一种咪唑基离子液体缓蚀剂的制备方法及其应用

本发明涉及化工材料领域，尤其是在金属酸洗工业中的金属防护，具体为一种咪唑基离子液体缓蚀剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、金属材料因其优异的机械加工性能被广泛应用于建筑结构、化工管道、供水系统以及机器设备等行业。这些设备在运行一段时间后会进行除油、除锈处理。通常除油、除锈过程中会加入盐酸、硫酸等无机酸。然而，金属材料长时间暴露在酸性环境中易遭受腐蚀，这会带来巨大的资源浪费和经济损失。

2、过去几十年，各种防腐蚀方法被应用于金属材料的保护，例如保护涂层、阴极保护、阳极保护、添加缓蚀剂等。其中添加缓蚀剂因其使用便捷、高效是酸性介质中阻止或减少金属材料腐蚀的最常用的方法之一。

3、缓蚀剂一般分为无机型缓蚀剂和有机型缓蚀剂。无机缓蚀剂包括镉盐、砷盐、亚硝酸盐、铬酸盐、磷酸盐、重铬酸盐和碱金属硫化物等，它们被添加在腐蚀性溶液中，以保护各种金属材料及其合金材料。但是，这些无机缓蚀剂存在添加量大、环境友好性差等缺陷，因而限制了它们的使用范围。有机缓蚀剂中的n、o、s等杂原子或者不饱和键可以与金属表面发生吸附作用，从而在金属表面形成保护膜。虽然一些有机缓蚀剂因其效果显著而得到了广泛应用，但毒性较大的有机缓蚀剂却不符合环境保护法律法规的要求而逐渐被淘汰。

4、目前所开发的部分有机缓蚀剂因含有芳环结构而导致其水溶性较差，缓蚀效果不够理想。一般认为，有机缓蚀剂在酸性腐蚀介质达到所需缓蚀性的浓度一般应小于500ppm，然而一些有机缓蚀剂的用量仍远超过这一浓度的要求。因此，对高效、低毒、低成本的有机缓蚀剂分子结构的设计合成是金属酸洗缓蚀剂领域的研发热点和技术难点。

5、现有研究证明：离子液体具有低毒性、液相范围大、低挥发性、高热稳定性、高水溶解性和不可燃性等系列优势，未来将逐步成为现有金属酸洗有机缓蚀剂的主要替代品。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明的目的是提供了一种咪唑基离子液体缓蚀剂及其制备方法，该咪唑基离子液体缓蚀剂为溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓，将其用于金属酸洗缓蚀剂，该咪唑基离子液体具有良好的水溶性、酸溶性和优越的缓蚀性能。

2、为了实现以上发明目的，本发明的具体技术方案为：

3、一种咪唑基离子液体缓蚀剂溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓，其分子结构如下：

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5、一种咪唑基离子液体缓蚀剂溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓，其制备方法包括以下步骤：

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7、其具体制备方法如下：

8、(1)在圆底烧瓶中加入4-溴甲基联苯、咪唑、氢氧化钾和一定量的有机溶剂，在水浴加热条件下进行搅拌。

9、(2)冷却过滤，旋转蒸发除掉有机溶剂，将得到的固体用有机溶剂溶解，用水反复萃取，直至水相呈中性。然后用无水硫酸镁干燥有机相，过滤，蒸掉溶剂得到淡黄色的1-(4’-联苯基甲基)-1h-咪唑。

10、(3)将步骤(2)得到的1-(4’-联苯基甲基)-1h-咪唑和溴乙酸乙酯小心地加入到圆底烧瓶中，然后加入有机溶剂，在搅拌加热的条件下反应4-8h。

11、(4)蒸掉有机溶剂，得到淡黄色油状物质。用正己烷、石油醚或乙酸乙酯清洗油状物质，过滤，真空干燥油状物得到溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓。

12、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(1)中4-溴甲基联苯、咪唑和氢氧化钾的摩尔比为1:1-3:1-3；搅拌反应时间为4-8h。

13、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(1)中的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈中的任意一种。

14、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(1)中水浴温度为40-80℃。

15、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(2)中溶解固体的有机溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷中任意的一种。

