离子液体(IL)是以离子形式存在的液体，定义为100℃以下或者室温下以液体形式存在的盐，被认为是一种绿色的溶剂和催化剂。历史上第一个离子液体被认为是1914年由PaulWalden制得的硝酸乙基铵{[C2H5NH3][NO3]，EAN}。
离子液体由有机阳离子和有机或无机阴离子组成，可以通过调节不同的阴离子和阳离子组成制备不同的离子液体。因独特的理化特性，离子液体被广泛应用于合成催化、脱硫吸附、生物质转化、生物医药和电池电容器等众多领域，具有强大的应用潜能力。
根据阳离子的不同，离子液体可分为咪唑盐、吡咯盐、季铵盐、季盐、吡咯烷盐和哌啶盐类。根据阴离子的不同，离子液体可以分为三氯化铝型、非三氯化铝型及其他特殊类型。
根据功能化官能团的不同，离子液体可分为羟基类、羧基类、醚基类、酯基类、氨基类、磺酸基类、烯基类、苄基类、腈基类和胍类。根据阳离子是否具有可用质子，离子液体又可分为质子性(适用于燃料电池)和非质子性(使用于锂电池和超级电容器)。
根据理化特性的不同，离子液体还可以分为以下几个大类：任务特定的离子液体(功能化离子液体)、手性离子液体、可切换的极性溶剂离子液体、生物离子液体、聚离子液体、含能离子液体、金属离子液体和负载型离子液体。
离子液体的特性有以下几点：
(1)通常离子液体的密度比有机溶剂和水高，黏度也高于常规溶剂。
(2)由于阴阳离子强烈的分子间库仑力，离子液体的蒸气压非常低，具有低挥发性(被用作常规挥发性有机溶剂的替代品)和不易燃的特点，而且其分解温度很高，具有良好的热稳定性。
(3)离子液体具有电化学稳定性，有较宽的电位窗口。
(4)离子液体可以通过调节阴离子和阳离子的组成来改变其结构，因此具有“可设计性”。
离子液体应用于阻燃的可行性分析：
绝大多数离子液体的热分解温度集中在170~430℃，较高的热分解温度，使其添加到聚合物中提高了复合材料的热稳定性。
阴离子为卤素离子、四氟硼酸根离子和六氟磷酸根离子等的离子液体中含有卤素、氮、磷、硼等阻燃元素，为其发挥阻燃作用提供了可能。
离子液体对Friedel－crafts烷基化等反应有催化作用，如果聚合物在分解的过程中发生此反应，离子液体可以改善残炭含量，并可能降低烟气产生。
此外，离子液体的结构可设计性也为其阻燃改性提供了基础：一是通过结构设计可以将更多的阻燃元素引入其中，二是引入易成炭结构单元，促进炭层产生从而阻止热量和气体交换。
以下通过对近几年关于离子液体应用于阻燃领域的报道进行梳理，主要围绕离子液体单独添加阻燃聚合物、离子液体协效阻燃聚合物、离子液体阻燃其他种类材料等方面展开。
一、离子液体单独添加阻燃聚合物
1 .商品化离子液体
离子液体目前已经从实验室研究转为商品化生产，国内外很多公司都可以提供商品化离子液体，而且越来越多的化工企业开始涉足离子液体领域。
下表1为部分离子液体国内外的生产商。由于离子液体具有不燃性，也被直接用于改善聚合物的阻燃性能。
Chen等将商品化离子液体1－丁基－3－甲基咪唑六氟磷酸盐(EMIMPF6)添加到热塑性聚氨酯弹性体(TPU)中，研究了其对燃烧和热降解相关性能的影响。
发现EMIMPF6可以催化体系在低温下分解形成碳层，在减少可燃气体的释放同时大大增加CO2不燃气体的产生，表现出良好的阻燃和抑烟性能。
