聚離子液體的研究進(jìn)展

陳立飛，周瀚成，魏 茁，姜英宇

(西北民族大學(xué)化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730300)

離子液體(Ionic liquids)又被稱作為室溫熔鹽。有機(jī)陽離子和無機(jī)或者有機(jī)陰離子構(gòu)成了離子液體，液體是離子液體在100℃以內(nèi)經(jīng)常呈現(xiàn)出的狀態(tài)。離子液體有特別的多優(yōu)良的性質(zhì)，例如：特別的好的熱穩(wěn)定性、不揮發(fā)、不易燃、可調(diào)控電化學(xué)結(jié)構(gòu)等。離子液體單體作為單元組成的離子液體稱作聚離子液體(PILs)。聚離子液體也具有此性質(zhì)。因此聚離子液體(PILs)成為越來越受到人們關(guān)注的一種新的功能型的高分子。在1998年，Ohno首次報(bào)道了聚離子液體(PILs)以后[1]，因其性質(zhì)特別而受到了人們極高的重視。

1 聚離子液體的合成

聚離子液體的合成方法主要兩種。第一種方法是：第一步通過聚合的方法，讓反應(yīng)物生成聚合物，此聚合物不具有離子液體的結(jié)構(gòu)；第二步是運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)在特定的條件下將第一步生成的聚合物與離子液體相結(jié)合，季銨化反應(yīng)是聚合物與離子液體結(jié)合常用的方法。第二種是先合成帶有聚合官能團(tuán)的離子液體單體，然后將離子液體單體聚合。以上的兩種方法，每一種都有兩個部分組成。一是合成單體的離子液體，二是單體被聚合生成高聚物。在第一部分中，離子液體單體制備方法可以借鑒離子液體合成方法，而單體的聚合方式就有很多種，主要聚合方式有以下3種。

乳液聚合：是在反應(yīng)體系中加入合適的引發(fā)劑，讓反應(yīng)物發(fā)生聚合反應(yīng)，這種方法被稱為乳液聚合。具體的反應(yīng)步驟是：單體的離子液體在液相中被均勻的分散，乳化劑加入合適的含量，在機(jī)械攪拌的條件下形成合適乳液。它是一種常見的高分子聚合方法。

分散聚合：分散聚合是沉淀聚合眾多方法里的其中一種。它與其他方法最不同的地方是向反應(yīng)體系中加分散劑，分散劑可以防止在反應(yīng)過程中有沉淀析出，因此反應(yīng)體系中會呈現(xiàn)出的分散液形式會比較穩(wěn)定。反應(yīng)剛開始的時候，將溶劑、引發(fā)劑、穩(wěn)定劑、單體等均勻混合。反應(yīng)進(jìn)行到一定程度的時候，反應(yīng)物的分子量就會漸漸的聚集在一起，分子量被聚集到一定的時候，沉淀就會從反應(yīng)體系中析出。

懸浮聚合：懸浮聚合的方法分為兩部分，第一是單體的引發(fā)劑小液珠被均勻的懸浮在水相中，第二部分是自由基聚合。其中，水相則被作為連續(xù)的相，而單體則被作為分散的相。在反應(yīng)體系中，任何單體的引發(fā)劑小液體中都會被聚合而發(fā)生反應(yīng)，因而認(rèn)作為是小液珠的本體自身發(fā)生了聚合。

2 聚離子液體的應(yīng)用

使用不同陰離子和陽離子可以設(shè)計(jì)出不相同的聚離子液體，比如分子結(jié)構(gòu)、功能等的不同。聚離子液體的性質(zhì)有特別之處，它不僅僅有離子液體的性質(zhì)，而且聚合物所具有的性質(zhì)它也具備。所以聚離子液體在很多方面都可以應(yīng)用。但是目前聚離子液體的應(yīng)用有以下這幾個主要的方面：

