N-烷基氨甲基苯胺及合成、其聚合物及用于金屬表面防腐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及N-烷基氨甲基苯胺及合成方法，其聚合物緩蝕劑的制備，及其在金屬 (碳鋼）表面防腐的應(yīng)用，屬于緩蝕新材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬腐蝕是指金屬與其周圍環(huán)境中的介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)，從而造成金屬 表面或里層不同程度的破壞。金屬腐蝕現(xiàn)象廣泛存在生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域，其危害相當嚴 重。世界每年因腐蝕而不能使用的金屬制品占當年金屬年產(chǎn)量的四分之一。據(jù)權(quán)威部口 報道美國每年因腐蝕而造成的經(jīng)濟損失為3千億美元，該相當于其國民生產(chǎn)總值（Gross 化tional Pro化ct，GN巧的1-5%。英國和德國因腐蝕經(jīng)濟損失分別占GNP的3. 5%和3%。 而我國GNP為10710億美元，而腐蝕損失約占GNP的6%。腐蝕不僅造成了經(jīng)濟上的損失也 造成了能源上的浪費。在機械、石油、化工、農(nóng)藥等工業(yè)生產(chǎn)中因腐蝕而造成設(shè)備老化不但 造成經(jīng)濟損失還可能使有毒物質(zhì)泄漏，甚至造成人員傷亡。金屬腐蝕和污垢會大大降低熱 效率，造成燃煤的大量浪費。我國因金屬腐蝕或污垢原因得多消耗1750萬噸標準煤。而煤 在燃燒過程中會生成大量的粉煤和二氧化硫等有害氣體。該與我國當前提出的建設(shè)資源節(jié) 約型，環(huán)境友好型社會背道而馳。因此使用一種有效的緩蝕劑成為了一種勢在必行的趨勢。
[0003] 緩蝕劑是一種W適當?shù)臐舛群托问酱嬖谟诃h(huán)境中，可W阻止和減緩腐蝕的化學(xué)物 質(zhì)或幾種化學(xué)物質(zhì)的混合物。它具有成本低廉，操作簡單，方便并且防腐性能優(yōu)異，因此它 成為國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點之一。由于石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，其對緩蝕劑的要求也越來越 高。因此研發(fā)出一種高溫高酸的長效緩蝕劑成為了科研工作者亟待解決的難題之一。
[0004] 根據(jù)緩蝕劑的化學(xué)成分可W把緩蝕劑分為無機緩蝕劑、有機緩蝕劑、聚合物類緩 蝕劑。無機緩蝕劑應(yīng)用較早，它是在金屬表面生成純化氧化膜或在金屬表面陰極區(qū)形成沉 淀膜從而達到防腐效果，如領(lǐng)酸鹽、亞硝酸鹽、聚磯酸鹽、娃酸鹽、測酸鹽、鶴酸鹽和鋼酸鹽 等。但隨著環(huán)保意識的加強，一些有毒有害物質(zhì)被限制甚至禁止使用。如含磯化合物能使水 體富營養(yǎng)化從而引發(fā)赤潮，該將給江河湖泊帶來無法挽回的惡果。鉛酸鹽、神酸鹽、錫酸鹽 和隸鹽等無機緩蝕劑雖然有較好的防腐性能，但是其毒性將是我們無法規(guī)避的一大難題。 最近人們將稀±化合物應(yīng)用于防腐領(lǐng)域，但是其成本高，工藝復(fù)雜，處理時間長。
[0005] 有機緩蝕劑如酵類、胺類、駿酸、雜環(huán)化合物等都可W用于防腐領(lǐng)域，其種類繁多， 性能優(yōu)異。它主要是通過電負性較大的P、S、N、0等原子做中也極性基和C、H等原子組成 的非極性基構(gòu)成。該類緩蝕劑具有多個吸附中也。它能通過吸附作用牢牢的吸附在金屬表 面，同時分子中的疏水基團可W定向的排列在金屬表面。而且分子內(nèi)或分子間極易形成大 量的氨鍵從而使吸附層增厚。該樣就有效阻滯化離子接近金屬表面。環(huán)境溫度和抑變化 對該類緩蝕劑影響較小，并且該類緩蝕劑一般具有低毒性等特點。
