CN115650887A - 一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂及其制备方法和应用，其由21～78％疏水性离子液体和22～79％表面活性型离子液体的组分组成，疏水性离子液体的阴离子为全氟亚胺根、三全氟烃基三氟磷酸根、全氟烃基三氟硼酸根、全氟烷基磺酸根中的一种或多种组合；表面活性型离子液体的阴离子为全氟烃基羧酸根、双氰胺、NO₃ ^‑、ClO₄ ^‑中的一种或多种组合；疏水性离子液体和表面活性型离子液体的阳离子为季戊四季铵、季戊四季膦、季戊四烃取代咪唑、二烷基双烃取代季铵、二烷基双烃取代季膦、烃取代咪唑、烃取代吡啶中的一种或多种组合。通过疏水性离子液体和表面活性型离子液体的复配，提高疏水性离子液体在材料中的分散，提高对材料抗静电能力。

Description

一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂及其制备方法和 应用

技术领域

本发明属于新材料技术领域，具体涉及一种光学抗静电剂，具体涉及一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂及其制备方法和应用。

背景技术

抗静电剂种类繁多，按时效分为短效、长效、永久三大类，按用法分为内添加、外涂两种，颜色上有无色透明、有色透明、有色不透明之分，耐温上有耐高温、不耐热之分。其中，永久型抗静电剂以高分子聚合物为代表，但其适用场景有限、添加量过大且价格昂贵从而导致使用受限；短效型抗静电剂以表面活性剂为代表，因时效过短将被长效型抗静电剂逐步取代。其外，带有颜色或者不耐高温的抗静电剂在应用上会受到很大限制，有些甚至严重影响材料的力学性能而被放弃。

在众多抗静电剂中，离子液体是一种由空间尺寸大小差异较大的阴、阳离子构成，在热运动和静电力的作用下，阴、阳离子之间频繁的相对移动形成离子流动现象，从而表现为熔融的液态形式存在。离子液体特性有很多，如导电、透明、易吸湿、耐高温、不挥发、不易燃、不易爆等。因离子液体的导电、透明的特性而被挖掘作为透明抗静电剂用于各类材料中，如偏光片、保护膜、贴膜屏等，且具有添加量少的优点，同时因其具有耐高温的特性而被进一步开发用于各类抗静电材料加工中，如挤塑、注塑。但是，目前以离子液体为抗静电剂的报道中，只使用一种类型的离子液体，其往往只能满足一方面的需求，而达不到十分理想的使用要求。如专利CN108503550A公开了一种离子液体型抗静电剂及其制备方法，其成分为疏水性离子液体。

发明内容

本发明的目的是提供一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂及其制备方法，针对现有抗静电剂透明性差、时效短、影响原有材料力学性能、不耐高温、有颜色或抗静电性能受环境湿度影响大而使用受限的问题，有必要开发出能够兼具光学透明、耐高温、低添加量、效力持久、低熔点、湿度不敏感、适用性广等功能于一体的一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂，由以下质量分数的组分组成，21～78％疏水性离子液体和22～79％表面活性型离子液体；

所述疏水性离子液体的阴离子为全氟亚胺根、三全氟烃基三氟磷酸根、全氟烃基三氟硼酸根、全氟烷基磺酸根中的一种或多种组合；

所述表面活性型离子液体的阴离子为全氟烃基羧酸根、双氰胺、NO₃ ^-、ClO₄ ^-中的一种或多种组合；

所述疏水性离子液体和表面活性型离子液体的阳离子为季戊四季铵、季戊四季膦、季戊四烃取代咪唑、二烷基双烃取代季铵、二烷基双烃取代季膦、烃取代咪唑、烃取代吡啶中的一种或多种组合；

所述全氟亚胺根结构表达式为R_f1SO₂N^-SO₂R_f2，全氟烷基磺酸根结构表达式为R_f3SO₃ ^-，全氟烃基羧酸根结构表达式为R_f4COO^-，三全氟烃基三氟磷酸根结构式为

全氟烃基三氟硼酸根结构式为

其中，R_f1、R_f2、R_f3、R_f4、R_f5、R_f6、R_f7、R_f8选自三氟甲基、五氟乙基、九氟丁基或五氟苯基，或R_f1、R_f2选自氟；

优选地，R_f1选自氟或三氟甲基，R_f2、R_f3、R_f4选自三氟甲基，R_f5、R_f6、R_f7选自五氟乙基，R_f8选自五氟苯基；

所述季戊四季铵结构式为

季戊四季膦结构式为

季戊四烃取代咪唑结构式为

二烷基双烃取代季铵结构式为

二烷基双烃取代季膦结构式为

烃取代咪唑结构式为

烃取代吡啶结构式为

其中，R₁、R₃、R₆、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂、R₁₅选自甲基、乙基、丙基、丁基、己基或辛基，R₁₃选自氢或甲基，R₂、R₄、R₅、R₈、R₁₁、R₁₄、R₁₆选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、乙烯基、烯丙基、羟甲基、羟乙基、氨乙基、氨丙基、羧甲基、羧乙基、苯基、苄基、3-(三甲氧基硅烷基)丙基、3-(三乙氧基硅烷基)丙基或3-(三羟基硅烷基)丙基。