(1)離子導(dǎo)電材料中聚離子液體的應(yīng)用：根據(jù)所需要的聚合物電解質(zhì)，使用不同陽離子和陰離子來組合，然后設(shè)計(jì)出所需分子結(jié)構(gòu)的聚離子液體。

(2)在抗靜電材料中聚離子液體的應(yīng)用：聚離子液體的性質(zhì)與離子液體的性質(zhì)是相同的，普遍的離子液體都具有導(dǎo)電性，因此聚離子液體在導(dǎo)電方面也是很普遍存在的，所以在抗靜電材料方面的運(yùn)用聚離子液體也是普遍存在的。

(3)抗菌材料中聚離子液體的應(yīng)用：病人的死亡率與發(fā)病率普遍較高的原因之一是微生物的感染。因此，當(dāng)前科研人員主要開發(fā)研究的材料是讓細(xì)菌不容易產(chǎn)生抗藥性的代替性高效的具有抗菌作用的材料。目前，取代的陽離子型聚合物，如季銨、吡啶、咪唑等陽離子已經(jīng)被普遍用于抗菌材料的研究。它的作用機(jī)理是：陽離子聚合物表面被微生物相接觸時，細(xì)菌是會被陽離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)所吸附的，陽離子化學(xué)的結(jié)構(gòu)是可以穿透細(xì)菌的細(xì)胞膜，從而使細(xì)菌致死[2]。

(4)在氣體分離中，聚離子液體也有很好的應(yīng)用：它表現(xiàn)出了很強(qiáng)的選擇性，在離子液體在溶解氣體時，由聚離子液體合成的方法可知，它們所帶的官能團(tuán)是一樣的，所以利用這一性質(zhì)，氣體可被聚離子液體可吸收劑和膜來分離。

(5)吸附中聚離子液體的應(yīng)用：在聚離子液體中，二氧化碳的溶解性是可逆。因此，在二氧化碳的捕獲與分離方面表現(xiàn)出了極大應(yīng)用的價值。研究人員目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了聚離子液體對二氧化碳吸收的效率與離子液體單體相比較，聚離子液體的吸收效率更高，且聚離子液體中對吸收二氧化碳的效率產(chǎn)生極大的影響的是陽離子基團(tuán)。Jiang課題組[3]對咪唑類聚離子液體進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)陽離子與氣體分子(CO2和N2)的相互作用要比與陰離子相互作用強(qiáng)，而陰離子在一定的程度上也影響了ILs對CO2的溶解，恰好這就鮮明的形成了對比。

(6)聚離子液體在選擇性分離中的應(yīng)用：在分離模式基礎(chǔ)上結(jié)合各類分離模式，重新設(shè)計(jì)出一種新的分離模式叫作多尺度分離。各種各樣的復(fù)雜混合物都可以運(yùn)用多尺度分離進(jìn)行分離開來。由于聚離子液體具有強(qiáng)交換的性質(zhì)，而且陰、陽離子還具有可設(shè)計(jì)性，使得聚離子液體能夠通過與其它分子產(chǎn)生交換作用。

(7)聚離子液體在催化中的應(yīng)用：在機(jī)械穩(wěn)定性方面，聚離子液體表現(xiàn)出良好的性質(zhì)，而且單體的離子液體遠(yuǎn)不如它，聚離子液體好過離子液體。因此，聚離子液體作為催化劑，在操作性催化反應(yīng)體系中表現(xiàn)良好。聚離子液體作為催化劑，其作用機(jī)理是陽離子和陰離子通過自由組合，同時調(diào)節(jié)大分子結(jié)構(gòu)以及聚合物加工技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。

3 展望

聚離子液體被稱為是新型的一種聚合物。聚離子液體同時具備了兩種物質(zhì)的優(yōu)良性能。第一種是具有聚合物良好的性質(zhì)，第二種是具有離子液體單體的性質(zhì)。流動性這一特點(diǎn)被聚離子液體克服了是最主要的優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，聚離子液體主要被研究都是組成結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。對聚離子液體的研究還是處在起步的階段, 潛在應(yīng)用價值還是特別廣闊的。