[发明专利]一种用作抗静电剂的硼酸单酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种硼酸单酯及其制备方法，具体涉及一种用作抗静电剂的硼酸单酯及其制备方法。

背景技术

大多数聚合物材料具有较强的电绝缘性能，它们在许多方面得到了广泛的应用。然而，聚合物材料的高电阻率在使用中往往易产生静电荷积聚，这些静电荷可以在聚合物表面停留几小时甚至几天，引起吸引力和斥力，有时会产生电震、电击，甚至火花放电。目前，工业上防避此类现象最有效的方法是添加抗静电剂。

根据现有理论可知，抗静电剂一般是具有表面活性剂结构特征的有机物质。含硼表面活性剂是以硼酸为母体，形成B、O键的硼酸酯类的化合物，是一种独特的表面活性剂。硼酸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，此时硼仍是缺电子结构，易与有机化合物中的羟基发生反应，脱水后形成硼酸酯。依照硼酸和羟基化合物的比例和类型的不同，其可形成硼酸单酯、双酯、三酯及四取代螺环结构。

目前合成硼酸酯所采用的方法大多数为直接法、酯交换法和溶剂法，且对于硼酸酯表面活性剂，研究最多的是硼酸双甘油单脂肪酸酯和硼酸双甘酯聚氧乙烯单脂肪酸酯的阳离子表面活性剂。

日本东邦化学工业公司利用丙三醇与硼酸反应生成丙三醇硼酸酯，然后用脂肪酸羧基化可得脂肪酸酯，制得的产品广泛应用于纤维加工中，用作乳化剂、抗静电剂、柔软平滑剂等。东邦化学工业公司为了改善其水溶性，把合成分三步进行：丙三醇先与硼酸作用，生成丙三醇硼酸酯；然后引入环氧乙烷，起聚合反应，生成丙三醇聚氧乙烯醚；最后同脂肪酸作用，制得产品。

Ciba公司利用十八胺同缩水甘油双(2，3-羟基丙基十八胺)反应，然后与硼酸反应生成螺环状产品。

中国学者张秀玲等在1997年第5期的精细石油化工中报道了《硼系表面活性剂合成与性能研究》一文，其根据酯化反应确定丙三醇、脂肪酸、硼酸摩尔比为2：0.9：0.4，合成了BOR；并将4份烷基醇胺加入反应釜，升温到60℃加入5份脂肪酸，保持60-70℃，反应l h生成烷基醇酰胺，然后加入硼酸反应得到BONR。测试表明：它们具有较好的扩散渗透性、乳化性、泡沫性。

中国2012年12月8日公告的专利CN101029151B中披露了采用硼酸酯的抗静电剂的组成，并且披露其合成工艺，即为：先将甘油和硼酸减压酯化反应，然后加入脂肪酸进行合成。

以上硼酸酯类多以丙三醇（甘油）作为多羟基化合物，虽然甘油的来源广泛，但是甘油在处理有机合成方面，容易发生分子内脱水聚合，形成二酯、三酯化合物，大大降低合成物质的抗静电性能。具体就中国专利CN101029151B而言，本发明作者采取和该专利相同的工艺技术，得到的产品无法达到任何的抗静电效果；该专利披露的工艺无法保证甘油和硼酸的反应生产单酯，更无法保证后续过量的脂肪酸是否和脂肪酸发生反应，其所得产品结构式里没有亲水基团，而抗静电剂是利用亲水基团吸收空气中的水来达到迁移电荷的目的。

中国学者杨洗等在《硼酸烷基醇酰胺酯的合成与性质》（精细化工，3（13），1～27，1996）中报道了利用6501(即2：1型)椰油酸二乙醇酰胺和硼酸在不同比例下合成了硼酸烷基酰胺酯，经表征该产品属于硼氧杂环表面活性剂，既属于非离子表面活性剂又具有阴离子表面活性剂的某些特性，具有降低表面张力的性能和较强的乳化力。

中国学者王慧敏在《蓖麻油烷醇酰胺硼酸酯的合成与应用研究》（精细化工，6（16），24～27,1999）中利用蓖麻油，二乙醇胺和硼酸为原料合成了蓖麻油烷醇酰胺硼酸酯。该合成工艺，残留的二乙醇胺（未分子蒸馏）高温下会分子内脱水，导致单酯含量低；合成的产品以聚乙烯的质量比为2％添加于聚乙烯中，仅使其表面电阻下降到10⁹Ω，可见产品的抗静电性能非常低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用作抗静电剂的硼酸单酯，该硼酸单酯抗静电剂结构稳定、抗静电性能好，且耐高温、耐低湿。

与此相应地，本发明的另一目的在于提供一种制备上述用作抗静电剂的硼酸单酯的方法。

本发明提供的用作抗静电剂的硼酸单酯，其名称为N,N-羟乙基脂肪酸胺硼酸单酯，其结构见通式（Ⅰ）：

其中R为C₁₂～C₂₂直链或带支链的饱和或不饱和烃基。