Sonnier等制备了基于不同含量含磷离子液体(IL169)交联的环氧树脂(EP)，发现聚合物的可燃性显著降低，这是因为离子液体中含有的磷促进炭化形成炭层，改善了炭的石墨化和热氧化稳定性。
Zhu等将1－乙烯基－3－乙基咪唑四氟硼酸酯离子液体单体与聚二乙烯基苯作为交联剂，通过溶剂热法和冷冻干燥制备离子液体基多孔聚合物(PDVB－BF4ILs)，具有良好的隔热性能和高效的阻燃性。
Szadkowski等使用两种商品化咪唑酰亚胺离子液体(AMIMTFSI和BMIMTFSI)作为分散剂，加入到填料为珍珠岩和蛭石的乙丙橡胶中，得到的离子液体不仅对交联过程有催化作用，而且可以显著改善复合材料的阻燃性，降低其可燃性。
2.合成新型离子液体
离子液体具有“可设计性”，因而可以根据需要合成新的离子液体。合成一种新型离子液体也是近年来的一个重要研究方向，在赋予聚合物阻燃性能的同时可以改善其他性能，制备多功能性的聚合物复合材料。
Shi等合成了一种由9，10－二氢－9－氧杂－10－磷杂菲－10－氧化物(DOPO)改性的咪唑阳离子和甲基磺酸根阴离子组成的新型含磷无卤离子液体 {[Dmim]Tos}作为EP的阻燃剂，发现其可以抑制EP的燃烧，能够发挥凝聚相和气相的阻燃作用，也会促进EP的固化，具有良好的机械性能、热性能和透明性。
二乙氧基磷酰基
Xiao等合成一种名为1－乙烯基－3－(二乙氧基磷酰基)－丙基咪唑溴化物的离子液体用作EP的阻燃添加剂，离子液体不仅表现出优异的阻燃性能，而且显著提高了复合材料的机械性能，具有出色的增强作用。
Xu等合成了咪唑二苯基次膦酸酯(IDPP)离子液体，作为两种EP(双酚A二缩水甘油醚型和四缩水甘油酰胺型)的潜在固化剂，表现出良好的热稳定性和阻燃性。
EP复合材料的极限氧指数(LOI)明显提高，UL－94燃烧可达到V－0等级，因其在固化性能、热稳定性、阻燃性和介电性能等各方面的优异表现，有望应用于电子电气和复合材料制造领域。
二、离子液体协效阻燃聚合物
1.离子液体复配传统阻燃剂
阻燃剂的复配技术是聚合物阻燃的常用手段，复配组合不仅能发挥各组分的优势，而且能优化配方得到更好的社会经济效益。复配也可以在阻燃机理上显示出更好的效果。有研究表明，离子液体与一些传统阻燃剂复配有一定的协同阻燃效果。
Chen等使用离子液体1－乙基－3－甲基咪唑六氟磷酸盐{[Emim]PF6}作为催化协效剂，与次磷酸铝(AHP)组合制备TPU复合材料，体系的阻燃性能得到明显提高，LOI提升至37．75％，UL－94测试达到V－0等级。
[Emim]PF6在催化AHP分解提高体系热性能时，也降低了热量释放和烟气产生，协同效果明显。
Yang等合成一种新型含磷离子液体{[PCMIM]Cl}与聚磷酸铵(APP)组成膨胀型阻燃剂制备聚丙烯(PP)复合材料，研究发现，[PCMIM]Cl和APP有明显的协同作用，增加了PP的热稳定性并促进成炭，提高了复合材料的阻燃性和抗融滴性。
此外，[PCMIM]Cl还可作为润滑剂和增容剂改善复合材料的加工性能和机械性能。
He等设计了基于单臂多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)的离子液体[bel－POSS][PF6]，并与碳材料(碳纳米管和氧化还原石墨烯)复合应用于聚苯乙烯(PS)微孔发泡复合材料，发现材料的热释放和烟气释放均有降低，二者可实现协同阻燃作用。
