CA2283132C - Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes - Google Patents
Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes Download PDFInfo
- Publication number
- CA2283132C CA2283132C CA2283132A CA2283132A CA2283132C CA 2283132 C CA2283132 C CA 2283132C CA 2283132 A CA2283132 A CA 2283132A CA 2283132 A CA2283132 A CA 2283132A CA 2283132 C CA2283132 C CA 2283132C
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- monomer
- monomers
- optionally
- mixtures
- substituted
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 34
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 25
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000007792 addition Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000005698 Diels-Alder reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 claims abstract description 5
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000005882 aldol condensation reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000005727 Friedel-Crafts reaction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000008346 aqueous phase Substances 0.000 claims abstract description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 26
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 23
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims description 22
- -1 organometallic cation Chemical class 0.000 claims description 21
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 claims description 18
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims description 16
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 15
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 13
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N sulfur dioxide Inorganic materials O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 125000004432 carbon atom Chemical group C* 0.000 claims description 12
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 241000534944 Thia Species 0.000 claims description 11
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 10
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 9
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 claims description 9
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 8
- 125000003342 alkenyl group Chemical group 0.000 claims description 7
- 125000002877 alkyl aryl group Chemical group 0.000 claims description 7
- 125000003710 aryl alkyl group Chemical group 0.000 claims description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 6
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 claims description 6
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 4
- 125000002947 alkylene group Chemical group 0.000 claims description 4
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 claims description 4
- 230000032050 esterification Effects 0.000 claims description 4
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 claims description 4
- 125000003837 (C1-C20) alkyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O Imidazolium Chemical compound C1=C[NH+]=CN1 RAXXELZNTBOGNW-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 150000001241 acetals Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 3
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- 125000005103 alkyl silyl group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000000909 amidinium group Chemical group 0.000 claims description 3
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 150000003997 cyclic ketones Chemical class 0.000 claims description 3
- ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-O guanidinium Chemical compound NC(N)=[NH2+] ZRALSGWEFCBTJO-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 claims description 3
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 claims description 3
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O phosphonium Chemical compound [PH4+] XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O pyridinium Chemical compound C1=CC=[NH+]C=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims description 3
- RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-O sulfonium Chemical compound [SH3+] RWSOTUBLDIXVET-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 3
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 3
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 3
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000005024 alkenyl aryl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000005626 carbonium group Chemical group 0.000 claims description 2
- 238000010538 cationic polymerization reaction Methods 0.000 claims description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- 125000000623 heterocyclic group Chemical group 0.000 claims description 2
- MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N imidazoline Chemical compound C1CN=CN1 MTNDZQHUAFNZQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- MGFYSGNNHQQTJW-UHFFFAOYSA-N iodonium Chemical compound [IH2+] MGFYSGNNHQQTJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 125000001425 triazolyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 4
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 claims 3
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 claims 2
- 125000002081 peroxide group Chemical group 0.000 claims 2
- 125000001436 propyl group Chemical group [H]C([*])([H])C([H])([H])C([H])([H])[H] 0.000 claims 2
- 239000012744 reinforcing agent Substances 0.000 claims 2
- 229910006067 SO3−M Inorganic materials 0.000 claims 1
- 125000004434 sulfur atom Chemical group 0.000 claims 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 5
- 239000012074 organic phase Substances 0.000 abstract description 3
