含硼特种表面活性剂的制备研究
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水解稳定型硼酸酯表面活性剂的合成和表征刘卫兵;谢理国;吴波【摘要】酸和甘油在阳离子交换树脂做催化剂的条件下反应合成硼酸甘油酯,反应转化率可达97%.根据用KOH的乙醇溶液滴定得到的酸值,计算得出最佳产物的转化率能达到96.82%.然后将生成的硼甘酯用环氧乙烷(EO)改性得到含有4个以上碳链的EO硼酸甘油酯,其水解稳定时间增加到48h,说明其水解稳定性得到了改善.用红外谱图表征改性前后产物的结构进一步证明了最终产物就是含有C—O—C键的EO硼酸甘油酯.【期刊名称】《天津科技》【年(卷),期】2016(043)007【总页数】4页(P18-21)【关键词】水解稳定性;硼酸酯;甘油;改性;环氧乙烷(EO)【作者】刘卫兵;谢理国;吴波【作者单位】东方电气(天津)风电叶片工程有限公司天津300480;东方电气(天津)风电叶片工程有限公司天津300480;天津工业大学环境与化学工程学院天津300387【正文语种】中文【中图分类】TQ423硼是一种无毒、无公害,具有杀菌、防腐、抗磨和阻燃性能的非活性元素,含硼特种表面活性剂具有碳氢表面活性剂无法代替的优点。
[1-2]该类产品无毒、无腐蚀性,沸点高,具有阻燃性、抗菌性,可用作气体干燥剂,润滑油、压缩机工作介质的添加剂,还可用作各种物质的分散剂和乳化剂等。
有机硼化学已有一百多年的发展历史,尤其是最近几十年,有机硼化合物得到了迅速发展,大量有机硼酸酯类化合物被相继合成,并越来越广泛地应用到生产实践中。
[1-3]这类化合物包括阴离子非离子和两性表面活性剂,比如硼酸和甘油反应的中间产物:硼酸甘油单酯(MGB)和硼酸甘油双酯(DGB)。
这些中间体带有活性基团—OH,可与脂肪酸、脂肪酸酰氯、环氧乙烷、环氧氯丙烷等物质反应生成相应的表面活性剂。
[1]但通过实验证明,硼甘酯在水溶液或潮湿空气中极易水解,这种水解的不稳定性使其应用受到了很大限制。
硼酸酯易水解的本质是因为硼原子为sp2杂化,还存在一个空的p轨道,这个空轨道易于接受水等带有未共用电子对的亲核试剂的进攻而使硼酸酯水解生成相应的醇和硼酸。
硼砂珠制备的原理
硼砂珠是一种高效节能的催化剂,广泛应用于化工、制药、环保等领域。
其制备原理主要包括以下几个方面:
1. 基础材料制备:硼砂珠的基础材料主要包括硼砂和球墨铸铁。
首先需要将硼砂和球墨铸铁按一定比例混合均匀,然后进行球磨处理,使其成为球形颗粒,这是制备硼砂珠的前提条件。
2. 表面活性剂处理:将球磨好的硼砂珠进行表面活性剂处理,
一般采用聚醚、聚酸等表面活性剂进行处理。
这个步骤是为了增加硼砂珠的表面活性,提高催化效率。
3. 硬化处理:硬化处理是为了提高硼砂珠的耐磨性和耐腐蚀性。
一般采用高温烧结或者化学硬化的方式进行处理。
4. 化学活化:将硼砂珠进行化学活化,使其表面具有更多的活
性位点,以提高催化剂的催化效率。
一般采用酸碱浸泡、离子交换等方式进行化学活化处理。
以上是硼砂珠制备的主要原理,制备过程中需要严格控制各个环节的工艺参数,以确保硼砂珠的质量和催化效率。
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有机硼表面活性剂的合成及其应用探究有机硼表面活性剂不仅仅没有毒性、无腐蚀性能,而且有很强的杀菌、阻燃等性能,是一种典型的特种表面活性剂,除此之外,还具备沸点较高,不易挥发等特点,即使在较高温度下,仍有较强的稳定性,其使用范围相当的广,既能作为不少物质的乳化剂与分散剂,还能够在聚氯乙烯以后聚乙烯等众多高分子材料之中充当阻燃剂以及抗静电剂。
本论文讲述了几种以有机硼为表面活性剂,硼酸双甘油酯作为中间体的合成方法,对其结构以及表面活性进行了表征,并且探讨了其在塑料抗静电领域的应用性能。
标签:有机硼;表面活性剂;合成;应用;研究现阶段,随着化工行业的发展,有机硼表面活性剂的需求量越来越大,其种类和合成方法也有很多种。
有关有机硼表面活性剂的研究及应用,国内外的文献报道比较集中在实验室合成以及性能探讨阶段,目前只有极少的企业实现了工业化,很少有人涉及复配应用领域。
接下来选取硼酸双甘油酯作为中间体,有机硼作为表面活性剂,探究了基本性能与结构的关系,并且积累了不少的基础的应用数据,在此类科学有效数据的基础之上,着重对其复配应用进行了研究,并且将其使用在了抗静电领域等,获得了不小的进展。
