一种曼尼希碱季铵盐化合物及其制备方法技术

一种曼尼希碱季铵盐化合物及其制备方法，向反应容器中加入醛溶液、有机胺和溶剂，调节pH值为3.5～4.5，在50℃～70℃下回流反应0.2h～1h后，滴加丙烯酸乙酸乙二酯，滴毕后在70℃～90℃下回流反应5～8h，得到淡黄色的曼尼希碱；然后加入KI，并滴加氯化苄，在80℃～110℃下搅拌反应4～6h，得到淡红色的曼尼希碱季铵盐；本发明专利技术曼尼希碱季铵盐化合物经测试表明，曼尼希碱季铵盐化合物具有很好的缓蚀效果；此类型缓蚀剂一方面能在金属表面形成很好的有机保护层，另一方面其杂原子吸附在金属表面改变了金属表面的电荷状态及界面性质，从而增加了腐蚀反应的活化能，阻碍腐蚀反应的进行。

A Mannich base quaternary ammonium compound and preparation method thereof

A Manihi base quaternary ammonium compound and a preparation method thereof, is added to the organic amine and aldehyde solvent solution, reaction vessel, pH value is adjusted to 3.5 to 4.5, at 50 to 70 DEG C under refluxing 0.2h ~ 1H after adding acrylic acid ethyl ester two, drop after 70 to 90 DEG C under refluxing for 5 ~ 8h, are pale yellow Manihi base; adding KI and adding benzyl chloride, at 80 to 110 DEG C under stirring for 4 ~ 6h, Manihi base quaternary ammonium salt light red; the invention of Manihi base quaternary ammonium compounds, the test shows that the Manihi base quaternary ammonium compounds having good inhibition effect; this type of inhibitor can form organic layer on the metal surface is very good, on the other hand the heteroatoms adsorption changed the state of charge and interface properties of the metal surface on the metal surface, thus increasing the corrosion reaction activity The ability to prevent corrosion reactions.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精细化工领域，涉及一种金属防腐剂，具体涉及一种曼尼希碱季铵盐化合物及其制备方法。
技术介绍
随着石油钻井工艺的发展和采油技术的进步，大量深井、超深井和极深井的开发使得石油采集难度加大。酸化是油田开采过程中常用的一种增产措施之一，但是会对地面管道和井筒壁产生不同程度的腐蚀，造成巨大经济损失和环境污染；据统计，世界上的钢铁产品每年的腐蚀量数以亿吨，相当于年产量的10％，因此金属的防腐是迫切解决的问题；添加缓蚀剂是一种工艺简便、成本低廉且有效的方法；缓蚀剂的防腐已经广泛应用于油气田废水处理、化工能源等领域；常见缓蚀剂主要有曼尼希碱、丙炔醇、脂肪胺及其衍生物、季铵盐类、松香衍生物及吡啶类等，这些有机分子中含有极性基团，共轭结构等，容易与金属表面Fe原子成键发生吸附作用而起到缓蚀作用；目前，国内外生产的缓蚀剂多为咪唑啉、季铵盐类及喹啉季铵盐类，但这些缓蚀剂的缓蚀效果在温度较高的情况下急剧变差，不能满足工业生产需要，同时这类缓蚀剂均存在缓蚀效果差，酸溶性不好，毒性大等缺陷，所以迫切需要研制高效，耐高温的酸化缓蚀剂；经研究表明，曼尼希碱在酸性介质中能较好的抑制金属腐蚀，且在油田使用的酸化缓蚀剂中占有重要地位，其兼具结构稳定，低毒、抗温抗酸性好的优点而被广泛应用；本专利技术基于以上原因出发，以含极性键较多的酯为酸组分通过Mannich反应合成了一种新曼尼希碱，具有成本低、合成条件简单温和、缓蚀效果良好和耐高温等特点，同时对其进行了季铵化，这一方面增强了酸溶性，另一方面使其兼具季铵盐类缓蚀剂的特点，因而具有很好的开发和应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种曼尼希碱季铵盐化合物及其制备方法，具有用量少，酸溶性强，缓蚀效果好等优点。为了实现上述目的，本专利技术是通过下述技术方案来实现：一种曼尼希碱季铵盐化合物，该化合物结构如下：一种曼尼希碱季铵盐化合物的制备方法，向反应容器中加入醛溶液、有机胺和溶剂，调节pH值为3.5～4.5，在50℃～70℃下回流反应0.2h～1h后，滴加步骤(1)制备的丙烯酸乙酸乙二酯，滴毕后在70℃～90℃下回流反应5～8h，得到淡黄色的曼尼希碱；然后加入KI，并滴加氯化苄，在80℃～110℃下搅拌反应4～6h，得到淡红色的曼尼希碱季铵盐；其中，醛、有机胺、丙烯酸乙酸乙二酯的物质的量比为(1～3):(1～1.5):1，有机胺、氯化苄、KI的物质的量比为(1～2)：1：(0.5～1)。