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乙醇胺硼酸酯的合成及其防锈性能
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三乙醇胺硼酸酯的合成及其防锈性能
王亚杰,仲剑初,王洪志
(大连理工大学化工学院精细化工国家重点实验室,辽宁大连116024)
「摘要」以n(硼酸)/n(三乙醇胺)=1.0:1.2,温度140~145℃,时间4h为条件合成三乙醇胺硼酸酯。
用傅里叶变换红外光谱和元素分析对合成物进行表征,并且对其水解稳定性进行了测试,考察了其水溶液的防
锈性能。结果表明:以不同的含量加入水中,室温下将20钢、45钢和灰ロ铸铁浸入其中10d,0.5%三乙醇胺硼
酸酯溶液对20钢有良好的防锈效果,0.6%对45钢有较好的防锈效果,0.8%对灰口铸铁有良好的防銹效果;
2.5%的三乙醇胺硼酸酯水溶液对20钢、45钢、灰口铸铁具有良好的防锈性,可作为金属加工防锈剂使用。
〔关键词]硼酸酯;合成;水解;防锈性能
·
[中图分类号]TG174.42[文献标识码]A·[文章编号]1001-1560(2013)11-0029-03
0前言
中各元素的含量。
能的研究日益加深,但其抗水解性较差,容易导致有必水解稳定性:采用敞口观察法和饱和水蒸气法测
硼酸酯具有良好的防锈性能,国内外对其防锈性
胺值分析:采用高氯酸非水滴定法,试样用2:1
效成分流失,减弱其防锈性能。
本工作通过添加外配剂(乙醇胺)在硼酸酯分子冰醋酸一纯苯混合液溶解,加入甲基紫指示剂,用
0.1mlL/L高氯酸-冰醋酸标准溶液滴定,至颜色由紫
中形成N→B配位键制备三乙醇胺硼酸酯来增大硼
色变为纯蓝色为止2?。
酸酯的水解稳定性,同时确定了原料配比、反应温度
和反应时间等因素对反应的影响以及不考虑加入带
采用室温长期悬挂法和室温短期悬挂法,以20
钢、45钢和灰口铸铁试片来测试合成三乙醇胺硼酸
水剂的情况下最佳的反应条件。通过红外、元素分
析对产物进行表征,考察了三乙醇胺硼酸酯在水基切水溶液的防锈性能。
削液中对20钢、45钢和灰口铸铁的防锈性能。
2结果与讨论
1试验
2.1最佳反应条件
1.1三乙醇胺硼酸骺的合成
考察原料配比、反应温度和反应时间3因素对反
将带有转子、温度计和分水回流装置的三口玻璃应的影响习,确定三乙醇胺硼酸酯合成的最佳条件如
下(以0.4ml硼酸为反应基准,其理论出水量21.60
烧瓶放入恒温加热磁力搅拌器中,加入1mol三乙醇
胺,油浴加热至100℃左右保温0.5h,分批加入硼
原料配比n(硼酸):n(三乙醇胺)=1.0:1.2,
酸,使(硼酸):n(三乙醇胺)=1.0:1.2;打开冷凝温度145℃,时间4h;在此
水开关,升温至130~150℃,保温。3~5h后测定反
酯胺值为257.21 mgkoh/g,含明量为11.20%,反应
应出水量至20.75~20.82mL时终止反应。
出水量为20.79mL,最接近理论值。
1.2分析表征
2.2合成物特征
采用FI/IR-460型傅里叶变换红外光谱仪对合
2.2.1红外光谱
成的三乙醇胺硼酸进行红外分析,判断其主要官能
图1为三乙醇胺硼酸酯红外谱。其中3419.47
团。采用 Vario型元素分析测试仪分析合成产物