16、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(3)中的有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、乙腈中的任意一种。

17、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(3)中的1-(4’-联苯基甲基)-1h-咪唑和溴乙酸乙酯的摩尔比为1:1-1.3。

18、作为本技术中一种较好的实施方式，步骤(3)中的加热条件为30-60℃。

19、本技术的另外一个发明目的是以上所述一种咪唑基离子液体缓蚀剂溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓在金属酸洗领域中的应用

20、作为本技术中一种较好的实施方式，溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓作为金属腐蚀的缓蚀剂的具体应用步骤如下：

21、在无机酸中加入一定量的溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓得到酸洗缓蚀液，将该酸洗缓蚀液用于各种金属材料的酸洗。

22、作为本技术中一种较好的实施方式，所述无机酸为盐酸、硫酸、磷酸、氢氟酸、硝酸、碳酸中的任意一种。

23、作为本技术中一种较好的实施方式，所述酸洗缓蚀液中无机酸的浓度为1-4mol/l。

24、作为本技术中一种较好的实施方式，所述金属材料为低碳钢、镁合金、铜、铝合金的任意一种。

25、作为本技术中一种较好的实施方式，所述酸洗缓蚀液中溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓在无机酸中的浓度为0.02-0.2mmol/l。

26、作为本技术中一种较好的实施方式，酸洗的温度为30-60℃，酸洗的浸泡时间为4-48h。

27、本发明的溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓能够在1-4mol/l的无机酸中发挥较好的缓蚀效果。同时，在无机酸中溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓的浓度为0.02-0.2mmol/l，具有用量少、缓蚀效率高的特点。另外，本发明的溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓能承受各种清洗条件的变化(如温度、酸浓度、浸泡时间等)，能满足绝大多数酸洗工业的要求。

28、本发明的溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓能够抑制多种金属(如低碳钢、镁合金、铜、铝合金等)在酸性介质中的腐蚀。其中，尤其是对低碳钢，如q195、q215、q235、q255和q275等，表现出优异的缓蚀性能。

29、测试结果表明，本发明的溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓具有制备成本低、水溶性好、酸溶性好的优点，所配制的金属酸洗缓蚀液具有缓蚀剂用量少、缓蚀效率高、缓蚀液性能稳定和缓蚀作用持续时间长，适用范围广，具有较高的应用价值。

30、进一步，提供本发明的溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓在金属酸洗液中的腐蚀抑制作用的应用。具体而言，在浓度为1-4mol/l的无机酸(盐酸、硫酸等)中，将溴化1-(4’-联苯基甲基)-3-(2-乙氧基-2-氧代乙基)-1h-咪唑-3-鎓加入其中，使其浓度范围为0.02-0.2mmol/l，酸洗温度控制在30-60℃，清洗不同的金属材料，浸泡时间为4-48h，完成对金属材料及相关金属设备的酸洗。

31、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

32、(1)环境相容性好。本发明的咪唑基离子液体缓蚀剂的分子结构中不含p、s等元素，其与环境的相容性好。本发明的咪唑基离子液体缓蚀剂在无机酸中的溶解性高，不需另加有机溶剂即可溶于酸洗液中，因此克服了现有的一些有机缓蚀剂因使用有机溶剂而带来的环境污染和成本提升的问题。

33、(2)缓蚀剂用量少，缓蚀效率高。本发明的咪唑基离子液体缓蚀剂在无机酸中浓度为0.1mmol/l(即40mg/l)即可达到95％以上的缓蚀效率。

34、(3)缓蚀剂的持续作用时间长，缓蚀液性能稳定。本发明的咪唑基离子液体缓蚀剂能在30-60℃下能保持90％以上的缓蚀效率，同时还能适应无机酸浓度的变化。另外，缓蚀剂在持续作用48h后的缓蚀效率几乎没有降低。

35、(4)缓蚀剂对金属材料的适用范围广。本发明的咪唑基离子液体缓蚀剂为不仅对低碳钢(q195、q215、q235、q255和q275等)表现出优异的缓蚀性能，同时还对其它金属(如铜、镁合金、铝合金等)表现出良好的缓蚀性能，具有较广的应用范围。