離子液體（IL）是以離子形式存在的液體，定義為100℃以下或者室溫下以液體形式存在的鹽，被認為是一種綠色的溶劑和催化劑。歷史上第一個離子液體被認為是1914年由Paul Walden制得的硝酸乙基銨（[C2H5NH3][NO3]，EAN)。

根據(jù)陽離子的不同，離子液體可分為咪唑鹽、吡咯鹽、季銨鹽、季鱗鹽、吡咯烷鹽、哌啶鹽。根據(jù)陰離子的不同，離子液體可以分為三氯化鋁型、非三氯化鋁型及其他特殊型。

部分離子液體國內(nèi)外生產(chǎn)商

離子液體應(yīng)用于阻燃的可行性

可行性

絕大多數(shù)離子液體的熱分解溫度集中在170~430 ℃ (450~700 K）之間，較高的熱分解溫度，使其添加到聚合物中提高了復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。

陰離子為鹵素離子、四氟硼酸根離子和六氟磷酸根離子等的離子液體中含有鹵素、氮、磷、硼等阻燃元素，為其發(fā)揮阻燃作用提供了可能。

離子液體對Friedel-crafts 烷基化等反應(yīng)有催化作用，如果聚合物在分解的過程中發(fā)生此反應(yīng)，離子液體可以改善殘?zhí)亢?，并可能降低煙氣產(chǎn)生。

此外，離子液體的結(jié)構(gòu)可設(shè)計性也為其阻燃改性提供了基礎(chǔ)，一是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計可以將更多的阻燃元素引入其中，二是引入易成炭結(jié)構(gòu)單元，促進炭層產(chǎn)生阻止熱量和氣體交換。

離子液體的固化行為

依據(jù)阻燃理論，將阻燃元素直接引入到聚合物分子結(jié)構(gòu)中能提高原子的利用效率，實現(xiàn)本征阻燃。許多研究關(guān)注了離子液體對環(huán)氧樹脂的固化行為和阻燃性能的雙重影響。具體而言，離子液體化學(xué)結(jié)構(gòu)中的富電子基團在環(huán)氧開環(huán)和環(huán)氧預(yù)聚過程中通過親核加成參與了環(huán)氧樹脂的三維網(wǎng)絡(luò)形成，這些富電子基團包括咪唑環(huán)、季磷、季銨。

截圖來源：中國知網(wǎng)

以咪唑環(huán)為例，咪唑基離子液體對環(huán)氧樹脂的固化行為具有顯著影響，由于共軛效應(yīng)，咪唑環(huán)內(nèi)氮原子的電子云密度增大。在環(huán)氧固化的過程中，富電子的氮原子參與進攻環(huán)氧基團，然后通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移生成氧負離子，氧負離子繼續(xù)進攻剩余的環(huán)氧基團，最后生成環(huán)氧三維網(wǎng)絡(luò)。

離子液體阻燃聚合物材料

離子液體阻燃優(yōu)勢

高度靈活的分子設(shè)計性：離子液體種類繁多，阻燃元素，如磷、氮、硼等容易被引入到陰離子或陽離子結(jié)構(gòu)中;

離子液體與部分聚合物之間存在良好的界面相互作用，可以有效提高添加物在聚合物中的分散性和相容性，更大程度提高阻燃效果；

離子液體易于和無機材料結(jié)合，實現(xiàn)更好的協(xié)同阻燃效果。在阻燃聚合物的研究中所使用的離子液體幾乎為有機離子液體。

此外，聚離子液體的開發(fā)與在阻燃領(lǐng)域的應(yīng)用也得到了關(guān)注。聚離子液體表現(xiàn)出聚合物和離子液體的共同特點。聚離子液體作為聚合物阻燃劑具有低遷移率、高阻燃元素含量、基體良好的相互作用等優(yōu)勢。

離子液體協(xié)同無機材料

離子液體與無機材料的相互作用是離子液體協(xié)同無機材料提升聚合物阻燃性能的必要前提。研究表明，離子液體與無機材料之間不僅能通過化學(xué)鍵合方式構(gòu)建雜化體材料，還可以通過靜電吸附、氫鍵、π-π堆疊形式實現(xiàn)物理吸附結(jié)合（非化學(xué)鍵作用)。

離子液體可以通過靜電作用吸附在片層的內(nèi)部和表面。同時，由于離子液體的高熱穩(wěn)定性，離子液體較傳統(tǒng)有機表面活性劑更能提升納米材料和復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性。添加物的良好分散性，不僅有利于提高材料的熱性能，還能避免了燃燒過程中的熱島效應(yīng)，同時保證了在燃燒過程中片層結(jié)構(gòu)在抑制可燃物溢出、助燃物滲入的阻隔效應(yīng)。

阻燃聚合物材料

截圖來源：中國知網(wǎng)

咪唑離子液體也可通過π-π共軛或陽離子-T吸引作用與碳材料，如碳納米管、石墨烯等結(jié)合。離子液體修飾的碳材料可以在極性較大的聚合物基體，如聚乳酸、全氟代聚合物等材料中實現(xiàn)很好的分散，也可以與生物纖維素形成很好的相互作用力。

同樣，咪唑離子液體與氮化硼表面存在強烈的共軛效應(yīng)和氫鍵作用，使離子液體得以附著在剝離的氮化硼表面。利用這一特點，使用離子液體剝離氮化硼能明顯提高環(huán)氧樹脂的阻燃性能，同時氮化硼還賦予復(fù)合材料更加優(yōu)異的導(dǎo)熱性能，提高了環(huán)氧樹脂作為電子封裝材料的應(yīng)用范圍。

值得注意的是，含有雜多酸的離子液體對于提升膨脹阻燃效率具有顯著效果。

離子液體阻燃的多功能化

離子液體還可用于提取聚合物中的阻燃劑，提高阻燃聚合物材料的使用效率和循環(huán)壽命。此外，我們還能看到一些含有離子對的特殊聚合物。由于結(jié)構(gòu)中的離子配對結(jié)構(gòu)和阻燃元素，復(fù)合材料具有高孔隙率、低導(dǎo)熱系數(shù)、優(yōu)異的阻燃能力等特點。依據(jù)這些特點，這些聚合物還可作為載體和支架,在催化、光熱轉(zhuǎn)換等研究領(lǐng)域表現(xiàn)出更加獨特的一面。

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