一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯，以硼原子为中心原子，具有硼-氧骨架，与硼酸盐晶须间产生物理吸附的含氮六元环硼酸酯，化学通式为：(C3H7O)xB(O-COR’)m(OCOR2)n(OAB)y，其中x=0～3；y=0～1；m=0～2；n=0～2；本发明专利技术还公开了高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方法，第一步将含氮化合物、水扬醛加入助溶剂无水乙醇反应生成亚胺，然后再加入长链脂肪醇、硼酸、催化剂进一步反应生成含氮六元环硼酸酯；采用本发明专利技术的技术方案，含氮六元环硼酸酯可以在高分子复合材料加工过程中直接添加，能使无机填料分散均匀，促进塑化，降低体系黏度，改善加工流动性，提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料领域，更具体地说，本专利技术涉及一种塑料、橡胶等复合材料改质用增强剂的高分子复合材料改质增强剂硼酸酯及其制备方法。
技术介绍
高分子复合材料增强剂硼酸酯是在20世纪80年代才发展起来的新型助剂，是一类有效的塑料、橡胶等复合材料改质用增强剂，主要用于塑料、橡胶，无机填料、玻璃纤维、磁性材料等的表面处理和改性，能改善填料在高分子复合材料中的分散性，降低体系粘度，增加填料用量，改善塑化及加工流动性，防止粘辊，同时提高制品的拉伸强度，增加韧性，改善表面性能，是一种性能优良的高分子复合材料改质增强剂；硼酸酯的合成主要有以下方法：（1）硼酸与醇(或酚)直接反应，其反应为：3ROH+H3BO3→B(OR)3+3H2O；（2）氧化硼与醇(或酚)直接反应，其反应为：B2O3+6ROH→2B(OR)3+3H2O；（3）酯交换反应，其反应为：B(OR)3+3R′OH→B(OR′)3+3ROH；在以上反应中硼酸直接酯化制备硼酸酯的反应比较常用，氧化硼与醇(或酚)直接反应，在实验室中常常用到，但难以在大规模生产中应用，上述反应制得的硼酸酯是不含氮的，反应收益率低，难以满足大规模的生产，同时使用时不能直接在高分子复合材料加工过程中直接添加。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种直接在高分子复合材料加工过程中直接添加的高分子复合材料改质增强剂硼酸酯。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种应用于生产的高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：所提供的一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯，以硼原子为中心原子，具有硼-氧骨架，与硼酸盐晶须间产生物理吸附的含氮六元环硼酸酯，化学通式为：(C3H7O)xB(O-COR’)m(OCOR2)n(OAB)y，其中x=0～3；y=0～1；m=0～2；n=0～2。优选的，由下述组分水扬醛、含氮化合物反应生成的亚胺,再加入硼酸和长链脂肪醇反应制得含氮六元环硼酸酯。一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方法，分二步反应，第一步将含氮化合物、水扬醛加入助溶剂无水乙醇反应生成亚胺，然后再加入长链脂肪醇、硼酸、催化剂进一步反应生成含氮六元环硼酸酯，步骤如下：1）将水扬醛、含氮化合物和助溶剂无水乙醇按比例加入反应釜中；2）升温至80～110℃进行搅拌；3）水扬醛和含氮化合物反应生成的水形成的共沸物逐渐蒸出，通过分水回流装置分出生成的水，并回收乙醇；4）反应2h后，生成亚胺，保温待用；5）在反应釜中加入硼酸、十八碳醇、和助溶剂无水乙醇；6）控制温度40～50℃,待溶解后,再加入水扬醛和含氮化合物反应生成的生成亚胺和催化剂；升温至130℃，控制真空度减压回流，搅拌反应4h；7）然后过滤得到粗产品,重结晶，即可得到含氮六元环硼酸酯。优选的，长链脂肪醇为十八醇。优选的，水扬醛、含氮化合物和无水乙醇的比例为1:2:1.2～1.6。优选的，十八碳醇与硼酸摩尔比为1:1。优选的，催化剂为钛酸四丁酯或铝酸酯。优选的，含氮化合物可以是苯胺、乙醇胺、丁醇胺。优选的，减压回流的真空度为0.3～0.6KPa。现有技术的高分子复合改性增强剂硼酸酯容易水解生成硼酸和相应的醇，采用本专利技术提供的技术方案，含氮六元环高分子复合改性增强剂硼酸酯以硼原子为中心原子，是sp2杂化，拥有一个容易被带有未共用电子对的亲核试剂进攻的空P轨道，硼酸酯的水解稳定性与分子内部结构有关，若在硼酸酯的结构中引入具有未共用电子对的氮原子、氧原子等，硼原子可以通过自身的空轨道与之形成分子内的配位键，这样就可以大大减慢硼酸酯的水解速度。