聚离子液体的研究进展

陈立飞，周瀚成，魏 茁，姜英宇

(西北民族大学化工学院，甘肃 兰州 730300)

离子液体(Ionic liquids)又被称作为室温熔盐。有机阳离子和无机或者有机阴离子构成了离子液体，液体是离子液体在100℃以内经常呈现出的状态。离子液体有特别的多优良的性质，例如：特别的好的热稳定性、不挥发、不易燃、可调控电化学结构等。离子液体单体作为单元组成的离子液体称作聚离子液体(PILs)。聚离子液体也具有此性质。因此聚离子液体(PILs)成为越来越受到人们关注的一种新的功能型的高分子。在1998年，Ohno首次报道了聚离子液体(PILs)以后[1]，因其性质特别而受到了人们极高的重视。

1 聚离子液体的合成

聚离子液体的合成方法主要两种。第一种方法是：第一步通过聚合的方法，让反应物生成聚合物，此聚合物不具有离子液体的结构；第二步是运用化学反应在特定的条件下将第一步生成的聚合物与离子液体相结合，季铵化反应是聚合物与离子液体结合常用的方法。第二种是先合成带有聚合官能团的离子液体单体，然后将离子液体单体聚合。以上的两种方法，每一种都有两个部分组成。一是合成单体的离子液体，二是单体被聚合生成高聚物。在第一部分中，离子液体单体制备方法可以借鉴离子液体合成方法，而单体的聚合方式就有很多种，主要聚合方式有以下3种。

乳液聚合：是在反应体系中加入合适的引发剂，让反应物发生聚合反应，这种方法被称为乳液聚合。具体的反应步骤是：单体的离子液体在液相中被均匀的分散，乳化剂加入合适的含量，在机械搅拌的条件下形成合适乳液。它是一种常见的高分子聚合方法。

分散聚合：分散聚合是沉淀聚合众多方法里的其中一种。它与其他方法最不同的地方是向反应体系中加分散剂，分散剂可以防止在反应过程中有沉淀析出，因此反应体系中会呈现出的分散液形式会比较稳定。反应刚开始的时候，将溶剂、引发剂、稳定剂、单体等均匀混合。反应进行到一定程度的时候，反应物的分子量就会渐渐的聚集在一起，分子量被聚集到一定的时候，沉淀就会从反应体系中析出。

悬浮聚合：悬浮聚合的方法分为两部分，第一是单体的引发剂小液珠被均匀的悬浮在水相中，第二部分是自由基聚合。其中，水相则被作为连续的相，而单体则被作为分散的相。在反应体系中，任何单体的引发剂小液体中都会被聚合而发生反应，因而认作为是小液珠的本体自身发生了聚合。

2 聚离子液体的应用

使用不同阴离子和阳离子可以设计出不相同的聚离子液体，比如分子结构、功能等的不同。聚离子液体的性质有特别之处，它不仅仅有离子液体的性质，而且聚合物所具有的性质它也具备。所以聚离子液体在很多方面都可以应用。但是目前聚离子液体的应用有以下这几个主要的方面：

(1)离子导电材料中聚离子液体的应用：根据所需要的聚合物电解质，使用不同阳离子和阴离子来组合，然后设计出所需分子结构的聚离子液体。

(2)在抗静电材料中聚离子液体的应用：聚离子液体的性质与离子液体的性质是相同的，普遍的离子液体都具有导电性，因此聚离子液体在导电方面也是很普遍存在的，所以在抗静电材料方面的运用聚离子液体也是普遍存在的。

(3)抗菌材料中聚离子液体的应用：病人的死亡率与发病率普遍较高的原因之一是微生物的感染。因此，当前科研人员主要开发研究的材料是让细菌不容易产生抗药性的代替性高效的具有抗菌作用的材料。目前，取代的阳离子型聚合物，如季铵、吡啶、咪唑等阳离子已经被普遍用于抗菌材料的研究。它的作用机理是：阳离子聚合物表面被微生物相接触时，细菌是会被阳离子的化学结构所吸附的，阳离子化学的结构是可以穿透细菌的细胞膜，从而使细菌致死[2]。

(4)在气体分离中，聚离子液体也有很好的应用：它表现出了很强的选择性，在离子液体在溶解气体时，由聚离子液体合成的方法可知，它们所带的官能团是一样的，所以利用这一性质，气体可被聚离子液体可吸收剂和膜来分离。

(5)吸附中聚离子液体的应用：在聚离子液体中，二氧化碳的溶解性是可逆。因此，在二氧化碳的捕获与分离方面表现出了极大应用的价值。研究人员目前已经发现了聚离子液体对二氧化碳吸收的效率与离子液体单体相比较，聚离子液体的吸收效率更高，且聚离子液体中对吸收二氧化碳的效率产生极大的影响的是阳离子基团。Jiang课题组[3]对咪唑类聚离子液体进行研究时发现阳离子与气体分子(CO2和N2)的相互作用要比与阴离子相互作用强，而阴离子在一定的程度上也影响了ILs对CO2的溶解，恰好这就鲜明的形成了对比。

(6)聚离子液体在选择性分离中的应用：在分离模式基础上结合各类分离模式，重新设计出一种新的分离模式叫作多尺度分离。各种各样的复杂混合物都可以运用多尺度分离进行分离开来。由于聚离子液体具有强交换的性质，而且阴、阳离子还具有可设计性，使得聚离子液体能够通过与其它分子产生交换作用。

(7)聚离子液体在催化中的应用：在机械稳定性方面，聚离子液体表现出良好的性质，而且单体的离子液体远不如它，聚离子液体好过离子液体。因此，聚离子液体作为催化剂，在操作性催化反应体系中表现良好。聚离子液体作为催化剂，其作用机理是阳离子和阴离子通过自由组合，同时调节大分子结构以及聚合物加工技术来实现的。

3 展望

聚离子液体被称为是新型的一种聚合物。聚离子液体同时具备了两种物质的优良性能。第一种是具有聚合物良好的性质，第二种是具有离子液体单体的性质。流动性这一特点被聚离子液体克服了是最主要的优点。当前，聚离子液体主要被研究都是组成结构与性能之间的关系。对聚离子液体的研究还是处在起步的阶段, 潜在应用价值还是特别广阔的。