CN1688644A - 抗静电剂及由其得到的高分子组合物 - Google Patents

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Abstract

一种抗静电添加剂，包含式(I)的季鎓有机硅化合物，其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括氢或取代或未取代的脂族或芳族官能团；以及“n”的值是约1－约20。

Description

抗静电剂及由其得到的高分子组合物
发明背景
本发明涉及新的抗静电添加剂，包含这些添加剂的高分子组合物，以及制备这些添加剂和高分子组合物的方法。
抗静电剂构成一类特殊的聚合物添加剂。它们防止静电在由该聚合物制备的制件表面上的积聚。由于防止了表面灰尘在制品上的积聚，所以也提供了美观性。例如，汽车前灯的透镜一般都是由聚合物制造，例如聚碳酸酯，它具有理想组合的热稳定性、尺寸稳定性、透明性和韧性。过去，车前灯的光束准确聚焦在道路上所必需的光学体系(也称作“菲涅耳”)的形状不光滑。因此或者是在制造过程中，或者是在车前灯的使用过程中，积聚在透镜表面上的灰尘看起来不明显。但当汽车业向更顺滑形状的透镜发展时，积聚的灰尘变得更容易看得见，因此提出了美观的问题。
同样，在传送带设计中减少静电荷的产生也是很重要的。传送带一般是由大多数的合成聚合物材料制造的。在传送带中使用塑料已经在传送带技术中产生了几个明显的优点，例如清洁，可靠性，噪音低，成本与寿命比低，模件性和柔韧性。由于这些优点，以塑料为基础传送体系才被应用于制造先进电子产品和体系的超清洁(等级100或更高)环境中。但当产品尺寸和容差接近亚微粒水平时，静电放电(塑料材料固有的现象)对于使用塑料传送元件的高技术生产者不断造成麻烦。表面电荷的积累导致了二次灰尘污染，产生不良的后果，特别是对于精密的高技术电子元件。
抗静电剂的使用有两种方式：外用和内用。外用抗静电剂的使用是通过喷涂表面，或者将聚合物材料浸在包含抗静电剂的介质中。内用抗静电剂在加工前被加入到聚合物中。为此，内用抗静电剂必须是热稳定性的，优选的是在加工过程中迁移到表面上。另外，加入抗静电剂应当不损害聚合物材料本来所需的性能，例如透明度和玻璃化转变温度(Tg)。有几种类型的抗静电剂是现成的，但是需要的是性能改进了的试剂，例如加工性、热稳定性和/或树脂相容性。
因此需要确定更有效的抗静电剂作为添加剂可以加入到聚合物中而不损害所得高分子组合物的物理和化学性能。
发明概述
抗静电剂包含式(I)的季鎓有机硅化合物
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括氢或取代或未取代的脂族或芳族官能团；以及“n”的值是约1-约20。
在本发明的另一个实施方案中，抗静电高分子组合物包含聚合物和式(I)的季鎓有机硅化合物
其中R1，X，R2，R3和“n”如上述定义。
另一个实施方案是制备抗静电季鎓有机硅化合物的方法，包括：将包含第一溶剂和式(II)的有机硅单磺酸盐溶液与酸性介质接触而产生相应的游离磺酸，
其中每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括氢或取代或未取代的脂族或芳族官能团；n的值是约1-约20；将游离的磺酸与一种季鎓化合物接触形成混合物，用第二溶剂萃取该混合物，得到式(I)的季鎓有机硅化合物的溶液，
Figure A0382369000091
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包含取代或未取代的脂族或芳族官能团；以及“n”的值是约1-约20；从季鎓有机硅化合物溶液中基本上蒸发掉所有的溶剂。
在另一个实施方案中，制备抗静电热塑性高分子组合物的方法，包括：将季鎓有机硅化合物与熔融的热塑性树脂复合，其中该有机硅化合物由下式表示：
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包含取代或未取代的脂族，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
在另一个实施方案中，制备抗静电热塑性聚合物模塑组合物的方法，包括：将季鎓有机硅化合物与热塑性聚合物干法共混，其中该有机硅化合物由下式表示：
