本发明属于离子液体技术领域，具体涉及一种用于液封的锌基咪唑类离子液体及其制备方法。
背景技术：
离子液体是近年来兴起的一类极具应用前景的环保型物质，是由阴阳离子构成的在室温或近室温下呈液态的熔盐，它兼具液体的物理流动性和盐类的化学反应性，与传统的有机溶剂相比，具有许多独特的性质，诸如结构可设计、液程范围宽、接近于零的蒸汽压、不可燃、具有高的热稳定性和化学稳定性，可重复使用等，由以上性质决定了离子液体在相当宽的温度范围内，具有非常高的安全性能。
液封适用密封要求比较高或者不太适合安装阀门的地方，目前液封广泛应用于化工行业各个领域：
1、需要连续或间断排放液体并使系统内气体不随液体带出或外漏的设备的排放液体口处。
2、正常生产或事故以及系统内物料未全部放尽时的停车检修动火的情况下，如有空气进入系统可与物料形成爆炸混合气体的系统设备，或如有湿空气进入系统影响产品质量的系统设备。
3、储存易燃液体或闪点低于或等于场地环境温度的可燃液体的设备，例如在储槽的排液或排气管处设置液封。
4、其他工艺要求需设置液封的场合。
现有技术中液封用的介质常用的有以下几种，如表1所示：
表1
目前所见的液封槽多以水作为液封介质，属于单一介质；但是如果用于某些易挥发性介质(如氨)或需要严格控水的液封，就不宜选用水作为液封介质。
乙二醇、白油作为液封介质，本身是一种易于燃烧的液体，遇明火、高热或与氧化剂接触，有引起燃烧爆炸的危险。
机油、白油、硅油普遍存在的问题是密度较小，不适用于某些需要高密度的场合。例如在真空泵封口处，很多都需要流动性好，且密度大于1.4的介质。
聚四氟乙烯具有相对很好的化学稳定性以及强悍的耐腐蚀性，由悬浮在水中的带负电的胶粒组成，胶状颗粒成球状，该颗粒会沉析于容器底部，因此在放置一周后需慢慢地搅拌一下，而且放置的环境温度不能低于0℃也不能高于30℃，否则它会产生不可逆转的凝结，也应避免快速的搅拌或在分散液中加电解质和其它的水溶性溶剂，否则也会致不可逆的凝结。
从上述分析可知，现有技术中常用到的几种液封介质均存在一定的问题，因此亟需寻求一种应用广、物理和化学性能稳定，使用温度广的新型液封介质。
技术实现要素：
本发明的目的就在于为解决现有技术的不足而提供一种可用于液封的锌基咪唑类离子液体及其制备方法。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种用于液封的锌基咪唑类离子液体，它为离子液体中间体和锌盐复配所得；所述离子液体中间体结构式如式（1）所示：
式（1）
其中，R1为C2~C8的烷基、烯丙基、氨丙基中的一种，R2为C1-C4的烷基中的一种，R3为H或CH3；阴离子X为硫酸乙酯、磷酸二乙酯、溴盐、氯盐的阴离子其中的一种；锌盐为醋酸锌、溴化锌、磷酸锌、硫酸锌、氯化锌、氟硼酸锌、碘化锌其中的一种。
如上所述用于液封的锌基咪唑类离子液体，它通过以下步骤制备而成：
（1）中间体的制备：取含有目标阳离子的原料和含有目标阴离子的原料混合，其摩尔比为：1:(1~2)，50-120℃搅拌反应2-24h，纯化，得到中间体；
（2） 目标离子液体的制备：取中间体与锌盐混合，根据中间体密度、锌盐密度以及所需离子液体密度计算其混合比例，120-200℃搅拌反应12-24h，得到目标离子液体。
所述离子液体中间体的密度为1.05-1.20 g/mL，目标离子液体密度大于1.2g/mL。
一种用于液封的锌基咪唑类离子液体，其特征在于它通过以下步骤制备而成：
（1）中间体的制备：取N-甲基咪唑，滴加硫酸二乙酯，其摩尔比为：1:1.1，滴加完毕，50℃搅拌反应24h，使用乙酸乙酯清洗纯化，80℃旋蒸，得到中间体1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐；
（2）目标离子液体的制备：取中间体与氯化锌混合，其质量比为1:3，120℃搅拌反应12h，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥h小时，得到[BMIM][EtSO4]·xZnCl2离子液体。
一种用于液封的锌基咪唑类离子液体，它通过以下步骤制备而成：
（1）中间体的制备：取N-丁基咪唑和溴丙胺氢溴酸盐混合，其摩尔比为：1:1.2，120℃搅拌反应24h，使用乙酸乙酯清洗纯化，80℃旋蒸，得到中间体1-氨丙基-3-丁基咪唑溴盐；
（2）目标离子液体的制备：取中间体与溴化锌混合，其质量比为1:2，200℃搅拌反应12h，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥h小时，得到[APBMIM][Br]·xZnBr2离子液体。
