一種鹼溶液凝膠及製備方法及用途的製作方法
2023-06-05 08:26:26
專利名稱：一種鹼溶液凝膠及製備方法及用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鹼溶液凝膠及其製備方法及用途。
背景技術：
自70年代1，3 ;2，4_ 二苄叉山梨醇的合成專利問世以來，此類山梨醇縮醛類化合 物的生產和發展得到了較大的進展。他們一般由一份子山梨醇與兩分子芳香醛經縮醛化反 應而得到。由於其具有能使晶核成型和使有機溶劑凝膠化的特性，在塑料、塗料、粘結劑、油 墨、日化和醫用用品等行業被用作添加劑。山梨醇雙縮醛類化合物近年來一直被作為凝膠 因子來研究，Kobayashi 等(Journal of Japan Rheology Society，1989，17 :104)主要用來 凝膠有機溶劑和聚合物。Yamasaki 等(Bull. Chem. Soc. Jpn.，1995,68 :146_151)對DBS(1， 3 :2，4-( 二苄叉)-D-山梨醇)進行凝膠性能的研究發現，DBS的凝膠性能主要是DBS分子 中6-位羥基與另一份子的縮醛氧之間的分子間的氫鍵作用，而5-位的羥基主要是與同分 子的縮醛氧形成分子內氫鍵；當6-位羥基甲基化後失去凝膠活性，而5-位羥基化對凝膠作 用影響不大。小林稔明(CN11011389C)製備併合成了多元醇單縮醛類化合物，通過在水、含 無機鹽或聚合物的水溶液中加入凝膠因子及分散劑等組分使其凝膠。目前，並未見以多元 醇醛化合物製備鹼溶液凝膠的報導。電解質是染料敏化太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器以及電致變色顯示器的 一個重要組成部分。水溶液電解質的電導率較高，但工作電壓低，電化學窗口小，容易發生 H2和O2析出的副反應，低溫性能差。有機溶劑電解質具有較高的分解電壓(一般2 4伏)， 有利於獲得更高的能量密度，而且工作的溫度範圍較寬，但是電導率較水溶液電解質低，存 在電解液易揮發、易洩漏的問題。固體電解質具有良好的可靠性、無電解質洩漏、高比能量 和可實現超薄形狀等優點，但是大多數固體電解質存在電導率較低，電極與電解質之間的 接觸狀態很差的缺點。與上述電解質相比較，凝膠電解質在捕獲光能、導電性以及在穩定性和易加工性 等方面有著獨特的優勢。由聚合物基體構成的凝膠電解質存在電解質鹽在聚合物基體中溶 解度較低的問題，充電時導致極化電極附近電解質鹽的結晶。而通過使用小分子有機凝膠 因子，將含有支持電解質的有機溶劑製成的凝膠電解質，具有性能穩定、無電解質洩漏、電 極與電解質接觸狀態較好、能製成任意形狀等優點。但以多元醇單縮醛化合物作為小分子 凝膠因子製成鹼溶液凝膠以及在鹼電池電解質中的應用尚未見報導。
發明內容
本發明的目的是提供一種鹼溶液凝膠。本發明的另一目的是提供一種鹼溶液凝膠的製備方法。本發明的第三個目的是提供一種鹼溶液凝膠的用途。本發明的技術方案概述如下一種鹼溶液凝膠，用下述方法製成
取多元醇單縮醛化合物加入到濃度為0. 1 12mol/L的鹼水溶液中，使多元醇單 縮醛化合物的質量分數為0. 5 % 10 %，加熱至其完全溶解，所述多元醇單縮醛化合物是 含有4-6個羥基的多元醇類化合物和芳香醛類化合物縮合反應生成。
所述鹼優選為氫氧化鉀或氫氧化鈉。所述多元醇類化合物優選為山梨醇、木糖醇、甘露醇或季戊四醇。所述芳香族醛類化合物為苯甲醛、2-甲基苯甲醛、3-甲基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、 3，4_ 二甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、4-異丙基苯甲醛、4-叔丁基苯甲醛、2-氯苯甲醛、4-氯 苯甲醛、2，3- 二氯苯甲醛、2，4_ 二氯苯甲醛、3，4_ 二氯苯甲醛、4-氟苯甲醛或4-氰基苯甲一種鹼溶液凝膠的製備方法，包括以下步驟取多元醇單縮醛化合物加入到濃度為0. 1 12mol/L的鹼水溶液中，使多元醇單 縮醛化合物的質量分數為0. 5 % 10 %，加熱至其完全溶解，所述多元醇單縮醛化合物是 含有4-6個羥基的多元醇類化合物和芳香醛類化合物縮合反應生成。所述鹼優選為氫氧化鉀或氫氧化鈉。所述多元醇類化合物優選為山梨醇、木糖醇、甘露醇或季戊四醇。所述芳香族醛類化合物優選為苯甲醛、2-甲基苯甲醛、3-甲基苯甲醛、4-甲基苯 甲醛、3，4_二甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、4-異丙基苯甲醛、4-叔丁基苯甲醛、2-氯苯甲醛、 4-氯苯甲醛、2，3- 二氯苯甲醛、2，4_ 二氯苯甲醛、3，4_ 二氯苯甲醛、4-氟苯甲醛或4-氰基 苯甲醛。一種鹼溶液凝膠作為電池電解液的用途。實驗證明本發明的鹼溶液凝在鹼性環境中很穩定，用於鹼性電池中既能避免電 解液的洩漏，同時又能解決固體電解質的電導率低等問題。
具體實施例方式
