液滴微反应器内离子液体辅助可控制备聚9,9-二辛基芴过程基础研究

The project aims at the ionic liquid-assisted controlled synthesis of poly(9,9-dioctylfluorene) in droplet-based microreactors. A mathematical model for droplet formation and size prediction will be proposed based on the force-balance model. Based on a defined screening criteria, a series of functional ionic liquids will be designed to investigate the effect of ionic liquids' structure and basic properties on the synthesis of poly(9,9-dioctylfluorene). The influences of experimental conditions on the controlled synthesis of poly(9,9-dioctylfluorene) and reaction kinetics will also be studied. A mathematical model for droplet-based microreactor will be established and mathematical expressions for molecular parameters will be provided. The project will provide important technical supports for the controlled synthesis of poly(9,9-dioctylfluorene) and other conducting polymers, and be a solid base for continuous synthesis of conducting polymers at the kg/day level. The project is of significant academic values and promising prospects.

本项目以液滴微反应器作为实验平台，研究以离子液体辅助的可控制备聚9,9-二辛基芴过程。拟研究以受力平衡模型为基础的液滴形成和尺寸预测模型；建立筛选标准，设计合成功能离子液体，系统考察离子液体结构和基础物性对可控制备聚9,9-二辛基芴过程的影响机理；系统考察实现可控制备聚9,9-二辛基芴的影响因素，测定含离子液体体系反应动力学，建立液滴微反应器模型，给出分子参数的数学表达式。项目将为聚9,9-二辛基芴及其他共轭导电高分子的可控制备以及此类高分子千克级别的连续化生产提供借鉴和参考，具有重要的学术价值和较好的应用前景。

微反应器可实现可控的多相微尺度流动，能够强化导电聚合物反应中的混合、传热和传质过程，准确控制反应时间，从而控制聚合物的分子量以及分子量分布。本项目建立了适用于聚9,9-二辛基芴连续化制备的液-液以及气-液-液液滴流微反应器；系统研究了微液滴的形成机理，包括黏度，连续相与分散相的流速比，混合器的设计等因素的影响以及流动稳定性；系统研究了前驱体选择，反应浓度，反应时间，反应温度，催化剂用量等因素对聚9,9-二辛基芴制备过程中产品收率，聚合物分子量以及分子量分布的影响；考察了采用离子液体替代常规溶剂的反应过程；测定了含聚合物水溶液在内径116-523微米的微管内层流、过渡区和湍流时的流动特性，研究了聚合物平均分子量、浓度、雷诺数及微管管径等对液体流动特性的影响；研究了微通道内离子液体萃取丁酮肟过程以及流速、相比、微通道内径等因素对萃取效率和总传质系数的影响；提出了离子液体电导率的计算模型。项目研究结果为微反应器在导电聚合物连续化生产方面的应用提供了借鉴和参考，对微化工技术的研究和离子液体的开发应用具有重要的参考价值。