[0006] 隨著時代的發(fā)展，國家可持續(xù)戰(zhàn)略的提出，人們開始將目光轉(zhuǎn)移到低毒高效的植 物提取物上。人們從茶葉、花椒、果皮、蘆韋等天然植物中提取出緩蝕劑的有效成分。該類 緩蝕劑具有變廢為寶、成本低廉、低毒甚至無毒，實現(xiàn)資源的充分利用等特點。但是受實際 研究水平所限，其距大規(guī)模應(yīng)用還很遙遠。
[0007] 把聚合物應(yīng)用到緩蝕領(lǐng)域已經(jīng)有很悠久的歷史了。早期人們將淀粉、糖漿、雞蛋清 等各種天然高分子應(yīng)用于鋼鐵酸洗緩蝕劑，將阿拉伯膠、可溶性淀粉、瓊脂等高分子應(yīng)用于 堿液中的鉛材緩蝕劑。近年來新型聚合物緩蝕劑不斷涌現(xiàn)，顯示出其優(yōu)越的性能。該是因 為聚合物很容易在金屬表面形成單層或多層致密保護膜，并且具有緩蝕率高、作用持久、不 污染環(huán)境等優(yōu)點。一般聚合物的耐高溫能力要強于一般有機物，該也是聚合物成為緩蝕劑 重要發(fā)展方向之一的一個重要原因。目前在高溫緩蝕劑領(lǐng)域中，首屈一指的是快醇類化合 物。該是因為H鍵被破壞發(fā)生聚合時就會產(chǎn)生多層聚合膜，而疏水基團又具有良好的屏蔽 作用，二者共同作用大大加強了其緩蝕能力。但是快醇本身毒性較大，而且在酸化操作中容 易產(chǎn)生揮發(fā)性的有毒氣體。
[0008] 本發(fā)明從分子設(shè)計理論出發(fā)合成了 N-烷基氨甲基苯胺及其聚合物，使聚合物緩 蝕劑擺脫了困境。第一，N-烷基氨甲基苯胺W電負性較大的N原子為中也極性基團；第二， N-烷基氨甲基苯胺含有苯環(huán)結(jié)構(gòu)，即存在大n鍵；第H，聚苯胺含有非極性基團，烷基鏈。 其中第一和第二條能使其與金屬表面形成致密的吸附膜。而第H條能使其在金屬表面產(chǎn)生 較好的屏蔽效應(yīng)，二者產(chǎn)生協(xié)同作用大大加強了其緩蝕能力。并且該聚合物緩蝕劑毒性較 其單體毒性低得多，耐高溫性能則更強。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供N-烷基氨甲基苯胺及其合成方法，W環(huán)境友好型分子設(shè) 計為理念，充分利用了胺類緩蝕劑在酸性條件下質(zhì)子化后水溶性增強，苯胺在金屬表面吸 附力強和烷基鏈疏水性強的特點，合成了烷基苯胺，其原理可靠，操作簡便，產(chǎn)率較高，綠色 環(huán)保。
[0010] 本發(fā)明的另一目的在于提供N-烷基氨甲基苯胺的聚合物，通過N-烷基氨甲基苯 胺的溶液聚合而得到，是一種新型的性能優(yōu)越的緩蝕劑，解決了其他聚合物緩蝕劑溶解性 差、黏附力較弱的問題，具有優(yōu)良的緩蝕性能和廣闊的市場前景。
[0011] 本發(fā)明的另一目的還在于提供將N-烷基氨甲基苯胺用于金屬表面防腐，是將 N-烷基氨甲基苯胺在金屬（碳鋼）表面進行原位聚合，從而實現(xiàn)在金屬表面有效防腐的目 的。
[0012] 為達到W上技術(shù)目的，本發(fā)明提供W下技術(shù)方案。
[0013] N-烷基氨甲基苯胺，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0014]
【主權(quán)項】
1. N-烷基氨甲基苯胺，其結(jié)構(gòu)式如下： η = 6、8、10、12、14、16 或 18。
