三乙醇胺硼酸酯

阳离子交换树脂催化合成硼酸三乙醇胺酯曹忠华;王爱军;李安东【摘要】采用L16(44)正交实验法,用强酸性阳离子交换树脂作催化剂,对制备硼酸三乙醇胺酯的条件进行优选.考察反应时间、原料配比、催化荆用量和带水剂用量等因素对产物产率的影响.正交实验确定较佳的合成条件:硼酸与乙醇胺摩尔比1:5.5,带水剂甲苯为25 mL,阳离子交换树脂用量(D001)5%,反应时间6 h,得产物产率最高为72.3%.同时用傅里叶红外光谱(FT-IR)对硼酸三乙醇胺酯的结构进行表征.该方法的优点是可以降低反应温度,缩短反应时间,且基本不腐蚀设备.【期刊名称】《沈阳化工大学学报》【年(卷),期】2010(024)003【总页数】4页(P249-252)【关键词】硼酸;乙醇胺;阳离子交换树脂;硼酸三乙醇胺酯【作者】曹忠华;王爱军;李安东【作者单位】沈阳化工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110142;沈阳化工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110142【正文语种】中文【中图分类】TQ314.269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[1].近些年来,随着全世界环境保护意识的不断增强,作为无毒、无公害的含硼化工产品的应用越来越引起人们的关注,相应的研究工作也越来越活跃.一些具有特种功能的硼酸酯表面活性剂已相继合成出来,以其优异的特性被用作灭菌剂、乳化剂[2]、阻燃剂[3]、润滑油抗磨添加剂[4]及偶联剂[5]等.本文用强酸阳离子交换树脂为催化剂合成一种含有N-B内配位键的新型有机硼酸酯偶联剂,并对合成工艺及应用性能进行研究.1.1 主要原料硼酸,分析纯,天津市博迪化工有限公司;乙醇胺,分析纯,天津市副晨化学试剂厂;甲苯,分析纯,天津市百世化工有限公司;阳离子交换树脂,市售.1.2 仪器红外光谱仪 FT-I R470,美国Nicolet公司;核磁共振波谱仪,ARX-3000MHz,瑞士Bruker公司.1.3 阳离子交换树脂(催化剂)预处理D001型阳离子交换树脂为钠型,其处理过程如下[6]:用 2倍于树脂体积的无水乙醇浸泡该树脂4 h,以除去树脂中的有机杂质及色素;然后用去离子水洗涤,并用 5倍于树脂体积的质量分数为 5%～6%的稀盐酸溶液将其浸泡 24 h,对树脂进行活化处理;然后用去离子水洗涤该树脂,将其洗至 pH与所用去离子水的 pH相同为止;在较低温度(如40℃)下晾干;最后,将树脂置于80℃的烘箱中烘干 1 h待用.1.4 硼酸酯的合成合成在带有搅拌器、温度计和分水回流装置的四口玻璃烧瓶中进行.在规定用量的硼酸中加入定量的乙醇胺,并加入一定量的甲苯作为溶剂,102℃左右搅拌反应;甲苯和反应生成的水形成共沸物逐渐蒸出,通过分水回流装置分出生成的水,然后分别进行常压和减压蒸馏,除去剩余的甲苯、少量的水、过量的乙醇胺及副产物,得到产物,干燥密闭保存.2.1 硼酸与乙醇胺的反应硼酸与乙醇胺的反应方程式如下:2.2 产品分离和纯化反应得到产物和副产物在常规的有机溶剂中都有一定的溶解性,因此,不能用溶剂沉淀的方法对各种副产物进行分离.产物硼酸三乙醇胺酯在水中会分解,所以,也不能用水作为沉淀溶剂.实验采用直接蒸馏的方法实现产物的纯化,即加热条件下从常压到减压逐步蒸馏[7].2.3 硼酸酯的表征(1)硼酸酯的红外光谱图硼酸酯的红外光谱如图 1所示.图 1中,上面的曲线为硼酸的红外吸收曲线,下面的为硼酸三乙醇胺酯的红外吸收曲线.对于硼酸的吸收曲线,波数为 3 214 cm-1处为硼酸中—OH的吸收峰.对于硼酸酯的吸收曲线,波数为 3 328 cm-1和 1 598 cm-1处分别为—NH2的伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰, 1 359 cm-1和 1 162 cm-1处为硼酸酯中B—O键的特征吸收峰,1 076 cm-1和 1 030 cm-1处为硼酸酯的双峰,717 cm-1处为—CH2—基团大于 4时的特征吸收峰.由此说明,乙醇胺已经连接到硼原子上,生成了硼酸酯.