代邻苯二胺的质量比为1:(0.61～0.70)。
优选地，所述酰胺化-环化脱水反应在氮气保护下进行。
优选地，所述酰胺化-环化脱水反应分三阶段进行：阶段一、所述第一产物与N-取代邻苯二胺发生酰胺化反应，以二甲苯为溶剂，反应过程中即时蒸出酰胺化反应产生的水；阶段二、所述阶段一结束后，升温蒸出所述溶剂；阶段三、所述阶段二结束后，发生环化反应，减压蒸馏至没有液体产生，得第二产物。
优选地，所述酰胺化反应的时间为4～6h，所述酰胺化反应的温度为130～140℃。
优选地，所述阶段二的反应温度170～180℃，所述阶段二的反应时间为4～5h。
优选地，所述环化反应的时间为3h，所述环化反应的温度为210～220℃；阶段三所述的减压蒸馏的条件为20～25mmHg。
优选地所述冷却的温度为60℃。所述第一产物与所述二溴代烃的质量比为1:(0.39～0.46)，所述季铵化反应的反应时间为1～1.5h，所述季铵话反应的反应温度为60～70℃。
本发明还提供了一种上述混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)或上述制备方法得到的产品在缓蚀剂中的应用。
综上所述，本发明提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的结构，本发明还提供了上述混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的制备方法及应用。在咪唑啉分子中引入了混合脂肪基和季铵基之后，既增加了保护膜的疏水性，减小了金属腐蚀速率，又增加了缓蚀剂的水溶性。经实验测定可得，本发明提供的技术方案中所涉及的缓蚀剂，缓蚀效果明显优于现有缓蚀剂。解决了现有技术中，缓蚀剂存在着缓蚀效果差以及水溶性差的技术缺陷。而且，本发明所使用的原料为地沟油，在降低生产成本的同时，还具有保护环境的优点。
具体实施方式
本发明提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)及其制备方法与应用，用于解决现有技术中，缓蚀剂存在着缓蚀效果差技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的，进行具体地描述。
实施例1
本实施例为制备1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉苯基季铵基)-2-丁烯缓蚀剂的具体实施例。
本实施例的反应原理的化学反应式为：
将地沟油水解得混合脂肪酸，备用。
在配有分水器、温度计、冷凝管和搅拌装置的三口烧瓶中，加入27.2g混合脂肪酸、16.6gN-苯基邻苯二胺和60ml二甲苯，通入氮气保护，反应中不断用分水器从体系中分离出副产物水，缓慢加热至140℃，反应3.5～4.0h。当收集水量接近理论产水量时，再升温至170～180℃蒸出溶剂，加热回流4～5小时。继续在210～220℃环化反应3h后，在20～25mmHg减压下蒸馏，直到没有液体流出为止。
将反应体系冷却至60℃，向混合物中加入9.7g1,4-二溴-2-丁烯，混合物升温至60～70℃，搅拌反应1.5h后，减压蒸馏，得到水溶性1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉季铵基)-2-丁烯缓蚀剂，即为产品1。收得产品1共计36.6g。
实施例2
本实施例为制备1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉甲基亚甲基季铵基)苯缓蚀剂的具体实施例。
本实施例的反应原理的化学反应式为：
将地沟油水解得混合脂肪酸，备用。
在配有分水器、温度计、冷凝管和搅拌装置的三口烧瓶中，加入27.2g混合脂肪酸、17.5gN-甲基邻苯二胺和80ml二甲苯，通入氮气保护，反应中不断用分水器从体系中分离出副产物水，缓慢加热至140℃，反应3.5～4.0h。当收集水量接近理论产水量时，再升温至170～180℃蒸出溶剂，加热回流4～5小时。继续在210～220℃环化反应3h后，在20～25mmHg减压下蒸馏，直到没有液体流出为止。
将反应体系冷却至60℃，向混合物中加入11.9g1,4-二(溴甲基)苯，混合物升温至60～70℃，搅拌反应1h后，减压蒸馏，得到水溶性1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉甲基季铵基亚甲基)苯缓蚀剂，即为产品2。收得产品2共计36.6g。
实施例3
本实施例为制备1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉基甲基季铵基)-2-丁烯缓蚀剂的具体实施例。
本实施例的反应原理的化学反应式为：
将地沟油水解得混合脂肪酸，备用。
在配有分水器、温度计、冷凝管和搅拌装置的三口烧瓶中，加入27.2g混合脂肪酸、18.5gN-甲基邻苯二胺和40ml二甲苯，通入氮气保护，反应中不断用分水器从体系中分离出副产物水，缓慢加热至140℃，反应3.5～4.0h。当收集水量接近理论产水量时，再升温至170～180℃蒸出溶剂，加热回流4～5小时。继续在210～220℃环化反应3h后，在20～25mmHg减压下蒸馏，直到没有液体流出为止。
