CN109796594A - 一种多孔聚离子液体导电薄膜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多孔聚离子液体导电薄膜及其制备方法,所述多孔聚离子液体导电薄膜,按重量份计,其原料配比如下:多巯基化合物3.1~8.9份;交联剂4.7~12.6份;离子液体单体3.5~8.5份;去离子水8.8~18.6份;双溶剂50.9~79.8份;光引发剂0.1~0.5份;所述多巯基化合物为四巯基为四(3‑巯基丙酸)季戊四醇酯、四(2‑巯基乙酸)季戊四醇酯、四(3‑巯基乙酸)季戊四醇酯中的一种或两种以上的复配。所述离子液体单体为1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐([AMIm]PF6)、1‑烯己基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐([AEIm]PF6)、1‑烯辛基‑3‑丁基咪唑六氟磷酸盐([ABIm]PF6)、1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([AMIm]NTf2)、N‑甲基‑N‑丁基吡咯双三氟甲烷磺酰亚胺(PYR14TFSI)中的一种或两种及以上的复配。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种导电薄膜及其制备方法,属于化工产品技术领域。
背景技术
随着科学技术的不断进步,学科之间的不断交融,以及人们对功能性材料要求的提高,要求我们不断改进材料的功能与其制备工艺,使其更符合人们日常生活的需要,因此功能性材料能够快速、高效的被制备与利用显得尤为重要。多孔导电薄膜现在已经应用于我们生活的很多方面,但是现有的多孔导电薄膜存在导电性能差、制取难度高、拉伸强度差的缺点,因此已经无法满足人们日常生活的基本需求。
由离子液体单体聚合而成,且重复单元上具有阴、阳离子基团聚离子液体自被报道以来,引起了导电薄膜领域学者的广泛关注。聚离子液体不仅克服了离子液体的流动性缺陷,赋予其聚合物特征,同时也传承了离子液体优良的导电性,从而在导电聚合物领域展示出广阔的应用前景。传统的聚离子液体合成方法主要是双键加成的自由基聚合反应或“活性”可控自由基聚合反应,此类反应均存在反应时间长、材料多孔性能差的缺陷。
巯基-烯基点击反应是以光引发剂自由基聚合为催化介质的反应,因其具有高度的选择性而备受人们青睐。巯基-烯基点击反应可以与多种反应方式进行复合,从而目标产物,如多孔材料等。巯基-烯基点击反应的典型特点使其在功能性聚合物的制备、基材表面修饰、电池元件、涂料、胶黏剂及生物医学材料等方面被广泛应用。
发明内容
本发明针对现有多孔导电薄膜在方面存在的导电性能差、制取难度高、拉伸强度差的缺陷,提供一种多孔聚离子液体导电薄膜及其制备方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下:
一种多孔聚离子液体导电薄膜,按重量份计,原料配比如下:
多巯基化合物 3.1~8.9份;
交联剂 4.7~12.6份;
离子液体单体 3.5~8.5份;
去离子水 8.8~18.6份;
双溶剂 50.9~79.8份;
光引发剂 0.1~0.5份;
所述多巯基化合物为四巯基为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯、四(3-巯基乙酸)季戊四醇酯中的一种或两种以上的复配。
进一步,所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、3,3'-二硫代二丙酸二(N-羟基丁二酰亚胺)酯中的一种或两种及以上的复配。
进一步,所述离子液体单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AMIm]PF6)、1-烯己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AEIm]PF6)、1-烯辛基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐([ABIm]PF6)、1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([AMIm]NTf2)、N-甲基-N-丁基吡咯双三氟甲烷磺酰亚胺(PYR14TFSI)中的一种或两种及以上的复配。
进一步,所述双溶剂为乙醇、异丙醇、乙酸、正丙醇、乙酸乙酯中的一种或两种及以上的复配。
进一步,所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、1-羟基环己基苯甲酮、安息香乙醚中的一种或两种及以上的复配。
本发明提供的多孔聚离子液体导电薄膜的有益效果是:
1)导电薄膜中具有分布均匀的纳米级微孔,且其导电性强,拉伸强度大;
2)原料廉价易得,生产成本低。
本发明还要求保护上述多孔聚离子液体导电薄膜的制备方法,包括如下步骤:
1)按重量份称取多巯基化合物、交联剂和离子液体单体,于30~80℃条件下搅拌均匀,形成均相混合物A;
2)将相应重量份的水加入到步骤1)所得的均相混合物A中,于30~80℃条件下搅拌均匀,得到非均相混合物B;
3)将相应重量份的双溶剂加入到步骤2)所得混合物B中,于30~80℃条件下搅拌均匀,得到离子液体微乳液;
4)室温下,向步骤3)所得的离子液体微乳液中加入相应重量份的引发剂,搅拌均匀后,置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应0.5~24.5小时,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。
进一步,步骤1)至4)中搅拌过程的转速为300~1200rpm,搅拌时间为10~120min。
本发明提供的制备方法的有益效果是:
1)本发明的制备方法解决了传统溶液聚合速率慢、生产能力低以及材料多孔性能差的缺点;
