Page 207 - 《精细化工》2020年第5期
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第 5 期 张光华，等: 两种甲基丙烯酸二甲氨乙酯基季铵盐的合成及缓蚀性能 ·1057·
碳钢广泛应用于各种机械制造工业、近代的石 系中。使用冷凝回流装置，升温至 55 ℃搅拌反应
油化学工业、海洋开发等方面 [1-2] 。酸溶液（特别是 6 h。通过减压蒸馏除去丙酮，再使用乙醚多次洗涤、
盐酸）通常用于酸提取、酸清洗、酸除垢和油井酸 抽滤、烘干，得到白色颗粒状的目标产物 DMA-Ⅰ，
化，会导致钢铁的腐蚀 [3-4] ，造成严重的经济损失和 产率为 82.7%。采用同样的方法，可制得 DMA-Ⅱ，
潜在的设备安全问题。 产率为 81.5%，两种缓蚀剂的制备路线如下所示：
研究表明，使用缓蚀剂是防止金属腐蚀的有效
方法。许多含有杂原子（N、O、S、P 等）和不饱
和键的化合物被称为高效缓蚀剂 [5-7] 。甲基丙烯酸二
甲氨乙酯分子中有含氮元素的胺基，以及聚合性的
乙烯基不饱和键，可发生均聚、季铵化等化学反应，
[8]
且具有无毒、可降解等优良特性 ，是制备环保型
缓蚀剂的良好中间体。但对其的研究目前主要集中
1.3 失重测试
在塑料、纤维、石油添加剂、医药、水处理、造纸
失重实验采用规格为 50 mm×10 mm×2 mm 的
等领域的应用，少有作为缓蚀剂的报道。因此，可将
Q235 钢片，实验前将其表面分别用 100、200、400
此结构用作缓蚀剂寻求具有良好缓蚀性能的新型绿色
和 800 目的金相砂纸逐级磨光。再将 Q235 钢片逐
缓蚀剂结构。
次使用蒸馏水、无水乙醇、丙酮进行清洗，将钢片
目前，对于缓蚀剂缓蚀性能的提高，大多使用 表面的污垢、油渍完全清除。对清洗过后的钢片干
引入不饱和键的方法。基于本课题组之前的报道 [9-10] ，
燥并称重。失重实验在不含和含有不同浓度 DMA-
发现引入不饱和的双键结构或强疏水的苯环结构可
Ⅰ或 DMA-Ⅱ的 1 mol/L 的盐酸溶液中进行，温度范
以有效提高缓蚀剂的缓蚀性能。而苯环结构中的键
围为 30~60 ℃，测试时间为 4 h。通过下式计算并
并不同于普通的双键，属于大π键共轭结构，所以
记录其相应的腐蚀速率（V）和缓蚀率（η）。
可将这两种不饱和键对缓蚀剂性能的影响进行比较。
V=Δm/(St) （1）
基于以上问题，本文以甲基丙烯酸二甲氨乙酯
η/%=(V 0 –V)/V 0 ×100 （2）
为母体，以氯丙烯和氯化苄为桥连基，分别引入了
不饱和的双键和苯环结构，合成了两种缓蚀剂 DMA- 式中：V 0 为空白组的腐蚀速率，V 为添加缓蚀剂后
2
Ⅰ和 DMA-Ⅱ。通过失重实验、电化学、接触角、 各样品的腐蚀速率，mg/(cm ·h)；Δm 为失重实验前
2
AFM、量子化学计算等手段研究了它们在 Q235 钢 后样品的质量损失，mg；S 为样品表面积，cm ；t
表面上的缓蚀性能和吸附机理。 为失重时间，h。
1.4 电化学测试
1 实验部分 电化学测试采用标准的三电极电池系统进行，采
用饱和甘汞电极作为参比电极（SCE），铂电极为辅
1.1 试剂与仪器
2
助电极（CE），工作面积为 1 cm 的 Q235 钢片作为
甲基丙烯酸二甲氨乙酯、氯丙烯，阿拉丁试剂
工作电极（WE） [11-13] 。在 30 ℃下，于 1 mol/L HCl
（上海）有限公司；氯化苄，天津市福晨化学试剂
溶液中分别加入或不加 DMA-Ⅰ和 DMA-Ⅱ缓蚀剂，
厂；浓盐酸（质量分数 37%）、无水乙醇、丙酮、乙
进行电化学实验。在所有的电化学测试中，电极都
醚，国药集团化学试剂有限公司。以上试剂均为分
析纯。 要在电解液中浸泡 30 min 后达到稳定的开路电位
VERTEX-80 型 傅里叶变 换红外光 谱仪 、 （OCP）。稳定的开路电位表示电极不受电极质量或
ADVANCEⅢ400 MHz 型核磁共振波谱仪，德国 其他不利因素的影响。扫描速率为 1 mV/s，在稳态
Bruker 公司；PARSTATMC 型电化学工作站，美国 开路电位下，动态电位极化曲线测试在–650~–300 mV
Princeton 科技公司；光学接触角测量仪，德国 范围内进行。阻抗（EIS）测试在腐蚀电位下进行，
Kruss 公司；AFM 5100 原子力显微镜，美国 Agilent 通过叠加一个振幅为 10 mV 的正弦交流信号，可得
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公司。 到 1.0×10 ~1.0×10 Hz 的阻抗谱。
1.2 合成 1.5 接触角测试
以 DMA-Ⅰ为例。在三口烧瓶中加入 3.930 g 将处理好的钢片样品分别放入不含或含有
（25 mmol）甲基丙烯酸二甲氨乙酯和 15 mL 丙酮， DMA-Ⅰ和 DMA-Ⅱ的盐酸溶液中进行腐蚀，4 h 后取
振荡使其互溶；再将 1.913 g（25 mmol）氯丙烯溶 出钢片，迅速用吹风机吹干，将待测样品用密封袋
于 15 mL 丙酮，用滴液漏斗将其逐渐滴加于反应体 密封以隔绝空气。通过接触角测试考察 Q235 钢表
