一種聚乙烯基三氮唑化合物及其制備方法與流程

本發明屬于精細化工領域，涉及一種油田化學品，具體涉及一種聚乙烯基三氮唑化合物及其制備方法。

背景技術：
隨著石油鉆井工藝的發展和采油技術的進步，大量深井、超深井和極深井被投入開發，這使得石油采集難度加大。酸化是油田開采過程中常使用的一種增產措施之一，其原理是利用酸液對巖石膠結物或地層空隙裂縫內堵塞物進行溶解和溶蝕；但是把酸液注入地層和采集石油的過程中會對地面管道和井筒壁產生不同程度的腐蝕，有時甚至會導致設備管道破裂發生突發性事件，造成巨大經濟損失和環境污染。因此防止設備的腐蝕和對設備保護是油田開采過程中不可缺少的環節，而添加緩蝕劑是一種最簡便經濟有效的方法。有機緩蝕劑主要是由含有雜原子或不飽和鍵的化合物，其能與金屬原子空d軌道成鍵，從而吸附成膜；以改變H+的氧化還原電位或絡合溶液中的某些氧化劑，以降低其電極電位來達到緩蝕的目的；但是目前常用的緩蝕劑大多是小分子還合物，如咪唑啉、曼尼希堿類等，其在金屬表面的成膜性能差。

技術實現要素：
為克服現有技術中的問題，本發明的目的在于提供一種聚乙烯基三氮唑化合物及其制備方法，該方法制備的產品具有結構穩定、酸溶性強、抗溫抗酸堿性能好、緩蝕效果強等優點，并且路線短、易合成、產率高。為了實現上述目的，本發明是通過下述技術方案來實現：一種聚乙烯基三氮唑化合物，該化合物結構如下：其中，m＝20～50。一種聚乙烯基三氮唑化合物的制備方法，包括以下步驟：步驟1)：向反應器內加入丙烯酸羥乙酯的丙酮溶液，調節pH值為3～6，然后在0℃～50℃溫度下，向反應器中逐滴滴加環氧氯丙烷，滴畢升溫至70℃～100℃反應0.5h～2h，得到1-氯-2-羥基-丙基-丙烯酸乙酯醚；其中，丙烯酸羥乙酯的丙酮溶液中的丙烯酸羥乙酯與環氧氯丙烷物質的量比為1：(1～2)；步驟2)：將1-氯-2-羥基-丙基-丙烯酸乙酯醚的DMF溶液滴入裝有1,2,4-三氮唑和無機堿的反應體系中，在60℃～90℃下恒溫反應7h～10h，減壓蒸餾除去DMF，再加入去離子水、引發劑、鏈轉移劑和螯合劑，在持續通N2下，引發聚合反應2～5h，然后冷卻至室溫，得到聚乙烯基三氮唑化合物；其中，1-氯-2-羥基-丙基-丙烯酸乙酯醚的DMF溶液的質量分數為35％～55％，1-氯-2-羥基-丙基-丙烯酸乙酯醚與1,2,4-三氮唑的物質的量比為1：(1～3)；1,2,4-三氮唑與無機堿的物質的量比為1：(0.5～1.5)，所加去離子水的體積是DMF體積的1～3倍；引發劑的質量為去離子水質量的0.1％～1.0％，鏈轉移劑的質量為去離子水質量的0.1％～2％，螯合劑的質量為去離子水質量的0.1％～0.2％。所述丙烯酸羥乙酯的丙酮溶液的質量分數為30％～50％。調節pH值采用鹽酸進行調節的。所述鹽酸的質量分數為15％～25％。滴加的時間為0.5h～2.5h。所述無機堿為碳酸氫鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀或碳酸鈉。所用引發劑為溴酸鉀、亞硫酸鉀、過硫酸鉀或過硫酸鈉。所用鏈轉移劑為異丙醇或甲酸鈉。所用螯合劑為乙二胺四乙酸、乙酰丙酮或焦磷酸鈉。與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明是通過環醚的開環反應、親核取代反應，聚合反應制得高分子聚乙烯基型緩蝕劑，該類緩蝕劑是以N和O原子為活性中心的緩蝕劑分子，其中雜原子上的孤對電子可以以配位鍵的形式與金屬離子絡合形成聚合物，且能與金屬原子結合，以吸附膜的形式覆蓋在設備表面起到緩蝕作用，尤其是1,2,4-三氮唑中含有大π鍵和N、O、C＝N雙鍵原子使其具有很好的緩蝕性，并且是耐堿性大大提高。本發明的聚乙烯基三氮唑化合物經測試表明，該緩蝕劑具有很好的緩釋效果；此類型緩蝕在酸性溶液中能形成大量氫鍵，而使聚合物帶正電，支鏈之間排斥易于鋪展，有助于吸附膜的形成，固酸溶性較強。此緩蝕劑的熱穩定性好，且能在80-90℃下，表現出良好的緩蝕性能，既能在金屬表面形成很好的有機保護膜。而一般的小分子緩蝕劑較聚合物的鋪展能力差，所以緩蝕效率較高分子緩蝕劑差。通過靜態掛片失重法實驗表明：在80℃下，質量分數為20％的鹽酸溶液中腐蝕24h，投加本發明所制備的緩蝕劑量為鹽酸溶液質量的0.9％，常壓條件下對N80鋼的緩蝕率達96.2％，可見具有較高的緩釋率，所以該化合物作為酸性介質的緩蝕劑具有良好的開發和應用價值。本發明聚乙烯基三氮唑化合物為一種富含電子的高分子聚合物，在酸性溶液中能夠形成大量氫鍵而帶正電，由于排斥作用使其的伸展性增強，能夠在金屬表面形成致密的吸附膜緩蝕性能大大提高。附圖說明圖1為本發明制備的聚乙烯基三氮唑化合物合成路線圖；圖2為實施例1的聚乙烯基三氮唑化合物的紅外光譜圖；圖3為實施例1的緩蝕劑在不同投加量下的極化曲線圖；圖4為不加緩蝕劑(實施例1制備的)條件下的N80鋼的形貌圖；圖5為加入質量分數為0.5％緩蝕劑(實施例1制備)條件下的N80鋼的形貌圖；圖6為加入質量分數為0.9％緩蝕劑(實施例1制備)條件下的N80鋼的形貌圖；圖7為加入質量分數為1.2％緩蝕劑(實施例1制備)條件下的N80鋼的形貌圖；圖8為聚合物緩蝕劑(實施例1制備)TGC圖。具體實施方式下面結合附圖對本發明進行詳細描述。本發明的聚乙烯基三氮唑化合物的分子結構式如下：m＝20～50；本發明實施例1-5中m值根據引發劑的量，均在20～50之間。參見圖1，本發明聚乙烯基三氮唑化合物的制備方法包括環醚開環反應、親核取代反應及聚合反應等，具體步驟如下：步驟1)：在裝有恒壓漏斗、攪拌器、回流冷凝管的三口燒瓶內，加入丙烯酸羥乙酯的丙酮溶液，充分攪拌，并用鹽酸調節pH值為3～6，然后在0℃～50℃溫度下，向燒瓶中緩慢滴加環氧氯丙烷且滴加時間為0.5h～2.5h，滴畢后升溫至70℃～100℃反應0.5h～2h；然后，將反應混合物冷卻至室溫，用水洗滌合并有...