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 abstract description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- DPDMMXDBJGCCQC-UHFFFAOYSA-N [Na].[Cl] Chemical compound [Na].[Cl] DPDMMXDBJGCCQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N acetaldehyde Diethyl Acetal Natural products CCOC(C)OCC DHKHKXVYLBGOIT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 125000002777 acetyl group Chemical class [H]C([H])([H])C(*)=O 0.000 abstract 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 abstract 1
- 210000004379 membrane Anatomy 0.000 description 39
- UOCLXMDMGBRAIB-UHFFFAOYSA-N 1,1,1-trichloroethane Chemical compound CC(Cl)(Cl)Cl UOCLXMDMGBRAIB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 25
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 150000003254 radicals Chemical class 0.000 description 19
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 15
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 13
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 11
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical class [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 9
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000006870 function Effects 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 6
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 6
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N triglyme Chemical compound COCCOCCOCCOC YFNKIDBQEZZDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 5
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 5
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 5
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 description 5
- BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M sulfonate Chemical compound [O-]S(=O)=O BDHFUVZGWQCTTF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 125000001889 triflyl group Chemical group FC(F)(F)S(*)(=O)=O 0.000 description 5
- RRZIJNVZMJUGTK-UHFFFAOYSA-N 1,1,2-trifluoro-2-(1,2,2-trifluoroethenoxy)ethene Chemical class FC(F)=C(F)OC(F)=C(F)F RRZIJNVZMJUGTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920002274 Nalgene Polymers 0.000 description 4
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 4
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002585 base Substances 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 150000003949 imides Chemical group 0.000 description 4
- 229910001496 lithium tetrafluoroborate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 4
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 4
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 4
- XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M potassium benzoate Chemical compound [K+].[O-]C(=O)C1=CC=CC=C1 XAEFZNCEHLXOMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 4
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N Acetic anhydride Chemical compound CC(=O)OC(C)=O WFDIJRYMOXRFFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101100444028 Drosophila melanogaster Dso2 gene Proteins 0.000 description 3
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 101100273965 Solanum lycopersicum HCR9-0 gene Proteins 0.000 description 3
- ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N Triethylamine Chemical compound CCN(CC)CC ZMANZCXQSJIPKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001297 Zn alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 150000007942 carboxylates Chemical class 0.000 description 3
- GAZFDPSEEIVCEX-UHFFFAOYSA-N dimethyl 2-(2-methylpropyl)propanedioate Chemical compound COC(=O)C(CC(C)C)C(=O)OC GAZFDPSEEIVCEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QNDQILQPPKQROV-UHFFFAOYSA-N dizinc Chemical compound [Zn]=[Zn] QNDQILQPPKQROV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 3
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 229920001903 high density polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004700 high-density polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 3
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 238000010907 mechanical stirring Methods 0.000 description 3
- VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N n-Hexane Chemical compound CCCCCC VLKZOEOYAKHREP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 3
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- IMNIMPAHZVJRPE-UHFFFAOYSA-N triethylenediamine Chemical compound C1CN2CCN1CC2 IMNIMPAHZVJRPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N trilithium;azanide Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[NH2-] BHZCMUVGYXEBMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VQUGQIYAVYQSAB-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrafluoro-2-(1,2,2-trifluoroethenoxy)ethanesulfonyl fluoride Chemical compound FC(F)=C(F)OC(F)(F)C(F)(F)S(F)(=O)=O VQUGQIYAVYQSAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SGUVLZREKBPKCE-UHFFFAOYSA-N 1,5-diazabicyclo[4.3.0]-non-5-ene Chemical compound C1CCN=C2CCCN21 SGUVLZREKBPKCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(OC)(OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- POXFXTSTVWDWIR-UHFFFAOYSA-N 4-iodobenzenesulfonyl chloride Chemical compound ClS(=O)(=O)C1=CC=C(I)C=C1 POXFXTSTVWDWIR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NTPLXRHDUXRPNE-UHFFFAOYSA-N 4-methoxyacetophenone Chemical compound COC1=CC=C(C(C)=O)C=C1 NTPLXRHDUXRPNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MPHVDNXLTOLHPZ-UHFFFAOYSA-N 5-[2-(2-methoxyethoxy)ethoxy]nonane Chemical compound CCCCC(CCCC)OCCOCCOC MPHVDNXLTOLHPZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 101100302220 Arabidopsis thaliana TSO2 gene Proteins 0.000 description 2
- KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N Butadiene Chemical group C=CC=C KAKZBPTYRLMSJV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine Chemical compound CN(C)CCN(C)C KWYHDKDOAIKMQN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N N-Butyllithium Chemical compound [Li]CCCC MZRVEZGGRBJDDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N alumanylidynemethyl(alumanylidynemethylalumanylidenemethylidene)alumane Chemical compound [Al]#C[Al]=C=[Al]C#[Al] CAVCGVPGBKGDTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 2
