一種銅及其合金的超分子緩蝕劑及其高速攪拌制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于金屬腐蝕與防護【技術領域】的一種具有超分子結構的銅及其合金的緩蝕劑及其高速攪拌制備方法。該超分子緩蝕劑由20-30質量份的環(huán)糊精衍生物、5-10質量份的有機唑類化合物、10-20質量份的誘導劑和40-600質量份的水經高速攪拌制備而成。本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑利用有機唑類化合物與環(huán)糊精衍生物以疏水作用、氫鍵等“弱的相互作用”形成的主、客體超分子結構，從而增大有機唑類化合物在水中的溶解度與分散性。本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑普適性強，防腐蝕效果優(yōu)良；使用量小，投藥濃度在20-60mg/L時，銅及其合金的腐蝕速率可控制在0.005mm/a以下；超分子緩蝕劑中有效成分可均勻釋放，一次投藥，長周期運行。
【專利說明】一種銅及其合金的超分子緩蝕劑及其高速攪拌制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬腐蝕與防護【技術領域】，特別涉及一種具有超分子結構的銅及其合金的緩蝕劑及其高速攪拌制備方法。
【背景技術】
[0002]銅及其合金因其優(yōu)良的機械、傳熱和鍛造性能，被廣泛用于制造工業(yè)加熱和冷卻設備；例如，發(fā)電機組的銅凝汽器和空調機組的冷凝器。隨著生產的進行，工業(yè)設備會與水、蒸汽等介質接觸，尤其是含氧、腐蝕性離子的介質，產生腐蝕；腐蝕產物亦會逐漸堆積在金屬表面從而影響設備的熱效率。對銅及其合金而言，其處于含溶解氧、氧化性酸和配位性離子(C1_、CN_、NH4_)的介質中時，腐蝕較嚴重。
[0003]目前，防止或減輕金屬腐蝕的方法有很多，其中以添加緩蝕劑，尤其是有機緩蝕劑，最為經濟有效。其中，有機唑類化合物因其成本低廉、緩蝕效果良好備受青睞；但是，該類化合物的應用范圍也因其水溶性低、酸性介質中用量大且緩蝕效果不佳等原因受到極大限制。因此，有機唑類化合物常與其他化合物進行復配或溶解于稀堿溶液中使用，通過緩蝕劑分子之間協同效應或增大水中溶解度來提高對金屬的緩蝕效率。
[0004]超分子化學是一種基于分子間“弱的相互作用”(氫鍵、范德華作用、誘導效應、 堆積等)而形成“超出分子層面”的科學。經過近30年的發(fā)展，超分子化學已經在
高分子材料、催化劑、分子器件等領域得到廣泛應用，并形成了一系列交叉學科。1987年，Jean-Marie Lehn, Charles John Pedersen 和 Donald James Cram 三人因在超分子化學領域的研究貢獻，共同分享 了當年的諾貝爾化學獎。然而，超分子化學理論在金屬腐蝕與防護【技術領域】的作用，尤其是緩蝕劑領域的作用還未充分體現。其中，“用于工業(yè)設備保護的氣相緩蝕劑及其制備方法”(中國公開專利CN200310101610.2,2003)提出了以硅鋁化合物、烷基胺、揮發(fā)胺為原料制備出具有超分子結構的氣相緩蝕劑，作為工業(yè)設備的停用保護劑；與之配合，利用超分子化學理論闡述的分子高選擇性，制備出具有超分子結構的液相緩蝕劑并應用于工業(yè)加熱與冷卻系統中，顯得十分必要。

【發(fā)明內容】

[0005]為解決上述工業(yè)加熱與冷卻過程中，銅及其合金的腐蝕問題，本發(fā)明提供一種銅及其合金的超分子緩蝕劑及其高速攪拌制備方法。
[0006]本發(fā)明所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑由20-30質量份的環(huán)糊精衍生物、5-10質量份的有機唑類化合物、10-20質量份的誘導劑和40-600質量份的水組成，該緩蝕劑為具有疏水空腔的環(huán)糊精衍生物與有機唑類化合物經誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0007]所述的環(huán)糊精衍生物選自β -環(huán)糊精、甲基-β -環(huán)糊精、羥丙基-β -環(huán)糊精、羧甲基-β -環(huán)糊精、磺丁基-β -環(huán)糊精中一種或幾種。
[0008]所述的有機唑類化合物選自苯并噻唑、苯并咪唑、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、2-巰基苯并噻唑中的一種或幾種。
[0009]所述的誘導劑選自無水乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或幾種。
[0010]上述的銅及其合金的超分子緩蝕劑的高速攪拌制備方法:在300_500rpm攪拌速率，20-60°C溫度下將環(huán)糊精衍生物和水混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌10_30min ;將有機唑類化合物和誘導劑混合均勻，然后緩慢加入到環(huán)糊精衍生物溶液中，之后溫度控制在40-600C，并調整攪拌速率至800-1200rpm攪拌0.5_2h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑。
[0011]本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑利用有機唑類化合物與環(huán)糊精衍生物以疏水作用、氫鍵等“弱的相互作用”形成的主、客體超分子結構，從而增大有機唑類化合物在水中的溶解度與分散性，改善了有機唑類化合物在水中因溶解度低造成的緩蝕效果差、用量大等弊端。本發(fā)明制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑還具有以下優(yōu)點:
[0012]I)普適性強，適用于紫銅、黃銅、青銅等材質；
[0013]2)防腐蝕效果優(yōu)良；
[0014]3)水溶性大，分散性好；
[0015]4)使用量小，投藥濃度在20_60mg/L時，銅及其合金的腐蝕速率可控制在
0.005mm/a 以下；
[0016]5)超分子緩蝕劑中有效成分可均勻釋放，一次投藥，長周期運行。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0017]圖1為實施例1制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑與相應原料混合物的IH核磁共振譜圖對比。
[0018]圖2為實施例1制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑與相應原料混合物的紅外譜圖對比。
[0019]圖3為在含不同濃度的實施例1制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑的工業(yè)凝結水中銅電極的電化學極化曲線。
[0020]圖4為在含不同濃度的超分子緩蝕劑的工業(yè)冷卻水中銅電極的交流阻抗譜及其等效電路。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合具體實例，詳細闡述本發(fā)明。
[0022]實施例1