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包含取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
发明详述
在高分子组合物特别是热塑性高分子组合物中式(I)的季鎓有机硅化合物用作抗静电添加剂具有很大的实用性，
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X选自磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括氢或取代或未取代的脂族或芳族官能团；“n”的值是约1-约20。这里所述的抗静电添加剂对于聚合物加工中通常使用的循环次数和温度是热稳定性的。与不含季鎓有机硅化合物的相同高分子组合物相比，即使在形成所需的形状或制品之后，包含季鎓有机硅化合物的高分子组合物仍保持了其物理性能，例如玻璃化转变温度。这些优点使得该抗静电高分子组合物在许多用途中有重要价值，包括汽车、电子、传送带系统和仪表的显示器。这些应用均要求抗静电和/或灰尘。本发明的所有实施方案中，术语“抗静电”也是“抗灰尘”的意思。
上述季鎓有机硅化合物中的R1基团在其结构中可假设有很宽的范围，只要某个或某些基团的结构不阻碍季鎓有机硅化合物的形成。每个R1独立地包括取代或未取代脂族或芳族官能团。而且，可以是各种不同组合的取代或未取代脂族或芳族官能团。也可以说，连接到X上的四个R1基团可以都相同，或者它们可以两种、三种或四种不同的官能团构成。
有用的脂族R1官能团包含C1-C18线型或支化的烷基、芳烷基、和环烷基。脂族官能团还包含一个或更多的杂原子。优选R1选自以下这组：甲基，乙基，正丙基，正丁基，正戊基，正己基，正辛基，正十二烷基，正十六烷基，正十八烷基。更优选，R1是正丁基。含氧原子的有机基团的例子包括用羟基或烷氧基取代的烃基。更具体地，含杂原子的基团包括但不局限于：羟烷基，例如羟甲基，羟乙基，羟丙基，羟丁基，羟戊基，羟己基，羟庚基和羟辛基；和烷氧烷基，例如甲氧甲基，乙氧甲基，乙氧乙基，正丙氧甲基，异丙氧甲基，正丁氧甲基，正丁氧乙基，异丁氧乙基，聚亚烷基二醇等，包括它们的混合物。
有用的芳族R1官能团包括C6-C14取代或未取代芳基。未取代芳基可以选自以下这组：苯基，茚基，联苯基，1-萘基，2-萘基，蒽基(anthracenyl)和芴基。适当的芳族基可以选自以下这组：卤代苯基，多卤苯基，氯苯基，二氯苯基，三氯苯基，溴苯基，氟苯基，二氟苯基，烷氧基苯基，烷氧基羰基苯基，硝基苯基，氰基苯基，烷基苯基，多烷基苯基，甲苯基，二甲苯基，苄基，异丙基苯基，异丁基苯基，氯萘基，甲基萘基和异丙基萘基。芳族官能团还包含一种或多种含杂原子的取代基。
季鎓有机硅化合物的(R1 4X)+片段的例子包括但不局限于，四甲铵，四甲鏻，四乙铵，四乙鏻，四-正-丁铵，四-正-丁鏻，四-正-戊铵，四-正-戊鏻，四-正-己铵，四-正-己鏻，四-正-庚铵，四-正-庚鏻，四-正-辛铵，四-正-辛鏻，四苯基铵，四苯基鏻，甲基三苯基铵，甲基三苯基鏻，苄基三苯基铵，苄基三苯基鏻，苄基三甲铵，苄基三甲鏻，苄基三乙铵，苄基三乙鏻，(正十六烷基)(三正丁基)铵，(正十六烷基)(三正丁基)鏻，(正十八烷基)三甲铵，(正十八烷基)三甲鏻，(正十六烷基)三甲铵，(正十六烷基)三甲鏻，甲基(三正辛基)铵，甲基(三正辛基)鏻，甲基(三正癸基)铵，甲基(三正癸基)鏻，(三正丁基)(正十四烷基)铵，(三正丁基)(正十四烷基)鏻，乙基(三正丁基)铵，和乙基(三正丁基)鏻。在优选的实施方案中，(R1)4X+片段选自：四正丁基铵和四正丁基鏻。
连接到硅上的每个R2基团独立地包括取代或未取代脂族或芳族，取代或未取代基团。换句话说，连接到硅上的这三个R2可以包含相同的官能团或者不同的官能团。有用的R2包括取代或未取代C1-C18线型或支化的烷基，芳烷基和环烷基。脂族R2基团可以包含一个或多个杂原子。优选的是，R2选自：甲基，乙基，正丙基，正丁基，正戊基，正己基，正辛基，正十二烷基，正十六烷基和正十八烷基。更优选R2是甲基。R2还可以是氟化一价烃基，例如3，3，3-三氟丙基和其它全氟烷基乙基，α，α，α-三氟甲基苯基，五氟苯基等。
