苯甲醛类三唑硫酮席夫碱的合成及缓蚀性能研究

符海东，吕 萍，李海平，宋琛琛，王敬康，马玉婧

(辽宁科技学院 生物医药与化学工程学院，辽宁 本溪 117004)

金属及其合金在生活中得到普遍应用，在军事、工业方面的作用更是显著，但由于金属及其合金活跃的性质，导致他们在大气、海水中很不稳定，容易被腐蚀，进而对经济造成损失。因此加入缓蚀剂可以有效地防止金属被腐蚀[1-2]。

缓蚀剂性能的优越决定了金属腐蚀速率的快慢，金属材料缓蚀创新研究表明，三唑硫酮席夫碱对金属的抗腐蚀性有着重要的影响，效果显著。它其中的亚胺基配位性能优越，具有吸附性，可通过物理或化学吸附，在金属表面生成一种吸附膜，进而使得金属材料与外界隔离，从而保护金属免受腐蚀[3-6]。

通过研究不同条件下碳钢片的失重情况，测定苯甲醛类三唑硫酮席夫碱的腐蚀速率，结果表明，该席夫碱具有良好的缓蚀性能，它可以在碳钢表面产生一层吸附膜，防止碳钢片腐蚀。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：二硫化碳、水合肼、氢氧化钠、碳酸氢钠、无水甲醇、无水乙醇、冰醋酸、对甲氧基苯甲醛、苯甲醛、对硝基苯甲醛、聚乙二醇400。

仪器：三颈瓶、容量瓶、分液漏斗、A3碳钢片、电子分析天平(千分之一)、恒温干燥箱、磁力搅拌器、循环水式真空泵、旋转蒸发器。

1.2 三唑硫酮席夫碱的合成

该席夫碱的合成方法：三颈瓶中加无水乙醇以及80%的水合肼搅拌，置于冰水浴中，加入二硫化碳，产生大量黄色固体，加入NaOH固体，升温到80 ℃，反应加热回流8 h，重结晶得到二胺基硫脲1；将二胺基硫脲、冰醋酸放入三口瓶，设置130 ℃，加热至回流4 h，重结晶、干燥得到三唑硫铜2；三唑硫酮与苯甲醛按1∶1混合溶于冰醋酸中，温度130 ℃，加热至回流4 h，静置室温，减压蒸馏蒸出乙酸，无水乙醇重结晶得到产物3-5，合成路线如图1。

图1 合成路线图

1.3 席夫碱缓蚀性能的研究

1.3.1 失重法

失重法是一种最基本又最原始的分析方法，虽然只能提供有限的信息，但仍然是一种最常用最可靠的方法，适用于金属表面金属腐蚀物可以擦拭且不会破坏金属表面的情况，操作简便实用，适用于实验室的研究。

1.3.2 席夫碱缓蚀剂腐蚀速率的测定

通过控制其他变量，采用失重法，研究缓蚀剂剂量的不同对于碳钢在3%盐酸溶液中腐蚀4 h的腐蚀速率的变化情况，计算出碳钢的腐蚀速率，绘制曲线，依次改变盐酸百分含量、温度、时间等，计算出碳钢的腐蚀速率，并绘成曲线。

式中：V为腐蚀速率，g/(h·m2) ；S为碳钢片面积0.002 8 m2；t为时间；ΔW为试片的腐蚀损失重量。

A3碳钢片的处理：(1)无水乙醇擦拭干净表面污垢；(2)丙酮擦拭表面油污 ；(3)放入烘箱中烘干；(4)将处理好的碳钢准确称重。

碳钢试片浸渍：配制3%的盐酸溶液，加入一定量的席夫碱化合物，把处理好的碳钢片浸入4 h，擦净表面金属腐蚀剂，吹干称重。通过试片的腐蚀损失重量计算席夫碱的腐蚀速率。

2 结果与讨论

2.1 席夫碱质量分数对3%HCl溶液中碳钢的腐蚀速率的影响

其他条件不变，在室温条件下，向3%盐酸溶液中，分别加入质量分数为0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%的席夫碱，将碳钢试片放入其中，浸入4 h之后取出并计算碳钢试片的失重量，进而计算出腐蚀速率如表1所示。

