一种离子液体及其制备方法和用途技术

本发明专利技术涉及一种离子液体，所述的离子液体具有以下通式Ｍ↑［＋］Ｎ↑［－］，其中Ｍ↑［＋］具有如下通式：式中：Ｒ↓［１］为含有１～４个碳原子的烃基，Ｒ↓［２］为芳烃基或者环烷烃基，Ｎ↑［－］选自卤族离子以及阴离子硫氰酸根、乙酸根、硫酸根、硝酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、对甲苯磺酸根、三氟甲磺酸根。本发明专利技术的离子液体是通过１－烷烃基咪唑与氯代芳烃或者氯代环烷烃在一定的温度和时间下进行反应，洗涤、纯化所得的产物，接着将其与硫氰酸钠、乙酸钠、硫酸钠、四氟硼酸钠、六氟磷酸钠、对甲苯磺酸钠以及三氟甲磺酸钠中的一种反应得到的，所述的离子液体可以单独或者与上述结构式中Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］均为烷基的离子液体相结合用于高分子物质的溶解。

【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和用途。
技术介绍
随着环境污染问题的突出、石油等资源的日渐枯竭，自然资源合理、有效、环 保地利用成为人们关注的焦点。自然界中纤维素的存量约为7000亿吨，而且还在以 每年400亿吨的速度再生，它是地球上蕴藏最丰富的天然可再生资源。由于没有合 适的溶剂，每年仅仅有1亿吨纤维素作为原料得到进一步加工。传统的能够溶解纤 维素的溶剂包括多聚甲醛、N,N-二甲基乙酰胺和氯化锂的混合物、多聚磷酸、无机 盐水溶液、二硫化碳等等，它们或多或少存在毒性、腐蚀性、污染、溶解能力有限、 工艺步骤繁杂等缺点。因此寻找更绿色的溶剂显得尤为必要。N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)是近些年产业化的能够直接溶解纤维素的溶剂， 溶剂无毒、无腐蚀性、可回收，所得纤维(LyoceU)性能也比较好，但其仅仅是溶 剂法纤维素纤维生产的开端，仍有很多不足的地方1)溶剂NMMO中含有氮氧键， 易于造成纤维素的氧化降解，同时溶剂加热温度超过13CTC易于爆炸；2)溶剂回收 难度大，且随着石油紧缺，原料价格上涨，目前的溶剂价格已经较Lyocell开始产业 化时上涨很多；3)溶解过程中需要高真空脱水，能耗大；4)溶解过程中会出现高 粘高弹状态，生产装置要求高；5)能够达到均匀溶液的浓度受限，所得纤维品种和 生产成本及效率受到限制。离子液体溶剂体系是在此基础上的又一大进步，相对于Lyocell的NMMO溶剂 工艺，离子液体具有热和化学稳定、无挥发、溶解浓度高、易回收、成本低等优点， 同时也是无污染、无毒的溶剂。离子液体为溶剂体系的纤维素加工方法由于其绿色 环保、工艺简约、所得产品性能优越，正越来越受到广泛的关注。专利US6824599首先公开了一类烷烃基离子液体及其溶解纤维素的方法，其中包括分子式如M+N—的离子液体，其中的阳离子M+为 <formula>formula see original document page 3</formula>所示的咪唑型阳离子，其中R,和R2为1-6碳的烷基或者烷氧基，并fiR3、 R4和Rs为氢、1-6碳的 烷氧基或者烷氧烷基，阴离子为Cr、 Br—、 SCN—、 PF「或者BF4—中的一种。这种离子 液体多数结品性很强，实际操作中难于溶解离子液体重量12%以上的纤维素。申请号为02155945.7题为"一种含不饱和双键的室温离子液体及制备方法和应 用"的中国专利公布了分子式如M+N一的离子液体以及这种离子液体的制备方法和这 种离子液体在纤维素溶解和纤维素衍生化等方面的应用，其中阳离子M'为则a)至少含有2个碳原子；b)不多于20个碳原子；c)至少含有一个双键。其中 N—选自以下阴离子氯、溴、碘、醋酸根、硫酸根、硝酸根、四氟硼酸根、硫氰酸根、 六氟磷酸根、对甲苯磺酸酸根、三氟甲磺酸根中的一种。由于离子液体结构中有含不饱和双键烯烃基团，所以在70 10(TC温度范围内，可以快速溶解不经仟何处理的纤维素。但是也可能由于双键的引入，在适当的条件下引发聚合，生成新的聚电解 质，因此含不饱和双键的烯烃基的离子液体存在热和化学不稳定的缺点。也是山于 双键的引入，在溶解纤维素时易于引起离子液体的损耗和纤维素的降解。公开号为US 2004/0026666的专利申请公布了结构为包括10个碳原子，优选接近6个碳原子的手性或者非手性烷基基团，4 10个碳原 子的手性或者非手性的环垸基基团，6 10个碳原子的手性或者非手性的垸基基团，以及一个手性活性和非手性的三(C! Ck))烷基甲硅烷基基团。