有用的芳族R2官能团一般包括取代或未取代的C6-C14芳基。芳族官能团的例子包括苯基，茚基，联苯基，1-萘基，2-萘基，蒽基和芴基。取代芳族官能团的例子包括卤代苯基，多卤苯基，氯苯基，二氯苯基，三氯苯基，溴苯基，氟苯基，二氟苯基，烷氧基苯基，烷氧基羰基苯基，硝基苯基，氰基苯基，烷基苯基，多烷基苯基，甲苯基，二甲苯基，苄基，异丙基苯基，异丁基苯基，氯萘基，甲基萘基和异丙基萘基等。该芳族官能团还可以包含一个或多个含杂原子的取代基。
季鎓有机硅化合物的(R3 2C)n片段的R3基团包含取代或未取代的脂族或芳族官能团，R1和R2如上所述。另外，R3可以是氢，R3基团可以相同或不同。优选R3选自：甲基，乙基，正丙基，正丁基，正戊基，正己基，正辛基，正十二烷基，正十六烷基和正十八烷基。更优选R3是氢。季鎓有机硅化合物通式中的“n”值约1-约20。在特定的实施方案中，“n”值约为3。
在优选的实施方案中季鎓有机硅化合物的结构如下：每个R1均是正丁基，X是磷或氮，每个R2都是甲基，每个R3均是氢，以及“n”值在约2-约10的范围内。在特定的实施方案中每个R1均是正丁基，X是磷或氮，每个R2均是甲基，每个R3是氢，以及n值约为3。优选X是磷。
有机硅单磺酸盐中碱金属“M”选自锂，钠，钾，铷和铯。这些盐用作得到相应游离有机硅单磺酸的前体。在各种实施方案中，用于产生游离有机硅单磺酸的酸性介质包括强酸。
可以使用的强酸例子包括硫酸，氟化烷基磺酸和全氟烷基磺酸。在特定的实施方案中，酸性介质包括带磺酸基团的高分子强酸离子交换树脂。高分子强酸离子交换树脂的适当例子包括但不局限于氟化高分子磺酸树脂，例如Nafion系列的树脂(Dupont生产的商品)，和磺化的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物，由每100摩尔的苯乙烯使用约0.5mol％-20mol％的二乙烯基苯制备。在特定的实施方案中，该磺化的苯乙烯-二乙烯基苯共聚物包括节路状(gelular)和大网眼状(macroreticular)类型，分别对应于磺化的低和高二乙烯基苯-交联苯乙烯共聚物。节路状树脂的例子是Amberlyst-121(磺化的，4％二乙烯基苯-交联的聚苯乙烯树脂)，Rohm和Haas公司销售。大网络树脂的例子是Amberlyst-15(磺化的，20％二乙烯基苯-交联的聚苯乙烯树脂)，也由Rohm和Hass公司销售。
通常，使用比有机硅单磺酸盐过量的酸性介质以基本上完全向游离有机硅单磺酸转化。基本上完全转化此处定义为：以有机硅单磺酸盐的起始量计，大于约95％，优选大于约98％，更优选大于约99％完成了转化。在另一个实施方案中，使用的酸性介质是磺化苯乙烯-二乙烯基苯树脂，用量约为碱金属有机硅磺酸盐摩尔数的约15-约20倍。还可以使用更高数量的酸性介质，但一般不需要。
在一个实施方案中，将包含有机硅单磺酸的溶液加入到含酸性树脂的填充床柱(packed bed column)的顶部，从而使有机硅单磺酸盐与包含高分子酸性树脂的酸性树脂接触。在柱中碱金属离子交换成氢离子，使得从柱的底部流出的液流包含相应的游离有机硅单磺酸。或者，通过从填充床柱的底部泵送溶液而进行接触，并从顶部收集产物混合物的溶液。
用于制备包含有机硅单磺酸盐的溶液的合适溶剂包括：水，C1-C4脂肪醇，四氢呋喃，乙腈，C7-C9芳烃，及它们的混合物。一般水的存在有利于碱金属离子-氢离子交换过程。
中和以上得到的游离有机硅单磺酸组合物是通过将它与包含(XR1 4)+Y-的四元化合物接触(其中X和R1如上所述)形成中和的混合物。Y包括氢氧化物，OCOR4，或者OR4，其中R4包含取代或未取代脂族，碳环或芳族官能团。反应混合物中这些碱性季铵和鏻化合物与磺酸基团反应而产生相应的季  有机硅化合物。在一个实施方案中，Y是羟基。另一个实施方案中，该四元化合物选自：羟化四乙鏻，羟化四正丁鏻，羟化四正丁铵，羟化四正辛鏻，和羟化四苯基鏻。
在一个实施方案中，中和步骤的实施使反应混合物的温度保持在约10-50℃，在一个实施方案中约20-约30℃。在另一个实施方案中反应在自然(autogenous)温度下进行。中和过程通常通过调节被中和混合物的PH而进行。在一个实施方案中，中和混合物的PH约4-6，而另一个实施方案中，PH约5-约5.5。
使用适当的溶剂将中和步骤中得到的季鎓有机硅磺酸盐从产物混合物中萃取出。适当的溶剂包括溶解季鎓有机硅化合物的那些。在一些实施方案中，适当的溶剂包括卤代脂族和芳族化合物，脂族和芳族烃，环和无环(acylic)醚，及它们的混合物。在特定的实施方案中，用于萃取的适当溶剂是氯仿。
