不对称烷基吡唑离子液体及其制备方法和作为金属缓蚀剂的应用技术

本发明专利技术公开了一种不对称烷基吡唑离子液体，其分子结构式如下所示：

Asymmetric alkylpyrazole ionic liquid and its preparation and application as metal corrosion inhibitor

【技术实现步骤摘要】
不对称烷基吡唑离子液体及其制备方法和作为金属缓蚀剂的应用
本专利技术属于离子液体
，具体涉及一种不对称烷基吡唑离子液体、制备方法以及其作为金属缓蚀剂，尤其是金属镁合金缓蚀剂的应用。
技术介绍
人类进入21世纪，可持续发展战略已成为世界各国的共识，当今社会可持续发展面临三大问题：人口膨胀，资源短缺，环境恶化。金属腐蚀是现代工业和生活中的重要破坏因素。据估计，金属腐蚀造成的直接经济损失约占国民生产总值的1%-5%，而添加缓蚀剂是一种适用性强的腐蚀控制方法，它的使用能有效抑制金属腐蚀，在保护资源、减少材料损失方面起着举足轻重的作用。缓蚀剂是一种化学添加剂，添加少量的缓蚀剂就可以有效抑制金属及其合金的腐蚀，同时金属及合金又能保持原来的物理机械性能。与其它防腐技术相比，缓蚀剂是保护金属及其合金免受腐蚀最实用的方法之一。缓蚀剂有一些明显的优点，例如不需要特殊设备、控制简单、价格低廉、操作简便。由于它具有良好的效果和较高的效益，现已被广泛应用于生产与生活中多领域的金属防腐。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种缓蚀性能良好、高效、经济的不对称烷基吡唑离子液体。本专利技术还提供了上述不对称烷基吡唑离子液体的简便制备方法以及其作为金属缓蚀剂，尤其是金属镁合金缓蚀剂的应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：不对称烷基吡唑离子液体（[BHPz]+[NTf2]-、[BOPz]+[NTf2]-、[BDePz]+[NTf2]-），其分子结构式如下所示，式中，n-C4H9表示正丁基：，式中m=6、8或10。本专利技术提供了一种上述不对称烷基吡唑离子液体的制备方法，其包括如下步骤：1）在溶剂DMSO存在条件下，将吡唑与1-溴-丁烷、KOH在80~90℃下反应24~36h，得到1-丁基吡唑；2）在溶剂乙腈存在条件下，将1-丁基吡唑与1-溴-己烷或1-溴-辛烷在85~95℃反应72~84h，得到1-丁基-2-己基吡唑溴盐或1-丁基-2-辛基吡唑溴盐；或者将1-丁基吡唑与1-溴-癸烷在85~95℃反应48~60h，得到1-丁基-2-癸基吡唑溴盐；3）在溶剂水存在条件下，将1-丁基-2-己基吡唑溴盐、1-丁基-2-辛基吡唑溴盐或1-丁基-2-癸基吡唑溴盐与双三氟甲烷磺酰亚胺锂在30~50℃下反应3~4h发生阴离子交换，即得到不对称烷基吡唑离子液体[BHPz]+[NTf2]-、[BOPz]+[NTf2]-、[BDePz]+[NTf2]-。具体的，步骤1）中，吡唑与1-溴-丁烷、KOH的摩尔比为1∶1~2∶1~2。进一步的，步骤2）中，1-丁基吡唑与1-溴-己烷、1-溴-辛烷或1-溴-癸烷的摩尔比为1∶1~2。进一步的，步骤3）中，1-丁基-2-己基吡唑溴盐、1-丁基-2-辛基吡唑溴盐或1-丁基-2-癸基吡唑溴盐与双三氟甲烷磺酰亚胺锂的摩尔比为1∶1~2。本专利技术还提供了上述不对称烷基吡唑离子液体作为金属缓蚀剂的应用，进一步优选，所述金属为镁合金。本专利技术三种不对称烷基吡唑离子液体在镁合金防腐蚀方面效果显著，具体如下：（1）电化学测试表明三种离子液体[BHPz]+[NTf2]-、[BOPz]+[NTf2]-、[BDePz]+[NTf2]-对镁合金都有很好的缓蚀效果，浓度为20ppm的[BDePz]+[NTf2]在0.05wt.%NaCl介质中对镁合金的缓蚀效果最好，缓蚀效率为90.0%。（2）AZ91DMg合金在0.05wt.%NaCl和用0.05wt.%NaCl配置的浓度为20ppm[BHPz]+[NTf2]-,[BOPz]+[NTf2]-,[BDePz]+[NTf2]-的溶液中浸泡7d，与空白样品对比。通过一些形貌表征手段可以看出三种离子液体对镁合金有很好的缓蚀效果且在20ppm[BDePz]+[NTf2]-溶液中浸泡的镁合金表面最光滑，缓蚀效果最好。