本专利技术进一步的改进在于，丙烯酸乙酸乙二酯通过以下方法制得：向反应器中加入丙烯酸羟乙酯和三乙胺，在冰水浴条件下边搅拌边滴加乙酰氯，滴加完毕后在0℃～30℃反应0.5h～3h后，得到丙烯酸乙酸乙二酯，其中，丙烯酸羟乙酯、乙酰氯和三乙胺的物质的量比为1:(1～2):(0.5～1)。本专利技术进一步的改进在于，所述醛为甲醛、多聚甲醛或乙醛。本专利技术进一步的改进在于，所述醛溶液的质量分数为30％～60％。本专利技术进一步的改进在于，采用质量分数为10％～20％的盐酸溶液调节pH值。本专利技术进一步的改进在于，所述有机胺为二乙胺、二乙醇胺或苯胺。本专利技术进一步的改进在于，所述溶剂为乙醇或去离子水。本专利技术进一步的改进在于，所述溶剂的体积与醛溶液的体积比为(15～30):1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过酰氯的醇解反应、Mannich反应、季铵化反应制得曼尼希碱季铵盐化合物。曼尼希碱是以N和O原子为活性中心的分子，其中的孤对电子可以以配位键的形式与金属离子络合形成聚合物，且能与金属原子结合；季铵化后不仅增加了曼尼希碱季铵盐的水溶性，而且季铵化试剂氯化苄中含有苯环大π键，使其更容易吸附在金属表面，形式膜覆盖在设备表面起到缓蚀作用。因此利用氯化苄对曼尼希碱进行季铵化后其兼具曼尼希碱、季铵盐和咪唑类缓蚀剂等的优点。本专利技术曼尼希碱季铵盐化合物经测试表明，曼尼希碱季铵盐化合物具有很好的缓蚀效果；此类型缓蚀剂一方面能在金属表面形成很好的有机保护层，另一方面其杂原子吸附在金属表面改变了金属表面的电荷状态及界面性质，从而增加了腐蚀反应的活化能，阻碍腐蚀反应的进行；结果表明：该缓蚀剂是以抑制阳极为主的混合型缓蚀剂；在缓蚀剂质量分数为0.9％，腐蚀介质盐酸质量分数为20％，腐蚀温度为90℃，腐蚀时间为12h及常压条件下，对N80钢的缓蚀率达到96.2％，能有效抑制盐酸对N80钢的腐蚀，因此作为酸性介质缓蚀剂具有良好的开发和应用价值。附图说明图1为实施例2的曼尼希碱季铵盐化合物的合成路线图。图2为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸乙酸二乙酯和实施例2合成的曼尼希碱的FT-IR谱图，其中，1为曼尼希碱；2为丙烯酸乙酸二乙酯；3为丙烯酸羟乙酯。图3为实施例2的曼尼希碱季铵盐化合物在不同腐蚀温度下的极化曲线(腐蚀介质盐酸溶液与曼尼希碱季铵盐化合物的混合物，其中，盐酸溶液的质量分数为20％，曼尼希碱季铵盐化合物的质量为盐酸溶液质量的0.9％)，其中，1为50℃；2为60℃；3为70℃；4为80℃；5为90℃；6为100℃。图4为实施例2的曼尼希碱季铵盐化合物在不同腐蚀温度下的交流阻抗谱(腐蚀介质盐酸溶液与曼尼希碱季铵盐化合物的混合物，其中，盐酸溶液的质量分数为20％，曼尼希碱季铵盐化合物的质量为盐酸溶液质量的0.9％)；其中，1为20℃；2为30℃；3为50℃；4为70℃；5为90℃；6为100℃。图5为N80钢在不同腐蚀介质中的AFM形貌测试图；其中，(a)为未腐蚀的钢片试样形貌(b)腐蚀介质为质量分数20％盐酸溶液；(c)腐蚀介质盐酸溶液与曼尼希碱季铵盐化合物的混合物，其中，盐酸溶液的质量分数为20％，曼尼希碱季铵盐化合物的质量为盐酸溶液质量的0.9％。具体实施方式下面通过具体实施例进一步说明本专利技术实施方式。本专利技术中的醛溶液是将醛溶在水中制得。本专利技术制备的曼尼希碱季铵盐化合物的化合物结构如下：实施例1(1)参见图1，在装有电动搅拌器、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的500mL三口瓶中加入的丙烯酸羟乙酯和三乙胺，在冰水浴条件下边搅拌边缓慢滴加乙酰氯，在0.5h内滴完，滴加完毕后在10℃反应3h后，得到丙烯酸乙酸乙二酯与三乙胺盐酸盐的混合物，用乙醚洗涤2～3次，抽滤除去三乙胺盐酸盐，蒸馏除去乙醚，制得丙烯酸乙酸乙二酯，其中，丙烯酸羟乙酯、乙酰氯和三乙胺的物质的量比为1:1:0.5。(2)在500mL三口烧瓶中加入质量分数为30％甲醛溶液和二乙胺，并加入去离子水(去离子水与甲醛溶液的体积比为15：1)，用质量分数10％的盐酸溶液调节pH＝3.5，在60℃下回流反应1h后缓慢滴加步骤(1)制备的丙烯酸乙酸乙二酯，然后在70℃下回流反应8h，得到淡黄色的曼尼希碱；然后加入适量的催化剂KI，并缓慢滴加氯化苄，在80℃下搅拌反应4h，得到淡红色的曼尼希碱季铵盐。其中，甲醛、二乙胺、丙烯酸乙酸乙二酯的物质的量比为1.2:1:1，二乙胺、氯化苄、KI的物质的量比为1：1：0.5。实施例2(1)在装有电动搅拌器、回流冷凝管和恒压滴液漏斗的500mL三口瓶中加入丙烯酸羟乙酯和三乙胺，在冰水浴条件下边搅拌边缓慢滴加乙酰氯，在0.7h内滴完，滴加完毕后在20℃反应2h后，得到丙烯酸乙酸乙二酯与三乙胺盐酸盐的混合物，用乙醚洗涤2～3次，抽滤除去三乙胺盐酸盐，蒸馏除去乙醚，制得丙烯酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曼尼希碱季铵盐化合物，其特征在于，该化合物结构如下：