(2)硼酸酯氢核磁共振波谱分析图 2中有 2个明显的肩峰,化学位移在 3.3左右处的峰为与—O—相连的—CH2—中1H核的吸收峰,由于受到—CH2—的影响,裂分为 3重峰,符合n+1规律;化学位移在 2.5左右处的峰为与—NH2相连的—CH2—中1H核的吸收峰,—NH2中1H 核的化学位移在 2.5左右处的峰可能与—NH2相连的—CH2—中1H核的吸收峰重合.由于两种检测用同一样品,通过上述红外证明氨基峰是一定存在的.此外没有其它杂峰表明为目标产物.2.4 反应条件的优化采用 L16(44)正交实验设计,硼酸三乙醇胺酯的收率为考察指标,固定硼酸的量为15.5 g,选择硼酸与乙醇胺的摩尔比、反应时间、催化剂用量及带水剂用量进行正交实验,正交实验设计见表 1,结果见表 2.通过对实验结果的处理可知,对硼酸三乙醇胺酯产率影响最大的因素为原料摩尔比,其次为催化剂用量、带水剂用量,反应时间对产率影响较小.图 3～图 6为各因素变化对产品收率的影响.2.4.1 原料配比对硼酸酯收率的影响由图 3可知:当原料配比小于 5.5时,随着原料配比的逐渐增加,硼酸酯的收率逐渐增大,这是由于酯化反应是可逆反应,增加乙醇胺的量,有利于反应向生成酯的方向移动.此时再继续增大乙醇胺用量,对反应收率影响不大,且乙醇胺过量过多会增加减压蒸馏的困难.2.4.2 反应时间对硼酸酯收率的影响由图 4可知:适当延长反应时间可以使反应更加完全,能有效提高产物的收率,但当反应进行到一定程度以后,反应趋于完全,再延长反应时间对提高收率的作用就很小了.图 4中结果显示:当反应时间分别为 6 h和 7 h时,收率基本相等,说明反应 6 h后,正逆反应趋于平衡,继续增加反应时间对收率的影响不大.2.4.3 催化剂用量对硼酸酯收率的影响从图 5中可以看出:催化剂即阳离子交换树脂用量对收率影响较大.随着催化剂用量的增加,酯的收率明显增加.但催化剂量增加到一定程度后,收率开始下降.说明增加催化剂的量,可大大提高反应活性,而催化剂量过大,由于催化剂在溶胀等过程中会对反应物及产物产生吸附,而影响酯的收率.2.4.4 溶剂对硼酸酯收率的影响从图 6可以看出:随着甲苯用量的增加,产物收率逐渐增大,当甲苯用量为 25 mL时,酯的收率达到最大.这时体系中的甲苯已经足够带出反应生成的水.甲苯用量过大时,会降低反应体系中反应物的浓度,从而降低反应速度,对反应反而不利.(1)红外光谱和核磁共振波谱分析结果证明生成了硼酸三乙醇胺酯.(2)通过正交实验找出合成硼酸三乙醇胺酯适宜反应条件为:硼酸与乙醇胺的摩尔比为1∶5.5,催化剂的质量分数为5%,带水剂为25 mL,反应时间为 6 h,产品收率可达到 72.3%.本研究工艺条件简单,操作方便,条件易于控制,设备比较简单且成本低.【相关文献】[1] 张晓松,于欣伟.聚乙烯醇硼酸酯的合成[J].精细化工,2009,26(7):652-655.[2] 翟羽佳,王海鹰,林卫娜,等.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, 24(6):535-538.[3] A bdalla M O,Ludw ick A,M itchell T.Boron-m odified Phenolic Resins for H igh Perform ance Applications[J].Polym er,2003,44:7353-7359.[4] 葛春华,李鸿图.氮硼酸酯润滑油添加剂的合成[J].精细化工,1998,15(6):33-35.[5] 胡晓兰,郝红,梁国正.新型硼酸酯偶联剂的合成与表征[J].西北工业大学学报,2003,2(3):364-367.[6] Basudeb Saha.Reaction of D icyclopentadiene with Form ic Acid and Chloroacetic Acid with and without Cation-exchange Resins as Catalysts[J].Reactive&Functional Polym ers,1997,34:161-173.[7] 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(2):179.。