（3）电化学测试表明三种离子液体在AZ91DMg合金表面形成的保护膜对镁合金都有很好的缓蚀效果，在乙醇溶剂中配置的浓度为20ppm的[BDePz]+[NTf2]在AZ91DMg合金表面形成的保护膜在0.05wt.%NaCl介质中对镁合金的缓蚀效果最好，缓蚀效率约91.6%。（4）在有机溶剂乙醇中分别配置浓度为20ppm的[BHPz]+[NTf2]-、[BOPz]+[NTf2]-、[BDePz]+[NTf2]-的溶液,将AZ91DMg合金样品分别放置在三种溶液中浸泡4d后，再在0.05wt.%NaCl介质中浸泡7d，与空白样品对比。通过一些形貌表征手段可以明显地看出缓蚀剂在镁合金表面形成致密的膜，对AZ91DMg起到了很好的防腐蚀作用，并且缓蚀效果可以保持很久，其中[BDePz]+[NTf2]-的缓蚀效果最好。本专利技术将三种不对称烷基吡唑阳离子与双三氟甲烷磺酰亚胺阴离子结合在一起，形成了相对分子质量分别为489、517、545的大分子，因此它被认为可以覆盖更多的金属表面，从而提高缓蚀剂在金属表面的吸附能力。该分子中含有N、P、O、S杂原子，由于N、P、O、S杂原子含有孤对电子，因此该分子易于与金属相互作用，在金属及合金表面和腐蚀介质之间形成保护屏障，从而降低金属的腐蚀速度。基于此，确定了它作为缓蚀剂来减缓镁合金的腐蚀速度的工艺。和现有技术相比，本专利技术的优点与积极效果：（1）本专利技术[BHPz]+[NTf2]-、[BOPz]+[NTf2]-、[BDePz]+[NTf2]-离子液体合成工艺简单、反应条件温和、后处理简单；（2）本专利技术[BHPz]+[NTf2]-、[BOPz]+[NTf2]-、[BDePz]+[NTf2]-离子液体含有N、P、O、S杂原子，易于与金属相互作用，在金属及合金表面和腐蚀介质之间形成保护膜；（3）三种离子液体缓蚀剂是相对分子质量分别为489、517、545的大分子，可以覆盖更多的金属表面，具有高效、经济等优点，提高了缓蚀剂分子在金属表面的吸附能力，尤其是在镁合金缓蚀应用方面具有非常好的前景。附图说明图1给出了AZ91DMg块在不同条件下的SEM图，其中，（a）为直接抛光后的AZ91DMg块的SEM图；（b）为将AZ91DMg块样品放置在0.05wt.%NaCl介质中7d后的SEM图；（c）为将AZ91DMg块样品放置在含0.05wt.%NaCl介质及20ppm[BHPz]+[NTf2]-的溶液中7d后的SEM图；（d）为将AZ91DMg块样品放置在含0.05wt.%NaCl介质及20ppm[BOPz]+[NTf2]-的溶液7d后的SEM图；（e）为将AZ91DMg块样品放置在含0.05wt.%NaCl介质及20ppm[BDePz]+[NTf2]-的溶液中7d后的SEM图；图2给出了AZ91DMg块在不同条件下的SEM图，其中，（a）为直接抛光后的AZ91DMg块；（b）为将AZ91DMg块样品放置在0.05wt.%NaCl介质中7d后，清洗腐蚀产物后的SEM图；（c）、（d）、（e）分别为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.不对称烷基吡唑离子液体，其分子结构式如下所示：/n

【技术特征摘要】
1.不对称烷基吡唑离子液体，其分子结构式如下所示：

，式中m=6、8或10。


2.权利要求1所述不对称烷基吡唑离子液体的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在溶剂DMSO存在条件下，将吡唑与1-溴-丁烷、KOH在80~90℃下反应24~36h，得到1-丁基吡唑；
2）在溶剂乙腈存在条件下，将1-丁基吡唑与1-溴-己烷或1-溴-辛烷在85~95℃反应72~84h，得到1-丁基-2-己基吡唑溴盐或1-丁基-2-辛基吡唑溴盐；或者将1-丁基吡唑与1-溴-癸烷在85~95℃反应48~60h，得到1-丁基-2-癸基吡唑溴盐；
3）在溶剂水存在条件下，将1-丁基-2-己基吡唑溴盐、1-丁基-2-辛基吡唑溴盐或1-丁基-2-癸基吡唑溴盐与双三氟甲烷磺酰亚胺锂在30~50℃下反应3~4h发生阴离子交换，即得到不对称烷基吡唑...

【专利技术属性】
技术研发人员：任铁钢，高兴，苏慧双，张敬来，王丽，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41