2. 如權(quán)利要求1所述的N-烷基氨甲基苯胺的合成，依次包括以下步驟： (1)在圓底燒瓶中加入6. 7g 3-輕甲基苯氨基甲酸叔丁酯和17. 4g四溴化碳，用120mL 無水乙醚做溶劑，然后加入11. Ig三苯基膦，室溫下攪拌30分鐘，過濾除去沉淀，用醚洗滌， 減壓蒸餾，蒸干溶劑，殘留物過柱提純，得到3-溴甲基苯氨基甲酸叔丁酯； ⑵在三頸燒瓶中加入一定量的烷基胺和10_30mL乙腈在80°C條件下攪拌數(shù)分鐘，然 后將3-溴甲基苯氨基甲酸叔丁酯溶解于10-30mL乙腈中，并將其在30min內(nèi)逐滴加入到三 頸燒瓶中，烷基胺和3-溴甲基苯胺基甲酸叔丁酯的摩爾比為1:1-5:1，反應(yīng)8-14小時，結(jié)束 后將溶劑蒸干，通過柱層析分離純化得到3-烷基氨甲基苯胺基甲酸叔丁酯； (3)將3-烷基氨甲基苯胺基甲酸叔丁酯加入到燒瓶中，再加入20-50mL乙酸乙酯，當攪 拌成均相體系后迅速加入一定量的HC1，3-烷基氨甲基苯胺基甲酸叔丁酯和HCl的摩爾比 為1:2-1:5,反應(yīng)3-8小時，用NaOH將溶液調(diào)至弱堿性，萃取，干燥，通過柱層析分離純化得 到N-烷基氨甲基苯胺。
3. 如權(quán)利要求1所述的N-烷基氨甲基苯胺的聚合物，通過N-烷基氨甲基苯胺的溶液 聚合而得到，過程如下：將一定量的N-烷基氨甲基苯胺加入到圓底燒瓶中，用甲醇溶解，然 后加入HC1，N-烷基氨甲基苯胺與鹽酸的摩爾比為1:4,將過硫酸銨飽和溶液逐滴加入到 圓底燒瓶中，N-烷基氨甲基苯胺與過硫酸銨的摩爾比為0. 5:1-1:1. 5,反應(yīng)10-14小時，用 CH2Cl2萃取，洗滌，減壓蒸餾，得到聚N-烷基氨甲基苯胺。
4. 如權(quán)利要求1所述的N-烷基氨甲基苯胺用于金屬表面防腐，是將N-烷基氨甲基 苯胺在金屬表面進行原位聚合，在金屬材料表面形成致密的聚合物涂層，依次包括以下步 驟： (1) 將金屬材料表面用砂紙打磨光滑，分別用水、丙酮和無水乙醇沖洗，除油脫脂并干 燥； (2) 在反應(yīng)器中將N-烷基氨甲基苯胺用甲醇溶解，再加入金屬材料，然后加入 100mLl-5M的HC1，攪拌，將過硫酸銨的飽和溶液逐滴加入反應(yīng)器，N-烷基氨甲基苯胺與過 硫酸銨的摩爾比為〇. 5:1-1:1. 5,在30~90°C下反應(yīng)1~5d，反應(yīng)結(jié)束后，在金屬材料表面 形成均勻的黑色聚合物薄膜。
【專利摘要】本發(fā)明公開了N-烷基氨甲基苯胺及合成、其聚合物及用于金屬表面防腐。利用胺類緩蝕劑在酸性條件下質(zhì)子化后水溶性增強，苯胺在金屬表面吸附力強和烷基鏈疏水性強的特點，合成了N-烷基氨甲基苯胺，通過N-烷基氨甲基苯胺的溶液聚合，得到了一系列新型的性能優(yōu)越的緩蝕劑，將N-烷基氨甲基苯胺在金屬表面進行原位聚合，在金屬材料表面形成致密的聚合物涂層，從而保護金屬材料表面不發(fā)生腐蝕。本發(fā)明以環(huán)境友好型分子設(shè)計為理念，其原理可靠，操作簡便，產(chǎn)率較高，綠色環(huán)保，解決了其他聚合物緩蝕劑溶解性差、黏附力較弱的問題，并且在酸性條件下使苯胺類衍生物的聚合過程和金屬材料防腐在同一時間發(fā)生，實現(xiàn)了在金屬表面有效防腐的目的。
【IPC分類】C08G73-02, C07C211-49, C09D179-02, C23C26-00, C09D5-08, C07C209-62
【公開號】CN104649913
【申請?zhí)枴緾N201410669815
【發(fā)明人】蔣曉慧, 郭婷婷, 張瑜瑜, 蒲強
【申請人】西華師范大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月19日