專利名稱：離子液體復(fù)合紅外吸收材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及離子液體復(fù)合紅外吸收材料及制備方法。
技術(shù)背景自從1800年英國(guó)天文學(xué)家F-W.赫歇爾使用水銀溫度計(jì)發(fā)現(xiàn)紅外 輻射至今，紅外技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了將近兩個(gè)世紀(jì)，其應(yīng)用領(lǐng)域也從最 初的單純軍事研究到現(xiàn)在的工農(nóng)業(yè)多元化發(fā)展。在軍事領(lǐng)域，紅外技 術(shù)是從空中和空間獲取戰(zhàn)場(chǎng)信息的關(guān)鍵技術(shù)之一，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于單 兵裝備、裝甲車輛、航空航天的偵察監(jiān)視、預(yù)警、跟蹤以及武器制導(dǎo) 等各個(gè)領(lǐng)域。在民用領(lǐng)域，紅外技術(shù)可應(yīng)用于通過探測(cè)人體熱量來進(jìn) 行紅外線成像的夜視儀、使用遠(yuǎn)紅外線的熱效應(yīng)治療紅外線理療儀和 紅外線燃具等。 '紅外材料的研制是紅外技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。紅外吸收材料既可以吸 收紅外線的光學(xué)媒質(zhì)，它要求具有良好的光學(xué)性質(zhì)、較寬度吸收光譜 范圍、良好的化學(xué)及熱穩(wěn)定性、適中的發(fā)射率和太陽能吸收率。紅外 吸收材料為得到廣泛的軍、民應(yīng)用，其制備還需要從經(jīng)濟(jì)和綠色環(huán)保 角度考慮，要求材料制備簡(jiǎn)便、工藝過程無毒排放，低成本。近年來， 世界各國(guó)都在研究和開發(fā)紅外吸收材料?，F(xiàn)己投入使用的紅外吸收材 料種類很多，有碳化硅、氮化硅納米粉、鈷鎳納米薄膜、納米石墨、 納米金屬氧化物、納米針形磁性金屬粉、多種納米材料的復(fù)合吸收劑、 鐵基納米針形粉、碲鎘汞紅外探測(cè)材料等。段雪等(段雪，矯慶澤，郭燦雄等，陰離子層柱結(jié)構(gòu)選擇性紅外吸收材料及制備方法，CN 1315481A)利用插層化學(xué)原理，組裝出具有優(yōu)良選擇性紅外吸收性 能和選擇性紅外吸收范圍可調(diào)的陰離子層柱結(jié)構(gòu)材料([M(n)!-xM(III)x(OH)2]An、nB"^nmH20)。余錫賓等(余錫賓，葉平，一種紅外吸收材料及其制備方法，CN 1772833A)用低溫濕化學(xué)二氧化硅共沉淀法得到結(jié)構(gòu)式為Si02:(MOn.xH20)a的紅外吸收材料，該材料在中紅外、部分遠(yuǎn)紅外和部分近紅外區(qū)域均有強(qiáng)吸收。Yasuyo Saito 等(Yasuyo Saito,Yokohama-shi， et al., US 2002/0125464 Al)公開了一類含有金屬配合物的外吸收染料，該材料在近紅外區(qū)具有強(qiáng)的吸收 強(qiáng)度。但目前的研究主要都是集中在固體紅外吸收材料，這些材料存 在與常規(guī)溶劑的相容性差等問題，限制了其應(yīng)用。離子液體是完全由離子組成的在室溫及相鄰溫度下為液態(tài)的物 質(zhì)。離子液體由于其結(jié)構(gòu)的高度不對(duì)稱性與常用液體相比具有很多獨(dú) 特的性質(zhì)。離子液體具有較低的熔點(diǎn)，極低的蒸氣壓，良好的熱穩(wěn)定 性，較高的極性，不易燃等特點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛用于潤(rùn)滑劑，催化劑，萃 取劑，電解質(zhì)，燃料電池，能源材料等領(lǐng)域。劉維民等(劉維民，劉 旭慶，梁永民等， 一種離子液體潤(rùn)滑劑，CN 1782043A)利用離子液 體低揮發(fā)性、較好的熱穩(wěn)定性和粘溫性等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合成出離子液體 潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑無論在室溫或高溫、高低負(fù)荷下都具有優(yōu)良的減摩 和抗磨性能。