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加注缓蚀剂作为一种应对常减压蒸馏装置高温环烷酸腐蚀问题的有效手段,一直是备受国内外瞩目的研究课题,新型高效缓蚀剂的研发是解决该问题的关键。为确定组分复杂的硫代磷酸酯混合产物的有效成分,本论文分别对中性硫代磷酸酯和酸性硫代磷酸酯的合成、提纯方法及缓蚀性能进行了研究。
用物料配比1:1.1(mol比)的相应的亚磷酸酯和硫在甲苯溶剂中回流反应后减压蒸馏得到(CH3O)3PS和(C4H9O)3PS,产率约80%;用物料配比7.3:1(mol比)的丁硫醇和五硫化二磷回流反应2.5 h,蒸馏得到产率为71.7%的(C4H98)3PS。
鉴于酸性硫代磷酸酯难以蒸馏提纯,对其分析方法进行了系统研究,找出了广泛适用于酸性硫代磷酸酯中双酯和单酯含量标定的电位滴定法,以及适用于水溶性酸性硫代磷酸酯中双酯含量分析的萃取一碘量法。改进了电位滴定的方式,测定出酸性产物中以约占80%的双酯为主,另外,含有少量的单酯和其它酸性物质。酸性硫代磷酸酯的适宜合成条件均是在醇和五硫化二磷按物料配比4:1(mol比)、无溶剂条件下反应,其中,在乙醇回流温度下,反应5 h制备的O,O-二乙基二硫代磷酸酯的产率达77.4%;在丁醇回流温度下,反应4 h制备的O,O-二丁基二硫代磷酸酯的产率达65.8%:在140℃下,反应3 h制备的O,O-二辛基二硫代磷酸酯的产率达72.3%。温度超过160℃,大量单酯和双酯将变质为中性物质;物料配比3:1或2:1时难以完全反应。
将硫代磷酸双酯转化为铵盐以便于重结晶提纯。在各种分析方法中,甲醛法可广泛适用于各种硫代磷酸双酯铵盐的纯度分析。O,O-二辛基二硫代磷酸酯铵盐需用.50%乙醇作溶剂测定。烃基链的结构对铵盐提纯的步骤、萃取剂和重结晶溶剂的选择都有很大影响,O,O-二乙基二硫代磷酸酯铵盐可用氯仿萃取除去油溶性的中性杂质,用乙酸乙酯重结晶;O,O-二丁基二硫代磷酸酯铵盐需用甲苯或石油醚萃取中性杂质,石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂或甲苯重结晶3次提纯;O,O-二辛基二硫代磷酸酯铵盐无法重结晶,但可用无水乙醇将其与硫代磷酸单辛酯铵盐等杂质完全分离。
在酸值为10 mgKOH·g-1的白油环烷酸体系中,研究了磷系缓蚀剂的分子结构与缓蚀性能的关系。酸性硫代磷酸酯及其铵盐的缓蚀性能十分优异,加剂量1.52~3.04μmol·g-1时为缓蚀率即可达到100%,对系列硫代磷酸酯三乙胺盐的评价结果说明了其有效组分为硫代磷酸双酯,中和所用碱性物质的结构对缓蚀性能基本无影响,油溶性长烃基链的酸性酯缓蚀性能优于水溶性短烃基链的酸性酯,提纯出的(C8H17O)2PSSNH4加剂量1.52μmol·g-1时缓蚀率即能达到100%。
中性磷系三烃基酯类(磷酸酯、亚磷酸酯和一硫代磷酸酯)与酸性硫代磷酸酯的缓蚀规律类似,缓蚀性能均随浓度的提高而提高,最终在一定的最佳缓蚀效果处保持稳定,但前者的缓蚀性能明显较差,在加剂量0~4.56μmol·g-1时最高缓蚀率只能达到60%左右。磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三丁酯的缓蚀性能优于磷酸三苯酯,其中,磷酸三甲酯的缓蚀性能优于磷酸三乙酯和磷酸三丁酯;亚磷酸三烷基酯和亚磷酸三苯酯的缓蚀性能无明显区别;一硫代磷酸三烷基酯在低浓度时加剧腐蚀,高浓度时缓解腐蚀,一硫代磷酸三丁酯的缓蚀性能优于一硫代磷酸三甲酯。四硫代磷酸三丁酯严重的加剧腐蚀,加剂量高于2.28~4.56μmol·g-1时腐蚀速率是空白实验的2.5倍左右,达到4~4.2 mm·a-1。