POSS基耐高温的室温离子液体及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种能在高温条件下使用的POSS基室温离子液体，由羧基七辛基POSS和氢氧化1‑Cn‑3‑甲基咪唑反应制成，其中羧基七辛基POSS是由氨丙基七辛基POSS和丁二酸酐制成，氢氧化1‑Cn‑3‑甲基咪唑由溴化1‑Cn‑3‑甲基咪唑通过强碱性阴离子交换树脂交换得到的。本发明专利技术含POSS的离子液体的制备方法具有产率高，纯度高，稳定性好，工艺紧凑，成本低，反应时间短，可大规模化工业生产。本发明专利技术能制备一系列POSS基耐高温离子液体，玻璃化温度低于‑15℃，由于其很好的导电性，可用于电解质，提高电池的使用温度范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种离子液体及其制备方法，特别是涉及一种POSS改性的离子液体及其制备方法，应用于POSS改性材料

技术介绍
离子液体是由正负离子组成的盐，通常室温下为液体。离子液体具有极低的蒸汽压、很好的离子导电率、较宽的电化学窗口和对有机物及高分子聚合物很好的溶解性，因此被用于有机合成、电化学和导电材料。但是目前的离子液体通常热稳定差，在150℃左右就会开始分解，不利于离子液体的广泛应用。POSS含有-Si-O-Si-组成的笼型结构，具有很好的热稳定性。但其耐高温性、低温流变学和反应动力学性能还不够理想，如何更好地发挥POSS的综合性能，开拓其应用领域，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种POSS基耐高温的室温离子液体及其制备方法，利用POSS的笼型刚性结构具有良好的热稳定性的特点，通过将POSS引入到离子液体的阴离子上，最终合成一种能在220℃以下高温下正常使用的离子液体。本专利技术通过将耐热结构的POSS引入阴离子基团，合成一系列玻璃化温度低于-15℃的耐高温的室温离子液体，并且通过TGA测试发现在270℃下产品未出现分解，可用于电解质，提高电池的使用温度范围。为达到上述专利技术创造目的，本专利技术采用下述技术方案：一种POSS基耐高温的室温离子液体，其结构通式为：其中，n＝2～5。一种POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法，对POSS进行改性，利用羧基POSS与氢氧化咪唑，通过酸碱中和反应合成，POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法的合成路线为：其中，n＝2～5。作为本专利技术优选的技术方案，POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法的具体步骤如下：(1)化合物b的制备：以化合物a作为原料，以溴化的1-Cm-3-甲基咪唑作为化合物a，其中m＝2、3、4或5，即所述化合物a的化学式为：其中n＝2～5，将化合物a加入去离子水润过的强碱性阴离子交换树脂柱，制备化合物b水溶液，将得到的化合物b水溶液通过真空冷冻干燥除去其中的去离子水，所得的化合物b为氢氧化的1-Cm-3-甲基咪唑，其化学式为：化合物a优选采用溴化的1-Cn-3-甲基咪唑，即为m＝2、3、4、5时的溴化1-丙基-3-甲基咪唑、溴化1-丁基-3-甲基咪唑、溴化1-戊基-3-甲基咪唑或溴化1-己基-3-甲基咪唑；(2)化合物d的制备：以氨丙基七辛基POSS作为化合物c，化合物c化学式为：，其中采用化合物c和丁二酸酐作为原料，按照化合物c:丁二酸酐的摩尔比例为1:(1～1.5)的比例各取原料，然后将所称量的化合物c、丁二酸酐分别溶于第一溶剂，分别得到溶有丁二酸酐的第一溶剂和溶有化合物c的第一溶剂，将溶有丁二酸酐的第一溶剂倒入烧瓶中，并使溶有化合物c的第一溶剂倒入恒压滴液漏斗；在室温搅拌条件下，将恒压滴液漏斗里的溶液逐滴加入到烧瓶里的溶液中，形成第一反应体系溶液，滴加完成后，取下恒压滴液漏斗，换成冷凝管，将反应瓶置于80℃下的油浴锅中，搅拌回流1-15h，使第一反应体系溶液发生化学反应，停止反应，从产物体系中，通过减压蒸出第一溶剂，得到化合物d粗产物；再向化合物d粗产物中加入第二溶剂，然后离心得到澄清液，将澄清液减压蒸出第二溶剂，得到化合物d，然后在真空条件下，在60℃下干燥24h，得到化合物d纯产物，所得的化合物d为羧基化七辛基POSS，其化学式为：第一溶剂优选采用四氢呋喃、异丙醇和甲醇中任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂；第二溶剂优选采用环己烷和石油醚中任意一种溶剂或二者混合溶剂；(3)化合物e的制备：将在所述步骤(1)中制备的化合物b和在所述步骤(2)中制备的化合物d作为反应物，按照化合物b:化合物d的摩尔比例为(1～1.5):1的比例分别称取反应物，然后将所称量的化合物b溶于第三溶剂中，将所称量的化合物d溶于第四溶剂中，然后将溶有化合物b的第三溶剂和溶有化合物d的第四溶剂一并加入到烧瓶中，形成第二反应体系溶液，在室温下搅拌2-15h，使第二反应体系溶液发生化学反应，反应结束后，从产物体系中，通过减压蒸出溶剂，得到化合物e粗产物；然后向化合物e粗产物中加入第五溶剂，再通过溶有化合物e的第五溶剂进行离心，得到上层清液，将上层清液减压蒸去溶剂，最终得到化合物e纯产物，所得的化合物e即为POSS基离子液体，其化学式为：第三溶剂优选采用甲醇、水和三氯甲烷中任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂；第四溶剂优选采用四氢呋喃、三氯甲烷、氯丙烷和甲苯中任意一种溶剂或任意几种的混合溶剂；第二溶剂优选采用环己烷和石油醚中任意一种溶剂或二者混合溶剂。本专利技术与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：1.本专利技术POSS基耐高温的室温离子液体，反应容易，产率高，纯度高，并且稳定性好，包含有结构明确、有机溶解性好的POSS单体，赋予了离子液体耐高温的特性，并且由于POSS含有的侧链较长，同时也使合成的离子液体在室温下具有很好的流动性；2.本专利技术制备方法的反应容易控制，其工艺紧凑，反应时间短，产物纯度高，产率高，可以大规模生产。附图说明图1为本专利技术实施例一制备的POSS基耐高温的室温离子液体的1H NMR图。图2为本专利技术实施例一制备的POSS基耐高温的室温离子液体的DSC图。图3为本专利技术实施例一制备的POSS基耐高温的室温离子液体的TGA图。具体实施方式本专利技术的优选实施例详述如下：实施例一：在本实施例中，一种POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法，具体步骤如下：(1)氢氧化1-己基-3-甲基咪唑的制备：以溴化1-己基-3-甲基咪唑为原料，以即其化学式为：其中n＝5，将溴化1-己基-3-甲基咪唑加入去离子水润过的强碱性阴离子交换树脂柱，制备氢氧化1-己基-3-甲基咪唑水溶液，将得到的氢氧化1-己基-3-甲基咪唑水溶液通过真空冷冻干燥除去其中的去离子水，所得的化合物为氢氧化1-己基-3-甲基咪唑，其化学式为：(2)羧基化POSS的制备：采用氨丙基七辛基POSS，其化学式为：其中采用氨丙基七辛基POSS和丁二酸酐作为原料，按照氨丙基七辛基POSS:丁二酸酐的摩尔比例为1:(1～1.5)的比例各取原料，然后将所称量的氨丙基七辛基POSS、丁二酸酐分别溶于四氢呋喃，分别得到溶有丁二酸酐的四氢呋喃和溶有氨丙基七辛基POSS的四氢呋喃，将溶有丁二酸酐的四氢呋喃倒入烧瓶中，并使溶有氨丙基七辛基POSS的四氢呋喃倒入恒压滴液漏斗；在室温搅拌条件下，将恒压滴液漏斗里的溶液逐滴加入到烧瓶里的溶液中，形成第一反应体系溶液，滴加完成后，取下恒压滴液漏斗，换成冷凝管，将反应瓶置于80℃下的油浴锅中，搅拌回流1-15h，使第一反应体系溶液发生化学反应，停止反应，从产物体系中，通过减压蒸出四氢呋喃，得到化合物粗产物；再向化合物粗产物中加入环己烷，然后离心得到澄清液，将澄清液减压蒸出环己烷，得到羧基化POSS化合物，然后在真空条件下，在60℃下干燥24h，得到羧基化POSS纯产物，即为羧基化七辛基POSS，其化学式为：(3)POSS基离子液体的制备：将在所述步骤(1)中制备的氢氧化1-己基-3-甲基咪唑和在所述步骤(2)中制备的羧基化七辛基POSS作为反应物，按照氢氧化1-己基-3-甲基咪唑:羧基化七辛基POSS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种POSS基耐高温的室温离子液体，其特征在于，其结构通式为：其中，