離子液體的最重要的特征之一是其獨(dú)特的離子結(jié)構(gòu)具有極高的 可設(shè)計(jì)性，即離子液體的物化性質(zhì)可以通過選擇適當(dāng)?shù)年庪x子，陽離子及其取代基而改變，例如離子液體與水的溶解度可以通過選擇陽離子上取代基的長(zhǎng)度而改變；減小陰離子的體積可以使熔點(diǎn)升高，增大 陰離子的堿性可以使離子液體黏度變小等。HagiwaraR.等人 (Hagiwara R.,Ito Y..Fluorine Chemistry.2000,105:221 227)列舉大量數(shù)據(jù)指出陽離子的取代基的碳鏈增長(zhǎng)會(huì)增加離子液體的黏度；取代基 的烷基支鏈化使離子液體的黏度增加；陰離子的堿性增加可以減小離 子液體的黏度。因此，離子液體可以通過調(diào)節(jié)陰陽離子的組成和結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)成滿足各種理化要求的材料。離子液體具有極強(qiáng)的溶解能力，可以溶解范圍寬廣的有機(jī)、無機(jī) 及金屬有機(jī)化合物。離子液體可以溶解催化劑，因此可以將催化劑固 定在離子液體中，易于催化劑與化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)物分離。離子液體對(duì) H2、 C02、 02等氣體有較好的溶解度，因此可以用作氫化、酰化、氫 甲?；?、空氣氧化等催化反應(yīng)當(dāng)溶劑。陳繼等(陳繼，劉郁，郭琳， 利用離子液體進(jìn)行辦公廢紙脫墨脫色的方法，申請(qǐng)?zhí)?200710055832.3)利用離子液體對(duì)纖維素較強(qiáng)的溶解能力，在微波的 輔助作用下，對(duì)辦公廢紙和彩色打印紙進(jìn)行脫墨和脫色。廢紙中的纖 維素溶解后可以進(jìn)行鋪膜再生，使用后的離子液體還可以通過雙水相 技術(shù)(陳繼，鄧岳峰，張冬麗， 一種水溶液中離子液體富集工藝，申 請(qǐng)?zhí)?00610017298.2)進(jìn)行多次富集回收。該工藝高效、環(huán)保、極 大的降低了廢紙回收的成本。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供離子液體復(fù)合紅外吸收材料。該材料在部分近紅外、中紅外和部分遠(yuǎn)紅外區(qū)域具有較高的紅外吸收，同時(shí)該材料具有在40(TC仍能夠穩(wěn)定存在的較高的熱穩(wěn)定性，較寬的液態(tài)范圍 和較低的黏度。本發(fā)明提供的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，是由離子液體和紅外 吸收材料在室溫下充分?jǐn)嚢璧玫降模槐景l(fā)明提供的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其組成為具有下面通 式的化合物[A+B—]:[IRAM]。.式中，A+B—為離子液體的表達(dá)式；IRAM為紅外吸收材料的表達(dá) 式；離子液體與紅外吸收材料的質(zhì)量比為(10: 1) (10: 8)。所述的A+為有機(jī)陽離子，其通式為[FUl2X]+，式中，X為氮雜芳環(huán)，Ri和R2為含有l(wèi) 20個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基；優(yōu)選為含有1 8個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基，a和R2相同或不相同，，R4和R2與氮雜芳環(huán)上的氮原子相連；所述的氮取代的氮雜芳族陽離子A+為嗡陽離子； ， '所述的嗡陽離子是吡啶嗡、咪哇嗡、噻唑嗡、噁唑嗡或嘧啶嗡， 其中芳環(huán)中的氮原子與所述的烴基相連；所述的咪唑嗡陽離子為 l-(Cwo)-3-(d.2o)-咪唑嗡陽離子；優(yōu)選l-(C一-3-(C^)-咪唑嗡陽離子，更優(yōu)選l -甲基-3-(d-s)-咪唑嗡陽離子；所述的b-為陰離子，其為r、 cr、 Bf、 r、 scisr、 ncv、 bf厶PF6\ FeCLf、 ZnCl3-、 SnCl5-、 AsF6-、 SbF6、 AlCLf、 CH3CH(OH)COCT、 CF3COCT、 MC13或(CF2S(v)2;優(yōu)選CT、 BF" SdST或PF6-;所述的IRAM為紅外吸收材料；紅外吸收材料為以下四類化合物中的一種或幾種1、有機(jī)酸類的乳酸、油酸和丙炔酸；2、聚合物類 的二甲基硅油和聚乙二醇；3、糖類的葡萄糖酸鈣、蔗糖、果糖和右 旋糖苷；4、無機(jī)鹽類的KSCN、 Fe2(S04)3、 CuS04、 NiS04、 MgS04、 A12(S04)3、 Na2S04、 Fe(N03)3、 FeCl3、 CuCl2、 NiCl2、 ZnCl2和Ni2Si03。