[0023]在300rpm的攪拌速率下,將15g β -環(huán)糊精和48ml水在60°C下混合,完全溶解后，繼續(xù)攪拌30min ;將3.8g苯并噻唑和IOmL無水乙醇混合均勻，然后緩慢倒入β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在40°C，并調整攪拌速率至1000rpm攪拌Ih得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的環(huán)糊精與苯并噻唑經無水乙醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0024]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以20、40、60mg/L的量分別投入工業(yè)凝結水中，銅電極的電化學極化曲線如圖3所示。將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以20、40、60mg/L的量分別投入工業(yè)冷卻水中，銅電極的交流阻抗譜及其等效電路如圖4所/Jn ο
[0025]實施例2
[0026]在500rpm的攪拌速率下，將18g甲基-β -環(huán)糊精和40ml水在50°C下混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌IOmin ;將5.6g苯并咪唑和7mL乙二醇混合均勻,然后緩慢倒入甲基-β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在60°C，并調整攪拌速率至800rpm攪拌2h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的甲基-環(huán)糊精與苯并咪唑經乙二醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0027]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以20mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0028]實施例3
[0029]在450rpm的攪拌速率下,將IOg輕丙基-β -環(huán)糊精和23mL水在45°C下混合,完全溶解后，繼續(xù)攪拌30min ;將2.8g苯并三氮唑和3.8mL丙三醇混合均勻，然后緩慢加入到羥丙基-β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在55°C，并調整攪拌速率至1200rpm攪拌0.5h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基-環(huán)糊精與苯并三氮唑經丙三醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0030]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以30mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0031]實施例4
[0032]在350rpm的攪拌速率下，將18g羧甲基-β -環(huán)糊精和30mL在室溫下混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌20min ;將6.3g甲基苯并三氮唑和15mL無水乙醇混合均勻,然后緩慢加入到羧甲基-β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在50°C，并調整攪拌速率至900rpm攪拌
1.5h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羧甲基-β_環(huán)糊精與甲基苯并三氮唑經無水乙醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0033]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以40mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0034]實施例5
[0035]在500rpm的攪拌速率下，將12.5g磺丁基-β -環(huán)糊精和35mL在35°C下混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌25min ;將5.4g2_巰基苯并噻唑和6.2mL丙三醇混合均勻，然后緩慢加入到磺丁基-β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在60°C，并調整攪拌速率至1000rpm攪拌Ih得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的磺丁基-β_環(huán)糊精與2-巰基苯并噻唑經丙三醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0036]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以30mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0037]實施例6
[0038]在500rpm的攪拌速率下，將5.3g的β -環(huán)糊精和17mL水在50°C下混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌15min ;將1.4g苯并三氮唑和2.4mL乙二醇混合均勻，然后緩慢加入到β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在40°C，并調整攪拌速率至1200rpm攪拌2h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的β -環(huán)糊精與苯并三氮唑經乙二醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0039]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以50mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0040]實施例7
[0041]在400rpm的攪拌速率下,將IOg輕丙基-β -環(huán)糊精和16mL水在30°C混合,完全溶解后，繼續(xù)攪拌15min ;將3.4g的2-巰基苯并噻唑和6.5mL無水乙醇混合均勻，然后緩慢加入到羥丙基- β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在50°C，并調整攪拌速率至900rpm攪拌Ih得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基_β -環(huán)糊精與2-巰基苯并噻唑經無水乙醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0042]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以60mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0043]實施例8
