[发明专利]制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其是一种由端羟基聚环氧氯丙烷制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法。

背景技术

离子液体(Ionic liquids)也称室温熔融盐，是在室温下完全由阴、阳离子构成的液态有机电解质。该类电解质具有导电性好，电化学窗口宽，在较宽的温度范围内不挥发和不易燃，是电池和电化学电容器等的电解质，应用前景较好。但是，液态电解质容易产生电极腐蚀、电解液泄露、寿命短等问题。因而，探索高分子固态电解质来代替液态电解质至关重要。

将离子液体与高分子相结合，通过共价键的方式将具有离子液体结构的基团键合到高分子主链或侧链上，可形成一类离子液体型高分子固体电解质，简称高分子离子液体或大分子离子液体。这类高分子离子液体电解质电导率较高、力学性能较好，由于没有溶剂挥发和漏液等现象，可以使电池的安全性和稳定性得到极大地提高。作为一类新型聚合物电解质，可在染料敏化太阳能电池、燃料电池、锂离子电池、超级电容器、光致变色等电化学器件方面得到非常广泛的应用。

然而，上述高分子固体电解质材料在应用上仍然存在一些问题，目前所研究的高分子离子液体型固体电解质的主链大都是碳链型的，由于较高的玻璃化温度和较小的离子密度，使得导电率较低。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种由端羟基聚环氧氯丙烷制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法，该方法所得到的大分子其主链和短侧链都具有聚醚结构。聚醚链是一种柔性链，玻璃化温度低，主、侧链上的醚键可以和某些金属离子络合，侧链上还带有离子液体基团，因而具有更高的电导率和好的机械性能，应用领域更为广泛。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

所述的制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法是采用端羟基聚环氧氯丙烷来制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体，主要包含以下四个步骤：

Ⅰ、将单氯代缩乙二醇与2倍摩尔量的氮杂环化合物在氮气保护和80℃条件下反应24小时制备出缩乙二醇氯化氮杂环离子液体，该缩乙二醇氯化氮杂环离子液体中所含的阴离子是氯离子；

Ⅱ、将含有氯离子的缩乙二醇氯化氮杂环离子液体与含不同阴离子的盐类在室温下反应20小时进行氯离子和含不同阴离子的盐类进行置换反应，置换反应后的产物为含不同阴离子的缩乙二醇氮杂环离子液体；

Ⅲ、在氮气保护下，将1-5倍摩尔量的含不同阴离子的缩乙二醇氮杂环离子液体与分子量为400-2000的端羟基聚环氧氯丙烷在氢化钠的催化作用下，与60℃条件下反应3-24小时得到端羟基梳型聚醚大分子离子液体；

Ⅳ、根据端羟基梳型聚醚大分子离子液体的羟基官能度与1-3倍摩尔量的二异氰酸酯在60℃条件下反应得到基本型梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体，该基本型梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体的分子结构式如下：

结构式中：R₁-二异氰酸酯的烃基

Nc-氮杂环化合物

X^--阴离子

n＝4-22

m＝1-3

x＝10-300。

所述的制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法，在基本型梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体中加入1-10％的二胺扩链剂或二醇扩链剂进行扩链以使其分子量进一步提高；二胺扩链剂或二醇扩链剂和基本型梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体中的异氰酸酯端基反应，使多个分子链连接起来形成分子量更大的梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体。

所述的制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法，其单氯代缩乙二醇具有的分子结构式为：

结构式中：m＝1-3，其中m＝1为氯乙醇；m＝2为单氯代一缩二乙二醇；m＝3为单氯代二缩三乙二醇。

所述的制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法，其二异氰酸酯是甲苯二异氰酸酯，或是二苯甲烷二异氰酸酯，或是六亚甲基二异氰酸酯，或是异佛尔酮二异氰酸酯。

所述的制备梳型聚醚聚氨酯大分子离子液体材料的方法，其氮杂环化合物是N-烷基咪唑及其衍生物，或是N-烷基吗啡啉及其衍生物，或是N-烷基哌啶及其衍生物，或是吡啶及其衍生物，或是喹啉及其衍生物，或是吡嗪及衍生物，或是吡咯及其衍生物。