外文翻译

沈阳工业大学

毕业设计（论文）外文翻译

学院：理学院

专业班级：应用化学

学生姓名：刘莎莎

学生学号：090703053

指导教师：刘公召

提交时间：2013年3月20日

指导教师评语

咪唑啉衍生物缓蚀剂

Ismail Abdelrhman Aiad A. A. Hafiz M. Y. El-Awady A. O. Habib

摘要

在本实验中，用十二烷、豆蔻酸、棕榄酸、硬脂酸以及二亚乙基三胺进行酰胺化合成五种具有不同烷基链长度的阳离子表面活性剂。产品用二氯乙酸甲酯季胺化。产品的化学结构由不同的光谱技术进行检测。通过表面张力和电导率测量来确定临界胶束浓度（CMC）、胶束形成的自由能以及吸附量。产品在1M盐酸和硫酸中对钢合金的缓蚀性能的分析结果表明，该产品具有较高的抑制腐蚀效率，即与产品的化学结构性质相符。

关键字：阳离子表面活性剂、咪唑啉衍生物、缓蚀性能

1实验部分

1.1实验试剂和过程

1.1.1咪唑啉缓蚀剂的合成

该咪唑啉衍生物是由肉桂酸、棕榄酸、硬脂酸和油酸（0.1摩尔）与二亚乙基三胺（0.1摩尔）在100毫升二甲苯中合成的。反应在装有温度计、搅拌器和水分离器的三口烧瓶中进行，原料混合后在140℃下加热回流2.5h。当脱水接近理论值时，蒸出溶剂，然后将混合物加热到200℃，恒温加热4h。当脱水值接近要求时，冷却至70℃，然后将30%（质量）的氯乙酸缓慢滴入反应物中。最后在80℃下回流2h。合成产物为LII, MII, PII, SII和OII 五种。

二亚乙基三胺（DETA），氯乙酸为分析纯。脂肪酸和二甲苯为工业品。

脂肪酸和DETA反应生成相应的脂肪酰胺，脂肪酰胺再与氯乙酸反应后即生成相应的季铵盐。反应方程式如下：

1.1.2化学结构的鉴定

该合成产品化学结构的检测步骤如下：

1、元素分析

2、红外光谱分析

3、核磁共振

1.1.3表面性质测量

利用Du-Nouy表面张力测量仪检测30℃下不同咪唑啉衍生物溶液的临界胶束浓度。

1.1.4缓蚀性能研究

采用两种方法检测所制得的产品的缓蚀性能—电极化实验和失重实验。

（一）电极化实验

采用的电极化技术使用辐射计分析稳压器PGZ 3O1( Volta Master4),浓度范围是：1M盐酸中加入咪唑啉衍生物10～200 ppm。缓蚀实验在低碳钢的切口处进行。

钢样品成分为0.09%磷,0.38%硅、0.01%铝、0.05%锰、0.21%硫和0.05%碳。剩余的铁用来进行失重实验和电化学研究。样本的表面处理采用600和1200等级的砂纸，使用前用乙醇脱脂并在室温下干燥。

通过稀释37%的浓盐酸来制得腐蚀溶液（1M盐酸）。

（二）失重实验

采用ASTM G31-72失重仪检测产品对25℃下、1M盐酸或1M硫酸溶液中低碳钢的缓蚀性能。溶解氧范围是6～8ppm。低碳钢样本被机械切割成横断面积为55.8cm2的标准形状。先用不同的砂纸打磨试样，再用丙酮脱脂，最后用蒸馏水清洗后干燥。记录腐蚀液中缓蚀剂加入量分别为0～200ppm时各个样本的失重情况。

1.2实验结果与分析

1.2.1结构分析

通过不同的方法分析所合成的咪唑啉衍生物的化学结构。

(一)元素分析

通过表1的元素分析可确定实验合成的咪唑啉表面活性剂的化学结构，如图1。

表1 所制得咪唑啉衍生物的元素分析结果

图1 咪唑啉衍生物的化学结构（R=C11.C13.C15.C17以及不饱和C17）

（二）红外光谱分析

表2中的红外光谱结果分析表明：合成方法准确。

表2 合成化合物的红外光谱分析结果

（三）核磁共振分析

如图2所示，该物质的核磁共振信号波谱如下：

图2 合成咪唑啉衍生物的核磁共振波谱分析结果

（四）表面参数分析

表面张力和临界胶束浓度

图3表明在30℃下，合成的表面活性剂的表面张力随溶液浓度的变化规律(合成产物分别为LII, MII, PII, SII和OII)。很明显，随着溶液浓度的增加，产物的表面张力下降。表面活性剂分子首先吸附在液气界面，直到溶液的表面被完全覆盖后，多余的分子开始自我聚合形成聚集体。从浓度与表面张力曲线图的转折点可得出临界胶束浓度，如图3。最高CMC值是OII（2.5×10-4），而最低值是MII（0.7×10-4），这可能是由于烷基链长度的差异。很明显，随着烷基链长度的增加，分子的疏水性增强，CMC值降低（通过分子结构的不同也可看出），化合物OII与PII的性能相似。

