[发明专利]用聚(离子液体)涂覆基片的方法和通过该方法制备的涂覆基片

说明书

发明领域

本发明涉及制备聚(离子液体)的方法，和使用该方法制备的聚(离子液体)。

发明背景

离子液体是在室温或接近室温时呈液体的有机盐。它们由合适的离子组合产生，其中晶格能和熔点异常低。它们可例如包含大量不对称的电荷离域的离子，这些离子按低度结构次序相对微弱缔合。因此，离子液体通常包括大量有机阳离子比如铵[1, 2]、咪唑                                                [3]或磷[4]阳离子，以及适当的反离子。作为替代，离子液体可包含两性离子，其在同一个分子上既携带正电荷也携带负电荷。

离子液体可具备许多显著特性，其包括可忽略的蒸气压、高增溶能力和宽泛的液态温度范围，这些特性使得它们在多种应用中成为传统液体的引人关注的备选。

聚(离子液体)可由携带可聚合的部分比如丙烯酸酯或乙烯基基团的离子液体制备，可具有优质的力学性质的优点[5]。与其单体对应体相同，它们已应用于色谱分析[6]、气体分离[7]和二氧化碳吸收[8]，以及制备本质导电聚合物[9]和纳米微粒[10]、热变色染料[11]、光发射电化学电池[12]、锂离子电池[13]、染料敏化太阳能电池[14, 15]和超级电容器[16]。

特别是在燃料电池[17]、金属-空气电池[18]和湿度传感器[19]的电解质层的情况下，极需要在升高的温度和湿度下良好的离子电导性(目前工业基准, Nafion?, 90℃以上开始明显丧失离子电导性[20])。但是，以前报道的聚(离子液体)与它们的母单体相比趋于具有差的离子电导性，这主要由于缺乏聚合物链灵活性[21, 22]。这通常通过掺杂离子液体或其它电解质补救[23]，但代价经常是力学性质变差[24]。

此类聚(离子液体)的制备通常采用湿化学法，该方法存在包括需要溶剂提取和单独的浇铸步骤的固有缺点。

本发明的一个目的在于提供一种制备聚(离子液体)的新方法，该方法可以克服或至少减轻上述问题。具体来讲，本发明基于以下发现：聚(离子液体)可以用备选技术——等离子体沉积制备，并且所得聚合物可表现出良好的离子电导性。

发明的陈述

根据本发明第一方面，提供制备聚(离子液体)的方法，该方法包含以下步骤：

(i)提供包含可聚合官能团和氮中心两者的单体(I)；

(ii)提供基片；

(iii)使基片与单体(I)在激发性介质中接触，以引起单体聚合以及所得前体聚合物(II)沉积在基片上；和

(iv)然后使前体聚合物(II)与阳离子产生剂接触，以使其转化为含咪唑阳离子的聚(离子液体) (III)。

因此，根据本发明，在步骤(iii)期间将生成聚(离子液体) (III)的聚合物前体(II)沉积在基片上。前体(II)包含氮中心，其可随后转化得到咪唑阳离子，以产生期望的聚(离子液体) (III)。

“以氮为中心的阳离子部分”意指其中氮原子携带正电荷的部分。

氮中心可以是例如仲胺或叔胺部分的一部分。在实施方案中，它是叔胺部分的一部分。

事实上，本发明方法的最终产物是含有以氮为中心的阳离子部分(特别是季胺或质子化胺部分)的化合物的聚合物，所述化合物呈单体形式时会是离子液体。在本发明上下文中，术语“离子液体”意指包含离子部分的化合物，其能够在50℃以下、优选40℃以下、更优选30℃以下且理想地在室温（对于本发明目的，可将所述室温限定为18至25℃，通常约20℃）下以液体形式存在。

已发现根据本发明制备的聚(离子液体)与例如以更常规方式比如用湿化学技术制备的聚(离子液体)相比可具有较好的离子电导性。而且，不需要用其它导电物类比如离子液体单体或电解质掺杂聚合物就可获得此类性质，这些其它导电物类可另外增加制备过程的成本和复杂性，和/或削弱聚合物的性质和性能，特别是其力学强度。

根据本发明，聚(离子液体)前体(II)用激发性介质特别是通过等离子体沉积在基片上形成。激发性介质可以例如用热丝、紫外线照射、γ照射、离子辐射、电子束、激光照射、红外线照射、微波照射或其任何组合产生。一般来讲它可用一定通量的电磁照射和/或一定通量的离子化微粒和/或基团产生。