2)本发明的制备方法操作简单,反应条件温和、产率高且环境友好。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1:
按以下重量份称取原料:多巯基化合物四巯基为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯3.1份,交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯2.3份,3,3'-二硫代二丙酸二(N-羟基丁二酰亚胺)酯2.4份,离子液体单体1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AMIm]PF6)3.5份,去离子水8.8份,双溶剂乙醇79.8份,引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、0.1份。
将上述多巯基化合物、交联剂、离子液体单体混合,在60℃下以300转/分的速度搅拌50分钟,制备成均相混合物A;将水加入均相混合物A中,60℃下以300转/分钟的搅拌速度搅拌50分钟;后向其中加入双溶剂,60℃下以300转/分钟的搅拌速度搅拌50分钟,制备成离子液体微乳液;室温下向上述离子液体微乳液体系中加入光引发剂,以300转/分的速度搅拌50分钟;然后置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应0.5小时,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。
实施例2:
按以下重量份称取原料:多巯基化合物四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯8.9份,交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯5.6份,3,3'-二硫代二丙酸二(N-羟基丁二酰亚胺)酯7份,离子液体单体1-烯己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AEIm]PF6)8.5份,去离子水18.6份,双溶剂异丙醇50.9份,引发剂苯甲酰甲酸甲酯0.5份。
将上述多巯基化合物、交联剂、离子液体单体混合,在30℃下以750转/分的速度搅拌65分钟,制备成均相混合物A;将水加入均相混合物A中,30℃下以750转/分钟的搅拌速度搅拌65分钟;后向其中加入双溶剂,30℃下以750转/分钟的搅拌速度搅拌65分钟,制备成离子液体微乳液;室温下向上述离子液体微乳液体系中加入光引发剂,以750转/分的速度搅拌65分钟;然后置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应24.5小时,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。实施例1:
实施例3:
按以下重量份称取原料:多巯基化合物四巯基四(3-巯基乙酸)季戊四醇酯8.9份,交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯4.65份,乙二醇二甲基丙烯酸酯4份,离子液体单体1-烯辛基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐([ABIm]PF6)62.45份,去离子水13.7份,双溶剂乙酸24份,引发剂1-羟基环己基苯甲酮0.3份。
将上述多巯基化合物、交联剂、离子液体单体混合,在80℃下以300转/分的速度搅拌120分钟,制备成均相混合物A;将水加入均相混合物A中,80℃下以300转/分钟的搅拌速度搅拌120分钟;后向其中加入双溶剂,80℃下以300转/分钟的搅拌速度搅拌120分钟,制备成离子液体微乳液;室温下向上述离子液体微乳液体系中加入光引发剂,以300转/分的速度搅拌120分钟;然后置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应12.5h,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。实施例1:
实施例4:
按以下重量份称取原料:多巯基化合物四巯基为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯3.1份,四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯2.9份,交联剂3,3'-二硫代二丙酸二(N-羟基丁二酰亚胺)酯12.6份,离子液体单体1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([AMIm]NTf2)6份,去离子水15.2份,双溶剂正丙醇60份,引发剂安息香乙醚0.2份。
将上述多巯基化合物、交联剂、离子液体单体混合,在65℃下以1200转/分的速度搅拌10分钟,制备成均相混合物A;将水加入均相混合物A中,65℃下以1200转/分钟的搅拌速度搅拌10分钟;后向其中加入双溶剂,65℃下以1200转/分钟的搅拌速度搅拌10分钟,制备成离子液体微乳液;室温下向上述离子液体微乳液体系中加入光引发剂,以1200转/分的速度搅拌10分钟;然后置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应6h,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。实施例1:
实施例5:
按以下重量份称取原料:多巯基化合物四巯基为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯4份,四(3-巯基乙酸)季戊四醇酯4.9份,交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯、4.7份,离子液体单体N-甲基-N-丁基吡咯双三氟甲烷磺酰亚胺(PYR14TFSI)3.5份,去离子水18.6份,双溶剂乙酸乙酯63.9份,引发剂2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮0.2份,安息香乙醚0.2份。