1 有机硼表面活性剂的合成双多元醇酯呈现平面三角形,可选用硼酸进行合成,其间,未经杂化的空轨道非常容易接受分子内部游离羟基中的孤对电子,进而形成配位键,接着能够吸引硼原子价电子,呈现出正四面体构型,形成较为稳定的热力学杂化轨道,研究结果表明,硼酸多元醇酯分子内部的羟基结构并不是呈游离状态的,而是与硼原子间构成半极性的组合,此类中间体由于含有活性较强的羟基,可持续不断的与不同的官能团发生反应,产生不同类型的有机硼表面活性剂。
1.1 硼酸雙甘油酯的环氧乙烷加成物的合成在定量催化剂作用的条件下,硼酸双甘油酯能够与环氧乙烷发生加成反应,得到含有环氧乙烷的硼酸酯化合物,该中间体的亲水性可得到较大程度的提升。
1.2 硼酸双甘油酯的合成合成工艺:取甘油与硼酸与的摩尔比1:1,硼酸可以稍微过量,投加适量的催化剂,加热进行反应,2mol的硼酸与6mol的甘油发生脱水反应,形成2mol 的硼酸双甘油酯与6mol的水。
硼酸酯在水基切削液中的应用1 引言近年来,随着切削加工方式的不断改进,与之配套的切削液也不断更新换代,综合性能不断改善。
由于工业中“低能耗,低成本,低公害"的要求,水基金属切削液有了长足的发展。
硼酸酯作为一种重要的多功能环保型添加剂常常作为润滑剂、表面活性剂、防锈剂和杀菌剂等被广泛应用于水基金属切削液中。
2硼酸酯的性质硼酸分子式为H3BO3,是一种无机酸,由于其结构单元是平面三角形,每个硼原子以SP2杂化与氧原子结合,硼仍是缺电子,因此易与有机化合物中的羟基发生反应(脱水后形成硼酸酯),可形成硼酸单酯、双酯、三酯及四取代螺环结构。
硼酸酯的制备工艺简单,原料易得,生产中基本无三废产生。
具有良好的润滑、防锈、杀菌等性能,而且对人体无毒害作用,是一种理想的绿色环保型添加剂。
3硼酸酯在水基切削液中的应用3.1极压润滑剂目前水基切削液中仍在使用的极压润滑剂主要是含硫、磷、氯的化合物,如硫化烯烃、硫化动植物油、硫脲、磷酸酯、氯化石蜡等。
此类添加剂在高温下与金属表面发生化学反应生成化学反应膜,在切削中起极压润滑作用。
但是,对环境有污染,对操作者有害。
随着人们环保意识的加强,现在已限制使用此类添加剂,国内外正在着手研究其替代物。
有机硼酸酯是新型的极压润滑添加剂,它的作用机理是其摩擦表面形成了物理(或化学)吸附膜,及由于硼酸酯水解作用或与添加剂发生摩擦化学反应产生诸如H3BO3、B203等构成的非牺牲性沉积;几种膜的共同作用有效提高了水基切削液的摩擦学性能。
有机硼酸酯油膜强度高,摩擦系数低,具有良好的减摩抗磨性能,而且和密封材料有良好的相容性,对人体无毒害作用,是一种理想的绿色环保型添加剂,近年来受到越来越广泛的重视。
采用硼酸与有机醇胺(CH2CH20)nNH2(n=1,2,3)合成的硼酸酯,含有硼、氮两种极压活性元素,在边界润滑过程中,摩擦金属表面上发生化学反应生成边界润滑膜起润滑作用。
其极压抗磨性、反应活性、防锈性均提高,且水解安定性好。
表面活性剂CTAB辅助溶胶–凝胶法制备硼酸铝纳米棒顾培,胡军,陈爱民,徐淑芬(浙江工业大学化学工程与材料学院,杭州 310014)摘要:以仲丁醇铝(aluminum tri-sec-butoxide,ATSB)和硼酸为原料,采用阳离子表面活性剂(cetyltrimethyl ammonium bromide,CTAB)辅助溶胶–凝胶法于120℃形成白色干凝胶,再进行焙烧得到硼酸铝纳米棒。
采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线能量色散谱仪和Fourier 变换红外光谱仪对产物结构和形貌进行表征。
结果表明:750℃焙烧产物为具有单晶结构的Al4B2O9纳米棒,,其形貌及直径、长度受ATSB和硼酸摩尔比影响;当ATSB与H3BO3摩尔比为1:2时,Al4B2O9纳米棒直径约为15nm,长度为200~300nm。
1200℃焙烧的产物为Al18B4O33纳米棒,其直径为200~500nm,长度约为3μm。
对硼酸铝纳米棒的形成机理进行了初步探讨。