蒸发萃取液中的溶剂而基本上除去所有的溶剂。在一个实施方案中，“基本上”指的是以使用的溶剂重量计除去的溶剂量为大于90重量百分比(wt％)，在另一个实施方案中，除去量约98wt％，在另一个实施方案中，大于99wt％。在另一个实施方案中，基本上除去所有的溶剂指的是在蒸发步骤中不再得到冷凝物。
上述的常规方法用于制备任何一种上述的季鎓有机硅化合物。在特定的实施方案中，该常规方法用于制备四正丁鏻3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸盐。用于进行钠离子-氢离子交换的包含水和3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸钠的溶液还可以包含C1-C4脂肪醇，四氢呋喃，乙腈，C7-C9芳烃，及它们的混合物。在不同实施方案中用于萃取产物的溶剂包括卤代脂肪族和芳族化合物，脂族和芳族烃，环和无环醚，及它们混合物。从萃取液中蒸发溶剂以分离最终产物，可以在大气压或亚大气压的条件下完成。
上述的季鎓有机硅化合物在高分子组合物中具有较高的表面迁移倾向，这有助于快速耗散集结在聚合物表面上局部的静电荷。这些化合物具有极性、亲水性鎓磺酸盐基团，和非极性、疏水性部分。虽然本发明尚未有任何理论上解释，但还是认为含硅的疏水性部分增强了迁移倾向以及极性基团吸收周围的水分而在聚合物表面上形成水分子层。这些水分子接着就相互氢键连接。通过水分子的该氢键连接层发生了局部的表面电荷的耗散，因此产生了抗静电活性。
季鎓有机硅化合物基于热重量分析仪(下称“TGA”)的热稳定性高。TGA研究表明，即使在温度高于约300℃，通常用于加工聚合物的条件下，这些化合物也不会进行任何明显的热分解。该热稳定性可与四正丁鏻4-十二烷基苯磺酸盐(CAS：111503-99-2；市售的EPA202，Takemoto Oil&Fat Co.，Ltd.)相比。季鎓有机硅化合物的另一个重要特征在于：它们加到组合物中对该组合物的物理性能(例如对所得高分子组合物的玻璃化转变温度)没有不利的影响。
上述的季鎓有机硅化合物作为抗静电添加剂对于任何的聚合物都是有效的。因此它们可以应用于热塑性以及热固性高分子组合物中。在一个实施方案中，可以使用的聚合物包括缩聚和加成聚合物。根据用途的类型和聚合物种类，季鎓有机硅化合物的用量可以变化。在一个实施方案中，对每100份聚合物，高分子组合物包含季鎓有机硅化合物的量一般约2.5×10-3-6份，在第二个实施方案中，每100份聚合物，约3×10-2-约6份，在第三个实施方案中，每100份聚合物，约0.5-约6份。优选的季鎓有机硅化合物是3-甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻、3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁铵、及它们的混合物。
有用的热塑性聚合物包括芳烃，聚酯碳酸酯，聚苯硫醚，聚醚酰亚胺，聚酯，液晶聚酯，聚苯乙烯，聚亚苯基醚，聚亚苯基醚/苯乙烯聚合物混合物，聚酰胺，聚酮，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-丙烯腈共聚物，聚烯烃，聚乙烯，聚丙烯，聚缩醛，其混物，及其与其它材料的共混物，例如玻璃。优选的热塑性聚合物是聚合法得到的聚碳酸酯和聚酯碳酸酯，包括熔体酯交换，界面聚合，固相聚合，以及溶液和再分配方法，或它们的组合。
高分子组合物还可以包括几种材料，例如抗氧剂，热稳定剂，紫外线稳定剂，加工助剂，脱模剂，填料和阻燃剂。
抗静电高分子组合物可以使用本领域已知的方法制备。在特定的实施方案中，该高分子组合物可以用包括以下步骤的方法制备，其中至少一个步骤包括：将季鎓有机硅化合物与热塑性树脂的颗粒或粉末进行干法共混产生高分子组合物，将季鎓有机硅化合物与聚合物树脂在熔融过程中进行熔体混合，或将季鎓有机硅化合物与聚合物树脂进行溶液共混。这些技术在本领域是已知的。
干法共混这种方法是在共混混合物制成制件的聚合物加工步骤之前，将所有的必要组分进行混合。使用本领域众所周知的技术进行共混。加入的聚合物树脂组分是颗粒状、粉末状、或者是二者都有。在特定的实施方案中加入的聚合物树脂组分是粉末状。在各种实施方案中，共混过程中的物料还可以包括其它材料，如前述的添加剂。