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N chlorotrimethylsilane Chemical compound C[Si](C)(C)Cl IJOOHPMOJXWVHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N cyclopentadiene Chemical compound C1C=CC=C1 ZSWFCLXCOIISFI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N decalin Chemical compound C1CCCC2CCCCC21 NNBZCPXTIHJBJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 description 2
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N diglyme Chemical compound COCCOCCOC SBZXBUIDTXKZTM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N dioxolead Chemical compound O=[Pb]=O YADSGOSSYOOKMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 229910021485 fumed silica Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L potassium carbonate Chemical compound [K+].[K+].[O-]C([O-])=O BWHMMNNQKKPAPP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000894007 species Species 0.000 description 2
- LZOZLBFZGFLFBV-UHFFFAOYSA-N sulfene Chemical compound C=S(=O)=O LZOZLBFZGFLFBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001174 sulfone group Chemical group 0.000 description 2
- VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N tetrachloromethane Chemical compound ClC(Cl)(Cl)Cl VZGDMQKNWNREIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004665 trialkylsilyl group Chemical group 0.000 description 2
- RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N triphenylphosphine Chemical compound C1=CC=CC=C1P(C=1C=CC=CC=1)C1=CC=CC=C1 RIOQSEWOXXDEQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000003751 zinc Chemical class 0.000 description 2
- 239000001211 (E)-4-phenylbut-3-en-2-one Substances 0.000 description 1
- LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 1,1,1,2-tetrafluoroethane Chemical compound FCC(F)(F)F LVGUZGTVOIAKKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BSJWZISVMPPTAG-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrafluoro-2-(1,2,2-trifluoroethenoxy)ethanesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)C(F)(F)OC(F)=C(F)F BSJWZISVMPPTAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KYVBNYUBXIEUFW-UHFFFAOYSA-N 1,1,3,3-tetramethylguanidine Chemical compound CN(C)C(=N)N(C)C KYVBNYUBXIEUFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 1,1-Dichloroethane Chemical compound CC(Cl)Cl SCYULBFZEHDVBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LNGNTHNHGGJURA-UHFFFAOYSA-N 1,2,2-trifluoroethenoxy ethanesulfonate Chemical compound CCS(=O)(=O)OOC(F)=C(F)F LNGNTHNHGGJURA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XQIUBLRYKYEQCU-UHFFFAOYSA-N 1,2,2-trifluoroethenyl benzenesulfonate Chemical compound FC(F)=C(F)OS(=O)(=O)C1=CC=CC=C1 XQIUBLRYKYEQCU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 1,4-Dioxane Chemical compound C1COCCO1 RYHBNJHYFVUHQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DSCPDECZHTVJOJ-UHFFFAOYSA-N 1-(2-ethenoxyethoxy)propane Chemical compound CCCOCCOC=C DSCPDECZHTVJOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BMQZYMYBQZGEEY-UHFFFAOYSA-M 1-ethyl-3-methylimidazolium chloride Chemical compound [Cl-].CCN1C=C[N+](C)=C1 BMQZYMYBQZGEEY-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- CBXRMKZFYQISIV-UHFFFAOYSA-N 1-n,1-n,1-n',1-n',2-n,2-n,2-n',2-n'-octamethylethene-1,1,2,2-tetramine Chemical group CN(C)C(N(C)C)=C(N(C)C)N(C)C CBXRMKZFYQISIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UTQNKKSJPHTPBS-UHFFFAOYSA-N 2,2,2-trichloroethanone Chemical group ClC(Cl)(Cl)[C]=O UTQNKKSJPHTPBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 2-[2,4-di(pentan-2-yl)phenoxy]acetyl chloride Chemical compound CCCC(C)C1=CC=C(OCC(Cl)=O)C(C(C)CCC)=C1 NGNBDVOYPDDBFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UJDQAVASRXCZAS-UHFFFAOYSA-N 3,4,4-trifluorobuta-1,3-dienylbenzene Chemical compound FC(F)=C(F)C=CC1=CC=CC=C1 UJDQAVASRXCZAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FEPBITJSIHRMRT-UHFFFAOYSA-N 4-hydroxybenzenesulfonic acid Chemical compound OC1=CC=C(S(O)(=O)=O)C=C1 FEPBITJSIHRMRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N Bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- 229910020261 KBF4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XOBKSJJDNFUZPF-UHFFFAOYSA-N Methoxyethane Chemical compound CCOC XOBKSJJDNFUZPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006095 SO2F Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008284 Si—F Inorganic materials 0.000 description 1
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N Sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L Sodium Carbonate Chemical compound [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N Vinyl ether Chemical class C=COC=C QYKIQEUNHZKYBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L Zinc carbonate Chemical compound [Zn+2].[O-]C([O-])=O FMRLDPWIRHBCCC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000006359 acetalization reaction Methods 0.000 description 1
- POYUSGPSNZCKAL-UHFFFAOYSA-N acetonitrile;1,2-dimethoxyethane Chemical compound CC#N.COCCOC POYUSGPSNZCKAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 description 1
- 125000005210 alkyl ammonium group Chemical group 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- 150000001409 amidines Chemical class 0.000 description 1
- 125000000129 anionic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 229930008407 benzylideneacetone Natural products 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 150000001767 cationic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 1
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N copper zinc Chemical compound [Cu].[Zn] TVZPLCNGKSPOJA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 229920006037 cross link polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011243 crosslinked material Substances 0.000 description 1