关键词:硼酸铝;纳米棒;溶胶–凝胶法;表面活性剂;十六烷基三甲基溴化铵中图分类号:O614.3+1 文献标志码:A 文章编号:0454–5648(2012)06–0922–07网络出版时间:2012–05–23 14:37:07 网络出版地址:/kcms/detail/11.2310.TQ.20120523.1437.026.htmlFabrication of Aluminum Borate Nanorods via a Surfactant CTAB-Assisted Sol–Gel MethodGU Pei,HU Jun,CHEN Aimin,XU Shufen(College of Chemical Engineering and Materials Science, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China) Abstract: Al4B2O9 and Al18B4O33 nanorods were synthesized via a cationic surfactant cetyltrimethyl ammonium bromide (CTAB)- assisted sol–gel method and a subsequent calcination of the white gel of aluminum tri-sec-butoxide (ATSB) and boric acid. The struc-ture and morphology of the as-prepared products were characterized by X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, energy dispersive spectrometer and Fourier transform infrared spectroscopy, respectively. The results showed that the product calcined at 750℃ was Al4B2O9 nanorods with a single-crystal structure. The length and diameter of Al4B2O9 nano-rods were affected by the mole ratio of ATSB to H3BO3. The diameter of Al4B2O9 nanorods was 15nm and the lengths was in the range of 200–300nm at the mole ratio of ATSB to H3BO3 of 1:2. The diameters of Al18B4O33 nanorods calcined at 1200℃were in the range of 200–500nm and the length was 3μm. The possible formation mechanism of aluminum borate nanorods was proposed.Key words: aluminum borate; nanorods; sol–gel method; surfactant; cetyltrimethyl ammonium bromide硼酸铝晶须具有优异的力学性质,高温化学稳定性,低的热胀系数以及低廉的生产成本,作为金属、高分子、陶瓷的增强材料具有良好的应用前景[1–2]。
氮化硼(BN)材料制备与应用剖析
氮化硼(boron nitride,BN)是由第三族元素硼(B)和第五族元素氮(N)组成一种重要的III.V族化合物。
氮化硼具有宽带隙、高热导率、抗氧化性等优异的物理化学性能。
氮化硼还在高温、高频、大功率、光电子及抗辐射等方面具有巨大的应用前景。
因此,氮化硼纳米材料的制备、纳米结构的测量、纳米器件的组装、氮化硼增韧陶瓷及光、电学性能的测试等成为当今无机纳米材料领域的重要研究方向。
1.氮化硼结构
氮化硼具有宽带隙、高热导率、抗氧化性等优异的物理化学性能。
氮化硼的结构与石墨相似,它常见的有两种杂化方式,sp2和sp3杂化。
sp2杂化的BN主要包括六方相氮化硼(h-BN)和三方相氮化硼(r-BN):sp3
杂化的BN主要包括立方相氮化硼(c-BN)和纤锌矿结构氮化硼(w-BN)。
图1为氮化硼各晶型结构示意图。
图1 氮化硼各晶型结构示意图
2.氮化硼性质
虽然氮化硼与石墨的结构相似,但是与石墨相比,氮化硼还具有很多优异的物理化学特性:
1. 高耐热性,能耐2000℃的高温,直到3000℃时才升华。
2. 高导热性,氮化硼具有良好导热性,是众多陶瓷材料中导热最火的材料之一。