实验证明，抑制高分子复合改性增强剂硼酸酯的水解,提高硼酸酯水解稳定性的方法是在硼酸酯的分子结构中引入氮原子，使氮原子上的孤对电子与硼原子配位形成N→B配位键，从而提高硼酸酯的水解稳定性及极压抗磨性。在较温和的摩擦磨损条件下，含氮硼酸酯以物理吸附和化学吸附的形式存在于摩擦表面，并发挥抗磨作用；而在较苛刻的摩擦磨损条件下，硼酸酯吸附膜破裂、降解，并经过一系列摩擦化学反应生成氮化硼，从而起到抗磨保护作用。摩擦表面上氮化硼的生成、可能涉及到含氮硼酸酯中具有缺电子空轨道的硼和具有孤对电子的氮的再结合：摩擦过程产生外逸电子，在外逸电子的作用下，硼酸酯分子降解，然后，具有孤对电子的氮碎片与具有缺电子空轨道的硼碎片配位，并结合生成氮化硼化合物；含氮六元环高分子复合改性增强剂硼酸酯具有减摩、偶联、分散、润滑、增塑等多种功能。在塑料挤出机应用中，具有延长设备使用寿命的作用。高分子复合改性增强剂硼酸酯可以在高分子复合材料加工过程中直接添加，不但能使无机填料分散均匀，提高了填料用量，而且能促进塑化，使体系黏度降低，改善了加工流动性，从而大幅度提高生产效率。本专利技术的硼酸酯由组分水扬醛、含氮化合物反应生成的亚胺加入硼酸和长链脂肪醇进行酯化反应制得，以无水乙醇为助溶剂，克服了现有技术使用甲苯做为助溶剂对水资源的污染；无水乙醇反复回收利用，降低了使用成本；采用水扬醛、含氮化合物反应生成的亚胺加入硼酸和长链脂肪醇进行酯化反应制得的含氮六元环硼酸酯，收益率高于传统不含氮六元环的硼酸酯，本专利技术的使用的原料组分提高了合成率。本专利技术的高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方法，分二步反应，第一步将含氮化合物、水扬醛加入助溶剂无水乙醇反应生成亚胺，然后再加入长链脂肪醇、硼酸、催化剂进一步反应生成含氮六元环硼酸酯，提高收率，加快反应速度，缩短了反应时间。以下将结合附图和实施例，对本专利技术进行较为详细的说明。附图说明下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：图1为本专利技术一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方法的流程图。具体实施方式下面对照附图，通过对实施例的描述，对本专利技术的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本专利技术的专利技术构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。本专利技术一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯，以硼原子为中心原子，具有硼-氧骨架，与硼酸盐晶须间产生物理吸附的含氮六元环硼酸酯，化学通式为：(C3H7O)xB(O-COR’)m(OCOR2)n(OAB)y，其中x=0～3；y=0～1；m=0～2；n=0～2。由下述组分水扬醛、含氮化合物反应生成的亚胺加入硼酸和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯，其特征在于：以硼原子为中心原子，具有硼?氧骨架，与硼酸盐晶须间产生物理吸附的含氮六元环硼酸酯，化学通式为：(C3H7O)xB(O?COR’)m(OCOR2)n(OAB)y，其中x=0～3；y=0～1；m=0～2；n=0～2。

【技术特征摘要】
1.一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯，其特征在于：以硼原子为中心
原子，具有硼-氧骨架，与硼酸盐晶须间产生物理吸附的含氮六元环硼酸酯，化
学通式为：(C3H7O)xB(O-COR’)m(OCOR2)n(OAB)y，其中x=0～3；y=0～1；
m=0～2；n=0～2。
2.一种权利要求1所述的高分子复合材料改质增强剂硼酸酯，其特征在于：
由下述组分水扬醛、含氮化合物反应生成亚胺,再加入硼酸和长链脂肪醇进行酯
化反应制得含氮六元环硼酸酯。
3.一种权利要求1～2所述的高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方法，
其特征在于：分二步反应，第一步将含氮化合物、水扬醛加入助溶剂无水乙醇
反应生成亚胺，然后再加入长链脂肪醇、硼酸、催化剂进一步反应生成含氮六
元环硼酸酯。
4.按照权利要求3所述的一种高分子复合材料改质增强剂硼酸酯的制备方
法，其特征在于：步骤如下：
1）将水扬醛、含氮化合物和助溶剂无水乙醇按比例加入反应釜中；
2）升温至80～110℃进行搅拌；
3）水扬醛和含氮化合物反应生成的水形成的共沸物逐渐蒸出，通过分水回
流装置分出生成的水，并回收乙醇；
4）反应2h后，生成亚胺保温；
5）在反应釜中...

【专利技术属性】
技术研发人员：高士敏，高云芝，
申请(专利权)人：淮南市博豪塑料制品有限公司，
类型：发明
国别省市：