[发明专利]改性硼酸酯界面活性剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种界面活性剂，尤其是一种作为界面活性剂用于高分子材料的改性硼酸酯及其制备方法。

背景技术

许多高分子材料如橡胶、塑料的加工过程中，涉及到多个表面能差异很大的材料体系，这样在混炼的过程中，各类材料的相容性不好，影响到分散性能，进而对材料的力学性能和产品的质量造成影响，通过使用界面活性剂，可以使炭黑、白炭黑或者其他的无机材料增加与高分子材料的相容性，使混炼过程简单、均匀，增加交联均匀度，进而提高产品质量。硼酸酯表面活性剂是一类特种表面活性剂，表面活性优异，具有众多常规碳氢表面活性剂无法替代的特性，如抗静电、抗磨润滑、阻燃等。人们对硼酸酯的合成及性能进行了相当多的研究。胡晓兰和梁国正(胡晓兰，梁国正；硼酸酯偶联剂的合成与表征[J]；功能高分子学报；2003年02期)通过分子结构设计，合成了一种氮-硼内配位结构的硼酸酯偶联剂，解决了硼酸酯水解稳定性差的问题，同时分子结构中含有氨基、丁氧基等活性基团。用傅立叶变换红外光谱对硼酸酯进行了结构表征，讨论了原料配比、合成工艺等对硼酸酯收率及反应速率的影响，并通过实验确定了配方及工艺。对硼酸酯的物理性能、溶解性、水解稳定性及时硼酸铝晶须的表面处理效果进行了表征。林卫娜(林卫娜；一种共聚高分子硼酸酯表面活性剂的合成与性能研究[D]；南京理工大学；2007年)合成了一种可聚合硼酸酯表面活性剂BES，并通过自由基共聚合反应合成了BES与丙烯酰胺的共聚物P(BES-AM)。翟羽佳等(翟羽佳；王海鹰；林卫娜；李斌栋；吕春绪；不同链长可聚合硼酸酯表面活性剂的合成及性能[J]；精细化工；2007年06期)以硼酸、N-羟甲基丙烯酰胺、烷基二乙醇胺等为主要原料，合成了链长为八烷基(octylborate ester，简称OBE)、十二烷基(lauryl borate ester，简称为LBE)和十六烷基(hexadecyl borate ester，简称为HBE)的可聚合硼酸酯表面活性剂，研究了反应溶剂、阻聚剂、反应温度等因素对收率的影响，由IR和1HNMR对产物进行了结构表征。得到的优选条件为溶剂苯50mL、阻聚剂吩噻嗪质量分数0.8％、反应温度60℃，LBE收率可达93.3％，OBE和HBE收率分别可达95.7％和89.6％；并考察了3种硼酸酯的表面张力和乳化性能，25℃时，OBE的CMC为5.2mmol/L，γCMC为31.8mN/m；LBE的CMC0.069mmol/L，γCMC为29.5mN/m；HBE的CMC为0.087mmol/L，γCMC为28.6mN/m。CN200810162126.3公开了一种硼酸酯的合成方法，它以酸性离子液体作为溶剂和催化剂，催化无机硼酸与醇的酯化反应，得到硼酸酯，其中，醇可选一元、二元脂肪族醇或一元环烷基醇，所制备的硼酸酯可为均三烷基硼酸酯或混和烷基及环烷基硼酸酯，所用的酸性离子液体采用咪唑类离子液体、吡啶类离子液体或季铵盐类离子液体。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种改性硼酸酯界面活性剂及其制备方法，使制得的改性硼酸酯可作为界面活性剂用于高分子材料，大幅提高无机材料在高分子材料中的分散度和交联的均匀度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是，一种改性硼酸酯界面活性剂，其分子结构式为：

式中：R₁为乙基、羟甲基或羟乙基中的一种；

R₂为C_12-18脂肪醇基、C_12-18脂肪酸基、PEG-400基、PEG-1000基或PEG-2000基中的一种；优选C_16-18脂肪醇基、C_16-18脂肪酸基或PEG-1000基中的一种；

R₃为C_12-18烷基伯胺、一乙醇胺、二乙醇胺或三乙醇胺中的一种。

该改性硼酸酯分子中的无机硼原子上含有两个极性官能团，可在50-70℃水中与无机材料(CaCO₃、Al(OH)₃、陶土或白炭黑等)进行接枝反应形成链状结构，同时其分子中还含有二个长分子链的功能官能团，可与高分子材料(塑料、橡胶、聚合物等)的分子交联，增加体系中各类极性和非极性材料的相容性，可增加各类极性材料在非极性材料中的分散度，并增强交联的均匀度。

上述的改性硼酸酯界面活性剂的制备方法，其包括下列内容：