3. 优异的介电性能,高温绝缘性很好,电阻率在25℃时为104ΩNaN,在2000℃时为104ΩNaN,是陶瓷材料中最好的高温绝缘材料。
介电常数为。
硼酸酯烷基铵盐一、背景介绍1.1 硼酸酯烷基铵盐的定义硼酸酯烷基铵盐是一种离子型表面活性剂,其分子中含有烷基链和硼酸盐基团。
通过选择合适的烷基链和硼酸盐基团,可以合成出具有良好表面活性性能和特殊功能的化合物。
1.2 表面活性剂的作用和分类表面活性剂是一类在溶液中存在的化合物,能够降低液体表面或界面的表面张力,从而改变液体的润湿性和泡沫性质。
根据其离子性,表面活性剂可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和离子型表面活性剂等几类。
二、硼酸酯烷基铵盐的合成与性质2.1 合成方法合成硼酸酯烷基铵盐的方法主要包括直接硼化法和硼酸酯化法两种。
直接硼化法是将烷基铵盐和硼氢化钠在惰性溶剂中反应,生成硼酸酯烷基铵盐。
硼酸酯化法则是先将烷基化合物与硼酸酯反应得到硼酸酯烷基化合物,再经过亲核取代反应形成硼酸酯烷基铵盐。
2.2 物化性质硼酸酯烷基铵盐具有良好的表面活性和乳化性能,在水溶液中能形成胶束结构。
其离子型结构赋予了其一定的水溶性,且在一定的浓度范围内能够稳定乳液。
此外,硼酸酯烷基铵盐还具有遮光、增湿、润滑、抗静电等特殊功能。
三、硼酸酯烷基铵盐的应用领域3.1 日化产品中的应用硼酸酯烷基铵盐作为表面活性剂,广泛应用于日化产品中。
它可以用于洗发水、沐浴露、洗涤剂等产品,提供良好的洗净能力和泡沫稳定性。
3.2 化妆品中的应用硼酸酯烷基铵盐还可以在化妆品中发挥抗菌、保湿、抗氧化等功能。
在护肤品中常用于制作面膜、乳液等产品,增强其保湿效果。
3.3 工业清洁剂中的应用硼酸酯烷基铵盐具有出色的乳化和去污能力,因此在工业清洁剂中被广泛应用。
它可以用于制作金属清洗剂、机械清洗剂等产品,清除油污和污渍。
四、硼酸酯烷基铵盐的研究进展与展望4.1 研究进展近年来,随着表面活性剂研究的不断深入,硼酸酯烷基铵盐的合成方法和性质研究取得了一系列的突破。
研究发现,通过调控烷基链的长度和硼酸盐基团的结构,可以制备出具有不同特性的硼酸酯烷基铵盐。
第27卷 第6期2010年12月皮 革 与 化 工LEA THER A ND C HE MIC A LSV ol.27 N o.6Dec.2010理论探讨收稿日期:2010-10-21基金项目:辽宁省教育厅高等学校科学研究资助项目(2009A275)作者简介:洪哲(1957-),男,辽宁丹东人,教授,e-mail:ddhongz he@硼酸双甘油酯硬脂酸酯的合成研究洪哲,黄凤远,姜云鹏(辽东学院化工与材料学院,辽宁丹东118003)摘要:以硼酸、甘油为原料,在氮气保护下合成硼酸双甘油酯,然后在强酸性阳离子交换树脂催化下与硬脂酸反应合成出具有半极性键的有机硼酸酯表面活性剂,并用红外光谱确定了产物结构。
实验结果表明:硼酸与甘油的摩尔比为1B 2.0、反应温度为180e 、反应时间为4h 时,硼酸双甘油酯的收率为96.0%;硼酸双甘油酯与硬脂酸的摩尔比为1B 0.9、反应温度为200e 、反应时间为3.5h 、催化剂用量(相对于硬脂酸的质量)为2.0%时,硬脂酸转化率为96.4%。
该合成工艺具有酸转化率高、后处理简单等优点。
关键词:硼酸双甘油酯;硬脂酸;合成中图分类号:T Q 423.4 文献标识码:A 文章编号:1674-0939(2010)06-0009-04Synthetic Study of Boric DiglycerideStearic Acid Ester SurfactantHONG Zhe,HU ANG Feng -yuan,JIAN G Yun -peng(Co llege of Chemical Eng ineer ing and M aterials,EasternLiaoning U niv ersity ,Dandong 118003,China)Abstract:Boric acid ester surfactant w as prepared from Bor ic acid and Gly cerin and stearic acid w ith strong ion ex chang e r esin as catalyst in nitrog en.T he title compound w as identified