将上述多巯基化合物、交联剂、离子液体单体混合,在30℃下以900转/分的速度搅拌60分钟,制备成均相混合物A;将水加入均相混合物A中,30℃下以900转/分钟的搅拌速度搅拌60分钟;后向其中加入双溶剂,30℃下以900转/分钟的搅拌速度搅拌60分钟,制备成离子液体微乳液;室温下向上述离子液体微乳液体系中加入光引发剂,以900转/分的速度搅拌60分钟;然后置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应18.5h,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。
实施例6:
按以下重量份称取原料:多巯基化合物四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯3份、四(3-巯基乙酸)季戊四醇酯3份,交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯8.5份,离子液体单体1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AMIm]PF6)3份,N-甲基-N-丁基吡咯双三氟甲烷磺酰亚胺(PYR14TFSI)3份,去离子水12.1份,双溶剂异丙醇32.4份,乙酸乙酯34.5份,引发剂苯甲酰甲酸甲酯0.25份,1-羟基环己基苯甲酮0.25份。
将上述多巯基化合物、交联剂、离子液体单体混合,在30℃下以750转/分的速度搅拌60分钟,制备成均相混合物A;将水加入均相混合物A中,30℃下以750转/分钟的搅拌速度搅拌60分钟;后向其中加入双溶剂,30℃下以750转/分钟的搅拌速度搅拌60分钟,制备成离子液体微乳液;室温下向上述离子液体微乳液体系中加入光引发剂,以750转/分的速度搅拌60分钟;然后置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应24h,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。
为了证明本发明提供的多孔聚离子液体导电薄膜的导电和拉伸效果,我们对实施例1~6所得的导电薄膜进行电导率和力学性能测试,具体操作过程如下:
拉伸试验采用日本Shimadzu公司的AG-2000A型拉力试验机;哑铃状样品放置于压缩夹具之间,测试过程拉伸速率为5mm/min。电化学试验采用交流阻抗法测试聚离子液体电解质的导电率,测试温度为常温,扫描频率为100kHz到10mHz。实施例1~6所得导电薄膜的电导率和拉伸强度如表1所示。
表1 所得多孔导电薄膜的电导率和拉伸强度
组别 | 电导率(mS/cm) | 拉伸强度(Mpa) |
实施例1 | 10.2 | 2.651 |
实施例2 | 11.5 | 2.149 |
实施例3 | 9.8 | 3.025 |
实施例4 | 8.9 | 2.983 |
实施例5 | 10.6 | 2.642 |
实施例6 | 11.0 | 2.768 |
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种多孔聚离子液体导电薄膜,其特征在于,按重量份计,原料配比如下:
2.所述多巯基化合物为四巯基为四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、四(2-巯基乙酸)季戊四醇酯、四(3-巯基乙酸)季戊四醇酯中的一种或两种以上的复配。
3.根据权利要求1所述的聚离子液体吸附剂,其特征在于,所述交联剂为聚乙二醇二丙烯酸酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯、3,3'-二硫代二丙酸二(N-羟基丁二酰亚胺)酯中的一种或两种及以上的复配。
4.根据权利要求1所述的聚离子液体吸附剂,其特征在于,所述离子液体单体为1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AMIm]PF6)、1-烯己基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([AEIm]PF6)、1-烯辛基-3-丁基咪唑六氟磷酸盐([ABIm]PF6)、1-烯丙基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺盐([AMIm]NTf2)、N-甲基-N-丁基吡咯双三氟甲烷磺酰亚胺(PYR14TFSI)中的一种或两种及以上的复配。
5.根据权利要求1所述的聚离子液体吸附剂,其特征在于,所述双溶剂为乙醇、异丙醇、乙酸、正丙醇、乙酸乙酯中的一种或两种及以上的复配。
6.根据权利要求1所述的聚离子液体吸附剂,其特征在于,所述光引发剂为2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮、苯甲酰甲酸甲酯、1-羟基环己基苯甲酮、安息香乙醚中的一种或两种及以上的复配。
7.根据权利要求1所述的聚离子液体吸附剂,其特征在于,包括如下步骤:
1)按重量份称取多巯基化合物、交联剂和离子液体单体,于30~80℃条件下搅拌均匀,形成均相混合物A;
2)将相应重量份的水加入到步骤1)所得的均相混合物A中,于30~80℃条件下搅拌均匀,得到非均相混合物B;
3)将相应重量份的双溶剂加入到步骤2)所得混合物B中,于30~80℃条件下搅拌均匀,得到离子液体微乳液;
4)室温下,向步骤3)所得的离子液体微乳液中加入相应重量份的引发剂,搅拌均匀后,置于365nm波长的紫外灯箱中固化反应0.5~24.5小时,得到聚合物薄膜,再先后用无水乙醇、去离子水清洗薄膜,真空干燥过夜,即得多孔聚离子液体导电薄膜。
8.权利要求7所述的制备方法,其特征在于,步骤1)至4)中搅拌过程的转速为300~1200rpm,搅拌时间为10~120min。
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