Maka等将离子液体与碳纳米管或石墨烯复配制得EP纳米复合材料，其中离子液体起着纳米填料分散介质、催化固化剂和阻燃添加剂的作用，离子液体的存在可以提高复合材料的LOI。
2.离子液体改性无机粒子
目前，各种各样的无机粒子都被用于聚合物的阻燃，但单纯的无机粒子不能直接作为阻燃剂，对无机粒子的改性可以显著提高其阻燃效果。功能化离子液体也为其改性无机粒子提供了可能。离子液体改性无机粒子提高了填料与基体之间的相容性，同时也发挥了协效阻燃作用。
Ding等用1－n－十四烷基－3－羧甲基咪唑氯化物{[C14cim]Cl}离子液体改性氢氧化镁，并通过熔融共混制备LLDPE复合材料，[C14cim]Cl的存在促进残炭产生并抑制融滴，赋予材料良好的阻燃性能，还可以作为润滑剂和增容剂，提高材料的加工和机械性能。
三聚氰胺
Li等采用1－丁基－甲基咪唑六氟磷酸盐{[BMIM]PF6}离子液体改性三聚氰胺阻燃聚氨酯硬质泡沫，与未改性相比，复合材料的相容性得到改善，热分解温度升高，热释放减少，阻燃性能明显提高。
Cai等将1－烯丙基－3－甲基咪唑氯化物离子液体官能化的黑磷纳米片(IL－BP)添加到TPU中，增强了复合材料的阻燃性能和机械性能，IL的引入增强了界面的相互作用。
Hu等将三(1羟乙基3－甲基咪唑氯化物)磷酸酯(IP)离子液体与多壁碳纳米管(MWNT)结合，形成功能化的MWNT并制得聚乳酸(PLA)复合材料。IP的催化炭化作用、MWNT的物理交联作用以及两者的协效作用，有效改善了复合材料的阻燃性能。
Wang等采用离子液体1－丁基－3－甲基咪唑六氟磷酸盐干法改性新型核－壳杂化材料ACS＠BNCC，并制得聚氯乙烯(PVC)复合材料，离子液体和ACS＠BNCC二者的协同作用，提高了复合材料的LOI，并降低了热释放和烟气释放，显示出优异的阻燃和抑烟性能，同时离子液体增强了ACS＠BNCC和基体的相容性，进而显著改善其机械性能。
3.有机－无机杂化材料
有机－无机杂化材料是近年来此材料领域最有潜力的研究方向之一。多金属氧酸盐(例如磷钨酸、磷钼酸等)在阻燃领域也有大量的研究。
基于多金属氧酸盐的离子液体作为一种有机－无机杂化材料结合了多金属氧酸盐和离子液体的优点，应用于聚合物阻燃发挥着协效作用。
Huang等设计了一种由二苯基次膦基修饰的咪唑阳离子和磷钼酸阴离子组成新型含磷氮离子液体，并改性金属有机骨架材料(MOF)制得EP复合材料，因二者的协同作用，增强了复合材料的阻燃性能。
金属有机骨架材料(MOF)
Xiao等通过将合成的含溴化物膦酸酯基离子液体与磷钼酸进行阴离子交换，反应制得一种新型的基于离子液体的金属－有机杂化物(PMAIL)，并将其引入EP体系。
PMAIL结合了离子液体和磷钼酸的优点，催化体系成炭并形成坚固的膨胀炭层结构，显示出出色的阻燃性能和抑烟性能。
Zhang等通过直接沉淀法制备了具有不同长度烷基链的活性炭／磷钼酸1－丁基－3－甲基咪唑(AC／PIL4)和活性炭／磷钼酸1－十六烷基－3－甲基咪唑(AC／PIL16)，并用于改善PVC复合材料的阻燃性能和机械性能。
发现AC／PIL4和AC／PIL16促进PVC交联并形成稳定炭层，不仅有效地抑制了复合材料的燃烧和烟雾，还能增强其机械性能。
Chen等制备了一系列不同阳离子和不同阴离子的基于多金属氧酸盐离子液体(PIL)，并用于改性PP／膨胀型阻燃剂(IFR)复合材料，发现烷基较短的体系阻燃性能优于烷基较长的体系，不同烷基长度也对体系的机械性能影响较大。