by IR.T he optim al esterificatio n conditio ns w ere desig ned based on exper im ents.T heresults show ed that:w hen the m olar ratio of boric acid/g lycer in w as 1B 2.0,the reactio n temperatur e w as 180e ,and the reactio n tim e w as 4h,the yield of boric dig lycerin w as 9610%.And w hen the molar ratio of boric dig lyceride/stearic acid w as 1B 0.9,the reactio n temperatur e w as 200e ,the reaction time w as 3.5h and w (cataly st)=2.0%(relative to stearic acid),the co nversion ratio of lauric acid w as 96.4%,bo ric digly cerin nutmeg acid ester and boric dig lycerin stearic acid ester 's esterification conditio n w ere same as boric dig lycer in lauric acid ester's ,nutmeg acid conversio n w as 97.0%,stearic acid conversio n w as 96.4%,separately.T he pro cess has advantages on acid conversion and post -treatm ent.Key w ords:boric dig lyceride;stearic;sy nthesis 近年来有机硼化物的研究和应用发展迅速。
表面活性剂最新研究进展人类的日常生活,各类生产活动,多种科学和技术的进步对表面活性剂品种和性能提出越来越高的要求,促使表面活性剂科学不断发展,迄今方兴未艾,表面活性剂已经深入到生命起源以及膜材料、纳米材料、对映体选择性的反应等各个领域中,设计新的有特殊用途和应用价值的表面活性分子仍不断受到人们的关注。
新的功能型表面活型剂与附加的官能基团的性质和位置有密切关系,对传统的表面活性剂分子结构的修饰会导致其结构形态有很大的变化,近几年国内外的相关研究单位在表面活性剂领域的最新研究进展主要有以下方面。
一、高分子表面活性剂高分子表面活性剂的合成成为近年来表面活性剂合成研究的热点课题之一。
高分子表面活性剂是相对一般常言的低相对分子质量表面活性剂而讲的,通常指相对分子质量大于1000且具有表面活性功能的高分子化合物。
它像低分子表面活性剂一样,由亲水部分和疏水部分组成。
高分子表面活性剂具有分散、凝聚、乳化、稳定泡沫、保护胶体、增溶等性质,广泛应用作胶凝剂、减阻剂、增黏剂、絮凝剂、分散剂、乳化剂、破乳剂、增溶剂、保湿剂、抗静电剂、纸张增强剂等。
因此,高分子表面活性剂近年来发展迅速,目前已成为表面活性剂的重要发展方向之一。
高分子表面活性剂可根据在水中电离后亲水基所带电荷分为阴离子型、阳离子型、两性离子型和非离子型四类高分子表面活性剂。
如阴离子型的高分子表面活性剂有聚(甲基)丙烯酸(钠)、羧甲基纤维素(钠)、缩合萘磺酸盐、木质素磺酸盐、缩合烷基苯醚硫酸酯等。
两性离子型的高分子表面活性剂有丙烯酸乙烯基吡啶共聚物、丙烯酸-阳离子丙烯酸酯共聚物、两性聚丙烯酰胺等。
非离子型的高分子表面活性剂有羟乙基纤维素、聚丙烯酰胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚氧乙烯类共聚物等。
阳离子型的高分子表面活性剂有聚烯烃基氯化铵阳离子表面活性剂、亚乙基多胺与表氯醇共聚季铵盐、淀粉或纤维素高取代度季铵盐、多聚季铵盐、聚多羧基季铵盐等开发低廉、无毒、无污染和一剂多效的高分子表面活性剂将是今后高分子表面活性剂的研究趋势。
硼酸锌的性质、制备及阻燃应用张月琴,叶旭初(南京工业大学材料科学与工程学院,江苏南京210009)摘要:硼酸锌是最早的无机阻燃剂之一,具有热稳定性好、毒性低和消烟等良好的特点。