所述光学透明耐温长效小分子型抗静电剂制备方法，包括以下步骤：

(1)原料AX和MY分别加入到溶剂中搅拌混匀后，加热搅拌一段时间，通过过滤、分液、蒸发等手段去除副产物和溶剂，从而得到目标产物，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯、乙酸乙酯或丙酮，搅拌过程中原料AX和MY按照以下通式分别制备疏水性离子液体或表面活性型离子液体；

AX+MY—>AY+MX

其中:A为上述离子液体阳离子的一种或多种组合；X为Cl^-、Br^-、I^-、CO₃ ^2-、MeSO₄ ^-、EtSO₄ ^-、BF₄ ^-、ClO₄ ^-、Me₂PO₄ ^-、Bu₂PO₄ ^-、SO₄ ^2-中的一种或多种组合；Y为上述离子液体阴离子的一种或多种组合；M为Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Ag⁺中的一种或多种组合；AY为目标疏水性离子液体或表面活性剂型离子液体；

(2)将得到的疏水性离子体液和表面活性剂型离子液体按照上述比例互配，即得到光学透明耐温长效小分子型抗静电剂。

本发明所述光学透明耐温长效小分子型抗静电剂满足多种类型材料对抗静电的需求。应用于塑料和压敏胶，在5％的加入量内，能够将制品方阻降低1-3个数量级。

本发明将疏水性离子液体和表面活性型离子液体进行了复配开发。其中，疏水性离子液体主要起提高抗静电性能的作用，表面活性型离子液体起到和材料的相容的作用。缺少了疏水性离子液体，在材料中无法达到理想抗静电效果；而缺少表面活性型离子液体，疏水性离子液体在材料中分散效果不理想，进而影响离子液体的迁移速率，同样起不到理想的抗静电效果。本发明中的光学抗抗静剂，通过疏水性离子液体和表面活性型离子液体的复配，满足各类光学材料抗静电对透明性能的要求；满足各类材料抗静电对外观和力学性能不受影响的要求；满足抗静电性能不太依赖于环境湿度的要求，其满足可以在多种材料中使用的要求。

本发明的优点和有益效果表现为：(1)集光学透明、耐高温、低添加量、效力持久、低熔点、湿度不敏感功能于一体；(2)满足各类光学材料抗静电对透明性能的要求；(3)满足各类材料抗静电对外观和力学性能不受影响的要求；(4)满足各类材料抗静电性能不依赖于环境湿度的要求；(5)满足在各类材料中都具有良好的抗静电的要求。

具体实施方式

下面对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例涉及的一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂，由以下质量分数的组分组成，62％疏水性离子液体和38％表面活性型离子液体；

所述的疏水性离子液体，阴离子为全氟亚胺根，阳离子为二烷基双烃取代季铵和二烷基双烃取代季膦按照摩尔比1:2组合；

所述的阴离子表面活性剂，阴离子为全氟烷基羧酸根，阳离子为烃取代咪唑和二烷基双烃取代季膦按照摩尔比1:10组合；

所述的阴离子中，全氟亚胺根结构表达式为R_f1SO₂N^-SO₂R_f2，全氟烃基羧酸根结构表达式为R_f4COO^-；

其中，R_f1、R_f2、R_f4选三氟甲基；

所述的阳离子中，二烷基双烃取代季铵结构式为

二烷基双烃取代季膦结构式为

烃取代咪唑结构式为

其中，R₁₄、R₆、R₉为乙基，R₇、R₁₂为甲基，R₈、R₁₀为丁基，R₁₁为十四烷基，R₁₃为氢；

本实施例涉及的光学透明耐温长效小分子型抗静电剂制备方法为：

(1)按照以下通式分别制备疏水性离子液体和表面活性型离子液体

AX+MY—>AY+MX

其中：A为所述离子液体的阳离子；A为二烷基双烃取代季铵、二烷基双烃取代季膦时，X为Cl^-；A为烃取代咪唑时，X为CO₃ ^2-；Y为所述离子液体的阴离子；M为Li⁺；AY为目标疏水性离子液体或表面活性剂型离子液体；