本發(fā)明提供了一種制備上述復(fù)合紅外吸收材料的方法，其制備步 驟和條件為1) 按離子液體與紅外吸收材料質(zhì)量比為(10: 1) (10: 8) 分別稱取離子液體與紅外吸收材料，室溫下充分?jǐn)嚢瑁玫诫x子液體 復(fù)合紅外吸收材料；所述的紅外吸收材料為以下化合物中的一種或幾 種有機(jī)酸類的乳酸、油酸或丙炔酸；聚合物類的二甲基硅油或聚乙二醇。2) 按離子液體與紅外吸收材料質(zhì)量比為(10: 1) (10: 8) 分別稱取離子液體與紅外吸收材料，所述的紅外吸收材料為以下化合 物中的一種或幾種糖類的葡萄糖酸鈣、蔗糖、果糖和右旋糖苷；無機(jī)鹽類的KSCN、 Fe2(S04)3、 CuS04、 NiS04、 MgS04、 A12(S04)3、 Na2S04、 Fe(N03)3、 FeCl3、 CuCl2、 MC12、 ZnCl2和Ni2Si03，需要先將紅外吸收材料溶解在助溶劑中，再將其與離子液體混合，得到離子 液體復(fù)合紅外吸收材料；所述的助溶劑為N,N-二甲基甲酰胺，二甲 亞砜或蒸餾水。所述的離子液體使用前經(jīng)過純化、真空干燥處理。文獻(xiàn)(a. Huddleston et al., Green Chem., 2001, 3, 156-164; b. Wilkes et al., J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1992, 965-967)詳細(xì)描述了離子液體的制備方法。本發(fā)明所制備的復(fù)合紅外吸收材料，如l-甲基-3-丁基咪唑氯鹽 ([C4MIm]Cl):硫酸銅(CuS04)。 [C4MIm]Cl在3 5pm中紅外區(qū)有較 強(qiáng)吸收能力；CuS04在3 5pm區(qū)域?qū)t外基本無吸收，在8 14nm 區(qū)域內(nèi)對(duì)紅外有較強(qiáng)吸收，而所得的復(fù)合紅外吸收材料[C4MIm]Cl: CuS04在中紅外、遠(yuǎn)紅外均具有較強(qiáng)吸收。如在3333 3500 cm"的 近紅外區(qū)域，2800 3200 cm"和1100 1200 cm"的中紅外區(qū)域均具 有較強(qiáng)吸收。本發(fā)明通過選擇具有較強(qiáng)溶解能力的離子液體與紅外吸收材料 混合，制備出具有較強(qiáng)的紅外吸收能力，較高的化學(xué)穩(wěn)定性、光學(xué)穩(wěn) 定性及熱穩(wěn)定性的離子液體復(fù)合紅外吸收材料。該材料具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明利用離子液體的強(qiáng)溶解性溶解紅外吸收材料。這種離子液 體溶解紅外吸收材料后組成的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，不僅具有離子液體本身的優(yōu)異特性，如良好的熱穩(wěn)定性，液態(tài)范圍寬等，還具 有較強(qiáng)的紅外吸收性能，具有很好的應(yīng)用前景。1、 該材料具有很高的化學(xué)及光學(xué)穩(wěn)定性，對(duì)多種儲(chǔ)存材料如陶 瓷、金屬、塑料、合金等均無腐蝕性，儲(chǔ)存、運(yùn)輸安全。2、 該材料黏度較低，流動(dòng)性好，低揮發(fā)性，使用安全。3、 該材料具有較強(qiáng)的紅外吸收性能和較寬的紅外吸收范圍，在 SSSSNSOOOcm-1和1700 1000 cm"的中紅外區(qū)域和3600 3333 cm—1的近紅外區(qū)域均有較強(qiáng)吸收。4、 該材料具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性(在40(TC仍能夠穩(wěn)定存在)和較寬 的液態(tài)使用范圍，可以在-100 400。C范圍內(nèi)安全使用。5、 同時(shí)本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，能耗低，無環(huán) 境污染，適用范圍廣。