综述了硼酸锌的主要性质、制备工艺和阻燃机理,同时也对硼酸锌与其他无机阻燃剂的复配效应和硼酸锌在各个领域中的应用进行了阐述。
重点介绍了3大类制备硼酸锌的方法:传统的制备工艺由于原料价格较高或后处理工序复杂而存在弊端;超细硼酸锌的制备对硼酸锌的粒径要求比较高,但是由于其性能比较好,是目前研究的主要对象;固相法制备硼酸锌的研究,国外比国内进行得早,也较成熟一点,并指出通过高温烧结得到的硼酸锌是一种含有几种不同结构硼酸锌的混合物。
最后指出了制备晶须状硼酸锌的意义。
关键词:硼酸锌;阻燃剂;阻燃机理;协同效应中图分类号:TQ132.41文献标识码:A文章编号:1006-4990(2007)12-0009-04P ropert y,preparation and flam e retardants application of zinc borateZhang Yueqin,Y e Xuchu(College of M aterials Science and Eng i neering,N anj i ng Universit y of T echno logy,N anjing210009,China)Abstrac t:Z inc borate was one of the p i onee r i norgan ic fl am e re tardan ts.It had the character i sti cs of good t her m a l sta-b ility,l ow-tox icity and no s moke.T his a rtic l e su mm arized the ma i n properti es,preparing pro cesses and i nfla m i ng re tard i ng m echan is m o f zi nc bo ra te.Its app licati on i n d iffe rent fie l ds and cooperati on w ith othe r fl ame retardants w ere a l so descri bed a t the same ti m e.T hree m ajor ki nds of prepar i ng m ethods o f zinc borate were empha tica ll y i ntroduced:Because o f t he h i gh cost o f ra w m a teria l and co m plex post-pro cessi ng procedures,t he trad iti ona lm ethods had d i sadvantages;nano-sized zi nc borate prepa ra tion had much requ irements on parti c l e size,how ever,due to t he produc t c s be tter properties,it w as t he m a i n research ob j ec t;comparing to i n l and,t he resea rch o f so li d phase m ethod was earli er and a little m aturer i n f o re i gn countr i es and m eanwh il e,it a l so ind i cated t hat t he si nte red zinc bo ra te a t h i gh te m perature w as a m i xture o f zi nc borates w ith d ifferent structures.F i nall y,the purport o f prepa ri ng wh i sker zi nc bo ra te w as po i nted out.K ey word s:zi nc borate;fl am e retardants;i nfl am i ng re tard i ng m echanis m;cooperati ng e ffect无机阻燃剂中硼酸锌是最早使用的阻燃剂之一,它最早是由美国硼砂和化学品公司在20世纪70年代开发成功的,简称FB阻燃剂。