制备高分子组合物的另一方法包括混合熔融的组分。本发明的季鎓有机硅化合物可任选使用溶剂以有助于与剩余的物料混合物混合。在一些实施方案中，加工设备中可以包括脱挥发体系来有效地除去加工步骤中的挥发物，例如溶剂。根据被加工聚合物的种类等因素，本领域的技术人员无需过多的实验就可以选择使用适当类型的熔融加工设备。在各种实施方案中，适合的熔融加工设备包括但不局限于挤出机、捏合机、辊炼机及类似设备。
使用本领域任何已知方法都可以加工成制品或涂层，例如注射成型、片材成型、热成型、吹塑成型和喷涂。
该抗静电组合物用途广泛，例如前照明设备、汽车前灯透镜、雾灯透镜、眼科器件、传送带系统、印刷机、和仪表的显示器。
以下实施例用于对本领域的技术人员在实施本发明要求保护的内容时提供更多的指导。这些实施例只是用于举例说明本申请要求保护的内容。因此这些实施例并不是以任何方式来限制权利要求所定义的本发明。
实施例1
该实施例描述3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻的制备。
Tulsion T-42MP(H+)，一种购自Thermax Company，India的酸性凝胶型离子交换树脂。该树脂的含水量约50-52％，潮湿状态下每单位容积树脂的交换容量约1.8毫当量的H+(干燥态的每单位容积树脂约4.9毫当量的H+)。
溶解于软化水(75ml)中的3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸钠(13克，59.5mmol)溶液滴加到填充有过量(3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸盐的摩尔数的15-20倍)的Tulsion T-42MP(H+)酸性离子交换树脂的短柱中。然后水洗树脂床，直到从柱中流出溶液的PH约5-6。这样得到的游离3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸水溶液用羟化四正丁鏻中和，直到溶液的PH约为5-5.5。用氯仿萃取(3次)所得的混合物，水洗(3次)合并的氯仿洗液(washes)。分离氯仿层，用无水硫酸钠干燥，在减压下浓缩以除去溶剂和其它挥发物。最后在40℃、0.1mmHg下干燥剩余的原料，而生成3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸四正丁鏻白色固体。产物的产量为26.9克，或者理论产率为99％。化合物的质子NMR光谱表明它是所需的化合物。
实施例2
该实施例描述3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁铵的制备。
溶解于软化水(75ml)中的3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸钠(9克，41.2mmol)溶液滴加到填充有过量(3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸盐的摩尔数的15-20倍)的Tulsion T-42MP(H+)酸性离子交换树脂的短柱中。然后水洗树脂床，直到从柱中流出溶液的PH约5-6。这样得到的游离3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸水溶液用羟化四正丁铵中和，直到溶液的PH约为5-5.5。用氯仿萃取(3次)所得的混合物，水洗(3次)合并的氯仿洗液(washes)。分离氯仿层，用无水硫酸钠干燥，在减压下浓缩以除去溶剂和其它挥发物。最后在40℃、0.1mmHg下干燥剩余的原料，而生成吸湿性的3-(三甲基甲硅烷基)-1-丙烷磺酸四正丁铵白色固体。产物的产量为17.4克，或者理论产率为97％。化合物的质子NMR光谱表明它是所需的化合物。
实施例3-5
这些实施例描述制备装饰板和测量其静电半衰期、玻璃化转变温度和百分透光率的方法。
这些实施例中所用的芳烃树脂是双酚A(下称“BPA”)均聚聚碳酸酯树脂，特性粘度约0.46分升/克(20℃二氯甲烷中测量)。该聚碳酸酯与15克的抗静电和/或抗灰尘剂熔融混合(对于每千克的模塑混合物)。该模塑混合物还包含2.7克的硅油脱模剂/千克模塑混合物，和3.9克稳定剂/千克模塑混合物，其被认为有抗静电作用。操作温度约285℃下，在25mm双螺杆挤出机中模塑该混合物。通过模孔挤出之后，在水中冷却所得线材，切割成颗粒，在约120℃干燥约2h。用单螺杆注射成型机注射成型干燥的颗粒，而制备厚度约2.5mm的10cm装饰板。注射成型料筒的最高温度约285℃。