m'是O-H伸缩振动吸收峰,表明有一部分三乙醇
收稿日期]2013-06-26
胺没有参与反应;2852.79cm'是三乙醇胺中
〔通信作者]仲剑初,电话:0411-84986310,E-mail:
CH2-的C-H伸缩振动吸收峰,1469.12cm'是
chong@dlut.edu.cn
CH2-中C-H的弯曲振动吸收峰,137.00em
乙醇胺硼酸酯的合成及其防锈性能
是B(3)-0的不对称伸縮振动吸收峰,1083.30的锈蚀附着,3h后,灰口铸铁试片也有大面积的锈蚀
cm是硼酸酯C-0-B的特征吸收峰,894.94cm
现象出现。
是B(3)-0的对称伸缩振动吸收峰,产物中C-O-B
试片浸泡在不同浓度三乙醇胺硼酸酯溶液中10
键的形成说明三乙醇胺已经连接到硼原子上。由d后的生锈情況见图2。由图2可知:低浓度三乙醇
图1可知,三乙醇胺硼酸酯已经生成。
胺硼酸酯溶液中20钢表面锈斑面积相对较大,随着
100
三乙醇胺硼酸酯浓度的增加,试片表面锈斑面积逐渐
80
减小(局部锈斑),当三乙醇胺硼酸酯浓度为0.5%时,
1635.95
60
试样表面呈光滑状态,无锈蚀现象。
40
28527146891217321
1372.00
20
894.9
3419.47
m
40003000200010000
o/cm
图1三乙醇胺硼酸酯的红外光谱
2.2.2元素含量
合成物的成分见表1。表1显示:合成的产物中
(a)0
(1)0.1%
ミ磯和氮元素含量和理论含量有差别,其因在于理论产
物是由三乙醇胺和硼酸摩尔比为1:1合成,而本次
合成硼酸和三乙醇胺摩尔比为1.0:1
表1产物的构成元素
元素
e(理论)/%
(实测)/%
(d)0.3%
(e)0.49
(f)0.5
C
45.86
37.79
7.64
图220钢在不同含量三乙醇胺硼酸酯
8.91
6.69
溶液中的表面锈蚀形态
图3为45钢浸泡10d后的锈蚀情况。因45钢
2.3水解稳定性
中的碳含量高于20钢,所以其表面的锈蚀相对较多:
二cz
采用敞口观察法和饱和水蒸气法测定硼酸階的在低浓度下,表面出现大面积的局部锈斑,随着三乙
水解稳定性:敞口法为>240h,饱和水蒸气法为度酸酯浓度的增加测试试片表面的锈蚀面积逐
300h。散口观察法的溶剂是液体石蜡,在室温条渐减少;当浓度达到0.5%时,表面仅有少许锈斑,浓
件下,静置10d后,硼酸階仍旧不溶于液体石蜡,石度增加至0.6%时,表面光滑。
蜡油没有变浑浊,即没有白色固体三氧化二硼产生
饱和水蒸气法是将硼酸酯放置于饱和水蒸气的氛围
下,在12d后オ有明显的水吸收峰,试样出现浑浊。
合成的硼酸酯中含有N→B内配位键,极大地改善了
硼酸酯的水解稳定性。而普通硼酸酯在2种测试方
法下,2d后就出现水解现象。
(a)0
(b)O.1%
(e)0.2%
2.4防锈性能
2.4.1不同三乙醇胺硼酸酯浓度水溶液的防锈效果
三乙醇胺硼酸酯是一种水溶性防锈缓蚀剂,能很
好地应用于工业金属制件加工过程中,对金属制件起
到防锈的效果。将20钢、45钢和灰口铸铁试样浸入
0.1%~2.5%的三乙醇胺硼酸酯水溶液中,室温下放
(d)0.3
(e)0.4%
(1)0.5%
置5~10d后观察锈蚀情况。结果显示,在不加防锈
图345钢在不同含量三乙醇胺硼酸酯
剂的溶液中1h后,20钢、45钢试样表面就有大面科
溶液中的表面锈蚀形态