聚离子液体中空微球的制备及应用

Poly(ionic liquid) , one special polyelectrolyte, has become research priorities in the field of polymer material because of their potential application value in the area of macromolecule catalyst, ion-conductive material, gas-phase separation material, etc. Hollow spheres have spurred great interest in encapsulation, catalysis and drug carrier due to their unique characteristics of special greater internal cavities, low density, big specific surface area, and good permeability. Consequently, by combination of the excellent performance of poly(ionic liquid) and hollow spheres, poly(ionic liquid) hollow spheres will have very vital research values. This proposal is locating in this special crossed research field and focusing on preparation, functionalization and corresponding application of poly(ionic liquid) hollow spheres. Diverse polymerizable ionic liquid will be designed and synthesized firstly. Poly(ionic liquid) hollow spheres will be prepared in one step without any template by combination of emulsion polymerization, interfacial polymerization and phase separation. Furthermore, a series of cross-linked poly(ionic liquid) hollow spheres and poly(ionic liquid-comonomer) hollow spheres can be prepared by virtue of emulsion co-polymerization. Finally, the corresponding applications of poly(ionic liquid) hollow spheres will be explored preliminarily, e.g. encapsulating of nanoparticles in the cavity of poly(ionic liquid) and testing the catalysis functionality of poly(ionic liquid).

聚离子液体是一种特殊的聚电解质材料，在高分子催化剂、离子导电材料及气相分离材料等领域具有重要应用价值，已成为目前高分子材料学科的研究重点。空心微球材料由于其独特的内部空腔结构，具有密度小、比表面积大、壳层渗透性好等诸多优良性能，已被广泛用于包封、催化及药物载体等领域。因此，兼具以上两种材料优良性能的聚离子液体空心微球材料应该具有非常重要的研究价值。本项目即定位于这一交叉研究领域，拟开展聚离子液体中空微球制备、功能化及应用研究。通过设计各类可聚合离子液体单体，采用乳液聚合方法，结合聚合诱导相分离和界面聚合原理，开发制备聚离子液体中空微球的无模板、简单一步、大规模合成新方法。在此基础之上，将通过乳液共聚方法，制备系列离子液体共聚以及具有交联壳层结构的中空微球材料。还将开展该类新型中空微球材料的应用研究，包括利用其内部空腔封装纳米粒子和以其为新型催化剂实现对化学反应的催化等。

聚离子液体空心微球材料兼具聚离子液体和空心微球材料两种材料的优良性能，在封装、高分子催化剂、离子导电材料及气相分离材料等领域具有重要应用价值，所以其具有非常重要的研究价值。到目前为止，唯一一篇关于聚离子液体中空微球的报道，其制备过程繁琐、条件苛刻以及溶解过程中由于渗透压易造成壳体破裂等问题严重影响了中空球的应用。与聚离子液体均聚物微球相比，聚合物/聚离子液体复合微球具有低成本和易加工的优点；遗憾的是，所得的复合微球仍为实心微球。针对以上问题，本项目的研究工作围绕以下展开：.（1）设计并合成了季膦盐型以及1-(2-甲基丙烯酰氧烷基)-3-烷基咪唑盐可聚合离子液体。测试了离子液体及其聚合物60 oC时在极性水和非极性正十六烷和异辛烷中的溶解性。1-(2-甲基丙烯酰氧十二烷基)-3-癸基咪唑溴（[MADDI][Br]）可溶于水中，而其聚合物不溶于水和十六烷，所以以可聚合离子液体[MADDI][Br]为单体研究了聚离子液体中空微球的制备。SEM、TEM、FTIR、XPS和SEM-EDS等表征方法证明了中空微球的成功制备。.（2）设计并合成了1-乙烯基3-烷基咪唑盐可聚合离子液体，同样测试了所制备离子液体及其聚合物60 oC时在极性水和非极性正十六烷和异辛烷中的溶解性。N-3位取代基为辛烷、癸烷和十二烷时，单体溶于水而聚合物不溶于水和烷烃。以1-乙烯基-3-十二烷基咪唑溴为单体探讨了聚离子液体中空微球的制备，SEM图中坍塌的微球和FTIR光谱证明了中空微球的制备。.（3）首先制备了二乙烯基苯（DVB）交联的聚乙烯基咪唑以及聚苯乙烯（St）-聚乙烯基咪唑（VIM）复合中空微球/半球。微球的形貌可通过DVB的用量来调整。当 DVB 用量是 St 和VIM 的 0 wt.%、10 wt.% 和 20 wt.%时，所得微球为半球。当 DVB 的用量进一步增加到 30 wt.% 时，得到部分坍塌的中空微球。通过与丙磺酸内酯的季胺化反应生成了聚离子液体中空微球。SEM、TEM、FTIR和SEM-EDS等表征方法证明了中空微球的成功制备。还研究了1-乙烯基3-丁基磺酸盐型聚离子液体中空微球对油酸和甲醇酯化反应的催化。.