苯甲醛類三唑硫酮席夫堿的合成及緩蝕性能研究

符海東，呂 萍，李海平，宋琛琛，王敬康，馬玉婧

(遼寧科技學院 生物醫(yī)藥與化學工程學院，遼寧 本溪 117004)

金屬及其合金在生活中得到普遍應用，在軍事、工業(yè)方面的作用更是顯著，但由于金屬及其合金活躍的性質(zhì)，導致他們在大氣、海水中很不穩(wěn)定，容易被腐蝕，進而對經(jīng)濟造成損失。因此加入緩蝕劑可以有效地防止金屬被腐蝕[1-2]。

緩蝕劑性能的優(yōu)越?jīng)Q定了金屬腐蝕速率的快慢，金屬材料緩蝕創(chuàng)新研究表明，三唑硫酮席夫堿對金屬的抗腐蝕性有著重要的影響，效果顯著。它其中的亞胺基配位性能優(yōu)越，具有吸附性，可通過物理或化學吸附，在金屬表面生成一種吸附膜，進而使得金屬材料與外界隔離，從而保護金屬免受腐蝕[3-6]。

通過研究不同條件下碳鋼片的失重情況，測定苯甲醛類三唑硫酮席夫堿的腐蝕速率，結(jié)果表明，該席夫堿具有良好的緩蝕性能，它可以在碳鋼表面產(chǎn)生一層吸附膜，防止碳鋼片腐蝕。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：二硫化碳、水合肼、氫氧化鈉、碳酸氫鈉、無水甲醇、無水乙醇、冰醋酸、對甲氧基苯甲醛、苯甲醛、對硝基苯甲醛、聚乙二醇400。

儀器：三頸瓶、容量瓶、分液漏斗、A3碳鋼片、電子分析天平(千分之一)、恒溫干燥箱、磁力攪拌器、循環(huán)水式真空泵、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器。

1.2 三唑硫酮席夫堿的合成

該席夫堿的合成方法：三頸瓶中加無水乙醇以及80%的水合肼攪拌，置于冰水浴中，加入二硫化碳，產(chǎn)生大量黃色固體，加入NaOH固體，升溫到80 ℃，反應加熱回流8 h，重結(jié)晶得到二胺基硫脲1；將二胺基硫脲、冰醋酸放入三口瓶，設置130 ℃，加熱至回流4 h，重結(jié)晶、干燥得到三唑硫銅2；三唑硫酮與苯甲醛按1∶1混合溶于冰醋酸中，溫度130 ℃，加熱至回流4 h，靜置室溫，減壓蒸餾蒸出乙酸，無水乙醇重結(jié)晶得到產(chǎn)物3-5，合成路線如圖1。

圖1 合成路線圖

1.3 席夫堿緩蝕性能的研究

1.3.1 失重法

失重法是一種最基本又最原始的分析方法，雖然只能提供有限的信息，但仍然是一種最常用最可靠的方法，適用于金屬表面金屬腐蝕物可以擦拭且不會破壞金屬表面的情況，操作簡便實用，適用于實驗室的研究。

1.3.2 席夫堿緩蝕劑腐蝕速率的測定

通過控制其他變量，采用失重法，研究緩蝕劑劑量的不同對于碳鋼在3%鹽酸溶液中腐蝕4 h的腐蝕速率的變化情況，計算出碳鋼的腐蝕速率，繪制曲線，依次改變鹽酸百分含量、溫度、時間等，計算出碳鋼的腐蝕速率，并繪成曲線。

式中：V為腐蝕速率，g/(h·m2) ；S為碳鋼片面積0.002 8 m2；t為時間；ΔW為試片的腐蝕損失重量。

A3碳鋼片的處理：(1)無水乙醇擦拭干凈表面污垢；(2)丙酮擦拭表面油污 ；(3)放入烘箱中烘干；(4)將處理好的碳鋼準確稱重。

碳鋼試片浸漬：配制3%的鹽酸溶液，加入一定量的席夫堿化合物，把處理好的碳鋼片浸入4 h，擦凈表面金屬腐蝕劑，吹干稱重。通過試片的腐蝕損失重量計算席夫堿的腐蝕速率。

2 結(jié)果與討論

2.1 席夫堿質(zhì)量分數(shù)對3%HCl溶液中碳鋼的腐蝕速率的影響

其他條件不變，在室溫條件下，向3%鹽酸溶液中，分別加入質(zhì)量分數(shù)為0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%的席夫堿，將碳鋼試片放入其中，浸入4 h之后取出并計算碳鋼試片的失重量，進而計算出腐蝕速率如表1所示。