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例4離子液體復(fù)合紅外吸收材料l-甲基-3-辛 基咪唑四氟硼酸鹽([C8MIm]BF4):氯化鎳(NiCl2)紅外吸收譜圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例5的離子液體復(fù)合紅外吸收材料1-甲基-3-辛基咪唑硫氰酸鹽([C8MIm]SCN):葡萄糖酸鈣的紅外吸收譜圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1稱取5克l-甲基-3-丁基咪唑氯鹽([C4MIm]Cl)于25毫升燒杯中， 加入1克CuS(V5H20與1克助溶劑二甲亞砜的混合物，室溫下攪拌 得到紅棕色均一透明液體。產(chǎn)物在3500 3333 cm"的近紅外、3333 2800 cm—1和1100 1200 cm"的中紅外區(qū)域具有較強(qiáng)吸收。 實(shí)施例2稱取5克l-甲基-3-辛基咪唑氯鹽([C8MIm]Ci:)于25毫升燒杯中， 加入0.5克乳酸和1克二甲基硅油，6(TC下攪拌3小時(shí)，得到淺黃色 均一透明液體，產(chǎn)物在3333 2800 11-1、 1750 1700 cm"和1600 1100 cm—1的中紅外區(qū)域有很強(qiáng)的吸收。 實(shí)施例3將4克右旋糖苷和2克助溶劑蒸餾水在25毫升燒杯中混勻，加入5克l-甲基-3-稀丙基咪唑氯鹽(AMImCl)， 6(TC下攪拌3小時(shí)，得 到咖啡色均一透明液體。產(chǎn)物在3380 3333 cm—1的近紅外區(qū)域和 1080 1000 cm"的中紅外區(qū)域有很強(qiáng)的吸收。 實(shí)施例4將1克NiCl2與5克助溶劑N,N-二甲基甲酰胺于25毫升燒杯中 混勻，加入5克l-甲基-3-辛基咪唑四氟硼酸鹽([C8MIm]BF4)， 40。C下 攪拌2小時(shí)，得到淺綠色溶液。產(chǎn)物在3333 2800 cm"、 1700 1300 cm"和1200 1000 cm—1的中紅外區(qū)域都有很強(qiáng)的吸收。 實(shí)施例5稱取5克l-甲基-3-辛基咪唑硫氰酸鹽([C8MIm]SCN)于25毫升燒 杯中，加入1克葡萄糖酸鈣與10克助溶劑二甲亞砜的混合液，60°C 下攪拌3小時(shí)，得到咖啡色均一透明液體。產(chǎn)物在3500 3333 cm—1 的近紅外區(qū)域、SZfK^SOOcm-^ 2055 cm1、 1576 cm"、 1468 cm"、 1200 1000 cm"區(qū)域有較強(qiáng)吸收。 實(shí)施例6稱取10克l-甲基-3-辛基咪唑氯鹽([C8MIm]Cl)于25毫升燒杯中， 加入1克二甲基硅油，室溫?cái)嚢杈鶆蚝蟮玫骄煌该鞯娜榘咨芤骸?產(chǎn)物在3333 2800 cm1、 1572 cm" 、 1261 cm-1 、 1訓(xùn) 1000 cm-1和 800 cm"的中紅外區(qū)域都有很強(qiáng)的吸收。 實(shí)施例7稱取10克l-甲基-3-辛基咪唑六氟磷酸鹽([C8MIm]PF6)于25毫升阮們、1"1， "u/、 i兄rev^3， 生y血:r見i"卞+刁<乂口目t且，w nti，透明的淺棕色溶液。產(chǎn)物在3333 2800 cm-1、 1500 1280 cm"和 1100 1000 cm—1的中紅外區(qū)域都有很強(qiáng)的吸收。
權(quán)利要求
1、離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在于，其組成為具有下面通式的化合物[A+B-]∶[IRAM]；式中，A+B-為離子液體的表達(dá)式；IRAM為紅外吸收材料的表達(dá)式；離子液體與紅外吸收材料的質(zhì)量比為(10∶1)～(10∶8)；所述的A+為有機(jī)陽離子，其通式為[R1R2X]+，式中，X為氮雜芳環(huán)，R1和R2為含有1～20個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴，R1和R2相同或不相同，R1和R2與氮雜芳環(huán)上的氮原子相連；所述的B-為陰離子，其為F-、Cl-、Br-、I-、SCN-、NO3-、BF4-、PF6-、FeCl4-、ZnCl3-、SnCl5-、AsF6-、SbF6-、AlCl4-、CH3CH(OH)COO-、CF3COO-、NiCl3-或(CF2SO3-)2；所述的IRAM為紅外吸收材料；紅外吸收材料為以下四類化合物中的一種或幾種(1)、有機(jī)酸類的乳酸、油酸或丙炔酸；(2)、聚合物類的二甲基硅油或聚乙二醇；(3)、糖類的葡萄糖酸鈣、蔗糖、果糖或右旋糖苷；(4)、無機(jī)鹽類的KSCN、Fe2(SO4)3、CuSO4、NiSO4、MgSO4、Al2(SO4)3、Na2SO4、Fe(NO3)3、FeCl3、CuCl2、NiCl2、ZnCl2或Ni2SiO3。
