一种隔热聚合物及其制备方法,涉及隔热材料。所述隔热聚合物可为隔热聚离子液体,隔热聚离子液体的阴离子为Cl
Heat insulation polymer and preparation method thereof
A heat insulating polymer and a preparation method thereof relate to heat insulation material. The heat insulation polymer can be a heat insulation ionic liquid, and the anion of the heat insulation ionic liquid is Cl
【技术实现步骤摘要】
一种隔热聚合物及其制备方法
本专利技术涉及隔热材料,尤其是涉及一种隔热聚合物及其制备方法。
技术介绍
隔热材料是一种能阻滞热流传递的材料,其分为多孔材料、热反射材料和真空材料三类。前者利用材料本身所含的孔隙隔热,因为孔隙内的空气或惰性气体导热系数很低,如泡沫材料、纤维材料等;热反射材料具有很高的反射系数,能将热量反射出去,如金、银、镍、铝箔或镀层金属的聚酯、聚酰亚胺薄膜等。真空绝热材料是利用材料的内部真空达到阻隔对流来隔热,如真空隔热板等。聚离子液体(PILs)是由离子液体通过一定的聚合方法得到的聚合物。与非离子型聚合物相比,聚离子液体通常具有优异的化学稳定性、不易燃烧等特性。由于阳(阴)离子基团被“固定”在聚合物主链上,玻璃化转变温度随之升高,粘度增大。具有特殊性质的聚离子液体近年来受到格外关注,可以通过对离子液体单体的设计,得到各种理化性质的聚离子液体。目前对于聚离子液体的应用主要集中在(准)固态电解质(中国专利CN101752090A)、燃料电池聚电解质膜(中国专利CN101942093A)、碳材料和催化等领域,对于其本身的物理性质研究较少。而聚离子液体作为新兴绿色材料,具有常见聚合物的替代品这一用途。目前尚未有关于聚离子液体用于隔热材料的具体研究。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术的目的在于提供一种隔热聚合物。本专利技术的另一目的在于提供隔热聚离子液体的制备方法。所述隔热聚合物的结构式为:其中R=P,n代表聚合度,n为100~1000,A为不同配对的阴离子。所述隔热聚合物可为隔热聚离子液体,隔热聚离子液体的阴离子为Cl-,PF6-,BF4-中的至少一种。所述隔热聚离子液体的制备方法,包括以下步骤:1)制备离子液体单体,具体方法如下:在装有回流冷凝管、温度计和氮气导管的三口瓶中加入4-乙烯基苄氯、三苯基膦和乙腈,通保护气保护,反应后得淡黄色溶液,再加入乙酸乙酯或乙醚,抽滤得到沉淀后用乙酸乙酯洗涤得到白色固体,置于真空干燥箱中除去溶剂,将产物与盐加入溶剂中通过离子交换得到产物离子液体单体;在步骤1)中,所述4-乙烯基苄氯、三苯基膦和乙腈的质量比可为10︰(11~15)︰(10~20);所述反应的温度可为80~85℃,反应的时间可为14~22h;所述洗涤可洗涤3~5次;所述真空干燥箱的温度可为70℃。2)制备隔热聚离子液体,具体方法如下:在装有回流冷凝管、温度计和氮气导管的三口瓶中加入离子液体、乙腈和引发剂,通氮气保护,反应后所得产物除去溶剂,即得隔热聚离子液体。在步骤2)中,所述离子液体、乙腈和引发剂的质量比可为200︰(200~1000)︰1;所述引发剂可选自偶氮二异丁腈、偶氮二环已基甲腈、过氧化苯甲酰等中的至少一种;所述反应的温度可为80~85℃,反应的时间可为4~12h;所述除去溶剂可将所得产物置于100℃烘箱中除去溶剂。该聚离子液体玻璃转化温度>200℃,热导率<0.14W·(m/K),具有良好的热稳定性和隔热效果。所述隔热聚合物为隔热聚离子液体,所述隔热聚离子液体由离子液体单体在溶液中聚合后干燥得到固体,并可压制成型使用。上述聚离子液体分子中每个单体包含有四个苯环,苯环的共振作用可使键能和热稳定性增加;苯环体积很大,使得整个分子不能自由旋转,降低分子间热传导;同时大π键可以使体系内的电子稳定,降低电子对传热的贡献;聚离子液体单体结构规整对称,分子堆砌紧密,可以提高熔点和强度。该聚离子液体,是一种通过分子设计在聚合物机械稳定性、耐久性的基础上结合离子液体特性,大幅提高聚合物的热性能并且降低了热导率,并且首次探索了聚离子液体作为隔热材料的可能性。主链上的苯环能够提高玻璃转化温度和熔点,降低热导率;分子中含有的P原子或卤素原子,能在燃烧时大量消耗氧气,使材料结碳阻止燃烧继续。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术的制备方法工艺简单成本低廉,生产效率高、可控性好。