【技术特征摘要】
1.一种POSS基耐高温的室温离子液体，其特征在于，其结构通式为：其中，2.一种POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法，其特征在于,对POSS进行改性，利用羧基POSS与氢氧化咪唑，通过酸碱中和反应合成，POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法的合成路线为：其中，3.根据权利要求2所述POSS基耐高温的室温离子液体的制备方法，其特征在于，合成的具体步骤如下：(1)化合物b的制备：以化合物a作为原料，以溴化的1-Cm-3-甲基咪唑作为化合物a，其中m＝2、3、4或5，即所述化合物a的化学式为：其中n＝2～5，将化合物a加入去离子水润过的强碱性阴离子交换树脂柱，制备化合物b水溶液，将得到的化合物b水溶液通过真空冷冻干燥除去其中的去离子水，所得的化合物b为氢氧化的1-Cm-3-甲基咪唑，其化学式为：(2)化合物d的制备：以氨丙基七辛基POSS作为化合物c，化合物c化学式为：其中采用化合物c和丁二酸酐作为原料，按照化合物c:丁二酸酐的摩尔比例为1:(1～1.5)的比例各取原料，然后将所称量的化合物c、丁二酸酐分别溶于第一溶剂，分别得到溶有丁二酸酐的第一溶剂和溶有化合物c的第一溶剂，将溶有丁二酸酐的第一溶剂倒入烧瓶中，并使溶有化合物c的第一溶剂倒入恒压滴液漏斗；在室温搅拌条件下，将恒压滴液漏斗里的溶液逐滴加入到烧瓶里的溶液中，形成第一反应体系溶液，滴加完成后，取下恒压滴液漏斗，换成冷凝管，将反应瓶置于80℃下的油浴锅中，搅拌回流1-15h，使第一反应体系溶液发生化学反应，停止反应，从产物体系中，通过减压蒸出第一溶剂，得到化合物d粗产物；再向化合物d粗产物中加入第二溶剂，然后离心得到澄清液，将澄清液减压蒸出第二溶剂，得到化合物d，然后在真空条件下，在60℃下干燥24h，得到化合物d纯产物，所得的化合物d为羧基化七辛基POSS，其化学式为：(3)化合物e的制备：将在所述步骤(1)中制备的化合物b和在所述步骤(2)中制备的化合物d作为反...

【专利技术属性】
技术研发人员：付继芳，尚大鹏，陆琦，殷金涛，吴金晶，宗培松，陈立亚，余文琪，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31