表1 常温(20 ℃)席夫碱质量分数变化对3%HCl溶液中碳钢的腐蚀速率的影响

由图2可看出随着席夫碱质量分数的逐渐增加，三种席夫碱中的碳钢片的腐蚀速率逐步降低。对硝基苯甲醛三唑硫酮席夫碱质量分数为0.2%时腐蚀速率最低；对甲氧基苯甲醛三唑硫酮席夫碱质量分数在0.15%时腐蚀速率最低；苯甲醛三唑硫酮席夫碱质量分数为0.15%时腐蚀速率最低。随着席夫碱剂量不断增大时三组碳钢片腐蚀速率也相应增大，后趋于平稳。数据表明当席夫碱在碳钢片上吸附饱和时，金属的腐蚀失重量最小，此时该席夫碱的质量分数为最适宜的质量分数。

图2 席夫碱质量分数变化对3%HCl溶液中碳钢的腐蚀速率的影响

2.2 温度对席夫碱质量分数为0.15%的3%盐酸溶液中碳钢的腐蚀速率的影响

在盐酸质量分数为3%，席夫碱质量分数为0.15%，浸泡4 h，分别计算温度为20 ℃、30 ℃、40 ℃、50 ℃、60 ℃时碳钢片的失重量，再计算出腐蚀速率如表2所示，由表2的数据绘制出碳钢片腐蚀速率和温度的关系曲线，如图3所示。

表2 温度对席夫碱质量分数为0.15%的3%盐酸溶液中碳钢的腐蚀速率的影响

图3 温度对在3%盐酸中的碳钢片的腐蚀影响

如图3表2可知，在席夫碱的质量分数、盐酸的质量分数、时间一定的条件下，随着温度的增加，碳钢片的腐蚀速率随之增加。因此表明，随着温度的增高，席夫碱在金属表面的吸附能力下降，导致碳钢腐蚀速率增大，因此席夫碱的缓蚀率相应的降低。

2.3 盐酸酸度对席夫碱质量分数为0.15%的碳钢的腐蚀速率的影响

在室温(20 ℃)，席夫碱质量分数为0.15%的情况下，研究碳钢片在盐酸质量分数不同浓度下的失重量，酸度设为1%、2%、3%、4%、5%、6%，浸入时间为4 h，计算腐蚀速率。

表3图4所示，缓蚀剂质量分数和时间一定时，随着溶液酸度的增大，碳钢片的失重量也逐渐增加。当盐酸质量分数达6%时，对硝基苯甲醛席夫碱腐蚀速率为2.411 g/(h·m2)；对甲氧基苯甲醛席夫碱腐蚀速率为1.875 g/(h·m2)；苯甲醛席夫碱缓蚀率为2.142 g/(h·m2)。盐酸浓度对席夫碱的缓蚀性能有影响，但仍具有一定的缓蚀性能。

表3 常温下(20 ℃)盐酸酸度对质量分数为0.15%席夫碱的碳钢片的腐蚀速率影响

图4 盐酸酸度对质量分数为0.15%的席夫碱的碳钢片的腐蚀速率影响

2.4 时间对在3%盐酸中席夫碱质量分数为0.15%的碳钢片的腐蚀速率影响

在室温下，席夫碱质量分数为0.15%，盐酸浓度为3%，在不同的反应时间下计算碳钢片的失重量，并计算腐蚀速率如表4所示。由表4绘制腐蚀速率与时间的关系曲线如图5所示。

表4 常温(20℃)时间对在3%盐酸中质量分数为0.15%的碳钢片的腐蚀速率影响

图5 时间对在3%盐酸中质量分数为0.15%的碳钢片的腐蚀速率影响

由表4和图5所示，席夫碱的质量分数，盐酸的质量分数，在腐蚀温度一定的条件下，碳钢片的腐蚀速率随时间的延长而下降，并趋于平稳。由此可见，这三种苯甲醛类三唑席夫碱具有良好的抗腐蚀性能。这也说明席夫碱在碳钢表面形成一层致密的保护膜，导致碳钢片的腐蚀速率降低。

3 结论

苯甲醛类三唑硫酮席夫碱可以与金属形成配合物，在金属表面形成一层膜，吸附在金属的表面，抵制金属的腐蚀，从而提高金属的使用寿命。在一定的情况下，缓蚀剂的质量分数越大，盐酸酸度越小，腐蚀温度越低，腐蚀时间越长，碳钢片腐蚀速率越慢，席夫碱的缓蚀效果越好。