一种用于液封的锌基咪唑类离子液体，它通过以下步骤制备而成：
（1）中间体的制备：取N-烯丙基咪唑和磷酸三乙酯混合，其摩尔比为：1:1，150℃搅拌反应12h，使用乙酸乙酯清洗纯化，80℃旋蒸，得到中间体1-乙基-3-烯丙基咪唑磷酸二乙酯盐；
（2）目标离子液体的制备：取中间体与醋酸锌混合，其质量比为1:1.8，200℃搅拌反应12h，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥h小时，得到[AEIM][DEP]·xZnOAc2离子液体。
一种用于液封的锌基咪唑类离子液体的应用方法，包括以下步骤：
（1）根据所需液封介质密度要求和材料要求，选择合适的中间体和锌盐；
（2）根据所需液封介质密度、中间体密度和锌盐密度，计算中间体和锌盐配比；
（3） 合成中间体和离子液体，该离子液体即可应用于液封。
本发明提供的锌基咪唑类离子液体，可根据所需液封具体密度要求或材料要求，选择合适的中间体与锌盐，然后根据所需液封介质具体密度、中间体与锌盐密度，计算所需中间体与锌盐配比，制备得到用于液封的离子液体，该离子液体具有以下有益效果：
（1）不挥发、不可燃、无燃烧爆炸危险，具有较高的安全性能；
（2）液程范围宽，0-250℃适用；
（3）且具有物理和化学稳定性，与多种材料均具有相溶性，且可以通过设计和合成新型离子液体来使其具有更广阔的应用面；
（4）本发明的离子液体密度均≥1.2g/ml，较普通介质密度增大，可适用于多种特殊场合，且通过设计合成，可改变离子液体密度，在1.2-2.0 g/ml范围可调；
（5）均相物质，不存在悬浮颗粒问题。
具体实施方式
实施例1
一种用于液封的锌基咪唑类离子液体，它为离子液体中间体和锌盐复配所得；
所述离子液体中间体结构式如式（1）所示：
式（1）
其中，R1为C2~C8的烷基、烯丙基、氨丙基中的一种，R2为C1-C4的烷基中的一种，R3为H或CH3；阴离子X为硫酸乙酯、磷酸二乙酯、溴盐、氯盐的阴离子其中的一种；锌盐为醋酸锌、溴化锌、磷酸锌、硫酸锌、氯化锌、氟硼酸锌、碘化锌其中的一种；离子液体中间体的密度为1.05-1.20 g/mL，离子液体密度大于1.2g/mL。
如上所述用于液封的锌基咪唑类离子液体，它通过以下步骤制备而成：
（1）中间体的制备：取含有目标阳离子的原料和含有目标阴离子的原料混合，其摩尔比为：1：（1~2），50-120℃搅拌反应2-24h，纯化，得到中间体；
（2）离子液体的制备：取中间体与锌盐混合，根据中间体密度、锌盐密度以及所需离子液体密度计算其混合比例，120-200℃搅拌反应12-24h，得到离子液体。
上述用于液封的锌基咪唑类离子液体的应用方法，包括以下步骤：
（1）根据所需液封介质密度要求或材料要求，选择合适的中间体和锌盐；密度要求是离子液体的密度大于所需液封物料的密度，离子液体需与所液封的物料、设备材质不发生化学反应，且不腐蚀设备；
（2） 根据所需液封介质密度、中间体密度和锌盐密度，计算中间体和锌盐配比；中间体密度和锌盐密度如表2所示；
表2 中间体和锌盐密度表（25℃）：
离子液体密度=（中间体和锌盐质量之和/中间体和锌盐体积之和）×修正系数
修正系数根据调配时测试，一般在0.6~0.95之间；
（3）按照如上所述合成中间体和离子液体，该离子液体即可应用于液封。
本发明选用此种结构的咪唑类离子液体中间体是因为其对水、空气、有机物、不锈钢、玻璃等多种材质稳定，另一个原因是咪唑类离子液体制备方法成熟，原料容易获得，容易规模化制备；选用锌盐复配是因为离子液体与锌盐复配，产品性能稳定，对水、空气、有机物、不锈钢、玻璃等多种材质稳定，另一个原因是锌盐容易获得，且对铁物质稳定；比较常用物质，钠盐、镁盐、钾盐无法与离子液体复配，铝盐对水、空气非常不稳定，其他金属绝大部分对铁会造成腐蚀或者价格高昂，不适合制备、使用及应用，因此选用咪唑类离子液体中间体和锌盐复配得到的目标离子液体性质稳定，容易规模化制备，适合用于液封。
实施例2
需要液封的装置为U形玻璃管，其选用液封的材料要求为：不与玻璃反应，且在200℃以下对水、空气稳定，不挥发，密度要求为1.5g/mL以上。选取1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐为中间体，选取氯化锌为复配盐，离子液体结构式为：
其制备方法为：
（1）取82.1gN-甲基咪唑，加入169.6g硫酸二乙酯，50℃搅拌反应24小时，使用乙酸乙酯清洗，80℃旋蒸，得到220g的1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐，为淡黄色液体；
