一种高水蒸气吸附聚合物离子凝胶制备方法与流程

1.本发明涉及一种高水蒸气吸附聚合物离子凝胶制备方法，属于干燥除湿技术领域。


背景技术：

2.离子液体是指在室温或接近室温下呈现液态的、完全由阴阳离子所组成的盐。离子液体具有良好的热稳定性、低燃点、高导电性、宽电化学窗口和环境友好性，已经引起了科学界广泛关注，并且被应用于有机合成、催化、电化学和润滑剂等领域。将离子液体固定在固体基质上所形成的材料称为离子凝胶。离子凝胶同时具有离子液体和固体基质的双重特性，展现了良好的应用前景。
3.相比于以无机物作为固体基质的离子凝胶，聚合物离子凝胶呈现出良好的机械性能和柔韧性，使其可以在能够在工业生产中灵活应用。聚合物离子凝胶既具有聚合物的良好加工性能，又能够克服离子液体易泄露、封装困难的问题，同时离子液体作为聚合反应的电解质，避免了传统凝胶聚合反应中各类有机溶剂有毒、易燃等特性引起的着火、爆炸等安全隐患。
4.虽然离子液体的独特优点使得其应用广泛，但无论是亲水性离子液体还是疏水性离子液体，它们中的大部分都具有极强的吸水性。水蒸气无处不在，离子液体能够容易地从大气中吸收水蒸气，即使微量水蒸气的存在对离子液体性质的测量具有强烈的影响。因此离子液体的这个性质一直被当作一个巨大的缺点，很少有研究把离子液体的强吸水性当作优点，并合成离子凝胶应用于工业设备和系统中。目前的离子凝胶主要被应用于电极材料、催化等领域，因此在选择离子液体和合成离子凝胶时，利用各种方法降低离子凝胶的水蒸气吸附性能，缺乏通过离子液体水蒸气吸附性能的选择，制备具有高水蒸气吸附性能的离子凝胶。


