聚離子液體的研究進展

陳立飛，周瀚成，魏 茁，姜英宇

(西北民族大學化工學院，甘肅 蘭州 730300)

離子液體(Ionic liquids)又被稱作為室溫熔鹽。有機陽離子和無機或者有機陰離子構(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)；第二步是運用化學反應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：是在反應體系中加入合適的引發(fā)劑，讓反應物發(fā)生聚合反應，這種方法被稱為乳液聚合。具體的反應步驟是：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體系中加分散劑，分散劑可以防止在反應過程中有沉淀析出，因此反應體系中會呈現(xiàn)出的分散液形式會比較穩(wěn)定。反應剛開始的時候，將溶劑、引發(fā)劑、穩(wěn)定劑、單體等均勻混合。反應進行到一定程度的時候，反應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，因而認作為是小液珠的本體自身發(fā)生了聚合。

2 聚離子液體的應用

使用不同陰離子和陽離子可以設計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用。但是目前聚離子液體的應用有以下這幾個主要的方面：

(1)離子導電材料中聚離子液體的應用：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，然后設計出所需分子結(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電性，因此聚離子液體在導電方面也是很普遍存在的，所以在抗靜電材料方面的運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，當前科研人員主要開發(fā)研究的材料是讓細菌不容易產(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。它的作用機理是：陽離子聚合物表面被微生物相接觸時，細菌是會被陽離子的化學結(jié)構(gòu)所吸附的，陽離子化學的結(jié)構(gòu)是可以穿透細菌的細胞膜，從而使細菌致死[2]。

(4)在氣體分離中，聚離子液體也有很好的應用：它表現(xiàn)出了很強的選擇性，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。Jiang課題組[3]對咪唑類聚離子液體進行研究時發(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，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用：在分離模式基礎上結(jié)合各類分離模式，重新設計出一種新的分離模式叫作多尺度分離。各種各樣的復雜混合物都可以運用多尺度分離進行分離開來。由于聚離子液體具有強交換的性質(zhì)，而且陰、陽離子還具有可設計性，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用：在機械穩(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，在操作性催化反應體系中表現(xiàn)良好。聚離子液體作為催化劑，其作用機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)。流動性這一特點被聚離子液體克服了是最主要的優(yōu)點。當前，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, 潛在應用價值還是特別廣闊的。