【技术特征摘要】
1.一种曼尼希碱季铵盐化合物，其特征在于，该化合物结构如下：2.一种如权利要求1所述的曼尼希碱季铵盐化合物的制备方法，其特征在于，向反应容器中加入醛溶液、有机胺和溶剂，调节pH值为3.5～4.5，在50℃～70℃下回流反应0.2h～1h后，滴加步骤(1)制备的丙烯酸乙酸乙二酯，滴毕后在70℃～90℃下回流反应5～8h，得到淡黄色的曼尼希碱；然后加入KI，并滴加氯化苄，在80℃～110℃下搅拌反应4～6h，得到淡红色的曼尼希碱季铵盐；其中，醛、有机胺、丙烯酸乙酸乙二酯的物质的量比为(1～3):(1～1.5):1，有机胺、氯化苄、KI的物质的量比为(1～2)：1：(0.5～1)。3.根据权利要求2所述的曼尼希碱季铵盐化合物的制备方法，其特征在于，丙烯酸乙酸乙二酯通过以下方法制得：向反应器中加入丙烯酸羟乙酯和三乙胺，在冰水浴条件下边搅拌边滴加乙酰氯，滴加完毕后在0℃～30℃反应0....

【专利技术属性】
技术研发人员：郭睿，甄建斌，郭煜，马兰，王映月，宋博，土瑞香，李云鹏，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61