从以上制备的较大装饰板可以得到进行静电衰减实验所需的装饰板。测得每个静电衰减实验使用的板约为78mm×58mm×2.5mm。实验前在温度约23℃和相对湿度约50％将板适应3天。使用Static Honestmeter(ModelS-5109仪器，Shishido Electrostatic Ltd.制造)进行静电衰减实验。当表面电荷达到约3千伏的固定值时，切断外电压。使用检测器测得表面电荷随着时间衰减。静电半衰期(表示为“T1/2”)代表表面电荷达到原始值的半数时的时间。对于参照材料EPA202重复上述步骤。使用Perkin Elmer ModelTGA-7热重量分析仪测量玻璃化转变温度(Tg)。使用PacificScientificModel XL-835比色计测量百分透光率(下称“％T”)。结果示于表1。
对于BPA均聚聚碳酸酯模塑混合物重复上述过程，但不包含抗静电剂。测试所得装饰板的静电半衰期和Tg。
表1
    实施例     抗静电化合物   T1/2(秒)   Tg(℃)     ％T
    3    *EPA202   132   143     90
    4     3-甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻   92.5   139     77
    5     无   ＞＞1000   150     90
*对照物
从前面例子可以看出，季鎓有机硅化合物明显地显示出已较好地耗散了高分子组合物的表面电荷而没有明显地影响玻璃化转变温度。
虽然在典型的实施方式中已经举例说明和描述了本发明，但这并不表示本发明要受所示具体细节的限制，因为凡是不偏离本发明构思的各种修改和替换都是可以做的。因此，对于本领域的熟练技术人员来说，仅仅用常规实验就能够对这里公开的本发明作进一步的修改和等同替换，且所有这样的修改和等同替换都被认为是在所附权利要求所定义的发明构思和范围之内。这里所有提到的专利均作为参考文献引用。

Claims (31)

1.一种式(I)的季鎓有机硅化合物：
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
2.权利要求1的化合物，其中每个R1是正丁基，X是磷或氮，每个R2是甲基，每个R3是氢，“n”的值是约2-约10。
3.权利要求1的化合物，其中每个R1是正丁基，X是磷或氮，每个R2是甲基，每个R3是氢，“n”的值是约3。
4.一种高分子组合物，包含一种聚合物和式(I)的季鎓有机硅化合物：
Figure A038236900002C2
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
5.权利要求4的组合物，其中有机硅化合物的数量为每100份聚合物约2.5×10-3份-约6份。
6.权利要求4的组合物，其中有机硅化合物的数量为每100份聚合物约3×10-2份-约6份。
7.权利要求4的组合物，其中有机硅化合物的数量为每100份聚合物约0.3份-约6份。
8.权利要求4的组合物，其中该聚合物包含至少一种缩聚或加成聚合物。
9.权利要求8的组合物，其中所述的聚合物包括至少一种芳族聚碳酸酯、聚酯碳酸酯、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺、聚酯、聚亚苯基醚、聚亚苯基醚/苯乙烯聚合物共混物、聚酰胺、聚酮、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚烯烃、它们的共混物、或其与其它材料的共混物。
10.权利要求9的组合物，其中聚碳酸酯和聚酯碳酸酯是由以下聚合方法得到的，包括：熔融酯交换、界面聚合、固相聚合、溶液聚合、再分配法，及它们的组合。
11.权利要求10的组合物，其中所述有机硅化合物包括
Figure A038236900003C1
或它们的混合物。
12.一种抗静电制品，包含权利要求11的高分子组合物。
13.权利要求12的制品，其中该制品包括前照明设备、汽车前灯透镜、雾灯透镜、眼科器件、传送带系统、印刷机设备、和仪表的显示器。
14.一种制备季鎓有机硅化合物的方法，包括：
将包含第一溶剂和式(II)的有机硅单磺酸盐的溶液与酸性介质接触而产生相应的游离磺酸组合物，