表1 常溫(20 ℃)席夫堿質(zhì)量分數(shù)變化對3%HCl溶液中碳鋼的腐蝕速率的影響

由圖2可看出隨著席夫堿質(zhì)量分數(shù)的逐漸增加，三種席夫堿中的碳鋼片的腐蝕速率逐步降低。對硝基苯甲醛三唑硫酮席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.2%時腐蝕速率最低；對甲氧基苯甲醛三唑硫酮席夫堿質(zhì)量分數(shù)在0.15%時腐蝕速率最低；苯甲醛三唑硫酮席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%時腐蝕速率最低。隨著席夫堿劑量不斷增大時三組碳鋼片腐蝕速率也相應增大，后趨于平穩(wěn)。數(shù)據(jù)表明當席夫堿在碳鋼片上吸附飽和時，金屬的腐蝕失重量最小，此時該席夫堿的質(zhì)量分數(shù)為最適宜的質(zhì)量分數(shù)。

圖2 席夫堿質(zhì)量分數(shù)變化對3%HCl溶液中碳鋼的腐蝕速率的影響

2.2 溫度對席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%的3%鹽酸溶液中碳鋼的腐蝕速率的影響

在鹽酸質(zhì)量分數(shù)為3%，席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%，浸泡4 h，分別計算溫度為20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃時碳鋼片的失重量，再計算出腐蝕速率如表2所示，由表2的數(shù)據(jù)繪制出碳鋼片腐蝕速率和溫度的關(guān)系曲線，如圖3所示。

表2 溫度對席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%的3%鹽酸溶液中碳鋼的腐蝕速率的影響

圖3 溫度對在3%鹽酸中的碳鋼片的腐蝕影響

如圖3表2可知，在席夫堿的質(zhì)量分數(shù)、鹽酸的質(zhì)量分數(shù)、時間一定的條件下，隨著溫度的增加，碳鋼片的腐蝕速率隨之增加。因此表明，隨著溫度的增高，席夫堿在金屬表面的吸附能力下降，導致碳鋼腐蝕速率增大，因此席夫堿的緩蝕率相應的降低。

2.3 鹽酸酸度對席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%的碳鋼的腐蝕速率的影響

在室溫(20 ℃)，席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%的情況下，研究碳鋼片在鹽酸質(zhì)量分數(shù)不同濃度下的失重量，酸度設為1%、2%、3%、4%、5%、6%，浸入時間為4 h，計算腐蝕速率。

表3圖4所示，緩蝕劑質(zhì)量分數(shù)和時間一定時，隨著溶液酸度的增大，碳鋼片的失重量也逐漸增加。當鹽酸質(zhì)量分數(shù)達6%時，對硝基苯甲醛席夫堿腐蝕速率為2.411 g/(h·m2)；對甲氧基苯甲醛席夫堿腐蝕速率為1.875 g/(h·m2)；苯甲醛席夫堿緩蝕率為2.142 g/(h·m2)。鹽酸濃度對席夫堿的緩蝕性能有影響，但仍具有一定的緩蝕性能。

表3 常溫下(20 ℃)鹽酸酸度對質(zhì)量分數(shù)為0.15%席夫堿的碳鋼片的腐蝕速率影響

圖4 鹽酸酸度對質(zhì)量分數(shù)為0.15%的席夫堿的碳鋼片的腐蝕速率影響

2.4 時間對在3%鹽酸中席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%的碳鋼片的腐蝕速率影響

在室溫下，席夫堿質(zhì)量分數(shù)為0.15%，鹽酸濃度為3%，在不同的反應時間下計算碳鋼片的失重量，并計算腐蝕速率如表4所示。由表4繪制腐蝕速率與時間的關(guān)系曲線如圖5所示。

表4 常溫(20℃)時間對在3%鹽酸中質(zhì)量分數(shù)為0.15%的碳鋼片的腐蝕速率影響

圖5 時間對在3%鹽酸中質(zhì)量分數(shù)為0.15%的碳鋼片的腐蝕速率影響

由表4和圖5所示，席夫堿的質(zhì)量分數(shù)，鹽酸的質(zhì)量分數(shù)，在腐蝕溫度一定的條件下，碳鋼片的腐蝕速率隨時間的延長而下降，并趨于平穩(wěn)。由此可見，這三種苯甲醛類三唑席夫堿具有良好的抗腐蝕性能。這也說明席夫堿在碳鋼表面形成一層致密的保護膜，導致碳鋼片的腐蝕速率降低。

3 結(jié)論

苯甲醛類三唑硫酮席夫堿可以與金屬形成配合物，在金屬表面形成一層膜，吸附在金屬的表面，抵制金屬的腐蝕，從而提高金屬的使用壽命。在一定的情況下，緩蝕劑的質(zhì)量分數(shù)越大，鹽酸酸度越小，腐蝕溫度越低，腐蝕時間越長，碳鋼片腐蝕速率越慢，席夫堿的緩蝕效果越好。