2、本专利技术方法制备的隔热聚离子液体具有高热稳定性,玻璃转化温度为210~220℃,熔点310~450℃,高于常用于隔热的聚合物玻璃转化温度和熔点。3、本专利技术方法制备的隔热聚离子液体具有较低的热导率,热导率在工作温度范围内0.100~0.130W·(m/K),低于一般聚合物热导率0.2~0.4W·(m/K);因此在替代其他隔热聚合物材料方面有广阔的应用前景。附图说明图1是实施例1离子液体单体的1HNMR图。图2是实施例1聚离子液体的示差扫描量热结果图。图3是实施例1聚离子液体的热导率随温度变化图。图4是实施例1聚离子液体的高效凝胶色谱数据图。曲线a为粘度-DP曲线;曲线b为直角光散射检测曲线;曲线c为LALS曲线;曲线d为示差折光散射检测曲线。具体实施方式以下实施例将结合附图对本专利技术作进一步的说明。实施例1:本实施例中一种隔热聚离子液体的制备方法,是按下述步骤实现的:一、制备离子液体单体:称取6g乙烯基苄氯和13g三苯基膦加入60mL乙腈中;80℃氮气保护下反应18h;将获得的产物趁热加入析出液中得到固体沉淀;将滤饼溶于水中,加7g六氟磷酸铵,搅拌超声,抽滤洗涤,洗去氯化铵后放入烘箱中烘干。步骤一中所述析出液为乙醚、乙酸乙酯、甲醇或三者之中两者或三者的混合。二、制备聚离子液体:称取4g离子液体单体和0.02g偶氮二异丁腈加入8ml乙腈中,80℃氮气保护下反应8h;所得产物放入烘箱中烘干。三、成型:根据需要将样品放入耐压模具中,用压片机压制成型。本实施例得到的单体核磁共振氢谱图(图1)数据为1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.84–7.74(m,3H),7.69–7.51(m,12H),7.16(d,J=8.0Hz,2H),6.90(dd,J=8.3,2.5Hz,2H),4.68(d,J=14.3Hz,2H)。本实施例得到的具有高热稳定性低热导率的聚离子液体材料,使用德国耐驰公司生产的DSC204示差扫描量热仪得到结果图在图2显示,其玻璃转化温度为210℃,熔点为310~452℃,高于常用于隔热的聚合物玻璃转化温度和熔点。本实施例得到的具有高热稳定性低热导率的聚离子液体材料,使用德国耐驰公司生产的LFA457激光闪射导热仪测定热导率随温度变化图(如图3)显示,其热导率在20~180℃区间内为0.091~0.118W·(m/K),低于一般聚合物热导率0.2~0.4W·(m/K)。本实施例得到的具有高热稳定性低热导率的聚离子液体材料,使用英国马尔文公司生产ViscotekTDAmax高效凝胶色谱测量数据图(图4),重均分子量Mω为274137,聚合度518。实施例2:本实施例与实施例1不同的是,步骤一中所述的滤饼溶于水后加6g六氟磷酸钠。其他参数与实施例1相同。本材料的玻璃化转变温度为210~220℃,熔点310~450℃,热导率为0.100~0.130W·(m/K)。实施例3:本实施例与实施例1不同的是,步骤一中所述的溶剂为60mlN,N-二甲基甲酰胺。其他参数与实施例1相同。本材料的玻璃化转变温度为211~221℃,熔点330~457℃,热导率为0.100~0.134W·(m/K)实施例4:本实施例与实施例1不同的是,步骤二中称取4g离子液体单体和0.02g偶氮二环己基甲腈。其他参数与实施例1相同。本材料的玻璃化转变温度为214~217本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种隔热聚合物,其特征在于其结构式为:
【技术特征摘要】
1.一种隔热聚合物,其特征在于其结构式为:其中R=P,n代表聚合度,n为100~1000,A为不同配对的阴离子。2.如权利要求1所述一种隔热聚合物,其特征在于所述隔热聚合物为隔热聚离子液体,所述隔热聚离子液体的阴离子为Cl-,PF6-,BF4-中的至少一种。3.如权利要求2所述隔热聚离子液体的制备方法,其特征在于包括以下步骤:1)制备离子液体单体,具体方法如下:在装有回流冷凝管、温度计和氮气导管的三口瓶中加入4-乙烯基苄氯、三苯基膦和乙腈,通保护气保护,反应后得淡黄色溶液,再加入乙酸乙酯或乙醚,抽滤得到沉淀后用乙酸乙酯洗涤得到白色固体,置于真空干燥箱中除去溶剂,将产物与盐加入溶剂中通过离子交换得到产物离子液体单体;2)制备隔热聚离子液体,具体方法如下:在装有回流冷凝管、温度计和氮气导管的三口瓶中加入离子液体、乙腈和引发剂,通氮气保护,反应后所得产物除去溶剂,即得隔热聚离子液体。4.如权利要求3所述隔热聚离子液体的制备方法,其特征在于在步骤1)中,所...
【专利技术属性】
技术研发人员:李军,魏文欣,马贵峰,王宏涛,苏玉忠,洪燕珍,
申请(专利权)人:厦门大学,
类型:发明
国别省市:福建,35
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