磷钼酸离子液体杂化材料促进APP与PER反应，促进残炭产生，并形成致密且膨胀的炭层；PIL与IFR存在良好的协同作用，可以催化促进体系交联成炭，提高材料的热稳定性，从而提高阻燃效果。
三、阻燃研究中离子液体和聚合物基体的种类
将文献中涉及的离子液体种类和聚合物基体进行梳理，可以看出离子液体阳离子的种类以咪唑类为主，季类为辅，其他阳离子型离子液体少有阻燃研究。
离子液体的阴离子中，六氟磷酸根离子、氯离子、溴离子、四氟硼酸根离子研究较多，这和其中含有氯、溴、磷、硼等阻燃元素有一定的关系。
而聚合物基体方面，对EP和TPU的研究比较集中，离子液体在促进EP固化，提高TPU的热稳定性，以及改善体系分散相容性等方面有良好的效果。
四、离子液体阻燃其他种类材料
除常规塑料、橡胶等聚合物材料外，离子液体也被用于棉织物、木材和锂电池电解质等领域，赋予其阻燃性能。
1.棉织物
Boukhriss等采用离子液体通过溶胶－凝胶法处理棉织物，在不改变其机械性能的同时，提高了棉织物的热稳定性和阻燃性能。
与其他阴离子相比，基于甲基咪唑阳离子与六氟磷酸根阴离子结合的离子液体具有最佳的耐热性和阻燃性。
2.木材
Miyafuji等选用1－乙基－3－甲基咪唑溴化物、1－乙基－3－甲基咪唑四氟硼酸酯和1－乙基－3－甲基咪唑六氟磷酸盐三种不同的离子液体处理木材，经过离子液体处理的木材显示出更高的耐火性，这归因于离子液体引起木材脱水产生残炭。
3.锂电池电解质
Bae等将基于1－丁基－1－甲基吡咯烷阳离子的不同离子液体添加到标准有机电解质中，发现1－丁基－1－甲基吡咯烷六氟磷酸酯是理想的离子液体，作为锂离子电池的阻燃添加剂，具有良好的循环性能和热稳定性。
Guo等通过溶液流延法制备了由Li1．5Al0．5Ge1．5(PO4)3(LAGP)支撑的柔性复合离子液体凝胶聚合物电解质，研究发现其具有良好的热稳定性和不可燃性，因此可以赋予锂电池更高的安全性。
Kim等采用吡咯基离子液体和碳酸盐溶剂组成二元电解质，由于二者的协同效果，显示出显著的阻燃效果，同时具有相当的电化学性能。
Kuo等由酚醛EP合成低聚离子液体，并与PVDF－co－HFP和电解质溶液混合形成低聚离子液体型凝胶聚合物电解质，其LOI可达29％，具有热稳定性和不可燃性，同时具有高导电性、低界面电阻和长期耐久性，有望用于高安全性和高性能锂离子电池。
Nakagawa等将可燃有机溶剂和不可燃室温离子液体[N－甲基－N－丙基哌啶双(三氟甲磺酰基)酰亚胺]的混合物作为一种锂离子电池的新概念电解液，发现该混合电解质既不可燃，又具有良好的放电性能。
离子液体作为一种新型绿色溶剂，因其优异性能被广泛用于聚合物阻燃处理，可以起到分散剂、相容剂、交联剂、固化剂、阻燃剂、抑烟剂和协效剂的作用，无论是单独添加、复配协效或者改性其他粒子都显示出优异的阻燃性能。
离子液体近年来备受国内外研究学者的关注，是一类前景十分广泛的阻燃添加剂，但其在未来的发展也面临着很多挑战。
新型离子液体阻燃剂和基于离子液体的功能化改性将是其未来重要的研究方向，赋予阻燃聚合物复合材料更多优异的性能将是未来的研究趋势。同时，对于离子液体阻燃机理的研究也有待于进一步深化和探索。
参考文献：高野等，离子液体在聚合物阻燃中的研究进展，化工新型材料，2021