鹼溶液凝膠的相轉變溫度測試方法在Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中，加入多元醇單縮醛化合物和鹼水溶液，用 酒精燈加熱至樣品呈均一溶液。待樣品充分冷卻凝固後，將質量為0. 88g，直徑為0. 57cm的 小剛球放入該小試管中，置於待測樣品之上，用熔點儀測試凝膠的解締溫度。採用1.0°C/ min的升溫速率，觀察試管中的樣品，當有液態物滲出時，小鋼球剛好沒入液面即為凝膠初 始解締溫度(Tdi)；到樣品全部化為液體時，小剛球落入試管底部，此時的溫度即為凝膠的 全部解締溫度(Tdf)。實施例1取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3-甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3-甲基苯甲醛的質量分數為的，加熱使 其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的鹼溶液凝膠的相轉變溫度為68. 2 70. 1°C。實施例2取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3-甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3-甲基苯甲醛的質量分數為2%，加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的鹼溶液凝膠的相轉變溫度為72. 7 74. 2°C。實施例3取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3-甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3-甲基苯甲醛的質量分數為5%，加熱使其 完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的鹼溶液凝膠的相轉變溫度為73. 7 75. 2V。實施例4取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L = 120mm的玻璃試管 中，加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為 0. 5 %，加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝 膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為41. 7 102. 3°C。實施例5取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為1%， 加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為65. 0 104. 6°C。實施例6取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為2%， 加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為104. 3 109. 2 V。實施例7取濃度為6mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為5%， 加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為109. 4 110. 2 V。實施例8取濃度為lmol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為2%， 加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為71. 1 76. 9°C。實施例9取濃度為3mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為2%， 加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為68. 7 72. 7°C。實施例10