原料AX和MY分别加入到溶剂水中搅拌混匀后，加热搅拌一段时间，通过过滤、分液、蒸发等手段去除副产物和溶剂，从而得到目标产物；

(2)将得到的疏水性离子体液和表面活性剂型离子液体按照合适的比例互配，即得到光学透明耐温长效小分子型抗静电剂。

本实施例制备的抗静电剂、疏水性离子液体和表面活性型离子液体用于压敏胶抗静电的测试结果，如下表所示。

从上面的数据可以了解，与单一疏水性离子液体或表面活性型离子液体作为抗静电剂相比，疏水性离子液体和表面活性型离子液体复合而成的抗静电剂，由于两种离子液体之间的复配作用，协同作用，压敏胶方阻进一步降低。

本实施例制备的抗静电剂、疏水性离子液体和表面活性型离子液体用于塑料母粒抗静电的测试结果，如下表所示。

从上面的数据可以了解，与单一疏水性离子液体或表面活性型离子液体作为抗静电剂相比，疏水性离子液体和表面活性型离子液体复合而成的抗静电剂，由于两种离子液体之间的复配作用，协同作用，塑料母粒方阻进一步降低。

实施例2：

本实施例涉及的一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂，由以下质量分数的组分组成，74％疏水性离子液体和26％表面活性型离子液体；

所述的疏水性离子液体，阴离子为全氟亚胺根和三全氟烃基三氟磷酸根按照摩尔比1:1组合，阳离子为二烷基双烃取代季膦；

所述的表面活性型离子液体，阴离子为双氰胺，阳离子为二烷基双烃取代季膦；

所述的阴离子中，全氟亚胺根结构表达式为R_f1SO₂N^-SO₂R_f2，三全氟烃基三氟磷酸根结构式为

其中，R_f1、R_f2选三氟甲基，R_f5、R_f6、R_f7选五氟乙基；

所述的阳离子中，二烷基双烃取代季膦结构式为

其中，R₉为乙基，R₁₀为丁基，R₁₁为十四烷基；

本实施例涉及的光学透明耐温长效小分子型抗静电剂制备方法为：

(1)按照以下通式分别制备疏水性离子液体和表面活性型离子液体

AX+MY—>AY+MX

其中：A为所述离子液体的阳离子；X为Br^-；Y为所述离子液体的阴离子；M为Na⁺；

AY为目标疏水性离子液体或表面活性剂型离子液体；

原料AX和MY分别加入到溶剂碳酸二甲酯中搅拌混匀后，加热搅拌一段时间，通过过滤、分液、蒸发等手段去除副产物和溶剂，从而得到目标产物；(2)将得到的疏水性离子体液和表面活性剂型离子液体按照合适的比例互配，得到光学透明耐温长效小分子型抗静电剂。

本实施例制备的抗静电剂用于压敏胶抗静电的测试结果，如下表所示。

本实施例制备的抗静电剂用于塑料母粒抗静电的测试结果，如下表所示。

实施例3：

本实施例涉及的一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂，由以下质量分数的组分组成，36％疏水性离子液体和64％表面活性型离子液体；