（2）将660g的氯化锌加入其中，120℃搅拌反应12小时，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥24小时，得到850g的淡黄色产品，[BMIM][EtSO4]·xZnCl2，收率96.6%。经检验，该离子液体纯度97.0%，密度1.78g/ml（25℃）；可应用于U形玻璃管液封。
实施例3
需要液封的装置为真空泵，为不锈钢材质，其选用液封的材料要求为：不与304不锈钢反应，且在200℃以下对水、空气、不锈钢稳定，不挥发，密度要求为1.5 g/mL以上。选取1-氨丙基-3-丁基咪唑溴盐为中间体，选取溴化锌为复配盐，离子液体结构式为：
其制备方法为：
（1）取124.1gN-丁基咪唑，加入262.7g3-溴丙胺氢溴酸盐，120℃搅拌反应24小时，120℃真空干燥24小时，使用乙酸乙酯清洗，80℃旋蒸，得到280g的1-氨丙基--3-丁基咪唑溴盐，为淡黄色固体；
（2）将560g的溴化锌加入其中，200℃搅拌反应12小时，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥24小时，得到780g的淡黄色产品，[APBMIM][Br]·xZnBr2，收率92.9%。经检验，该离子液体纯度98.0%，密度1.96g/ml（25℃）；可应用于真空泵液封。
实施例4
需要液封的装置为液封罐，为不锈钢材质，其选用液封的材料要求为：不与304不锈钢反应，且在200℃以下对水、空气、不锈钢稳定，不挥发，密度要求为1.5g/mL以上，选取1-烯丙基-3-乙基咪唑磷酸二乙酯为中间体，选取醋酸锌为复配盐，离子液体结构式为：
其制备方法为：
（1）取10.81kg的N-烯丙基咪唑，加入18.21kg的磷酸三乙酯，150℃搅拌反应12小时，使用乙酸乙酯清洗，80℃旋蒸，得到28.5kg的1-烯丙基-3-乙基咪唑磷酸二乙酯，为淡黄色液体。
（2）将51.3kg的醋酸锌加入其中，150℃搅拌反应12小时，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥24小时，得到74.0kg的淡黄色产品，[AEIM][DEP]·xZnOAc2，收率92.7%。经检验，该离子液体纯度97.0%，密度1.55g/ml（25℃），可应用于液封罐液封。
实施例5
需要液封的装置为∏形管型液封装置，其选用液封的材料要求为：不与玻璃反应，且在150℃以下对水、空气、有机物稳定，不挥发，密度要求为1.2 g/mL以上。选取1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐为中间体，选取硫酸锌为复配盐，离子液体结构式为：
其制备方法为：
（1）取82.1gN-甲基咪唑，加入169.6g硫酸二乙酯，50℃搅拌反应24小时，使用乙酸乙酯清洗，80℃旋蒸，得到220g的1-乙基-3-甲基咪唑硫酸乙酯盐，为淡黄色液体；
（2）将44g的硫酸锌加入其中，140℃搅拌反应48小时，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥24小时，得到258.7g的淡黄色产品，[BMIM][EtSO4]·xZnSO4，收率98.0%。经检验，该离子液体纯度97.0%，密度1.33g/ml（25℃）；可应用于∏形管型液封。
实施例6
需要液封的装置为压缩机储气罐液封装置，其选用液封的材料要求为：不与聚四氟乙烯反应，且在220℃以下对水、空气稳定，不挥发，密度要求为1.4g/mL以上。选取1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐为中间体，选取碘化锌为复配盐，离子液体结构式为：
其制备方法为：
（1）取82.1gN-甲基咪唑，加入114.8g的3-氯丙烯，50℃搅拌反应12小时，使用乙酸乙酯清洗，80℃旋蒸，得到142.5g的1-烯丙基-3-甲基咪唑氯盐，为浅棕色粘稠液体；
（2）将71g的碘化锌加入其中，100℃搅拌反应12小时，100℃真空旋蒸，100℃真空干燥24小时，得到203.9g的淡黄色产品，[AMIM][Cl]·xZnI2，收率95.5%。经检验，该离子液体纯度97.2%，密度1.48g/ml（25℃）；可应用于压缩机储气罐液封。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。