[发明专利]一种季铵六氟磷酸盐离子液体聚合物及其合成方法

说明书

技术领域

本发明属于化学合成领域，涉及一种新型季铵六氟磷酸盐离子液体聚合物及其合成方法，该聚合物可用于二氧化碳、二氧化硫、甲醛、二噁英等有害气体的捕集，油品中硫氮杂环化合物固相萃取分离，及固相电解质材料等领域。

背景技术

离子液体是近十几年内才发展起来的一种全新的绿色溶剂或材料，它们是一类完全由有机阳离子和无机/有机阴离子组成的有机盐。与传统无机盐相比，离子液体具有低得多的熔点，通常在室温或其以下就呈液体状态，另外具有不挥发、液态范围宽、电化学窗口宽、对无机物/有机物良好的溶解吸收能力、不可燃爆、结构性质可设计等新颖特性，使得它们被广泛应用于气体吸附、萃取分离、电化学、有机合成、功能材料等领域，成为当前绿色化学领域的一个研究热点。

近几年来，离子液体与高分子的结合引起了人们巨大的研究兴趣，即：将离子液体作为单体进行聚合得到离子液体聚合物材料，这种新型的离子液体聚合物保留了与离子液体相同的功能基团，同时具有许多高分子材料的特性，已经在气体吸附、固相电解质、抗静电材料、高分子催化等领域展现出了良好的应用前景。对这类新型离子液体聚合物材料的研究刚刚起步，目前被报道的离子液体聚合物种类有限，大部分是常见的咪唑盐聚合物，它们的种类还有待扩展，它们的物化性能如热稳定性等有待改进。在本发明中，我们合成了一种新的离子液体聚合物，该聚合物可用于二氧化碳、二氧化硫、甲醛、二噁英等有害气体的捕集，油品中硫氮杂环化合物固相萃取分离，及固相电解质材料等领域。这种新的离子液体聚合物及其制备方法，目前尚未见报道。

发明内容

本发明合成了一种新的季铵六氟磷酸盐离子液体聚合物，即：聚(对乙烯苄基-三乙基季铵六氟磷酸盐)，缩写式为P[VBTEA]PF₆，提供了它的制备合成方法。

一、P[VBTEA]PF₆

本发明合成的P[VBTEA]PF₆，其化学结构式如下：

其中，n＝50～200，聚合物的分子量为15000～60000。

二、P[VBTEA]PF₆的制备

P[VBTEA]PF₆的制备方法，是先以三乙胺与对氯甲基苯乙烯进行季铵化反应，得到离子液体中间体对乙烯苄基-三乙基季铵氯盐，然后用这个中间体与六氟磷酸钾进行阴离子交换得到对乙烯苄基-三乙基季铵六氟磷酸盐离子液体单体，最后这个单体通过自由基聚合反应得到P[VBTEA]PF₆。

其具体合成包括以下工艺步骤：

1、对乙烯苄基-三乙基季铵氯盐(缩写式为[VBTEA]Cl)的合成

将三乙胺与对氯甲基苯乙烯以1∶1～1∶1.5的摩尔比混合，加入该混合物摩尔总量2～2.5倍摩尔量的无水乙腈，35℃～65℃下搅拌反应2～24h，反应结束后，用乙醚洗涤3～5次，得到产物[VBTEA]Cl。其反应方程式如下：

2、对乙烯苄基-三乙基季铵六氟磷酸盐(缩写式为[VBTEA]PF₆)的合成

将[VBTEA]Cl与六氟磷酸钾以1∶1～1∶1.5的摩尔比混合，加入该混合物摩尔总量2～2.5倍摩尔量的无水乙腈，加入一定量的2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚，2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚的质量是[VBTEA]Cl质量的0.1％～2％，20℃～50℃下搅拌反应6～48h，反应结束后，将上层液体用乙醚洗涤3次，得到产物[VBTEA]PF₆。其反应方程式如下：

3、P[VBTEA]PF₆的合成

在氮气保护下，将[VBTEA]PF₆溶于一定量N，N-二甲基甲酰胺(缩写式为DMF)中，再加入偶氮二异丁腈(缩写式为AIBN，其加入量为[VBTEA]PF₆质量的0.1％～3％)，将该混合液浸入20℃～80℃油浴中反应2h～12h，反应结束后，将混合液倒入甲醇中沉淀，将得到的固体进行100℃真空干燥12h～24h，得到最终产物P[VBTEA]PF₆。其反应方程式如下：

三、P[VBTEA]PF₆的表征

1、P[VBTEA]PF₆的核磁表征如下：