所述的疏水性离子液体，阴离子为全氟亚胺根、全氟烃基三氟硼酸根和三全氟烃基三氟磷酸根按照摩尔比2:1:1组合，阳离子为季戊四季铵；

所述的表面活性剂型离子液体，阴离子为全氟羟基羧酸根和双氰胺按照摩尔比10:1组合，阳离子为季戊四烃取代咪唑；

所述的阴离子中，全氟亚胺根结构式R_f1SO₂N^-SO₂R_f2，全氟羟基羧酸根结构表达式为R_f4COO^-，三全氟烃基三氟磷酸根结构式

全氟烃基三氟硼酸根结构式

其中，R_f1选氟，R_f2、R_f4选三氟甲基，R_f5、R_f6、R_f7选五氟乙基，R_f8选五氟苯基；

所述的阳离子中，季戊四季铵结构式

季戊四烃取代咪唑结构式

其中，R₁为甲基，R₂为丁基，R₅为辛基；

本实施例涉及的光学透明耐温长效小分子型抗静电剂制备方法为：

(1)按照以下通式分别制备疏水性离子液体和表面活性型离子液体：

AX+MY—>AY+MX

其中：A为所述离子液体的阳离子；X为Br^-；

Y为所述离子液体的阴离子；M为Ag⁺；

AY为目标疏水性离子液体或表面活性剂型离子液体；

原料AX和MY分别加入到溶剂乙醇中搅拌混匀后，加热搅拌一段时间，通过过滤、分液、蒸发等手段去除副产物和溶剂，从而得到目标产物；

(2)将得到的疏水性离子体液和表面活性剂型离子液体按照合适的比例互配，得到光学透明耐温长效小分子型抗静电剂。

本实施例制备的抗静电剂用于压敏胶抗静电的测试结果，如下表所示。

本实施例制备的抗静电剂用于塑料母粒抗静电的测试结果，如下表所示。

从上述实施例和对比例的实验结果中可以看出，本发明公开的一种将疏水性离子液体和表面活性剂型离子液体复配得到的光学透明耐温长效小分子型抗静电剂具有良好的抗静电效果，而单一组分并不具备良好的抗静电效果。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权力要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说使显而易见的，本文中所定于的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖性特点一致的最宽范围。

Claims (4)

1.一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂，其特征在于，由以下质量分数的组分组成，21～78％疏水性离子液体和22～79％表面活性型离子液体；

所述疏水性离子液体的阴离子为全氟亚胺根、三全氟烃基三氟磷酸根、全氟烃基三氟硼酸根、全氟烷基磺酸根中的一种或多种组合；

所述表面活性型离子液体的阴离子为全氟烃基羧酸根、双氰胺、NO₃ ^-、ClO₄ ^-中的一种或多种组合；

所述疏水性离子液体和表面活性型离子液体的阳离子为季戊四季铵、季戊四季膦、季戊四烃取代咪唑、二烷基双烃取代季铵、二烷基双烃取代季膦、烃取代咪唑、烃取代吡啶中的一种或多种组合；

所述全氟亚胺根结构表达式为R_f1SO₂N^-SO₂R_f2，全氟烷基磺酸根结构表达式为R_f3SO₃ ^-，全氟烃基羧酸根结构表达式为R_f4COO^-，三全氟烃基三氟磷酸根结构式为

全氟烃基三氟硼酸根结构式为

其中，R_f1、R_f2、R_f3、R_f4、R_f5、R_f6、R_f7、R_f8选自三氟甲基、五氟乙基、九氟丁基或五氟苯基，或R_f1、R_f2选自氟；

所述季戊四季铵结构式为

季戊四季膦结构式为

季戊四烃取代咪唑结构式为

二烷基双烃取代季铵结构式为

二烷基双烃取代季膦结构式为

烃取代咪唑结构式为

烃取代吡啶结构式为

其中，R₁、R₃、R₆、R₇、R₉、R₁₀、R₁₂、R₁₅选自甲基、乙基、丙基、丁基、己基或辛基，R₁₃选自氢或甲基，R₂、R₄、R₅、R₈、R₁₁、R₁₄、R₁₆选自乙基、丙基、丁基、己基、辛基、癸基、十二烷基、十四烷基、十六烷基、十八烷基、乙烯基、烯丙基、羟甲基、羟乙基、氨乙基、氨丙基、羧甲基、羧乙基、苯基、苄基、3-(三甲氧基硅烷基)丙基、3-(三乙氧基硅烷基)丙基或3-(三羟基硅烷基)丙基。

2.权利要求1所述的一种光学透明耐温长效小分子型抗静电剂，其特征在于，R_f1选自氟或三氟甲基，R_f2、R_f3、R_f4选自三氟甲基，R_f5、R_f6、R_f7选自五氟乙基，R_f8选自五氟苯基。

3.权利要求1-2所述的光学透明耐温长效小分子型抗静电剂制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)原料AX和MY分别加入到溶剂中搅拌混匀后，加热搅拌一段时间，通过过滤、分液、蒸发等手段去除副产物和溶剂，从而得到目标产物，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、碳酸二甲酯、乙酸乙酯或丙酮，搅拌过程中原料AX和MY按照以下通式分别制备疏水性离子液体或表面活性型离子液体；

AX+MY—>AY+MX

其中:A为上述离子液体阳离子的一种或多种组合；X为Cl^-、Br^-、I^-、CO₃ ^2-、MeSO₄ ^-、EtSO₄ ^-、BF₄ ^-、ClO₄ ^-、Me₂PO₄ ^-、Bu₂PO₄ ^-、SO₄ ^2-中的一种或多种组合；Y为上述离子液体阴离子的一种或多种组合；M为Li⁺、Na⁺、K⁺、Mg²⁺、Pb²⁺、Ag⁺中的一种或多种组合；AY为目标疏水性离子液体或表面活性剂型离子液体；

(2)将得到的疏水性离子体液和表面活性剂型离子液体按照上述比例互配，即得到光学透明耐温长效小分子型抗静电剂。

4.权利要求1-2所述的光学透明耐温长效小分子型抗静电剂在塑料和压敏胶中的应用。