2、 如權(quán)利要求l所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在于， 所述的I^和R2為含有1 8個(gè)碳原子的飽和或不飽和的烴基。
3、 如權(quán)利要求1所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在于， 所述的氮取代的氮雜芳族陽離子A+為嗡陽離子。
4、 如權(quán)利要求1所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在 于，所述的嗡陽離子是吡啶嗡、咪唑嗡、噻唑嗡、噁唑嗡或嘧啶嗡， 其中芳環(huán)中的氮原子與所述的烴基相連。
5、 如權(quán)利要求4所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在 于，所述的咪唑嗡陽離子為l-(a2o)-3-(d—2o)-咪唑嗡陽離子。
6、 如權(quán)利要求5所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在 于，所述的咪唑嗡陽離子為l-(as)-3-(d-8)-咪唑嗡陽離子。
7、 如權(quán)利要求6所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在 于，所述的咪唑嗡陽離子為l-甲基-3-(d-8)-咪唑嗡陽離子。
8、 如權(quán)利要求l所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料，其特征在于， 所述的B—陰離子為Cr、 BF4—、 SCN—或PF6—。
9、 如權(quán)利要求1所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料的制備方法， 其特征在于，步驟和條件如下按離子液體與紅外吸收材料質(zhì)量比為(10: 1) (10: 8)分別稱取離子液體與紅外吸收材料，室溫下充分?jǐn)嚢?，得到離子液體復(fù)合紅外吸收材料；所述的紅外吸收材料為以 下化合物中的一種或幾種(1)、有機(jī)酸類的乳酸、油酸或丙炔酸；(2)、 聚合物類的二甲基硅油或聚乙二醇。
10、 如權(quán)利要求1所述的離子液體復(fù)合紅外吸收材料的制備方法，其特征在于，步驟和條件如下按離子液體與紅外吸收材料質(zhì)量 比為(10: 1) (10: 8)分別稱取離子液體與紅外吸收材料，所述 的紅外吸收材料為以下化合物中的一種或幾種(3)、糖類的葡萄糖酸鈣、蔗糖、果糖或右旋糖苷；(4)、無機(jī)鹽類的KSCN、 Fe2(S04)3、CuS04、 NiS04、 MgS04、 A12(S04)3、 Na2S04、 Fe(N03)3、 FeCl3、 CuCl2、 NiCl2、 ZnCl2或Ni2Si03;需要先將所述的紅外吸收材料溶解在助溶 劑中，再將其與離子液體混合，得到離子液體復(fù)合紅外吸收材料；所 述的助溶劑為N,N-二甲基甲酰胺，二甲亞砜或蒸餾水。
全文摘要
本發(fā)明涉及離子液體復(fù)合紅外吸收材料。離子液體復(fù)合紅外吸收材料及其制備方法。本發(fā)明根據(jù)離子液體陰陽離子的組成和結(jié)構(gòu)的可調(diào)變的特點(diǎn)，通過改變陰陽離子的種類合成出具有較強(qiáng)溶解能力的離子液體。該離子液體對(duì)多種紅外吸收材料，如有機(jī)酸、聚合物、糖類和無機(jī)鹽具有良好的溶解能力。該離子液體復(fù)合材料具有紅外吸收性能高，熱穩(wěn)定性好，黏度適中等特點(diǎn)，同時(shí)本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，設(shè)備投資少，能耗低，無環(huán)境污染，適用范圍廣。
文檔編號(hào)C08K3/00GK101240155SQ20081005043
公開日2008年8月13日 申請(qǐng)日期2008年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月6日
發(fā)明者郁 劉, 孫曉琦, 鄧岳峰, 繼 陳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所