Figure A038236900003C2
其中M是碱金属，每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；n是约1-20的整数；
将游离的磺酸组合物与四元化合物接触形成中和混合物；
用第二溶剂萃取该中和混合物，得到萃取液；及
从该萃取液中基本上蒸发掉所有的溶剂，分离出式(I)的季鎓有机硅化合物：
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
15.权利要求14的方法，其中碱金属包括锂、钠、钾、铷、或铯。
16.权利要求14的方法，其中游离磺酸组合物在温度约10-约50℃与季鎓化合物接触。
17.权利要求14的方法，其中游离磺酸组合物在温度约20-约30℃与季鎓化合物接触。
18.权利要求14的方法，其中酸性介质包括强无机酸、高分子酸性离子交换树脂或它们的组合。
19.权利要求18的方法，其中酸性介质是具有磺酸基团的高分子酸性离子交换树脂。
20.权利要求14的方法，其中该季鎓化合物包含X(R1)4-Y，其中X包括氮或磷，每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；Y包括氢氧化物，OCOR4和OR4，其中R4包括取代或未取代的脂族或芳族官能团。
21.权利要求20的方法，其中X是磷或氮，R1是正丁基，Y是氢氧化物。
22.权利要求20的方法，其中四元化合物包括羟化四乙鏻，羟化四正丁鏻，羟化四正辛鏻，和羟化四苯基鏻。
23.一种权利要求14的方法，其中中和混合物的PH约4-约6。
24.权利要求14的方法，其中中和混合物的PH约5-约5.5。
25.权利要求14的方法，其中第一溶剂包括水、C1-C4脂肪醇、四氢呋喃、乙腈、C7-C9芳烃、或它们的混合物。
26.权利要求16的方法，其中季鎓有机硅化合物是四正丁铵、3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸盐、3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻、或它们的混合物。
27.一种制备3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻的方法，包括：
将包含第一溶剂和3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸钠溶液与酸性离子交换树脂接触而产生游离的3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸的溶液；
将游离的3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸溶液与羟化四正丁鏻接触而形成PH为约5.0-约5.5的混合物；
用第二溶剂萃取该混合物，形成包含3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻的萃取液；及
从该萃取液中基本上蒸发掉所有的溶剂，分离出3-三甲基甲硅烷基丙烷磺酸四正丁鏻。
28.权利要求27的方法，其中该第一溶剂包括：水、C1-C4脂肪醇、四氢呋喃、乙腈、C7-C9芳烃、或它们的混合物。
29.权利要求27的方法，其中该第二溶剂包括卤化的脂族和芳族化合物、脂族和芳族烃、环状和无环醚、或它们混合物。
30.一种制备抗静电热塑性高分子组合物的方法，包括：
将季鎓有机硅化合物与熔融的热塑性树脂复合，其中有机硅化合物由下式表示：
Figure A038236900005C1
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
31.一种制备抗静电热塑性高分子组合物的方法，包括：
将热塑性聚合物与季鎓有机硅化合物干法共混，其中该有机硅化合物由下式表示：
其中每个R1独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；X包括磷或氮；每个R2独立地包括取代或未取代的脂族或芳族官能团；每个R3独立地包括取代或未取代的脂族官能团，取代或未取代的芳族官能团或氢；“n”的值是约1-约20。
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