图3 表面张力随浓度变化规律

表面活性剂与纯水表面张力之间的差异定义为有效性。最有效降低表面张力的浓度即为临界胶束浓度（CMC）。从表3中的有效值中可知SII是最有效的，它在其CMC处降低表面张力的能力最大。

最大表面过剩量是指表面活性剂分子在界面处每单位面积处的浓度。

利用界面处分子的吸附原理，可由以下方程式计算。

表3 合成咪唑啉衍生物的表面参数

（五）缓蚀性能

通过钢铁在腐蚀介质的重量变化量来计算合成的咪唑啉的缓蚀效率（η）

分别代表钢材在缓蚀剂存在和不存在的情况下的重量损失量。表4、W和W

5和6表明不同浓度的缓蚀剂（50～200ppm）在不同酸性媒介中对低碳钢的缓蚀效率。很明显，随着缓蚀剂量的增加，缓蚀效率变快。在1M盐酸或硫酸溶液中，所有合成的缓蚀剂在200ppm处出现最大缓蚀效率，通过增加目标缓蚀剂的浓度来提高缓蚀效率主要是因为缓蚀剂在金属表面的吸附作用。缓蚀剂分子在金属或溶液界面的吸附机理在于缓蚀剂的化学结构和其对环境的反

应，并由以下一个或多个因素决定：

1.缓蚀剂带电分子和金属表面之间的静电吸引。

2.缓蚀剂分子p电子与金属之间的作用。

3.缓蚀剂的非带电部分与金属之间的相互作用。

合成缓蚀剂的化学结构，包括不饱和部分（咪唑啉环）和氨基杂原子。疏水部分的烷基脂肪酸作为无电荷部分形成薄膜阻止金属表面的氯离子。钢在酸性介质中的溶解机理可由以下方程式描述：

与此同时，胺基团在酸性介质中质子化，（–N+H2C–）在钢溶解过程中通过物理吸附到阴极物质。硫酸溶液中类似。

低碳钢在盐酸中的缓蚀过程的实验结果表明合成缓蚀剂的缓蚀效率是随着缓蚀剂量的增加而增加的。LII在浓度为50,100,150和200ppm时的效率为35%，60%，85%和89%。然而，在盐酸介质中最大缓蚀剂量200ppm下

LII,MII,PII,OII和SII的效率分别是89,%，86%，84%，94%和79%。

分析缓蚀实验数据表明具有不饱和链烃的咪唑啉的缓蚀剂比饱和链烃的缓蚀效率高。

如表5和6所示在1M硫酸中，化合物缓蚀效率取决于其溶解度。烃链越短水溶性越高，效率越高。所以，对于长链衍生物，实验者向缓蚀介质中加入10%（V/V）乙醇来加强其溶解度。如表6所示，乙醇使PII的缓蚀效率从36增加到75，使SII由48增加到82，OII由59增加到81。

表4 不同用量的产物在1M盐酸中的缓蚀效率（以金属失重表示）

表5 不同用量的产物在1M硫酸中的缓蚀效率（以金属失重表示）

表6 不同用量的产物在加入10%乙醇的1M硫酸中的缓蚀效率（以金属失重表示）

(六)塔菲尔极化

图4描绘了低碳钢在1M盐酸中加入PII和不加PII的典型的塔菲尔极化曲线。由表7可知，裸露低碳钢的腐蚀电流扩散密度为0.0520mA/cm2以及腐蚀率为60707um/Y。显然，向腐蚀介质中加入PII腐蚀电流密度和腐蚀率都会降低。下降程度取决于PII的加入量。

很明显，向酸性介质中加入PII会影响曲线的阳极和阴极部分。因此，这些化合物的性能类似于混合缓蚀剂。腐蚀电位向负极方向显著的变化。这表明，缓蚀剂的作用在阴极反应比阳极更显著。升高PII的浓度会使腐蚀电位更不活泼。

表7列出了低碳钢在不同浓度缓蚀剂存在下的极化参数。腐蚀抑制效率定义为：

i′

corr 和i

corr

分别是腐蚀介质在缓蚀剂存在和不存在的情况下的腐蚀电

流密度。

显然，腐蚀电流密度随着缓蚀剂的增加而下降，阴极和阳极的去极化表

明金属的溶解和氢、氧的转化（装置中未除去溶解氧）都被抑制了。因此，咪唑啉衍生物会通过影响阳极和阴极的反应使碳钢在酸性介质中的腐蚀率下降。对于浓度为200ppm的PII来说，最大效率为84%。

图4 化合物PII在1M盐酸中的极化曲线

表7 低碳钢在含不同PII浓度的1M盐酸中的塔菲尔极化参数值

2 结论

实验结果表明，所合成的化合物都有很好的表面活性，并对在室温下1M 盐酸和硫酸溶液中的低碳钢的腐蚀表现出良好的缓蚀性能，同时缓蚀效率是通过提高缓蚀剂的浓度来提高的。但是，合成的化合物的抑制腐蚀的性能主要取决于其溶解度。

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