含咪唑类离子液体的环磷腈高聚物的制备和表征

摘要

基于本身的良好特性，离子液体是近几十年来发展最为迅猛的领域之一。聚离子液体也日益受到关注，目前聚离子液体在纳米材料、固态电解质、分离技术以及替代传统催化剂等方面有很多报道。磷腈衍生物的优良特性（如线性聚磷腈的柔顺性，环交联型聚磷腈的热稳定性、耐溶剂性）已经被广泛认识，并在医药、催化、有机合成、能源、航空航天材料等方面得到广泛应用。聚磷腈微纳米材料更是兼具高比表面积、吸附能力强大、表面结构可调性强等优点而受到青睐。本文尝试利用羟基功能化的离子液体与六氯环三磷腈反应，得到含不同比例离子液体的多氯环三磷腈，再与含多羟基官能团的化合物缩聚，得到以磷腈高分子为负载剂的聚离子液体，拓宽聚离子液体的种类。
　　本文主要包括两部分：（1）以氯化1-羟乙基-3-甲基咪唑、六氯环三磷腈、4,4’-二羟基二苯砜为底物，三乙胺和吡啶为缚酸剂，在有机溶剂中超声合成了聚离子液体微、纳米材料。通过SEM、IR、TGA、XPS技术表征了聚合物的形貌、结构、热稳定性、表面元素含量。（2）探究了溶剂极性、浓度大小、底物比例不同、离子液体的阴离子不同等因素对聚合物的结构和形貌的影响。
　　研究结果表明，IR谱图中有预期的砜基、苯环骨架、羟基、碳氮键、磷氮键、磷氧键等基团吸收峰存在；SEM观察到形貌以规则的球体为主，可控制粒径大小在几百纳米到几微米之间；TGA曲线表明离子液体的成功加入；XPS数据显示聚合物的表面元素种类和化合态与理论值一样；溶剂的极性越大，聚合物的粒径越均匀，球体越规则；随着反应物的浓度减小，聚合物的粒径减小，形状越来越规则，分散性好，但是浓度减小到一定值时，产物的颗粒不易分散；当IL/HCCP摩尔比值大于1.5时，形成的聚合物颗粒不规则，球体表面不光滑，粒径分布不均匀；相同条件下，不同阴离子的离子液体参与反应合成的聚合物形貌没有明显差别。
　　总之，本文合成的聚合物丰富了聚离子液体的种类，并期望该聚离子液体在催化、生物医药、纳米材料、阻燃材料、电化学、聚合化学等方面发挥应用。

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1绪论

1.1 离子液体

1.2离子液体聚合物

1.2.1聚离子液体的制备

1.2.2 聚离子液体的应用

1.3 磷腈衍生物简介及应用

1.3.1六氯环三磷腈单体

1.3.2 聚磷腈材料

1.3.3 聚磷腈材料微纳米化

1.4 选题内容

2 实验部分

2.1 实验仪器与药品

2.1.1 实验仪器

2.1.2 实验药品及纯化

2.2 六氯环三磷腈的合成与表征

2.3 离子液体的合成与表征

2.3.1 1-羟乙基-3-甲基咪唑氯盐（IL1）的制备与表征

2.3.2 1-羟乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（IL2）的制备与表征

2.3.3 1-羟乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐（IL3）的制备与表征

2.4 HCCP和离子液体单体的反应探究

2.4.1 溶剂的选择

2.4.2 反应终点及反应温度的确定

2.5 不同因素对离子液体聚合物结果的影响

2.5.1 溶剂对反应结果的影响

2.5.2浓度对反应结果的影响

2.5.3底物比例对反应的影响

2.5.4含BF4-阴离子的IL2参与反应对聚合结果的影响

2.5.5含PF6-阴离子的IL3参与反应对聚合结果的影响

2.5.6合成方法的探究

2.5.8 不同的双官能团底物反应探究

3 结果与讨论

3.1 HCCP和离子液体单体反应条件探究分析

3.1.1 溶剂选择

3.1.2 反应时间和温度监控

3.1.3 反应产物表征

3.1.4 可能的产物结构

3.2 不同因素对离子液体聚合物的影响分析

3.2.1 溶剂对反应结果的影响分析

3.2.2 浓度对反应结果的影响分析

3.2.3 底物的比例对反应结果的影响分析

3.2.4 含BF4-阴离子的IL2参与反应对聚合结果的影响分析

3.2.5 含PF6-阴离子的IL3参与反应对结果的影响

3.2.6 合成方法对聚合物结果影响的分析

3.2.7 其他双官能团底物反应结果分析

3.2.8 关于微纳米球的形成机理

4 总结及展望

致谢

参考文献

附图