取濃度為9mol/L的氫氧化鉀水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛，使山梨醇單縮3，4_ 二甲基苯甲醛的質量分數為2%， 加熱使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為104. 4 110. 0°C。實施例11取濃度為9mol/L的氫氧化鈉水溶液加入到Φ = 12mm, L = 120mm的玻璃試管中， 加入木糖醇單縮2-甲基苯甲醛，使木糖醇單縮2-甲基苯甲醛的質量分數為10 %，加熱使其 完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為78. 4 103. 2V。實施例12取濃度為9mol/L的氫氧化鈉水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入甘露醇單縮4-氟苯甲醛，使甘露醇單縮4-氟苯甲醛的質量分數為5 %，加熱使其完全 溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為69. 3 110. 2 V。實施例13取濃度為12mol/L的氫氧化鈉水溶液加入到Φ = 12mm, L= 120mm的玻璃試管中， 加入季戊四醇單縮4-氰基苯甲醛，使季戊四醇單縮4-氰基苯甲醛的質量分數為6 %，加熱 使其完全溶解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為81. 2 109. 6°C。實施例14取濃度為9mol/L的氫氧化鈉水溶液加入到Φ = 12mm, L = 120mm的玻璃試管中， 加入甘露醇單縮苯甲醛，使甘露醇單縮苯甲醛的質量分數為8 %，加熱使其完全溶解，待混 合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為67. 6 101. 4°C。實施例15取濃度為0. lmol/L的氫氧化鈉水溶液加入到Φ = 12mm, L = 120mm的玻璃試管
中，加入甘露醇單縮2-氯苯甲醛，使甘露醇單縮苯甲醛的質量分數為8 %，加熱使其完全溶 解，待混合物澄清透明後使其自然冷卻至室溫，製得一種鹼溶液凝膠。本實施例製備的一種鹼溶液凝膠的相轉變溫度為71. 3 102. 4°C。還可以用4-甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、4-異丙基苯甲醛、4-叔丁基苯甲醛、 4-氯苯甲醛、2，3-二氯苯甲醛、2，4_ 二氯苯甲醛或3，4_ 二氯苯甲醛替代本實施例中的 2-氯苯甲醛，製成相應的鹼溶液凝膠，經檢測，其相轉變溫度約在60 110°C之間。
權利要求
一種鹼溶液凝膠，其特徵是用下述方法製成取多元醇單縮醛化合物加入到濃度為0.1～12mol/L的鹼水溶液中，使多元醇單縮醛化合物的質量分數為0.5％～10％，加熱至其完全溶解，所述多元醇單縮醛化合物是含有4 6個羥基的多元醇類化合物和芳香醛類化合物縮合反應生成。
2.根據權利要求1所述的一種鹼溶液凝膠，其特徵是所述鹼為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
3.根據權利要求1所述的一種鹼溶液凝膠，其特徵是所述多元醇類化合物為山梨醇、 木糖醇、甘露醇或季戊四醇。
4.根據權利要求1所述的一種鹼溶液凝膠，其特徵是所述芳香族醛類化合物為苯甲 醛、2-甲基苯甲醛、3-甲基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、3，4_ 二甲基苯甲醛、4-乙基苯甲醛、 4-異丙基苯甲醛、4-叔丁基苯甲醛、2-氯苯甲醛、4-氯苯甲醛、2，3-二氯苯甲醛、2，4_ 二氯 苯甲醛、3，4_ 二氯苯甲醛、4-氟苯甲醛或4-氰基苯甲醛。
5.一種鹼溶液凝膠的製備方法，其特徵包括以下步驟取多元醇單縮醛化合物加入到濃度為0. 1 12mol/L的鹼水溶液中，使多元醇單縮醛 化合物的質量分數為0.5% 10%，加熱至其完全溶解，所述多元醇單縮醛化合物是含有 4-6個羥基的多元醇類化合物和芳香醛類化合物縮合反應生成。
6.根據權利要求5所述的一種鹼溶液凝膠的製備方法，其特徵是所述鹼為氫氧化鉀或氫氧化鈉。
7.根據權利要求5所述的一種鹼溶液凝膠的製備方法，其特徵是所述多元醇類化合物 為山梨醇、木糖醇、甘露醇或季戊四醇。
8.根據權利要求5所述的一種鹼溶液凝膠的製備方法，其特徵是所述芳香族醛類化合 物為苯甲醛、2-甲基苯甲醛、3-甲基苯甲醛、4-甲基苯甲醛、3，4_ 二甲基苯甲醛、4-乙基苯 甲醛、4-異丙基苯甲醛、4-叔丁基苯甲醛、2-氯苯甲醛、4-氯苯甲醛、2，3-二氯苯甲醛、2， 4- 二氯苯甲醛、3，4_ 二氯苯甲醛、4-氟苯甲醛或4-氰基苯甲醛。
9.權利要求1的一種鹼溶液凝膠作為電池電解液的用途。
全文摘要
本發明公開了一種鹼溶液凝膠及製備方法及用途，鹼溶液凝膠是用下述方法製成取多元醇單縮醛化合物加入到濃度為0.1～12mol/L的鹼水溶液中，使多元醇單縮醛化合物的質量分數為0.5％～10％，加熱至其完全溶解，所述多元醇單縮醛化合物是含有4-6個羥基的多元醇類化合物和芳香醛類化合物縮合反應生成。實驗證明本發明的鹼溶液凝在鹼性環境中很穩定，用於鹼性電池中既能避免電解液的洩漏，同時又能解決固體電解質的電導率低等問題。
文檔編號B01J13/00GK101947422SQ20101026142
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月24日 優先權日2010年8月24日
發明者馮榮秀, 孫樹娟, 宋健 申請人:天津大學