将反应体系冷却至60℃，向混合物中加入9.7g1,4-二溴-2-丁烯，混合物升温至60～70℃，搅拌反应1h后，减压蒸馏，得到水溶性1,4-二(2’-混合脂肪基-1’-苯并咪唑啉甲基季铵基)-2-丁烯缓蚀剂，即为产品3。收得产品3共计36.3g。
实施例4
本实施例为制备1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉苯基亚甲基季铵基)苯缓蚀剂的具体实施例。
本实施例的反应原理的化学反应式为：
按实施2例的试验方法，用N-苯基邻苯二胺替代N-甲基邻苯二胺，得到水溶性1,4-二(2-混合脂肪基-1-苯并咪唑啉苯基季铵基亚甲基)苯缓蚀剂，即为产品4。收得产品4共计32.2g。
实施例5
本实施例为测定产品1～4的缓蚀效果的具体实验。
本实施例通过测定模拟油田管道防腐缓蚀实验来说明产品1～6的缓蚀效果。由于油田管道主要是Q235钢材，故本实施例采用Q235金属材料来模拟实验，检验缓蚀剂的性能。本实施例中，所使用的对照品为水溶性油酸咪唑啉。
向1000ml的5％HCl溶液中加入产品1，将Q235钢片悬挂在溶液中，恒温水浴60℃，放置6h后，采用失重法测量钢片的腐蚀量。本实施例中，产品1的质量百分浓度为0.25％。
产品2～产品4以及对照品的缓蚀效果测定实验同上，在此不再赘述。实验测定后计算所得的缓蚀率结果请参阅表1。
表1：缓蚀率实验结果
产品 产品1 产品2 产品3 产品4 对照品
缓蚀率 98.2 96.5 95.9 98.4 92.5
从表1中可得，产品1～4的缓蚀率要明显高于对照，说明，本发明提供的技术方案所对应的产品，具有缓蚀效果好的优点。
综上所述，本发明提供了一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的结构，本发明还提供了上述混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的制备方法及应用。在咪唑啉分子中引入了混合脂肪基和季铵基之后，既增加了保护膜的疏水性，减小了金属腐蚀速率，又增加了缓蚀剂的水溶性。经实验测定可得，本发明提供的技术方案中所涉及的缓蚀剂，缓蚀效果明显优于现有缓蚀剂。解决了现有技术中，缓蚀剂存在着缓蚀效果差以及水溶性差的技术缺陷。而且，本发明所使用的原料为地沟油，在降低生产成本的同时，还具有保护环境的优点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种混合脂肪基双(苯并咪唑啉季铵盐)的制备方法，其特征在于，
所述双(咪唑啉季铵盐)的化学结构式为：
其中，Rn为混合脂肪基，R为CH3或C6H5，Z为-CH＝CH-或
所述制备方法为：
步骤一、将地沟油水解，得混合脂肪酸，所得混合脂肪酸为第一产物；
步骤二、第一产物与N-取代邻苯二胺发生酰胺化-环化脱水反应，生成第二产物，所述N-取代邻苯二胺选自N-苯基邻苯二胺或N-甲基邻苯二胺；
步骤三、所述第二产物冷却后，加入二溴代烃，发生季铵化反应，得产品；所述二溴代烃选自1,4-二(溴甲基)苯或1,4-二溴-2-丁烯。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一产物与N-取代邻苯二胺的质量比为1:(0.61～0.70)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺化-环化脱水反应在氮气保护下进行。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺化-环化脱水反应分三阶段进行：
阶段一、所述第一产物与N-取代邻苯二胺发生酰胺化反应，以二甲苯为溶剂，反应过程中即时蒸出酰胺化反应产生的水；
阶段二、所述阶段一结束后，升温蒸出所述溶剂；
阶段三、所述阶段二结束后，发生环化反应，减压蒸馏至没有液体产生，得第二产物。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应的时间为4～6h，所述酰胺化反应的温度为130～140℃。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述阶段二的反应温度170～180℃，所述阶段二的反应时间为4～5h。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述环化反应的时间为3h，所述环化反应的温度为210～220℃；阶段三所述的减压蒸馏的条件为20～25mmHg。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述冷却的温度为60℃。所述第一产物与所述二溴代烃的质量比为1:(0.39～0.46)，所述季铵化反应的反应时间为1～1.5h，所述季铵化反应的反应温度为60～70℃。
9.一种包括权利要求1至8任意一项所述的制备方法得到的产品在缓蚀剂中的应用。
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