技术实现要素：

5.针对已有技术不足，本发明提供了一种高水蒸气吸附聚合物离子凝胶制备方法，其目的在于选择高水蒸气吸附离子液体，通过原位聚合反应构建多孔网络结构，将离子液体固定在其中形成具有高水蒸气吸附的聚合物离子凝胶。
6.本发明的技术方案：
7.一种高水蒸气吸附聚合物离子凝胶制备方法，包括以下步骤：
8.(1)将离子液体置于恒温恒湿箱中，设置恒温恒湿箱温度为0-25℃，相对湿度为80％-90％，在此条件下使离子液体吸附水蒸气达到饱和，每隔1-2小时至两小时称量离子液体的质量，直至连续两次质量无变化；
9.(2)将聚合物单体、步骤(1)所得饱和离子液体、及聚合反应引发剂混合，充分搅拌使其形成均一溶液，并注入特定形状的模具中，其中引发剂质量比例在0.1％至1％，聚合物单体质量比例在40％-60％；
10.(3)通过紫外聚合、微波聚合或热聚合中的一种，使步骤(2)中的混合溶液发生原位聚合反应，则得到高水蒸气吸附聚合物离子凝胶。
11.本发明中，聚合反应方式包括紫外聚合、微波聚合和热聚合三种方法。
12.其中，紫外聚合条件为室温，紫外有效波长为365nm，功率为8-12w，紫外光强度为200-400mw/cm2，紫外聚合时间为60-120min；微波聚合条件为微波功率为200-300w，微波辐射时间为30-60s，微波辐射程序为启停各1-5s交替进行；热聚合条件为60-80℃加热30-60min。
13.本发明中，聚合反应引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、n-二甲基苯胺等可促使相应聚合反应发生的物质。
14.本发明中，离子液体包括1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(bmim bf4)、1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐(emim bf4)、1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(emim tfsi)、1-己基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(hmim tfsi)、1-乙基-3-甲基-咪唑鎓乙酸盐(emim ac)、氯化1-丁基-3-甲基咪唑(bmim cl)、溴化1-丁基-3-甲基咪唑(bmim br)、碘化1-丁基-3-甲基咪唑(bmim i)、1-丁基-3-甲基咪唑三氟甲磺酸盐(bmim otf)、1-丁基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐(bmim tfa)、1-丁基-3-甲基咪唑对甲基苯磺酸盐(bmim tos)、1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐(mmim dmp)、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(bmim pf6)、1-丁基-3-甲基咪唑双三氟甲磺酰亚胺盐(bmim tfsi)、1-乙基-3-甲基咪唑磷酸二乙酯盐(emim dep)等具有吸水性的离子液体。
15.本发明中，聚合物单体包括单体和低聚物，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯、二甲基硅氧烷、低分子聚乙二醇二丙烯酸酯(pegda)、聚脲，聚碳酸酯，聚酯或聚酰胺等可发生聚合反应的物质。
16.本发明中，所用模具可为圆柱状、长方体状、薄膜状等。
17.本发明的有益效果是通过选择具有高水蒸气吸附能力的离子液体，通过原位聚合反应将其固定在聚合物三维多孔网络结构中，形成具有高水蒸气吸附能力的聚合物离子凝胶。本发明先将离子液体吸附饱和再固定在聚合物三维网络结构中，避免了离子凝胶吸附饱和泄漏的问题，并且在离子凝胶制备过程中，离子液体本身充当溶剂，减少了化学试剂的使用。该离子凝胶可根据模具形状制备成块状、柱状或者薄膜，并且具有聚合物良好的柔韧性，可广泛应用于干燥、除湿、空气集水等领域。
附图说明
18.图1为薄膜型离子凝胶。
19.图2为离子凝胶扫描电镜图。
20.图3为离子凝胶吸附等温线。
具体实施方式
21.以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施例。
22.实施例1
23.以pegda低聚物发生聚合反应，以emim ac为离子液体，以偶氮二异丁腈为引发剂，利用热聚合法制备高水蒸气吸附聚合物离子凝胶，具体步骤如下：
24.(1)称量10g emim ac置于恒温恒湿箱中，设置恒温恒湿箱温度为25℃，相对湿度为90％，在此条件下使离子液体吸附水蒸气达到饱和，每隔2小时称量离子液体的质量，直至连续两次质量无变化，在第38小时和第40小时两次测量值无变化停止吸附；
25.(2)称量吸附饱和的emim ac质量为20g，计算饱和emim ac中emim ac的质量分数为50％；
26.(3)将pegda、步骤(1)所得饱和emim ac、及偶氮二异丁腈混合，使得pegda、emim ac和偶氮二异丁腈的质量比为60％:39.5％:0.5％，充分搅拌使其形成均一溶液，搅拌速率为500r/min，搅拌时间为30min，然后注入圆柱形模具中；
27.(4)将圆柱型模具置于60℃环境中加热30min，使圆柱型模具中的混合溶液发生原位聚合反应，则得到高水蒸气吸附聚合物离子凝胶；
28.(5)利用动力蒸汽吸附仪，称取0.1g步骤(4)所得离子凝胶，保持吸附温度为25℃，测试离子凝胶在0-90％相对湿度下的吸附量，以相对湿度和吸附量绘制吸附等温线。
29.由图1可以看出，该方法可制备得到圆形薄膜状的聚合物离子凝胶；
30.由图2可以看出，制备的聚合物离子凝胶具有连续的三维多孔交联网络结构，为水蒸气吸附提供了足够的吸附位点；
31.由图3可以看出，制备的聚合物离子凝胶吸附等温线为ⅲ型吸附等温线，在相对湿度低于50％时，吸附量和相对湿度呈线性正相关，当相对湿度大于50％时，吸附量和相对湿度呈指数型正相关。
32.实施例2
33.以二甲基硅氧烷发生聚合反应，以emim dep为离子液体，以n-二甲基苯胺为引发剂，利用微波聚合法制备高水蒸气吸附聚合物离子凝胶，具体步骤如下：
34.(1)称量20g emim dep置于恒温恒湿箱中，设置恒温恒湿箱温度为20℃，相对湿度为80％，在此条件下使离子液体吸附水蒸气达到饱和，每隔1小时称量离子液体的质量，直至连续两次质量无变化，在第31小时和第32小时两次测量值无变化，停止吸附；
35.(2)称量吸附饱和的emim dep质量为39g，计算饱和emim dep中emim dep的质量分数为51.28％；
36.(3)将二甲基硅氧烷、步骤(1)所得饱和emim dep、及偶氮二异丁腈混合，使得二甲基硅氧烷、emim dep和n-二甲基苯胺的质量比为50％:49％:1％，充分搅拌使其形成均一溶液，搅拌速率为400r/min，搅拌时间为60min，然后注入圆柱形模具中；
37.(4)将圆柱型模具置于将圆柱型模具置于微波发生器中，微波功率为300w，微波辐射时间为40s，微波辐射程序为启停各5s交替进行，使圆柱型模具中的混合溶液发生原位聚合反应，则得到高水蒸气吸附聚合物离子凝胶；
38.(5)利用动力蒸汽吸附仪，称取0.13g步骤(4)所得离子凝胶，保持吸附温度为25℃，测试离子凝胶在0-90％相对湿度下的吸附量，以相对湿度和吸附量绘制吸附等温线。