水性硼酸酯防锈剂三乙醇胺硼酸酯水性硼酸酯防锈剂主要成分三乙醇胺硼酸酯、特种改性有机硼酸酯、防锈增效剂。

产品用途1、工序间防锈、短期防锈、中期防锈、封存包装防锈的清洁型环保性水性防锈剂；2、可用于合成水性切削液、半合成水性切削液、含油量较高的传统型切削液、轧制液、水基抗磨液压液、合成清洗液、表面处理液等，抑制铁金属的生锈及微生物的繁殖，起缓蚀防锈作用；3、对碳钢、合金钢、劣质不锈钢、铸铁等多种金属有良好的防锈性能；4、本品与其它羧酸类等防锈剂复配使用效果更佳，能形成金属保护膜，达到极佳的缓蚀防锈作用；5、使用市场上传统的硼酸酯，防锈效果不理想时，可使用本剂替代，便可达到理想的防锈效果。

性能特点●不含有亚硝酸钠、磷酸盐等行业禁用的有毒有害物质，中性范围环保型水性防锈产品；●出色的防锈性能，具有超越常规硼酸酯的防锈效果，防锈期是传统硼酸酯的2-3倍以上，千分浓度级的抽样液，便可轻松通过国家行业标准的“防锈单片实验”；●本剂兼具优异的钝化性能，而且属于环保“无亚钠、无酸性钝化”；●本剂处理后表面无浮灰、无结晶物，属清洁防锈产品；●水溶性好，与水形成稳定透明的防锈液，工件可带水操作，使用方便；●无泡沫产生，更利于工艺施工；●具有增强润滑的作用，能赋予金属加工液基础润滑性、极压抗磨性；●无毒无味，使用时无任何异味，对人体亦无伤害，是亚硝酸钠良好的替代品；●根据防锈期的长短需要，可选择不同的稀释比例；●经本剂处理的工件,可保持金属本色，不影响加工精度；●常温浸泡施工即可，使用方便;●与切削液、液压液、金属表面处理液具有良好的配伍性与相溶性；●兼具抑制细菌、真菌、微生物的作用；●较高的碱值储备量，极佳的PH值缓冲能力，能有效稳定体系的PH值；●综合使用成本低，属高性价比的产品。

理化指标使用方法1、推荐使用浓度：视防锈期的长短，选择合适的使用浓度，以下施工数据请您酌情参考借鉴：3天——7天的防锈时间，推荐使用浓度0.5%——0.6%；7天——15天的防锈时间，推荐使用浓度0.6%——0.8%;15天——30天的防锈时间，推荐使用浓度1.2%——3.0%;1个月——三个月的防锈时间，推荐使用浓度6%——8%;3个月——半年的防锈时间，推荐使用浓度8%——16%;半年以上的防锈时间，推荐使用浓度20%以上的施工浓度。

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。

电磁场作用下含三乙醇胺硼酸酯润滑油的摩擦学特性方建华; 王鑫; 姜自超; 丁建华; 冯彦寒【期刊名称】《《石油炼制与化工》》【年(卷),期】2019(050)008【总页数】6页(P58-63)【关键词】电磁场; 三乙醇胺硼酸酯; 摩擦化学; 吸附膜; 抗磨添加剂【作者】方建华; 王鑫; 姜自超; 丁建华; 冯彦寒【作者单位】陆军勤务学院油料系重庆401311【正文语种】中文机械设备的电气化及运转过程中由于摩擦产生自生电势而激发电磁效应，会使得许多摩擦部位都受到电磁环境的影响，从而产生特殊的摩擦磨损问题[1-8]。