R2选自包括手性或者非手性的含有10个碳原子优选6个碳原子的垸基基团，4 10个碳原子的手性或 者非手性的环烷基团，含有6到10个碳原子的手性或者非手性烷基以及--个卤素原 子，更优选的R2是一个烷基， 一个环垸基。R4和Rs是相同或者不相同的，并且每 个选自包括卤素、具有接近10个碳原子的手性或者非手性的烷基，优选接近6个碳 原子，"个4到10个碳原子的手性或者非手性的环垸基团， 一个6到10个碳原子 的手性或者非手性的烷基基团， 一个手性或者非手性的三(Q do)烷基甲硅烷基基团，和一个卤素原子，更为优选的R4和R5氢原子， 一个烷基基团， 一个环烷基团，一个芳香基团，或者一个三(C1 Ch))的烷基甲硅垸基基团，最优选卤素。并且,R,为含有1 4个碳原子的饱和或不饱和的烃基，R2符合以下规的取代咪唑盐，其中R!和R3是相同的或者不相同，选自X—代表阴离子。所提供的这种离子液体用于需要催化的有机反应的溶剂以及包含这 种离子液体和一种过渡金属化合物的组合物。本专利技术提供了一种咪唑型的离子液体，这种离子液体的制备方法，以及这种离 子液体的用途。所述的离子液体具有以下通式M+N—，其中M+具有如下通式基，N-选自卣族离子以及阴离子硫氰酸根、乙酸根、硫酸根、硝酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、对甲苯磺酸根、三氟甲磺酸根，优选的Ri含有l 4个碳饱和烃基，更优选的R,是甲基。 所述的芳烃基为苯基并且所述的环垸烃为环己垸、环戊垸、甲基环己垸。 本专利技术还提供了一种制备所述的离子液体的方法，其中通过1-烷烃基咪唑与氯代芳烃或者氯代环垸烃反应在一定的温度和时间下进行反应，洗涤、纯化所得的产物，接着将其与硫氰酸钠、乙酸钠、硫酸钠、四氟硼酸钠、六氟磷酸钠、对甲苯磺酸钠以及三氟甲磺酸钠中的一种反应得到所述的离子液体。所述的离子液体的制备方法，其中在所述的反应之前，所述的1-烷烃基咪唑与所述的氯代芳烃或者氯代环垸烃按照l: 1 1: 1.5摩尔比例混合均匀。反应温度是60 10(TC。反应时间是1 20小时。所述的1-烷烃基咪唑与氯代芳烃或者氯代环垸烃在超临界二氧化碳作溶媒的条 件下进行反应接着将反应产物与硫氰酸钠、乙酸钠、硫酸钠、四氟硼酸钠、六氟磷 酸钠、对甲苯磺酸钠以及三氟甲磺酸钠中的一种反应得到所述的离子液体。所述的离子液体用于作为机合成中的介质和高分子物质的溶解。采用超临界二氧化碳法作为溶媒来实施反应，可以使反应更加环保，并且能够 促使反应进行的更快，更完全，同时有利于纯化效果的提高。Ri和R2均为烷基的咪唑型离子液体结晶性强，难以达到真正的室温液态；当R, 或者R2中的一种不饱和双键结构易于进行氧化、加成、取代等化学反应，因此含不 饱和双键烯烃基的离子液体存在热和化学不稳定的缺点。对于R,和R2之一为芳烃基或者脂肪环烃基的情况下，这种离子液体比较稳定， 取代基为芳烃基或者脂肪环烃基的有着共同的特点成环原子之间的键长趋于平均
技术实现思路
式中R!为含有1 4个碳原子的烃基，R2为芳烃基或者环烷烃化，它们的质子与苯的质子相似，在核磁共振谱中显示类似的化学位移，即也具有 芳香性，热和化学稳定性好。引入芳烃或者脂肪环烃基结构有利于打破产物离子液 体结晶性对生产工艺的影响，同时保持离子液体的室温流变性、加工中的化学和热 稳定性。因此含有芳香烃或者脂环烃的离子液体在性能上与烷烃基离子液体、含不 饱和双键的烯烃基离子液体有很大的不同。本专利技术中的离子液体可以单独用于溶解高分子物质，例如溶解纤维素，也可以 和R,和R2均为垸基的咪唑型离子液体混合用于溶解纤维素，制备用于纺丝的纤维素溶液。此时本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子液体，所述的离子液体具有以下通式Ｍ↑［＋］Ｎ↑［－］，其特征在于Ｍ↑［＋］具有如下通式：＊＊＊式中：Ｒ↓［１］为含有１～４个碳原子的烃基，Ｒ↓［２］为芳烃基、环烷烃基或者取代环烷烃基。Ｎ↑［－］选自卤族离子以及阴离子硫氰酸根、乙酸根、硫酸根、硝酸根、四氟硼酸根、六氟磷酸根、对甲苯磺酸根、三氟甲磺酸根。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓俊，孙玉山，骆强，陆伊伦，徐成，朱庆松，林相来，
申请(专利权)人：中国纺织科学研究院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]