[0044]在400rpm的攪拌速率下，將13g甲基-β -環(huán)糊精和32mL水在40°C混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌20min ;將4g的2-巰基苯并噻唑和7mL丙三醇混合均勻，然后緩慢加入到羥丙基-β -環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在60°C，并調整攪拌速率至1200rpm攪拌1.5h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的甲基-β -環(huán)糊精與2-巰基苯并噻唑經丙三醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0045]將上述制備的銅及其合金的超分子緩蝕劑以30mg/L的量投入工業(yè)凝結水和循環(huán)冷卻水中，銅及其合金的腐蝕速率小于0.005mm/a。
[0046]實施例9
[0047]在500rpm的攪拌速率下，將IOg β -環(huán)糊精與5g羥丙基-β -環(huán)糊精的混合物和42mL水在55°C混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌30min，將4.8g苯并三氮唑與6.3mL乙二醇混合均勻，然后緩慢加入到環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在55°C，并調整攪拌速率至IlOOrpm攪拌2h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的β -環(huán)糊精和羥丙基-β -環(huán)糊精分別與苯并三氮唑經乙二醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0048]實施例10
[0049]在350rpm的攪拌速率下，將6g輕丙基- β-環(huán)糊精、6g羧甲基- β-環(huán)糊精和6g磺丁基-β -環(huán)糊精的混合物和50mL水在40°C混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌25min，將
5.8g2-巰基苯并噻唑與9.5mL無水乙醇混合均勻，然后緩慢加入到環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在50°C，并調整攪拌速率至1000rpm攪拌2h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基-β -環(huán)糊精、甲基-β -環(huán)糊精和磺丁基β -環(huán)糊精分別與2-巰基苯并噻唑經無水乙醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0050]實施例11[0051]在400rpm的攪拌速率下,將IOg輕丙基- β -環(huán)糊精和5g甲基- β -環(huán)糊精的混合物和200mL水在30°C混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌30min，將3g苯并噻唑和3g甲基苯并三氮唑與6.5mL丙三醇混合均勻，然后緩慢加入到環(huán)糊精溶液中，之后溫度控制在40°C，并調整攪拌速率至1200rpm攪拌1.5h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基-β -環(huán)糊精和甲基β -環(huán)糊精分別與苯并噻唑經無水乙醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
[0052]實施例12
[0053]在450rpm的攪拌速率下，將5g羥丙基-β -環(huán)糊精和15g磺丁基β -環(huán)糊精的混合物和500mL水在40°C混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌25min，將3g2_巰基苯并噻唑和3.5g苯并三氮唑的混合物與IOmL無水乙醇和IOmL丙三醇混合均勻，然后緩慢加入到環(huán)糊精衍生物溶液中，之后溫度控制在60°C，并調整攪拌速率至1200rpm攪拌2h得到均相體系，即得到銅及其合金的超分子緩蝕劑，該緩蝕劑為具有疏水空腔的羥丙基-環(huán)糊精和磺丁基環(huán)糊精分別與2-巰基苯并噻唑與苯并三氮唑經無水乙醇和丙三醇誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成`的具有超分子結構的包合物。
【權利要求】
1.一種銅及其合金的超分子緩蝕劑，其特征在于，該緩蝕劑由20-30質量份的環(huán)糊精衍生物、5-10質量份的有機唑類化合物、5-20質量份的誘導劑和40-600質量份的水組成，該緩蝕劑為具有疏水空腔的環(huán)糊精衍生物與有機唑類化合物經誘導并通過分子間的弱的相互作用結合而形成的具有超分子結構的包合物。
2.根據權利要求1所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑，所述的環(huán)糊精衍生物選自β -環(huán)糊精、甲基-β -環(huán)糊精、羥丙基-β -環(huán)糊精、羧甲基-β -環(huán)糊精、磺丁基-β -環(huán)糊精中一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑，所述的有機唑類化合物選自苯并噻唑、苯并咪唑、苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑、2-巰基苯并噻唑中的一種或幾種。
4.根據權利要求1所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑，所述的誘導劑選自無水乙醇、乙二醇、丙三醇中的一種或幾種。
5.根據權利要求1-4任一所述的銅及其合金的超分子緩蝕劑的高速攪拌制備方法，其特征在于，其具體操作步驟為:在300-500rpm攪拌速率，20-60°C溫度下將環(huán)糊精衍生物和水混合，完全溶解后，繼續(xù)攪拌10-30min ;將有機唑類化合物和誘導劑混合均勻，然后緩慢加入到環(huán)糊精衍生物溶液中，之后溫度控制在40-60°C，并調整攪拌速率至800-1200rpm攪拌0.5-2h得到均相體系，即`得到銅及其合金的超分子緩蝕劑。
【文檔編號】C23F11/14GK103602990SQ201310576906
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月18日 優(yōu)先權日:2013年11月18日
【發(fā)明者】魏剛, 樊保民, 喬寧, 魏云鵬, 金廣見, 張占佳 申請人:北京化工大學