传统的研究认为，润滑油极压添加剂在摩擦过程中发生摩擦化学反应，生成具有低剪切强度的摩擦化学反应膜是其具有优良抗磨减摩作用的主要原因。

因此，目前学者们设计润滑添加剂时，主要从引入硫、磷、氯、硼等元素，以及能在摩擦过程中发生控制性腐蚀反应的分子结构入手，却忽视了在电磁效应影响下，润滑添加剂的作用行为和润滑方式会发生改变这一问题。

近年来，学者们在构思新的摩擦学理论时，研究思路逐渐向电和电磁作用的范畴转移。

大量文献报道证实，由界面电磁效应引起的热现象、吸附现象和与电磁作用有关的复杂物理或化学行为，势必会影响摩擦副的摩擦、磨损及润滑方面的性能和机理[9-12]。

硼酸酯润滑油添加剂在摩擦过程中，分别能在摩擦副金属表面上形成由吸附膜、聚合物膜及由于金属局部高温高压而生成的FeB、Fe2B扩散渗B、渗C层三者组成的复合保护膜，具有优异的抗磨减摩性能，因此，是一种性能优良的抗磨添加剂[13-18]。

目前尚无电磁场中硼酸酯润滑油添加剂的摩擦学性能和机理的研究报道，而这种研究，对于解决电气化机械设备润滑问题，设计相关润滑油添加剂的分子结构，具有重要的理论和现实意义。

本研究使用自制通电线圈，使四球摩擦磨损试验机的四球接触区处于外加电磁场内，考察电磁场作用下含三乙醇胺硼酸酯(TBE)抗磨添加剂的润滑油的摩擦磨损性能，并使用扫描电镜观测钢球磨痕表面形貌，使用X射线光电子能谱仪分析磨斑表面典型元素的化学状态，并探讨电磁作用下TBE的摩擦磨损机理。

由于氮原子上的未共用电子对能与质子结合,因此三乙醇胺显碱性。

三乙醇胺分子中有-OH基团,它可与酸发生酯化反应。

反应物配比不同,酯化程度不同,可得不同产品。

三乙醇胺与亚硝酸反应可生成极不稳定的脂肪族重氮盐,这些亚硝基化合物一般都具有致癌毒性。

三乙醇胺在空气中久置也会发生氧化反应。

2、三乙醇胺在水基切削液中的作用2.1合成水溶性油性剂目前,润滑性能比较好的油性剂大多是长碳链物质,这些物质大多是非水溶性的。

要把它们添加在水基切削液中,必须在其分子链中引入亲水基团。

三乙醇胺有三个-OH,水溶性好。

通过控制原料配比,使三乙醇胺分子中一个OH与油性剂发生化学反应,可生成水溶性油性剂。

油酸是重要脂肪酸之一,但其不溶于水。

用三乙醇胺与油酸发生化学反应(65℃左右),可生成油酸三乙醇胺。

它是一种常用的水溶性油性剂,且随着所含三乙醇胺比例越高,水溶性越好。

笔者用四球试验机测定油酸三乙醇胺的水溶液(5%)的最大无卡咬负荷PB值可达650N,用摩擦磨损试验机测定其摩擦系数为0.071。

油酸三乙醇胺作为油性剂添加在切削液中,易在刀具与切屑(工件)之间形成物理吸附膜,在较低负荷下起润滑作用。

实验表明,油酸三乙醇胺与极压添加剂也有良好的协同抗磨作用。

在合成硼酸酯、磷酸酯时添加油酸三乙醇胺复合,可显著改善其极压润滑性能,从而使切削性能进一步提高。

2.2防锈剂三乙醇胺本身是一种水溶性防锈剂。

单独使用它在短期内可有效防止钢铁生锈,一般使用浓度为0.5%～2%。

三乙醇胺与苯乙醇胺、苯甲酸钠、硼砂、碳酸钠等水溶性防锈剂有协同防锈作用,复合使用可显著提高水基切削液防锈能力。

但三乙醇胺对铜有腐蚀作用,添加0.05%～0.1%的苯并三氮唑能改善对铜的防腐性。

油酸三乙醇胺也是一种防锈剂,它适用于黑色金属、铝合金的防锈。

2.3表面活性剂表面活性剂在水基切削液中起渗透、扩散、稳定、清洗作用,是合成切削液与乳状液必不可少的添加剂。

三乙醇胺与脂肪酸可合成一种阴离子表面活性剂。

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。