本发明涉及有机材料合成,尤其是涉及一种多元熔融盐及以熔融盐为催化剂的聚合物合成方法。
背景技术:
1、目前,有机共轭芳香聚合物材料由于其分子结构的可调控性,良好的物理/化学稳定性,以大的比表面积和可控的多孔结构,在许多工程领域得到广泛应用,特别是在各类电化学储能与转化设备以及气体分离领域都具有重要的发展潜力与研究价值。然而,目前大部分的有机共轭芳香聚合物合成中都需要使用大量的有机试剂作为溶剂,并且需要强酸强碱作为催化剂,有机试剂的大量使用不仅有害于身体健康,而且会造成严重的环境污染。
2、熔融盐是盐的熔融态液体,其固态大部分是离子晶体,在高温下融化后形成离子熔体,是一种具有独特性质的熔融盐体系。无机熔融盐主要由碱金属或碱土金属与卤化物、硅酸盐、碳酸盐、硝酸盐以及磷酸盐组成。通常,熔融盐具有良好的导电性能,较低的蒸气压、较高的溶解能力,可以溶解多种材料。熔融盐合成方法是一种相对安全环保的合成方法,但是,大多数熔融盐反应体系需要较高的反应温度以达到盐类的熔融点,促进反应进行,这不可避免的造成聚合物在反应过程中碳化,而且会大大限制适用于熔融盐体系的可反应单体种类以及聚合物的合成效率。
3、综上所述,开发一种可以实现低温聚合,适用于多种有机单体的熔融盐体系具有重要意义。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种多元熔融盐及以熔融盐为催化剂的聚合物合成方法,以解决现有技术中存在的聚合反应温度过高的技术问题。
2、为解决上述技术问题,本发明提供的一种多元熔融盐,其组份中包括氯化铝、低熔点无机盐混合物;
3、所述低熔点无机盐混合物选自氯化钠和/或氯化钾。
4、其中氯化铝为催化聚合反应的主要有效成分,但由于纯的氯化铝在低温下不会达到熔融状态,也就无法诱导环三聚反应,因此本发明经过大量实验验证,创造性地将氯化钠、氯化钾引入反应,形成了多元熔融盐体系,有效降低了氯化铝进入熔融态的温度。
5、进一步地,所述熔融盐中氯化铝的摩尔百分比应为50%以上。
6、另一方面本发明还提供一种以所述多元熔融盐为催化剂的聚合物合成方法,至少包括如下步骤:
7、步骤1,按照1:(0.1-10)的摩尔比,依次称取有机单体、上述多元熔融盐,并均匀混合,得到第一混合物;
8、步骤2,将所述第一混合物置于150-300℃下,进行反应,得到第二混合物;
9、步骤3,将所述第二混合物破碎并研磨,依次进行酸洗、过滤、水洗、提纯后、在80-100℃下干燥,得到目标有机聚合物。
10、进一步地,步骤1中所述多元熔融盐的制备方法如下:
11、步骤s1,依次称取氯化铝、低熔点无机盐混合物;
12、所述氯化铝在熔融盐中的摩尔百分比为50%以上;
13、所述低熔点无机盐混合物选自氯化钠和/或氯化钾;
14、步骤s2,将所述氯化铝与低熔点无机盐混合物充分混合,研磨均匀,得到所述多元熔融盐。
15、优选地,步骤s1中,氯化铝在熔融盐中的摩尔百分比为60-66%。
16、优选地,所述多元熔融盐包括氯化铝、氯化钠、氯化钾,摩尔比为61:26:13。
17、二元熔融盐与三元熔融盐均可作为路易斯酸催化剂参与聚合反应,得到目标有机聚合物;优选三元熔融盐,即alcl3-nacl-kcl,所得有机聚合物结晶性更好。
18、进一步地,步骤2中所述有机单体选自对苯二甲腈、吩嗪、吩噁嗪、六氮杂三萘(3q)小分子。
19、进一步地,步骤2中所述反应时间为2-48小时。
20、进一步地,步骤3中,所述酸洗为将第二混合物放入过量的浓度为1mol/l的盐酸溶液中,搅拌20-24小时。
21、本发明采用过量的稀盐酸溶液对反应产物进行洗涤,主要是将作为催化剂的多元熔融盐完全清洗掉。
22、进一步地,步骤3中,所述提纯的方法选自有机试剂洗涤或索氏提取。
23、通过不同的提纯方式将低聚物及杂质溶解或清洗掉,即可得到目标有机聚合物。
24、优选地,步骤3中的提纯方法中所述有机试剂选自乙醇、三氯甲烷、四氢呋喃、甲苯中的一种或多种混合物。
25、采用上述技术方案,本发明具有如下有益效果:
26、本发明提供的一种多元熔融盐及以熔融盐为催化剂的聚合物合成方法,以有机单体作为前驱体,创造性地在自聚反应中加入了以氯化铝为主要有效成分的多元熔融盐作为反应的催化剂,可以有效降低聚合反应的温度,避免了聚合物因高温造成的碳化问题,降低了因使用强酸强碱作为催化剂,可能对环境造成严重污染的风险。由此可见,本发明提供的聚合物的合成方法,具有成本低,过程简单,对环境较友好的特点,是一种具有普适性,且十分具有推广价值的聚合物合成方法。
1.一种多元熔融盐,其特征在于,所述熔融盐的组份中包括氯化铝、低熔点无机盐混合物;
2.根据权利要求1所述的多元熔融盐,其特征在于,所述熔融盐中氯化铝的摩尔百分比应为50%以上。
3.一种以权利要求1或2所述的多元熔融盐为催化剂的聚合物合成方法,其特征在于,包括如下步骤:
4.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,步骤1中所述多元熔融盐的制备方法如下:
5.根据权利要求4所述的合成方法,其特征在于,步骤s1中,氯化铝在熔融盐中的摩尔百分比为60-66%。
6.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,步骤2中所述有机单体选自对苯二甲腈、吩嗪、吩噁嗪、六氮杂三萘小分子。
7.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,步骤2中所述反应时间为2-48小时。
8.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,步骤3中,所述酸洗为将第二混合物放入过量的浓度为1mol/l的盐酸溶液中,搅拌20-24小时。
9.根据权利要求3所述的合成方法,其特征在于,步骤3中,所述提纯的方法选自有机试剂洗涤或索氏提取。
10.根据权利要求9所述的合成方法,其特征在于,步骤3中的提纯方法中所述有机试剂选自乙醇、三氯甲烷、四氢呋喃、甲苯中的一种或多种混合物。