- MXIRHCBUSWBUKI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCC[CH2+] MXIRHCBUSWBUKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012973 diazabicyclooctane Substances 0.000 description 1
- KVBKAPANDHPRDG-UHFFFAOYSA-N dibromotetrafluoroethane Chemical compound FC(F)(Br)C(F)(F)Br KVBKAPANDHPRDG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UAOMVDZJSHZZME-UHFFFAOYSA-N diisopropylamine Chemical compound CC(C)NC(C)C UAOMVDZJSHZZME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000004821 distillation Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 1
- 125000001495 ethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N fluorosulfonic acid Chemical compound OS(F)(=O)=O UQSQSQZYBQSBJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 150000002357 guanidines Chemical class 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N heavy water Substances [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 1
- PBZROIMXDZTJDF-UHFFFAOYSA-N hepta-1,6-dien-4-one Chemical compound C=CCC(=O)CC=C PBZROIMXDZTJDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007210 heterogeneous catalysis Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 125000002962 imidazol-1-yl group Chemical group [*]N1C([H])=NC([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910003480 inorganic solid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- LQBLTEFMUAASOG-UHFFFAOYSA-N lithium oxido(oxo)silane Chemical compound [Li+].[O-][SiH]=O LQBLTEFMUAASOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVNXEADCOVSAER-UHFFFAOYSA-N lithium sodium Chemical compound [Li].[Na] VVNXEADCOVSAER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- LGRLWUINFJPLSH-UHFFFAOYSA-N methanide Chemical compound [CH3-] LGRLWUINFJPLSH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000693 micelle Substances 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N n-butylhexane Natural products CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002829 nitrogen Chemical class 0.000 description 1
- 125000004433 nitrogen atom Chemical group N* 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000002524 organometallic group Chemical group 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O oxonium Chemical compound [OH3+] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229920003936 perfluorinated ionomer Polymers 0.000 description 1
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- CFQCIHVMOFOCGH-UHFFFAOYSA-N platinum ruthenium Chemical compound [Ru].[Pt] CFQCIHVMOFOCGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000570 polyether Polymers 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229910000027 potassium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- FOWDZVNRQHPXDO-UHFFFAOYSA-N propyl hydrogen carbonate Chemical class CCCOC(O)=O FOWDZVNRQHPXDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- SBYHFKPVCBCYGV-UHFFFAOYSA-N quinuclidine Chemical compound C1CC2CCN1CC2 SBYHFKPVCBCYGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012429 reaction media Substances 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012312 sodium hydride Substances 0.000 description 1
- 229910000104 sodium hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007928 solubilization Effects 0.000 description 1
- 238000005063 solubilization Methods 0.000 description 1
- 229920006301 statistical copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 125000000475 sulfinyl group Chemical group [*:2]S([*:1])=O 0.000 description 1
- 229940124530 sulfonamide Drugs 0.000 description 1
- 150000003456 sulfonamides Chemical class 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- YBBRCQOCSYXUOC-UHFFFAOYSA-N sulfuryl dichloride Chemical compound ClS(Cl)(=O)=O YBBRCQOCSYXUOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N sulfuryl difluoride Chemical compound FS(F)(=O)=O OBTWBSRJZRCYQV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
- 150000005621 tetraalkylammonium salts Chemical class 0.000 description 1
- TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N tetrafluoromethane Chemical compound FC(F)(F)F TXEYQDLBPFQVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035922 thirst Effects 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- BWHOZHOGCMHOBV-BQYQJAHWSA-N trans-benzylideneacetone Chemical compound CC(=O)\C=C\C1=CC=CC=C1 BWHOZHOGCMHOBV-BQYQJAHWSA-N 0.000 description 1
- ARUIMKUOHIINGI-UHFFFAOYSA-N trifluoro(methylsulfonyl)methane Chemical compound CS(=O)(=O)C(F)(F)F ARUIMKUOHIINGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- KAKQVSNHTBLJCH-UHFFFAOYSA-N trifluoromethanesulfonimidic acid Chemical compound NS(=O)(=O)C(F)(F)F KAKQVSNHTBLJCH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JABYJIQOLGWMQW-UHFFFAOYSA-N undec-4-ene Chemical compound CCCCCCC=CCCC JABYJIQOLGWMQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N vertaline Natural products C1C2C=3C=C(OC)C(OC)=CC=3OC(C=C3)=CC=C3CCC(=O)OC1CC1N2CCCC1 PXXNTAGJWPJAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FUSUHKVFWTUUBE-UHFFFAOYSA-N vinyl methyl ketone Natural products CC(=O)C=C FUSUHKVFWTUUBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011667 zinc carbonate Substances 0.000 description 1
- 235000004416 zinc carbonate Nutrition 0.000 description 1
- 229910000010 zinc carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2231—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
- C08J5/2243—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds obtained by introduction of active groups capable of ion-exchange into compounds of the type C08J5/2231
- C08J5/225—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds obtained by introduction of active groups capable of ion-exchange into compounds of the type C08J5/2231 containing fluorine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C311/00—Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups
- C07C311/01—Sulfonamides having sulfur atoms of sulfonamide groups bound to acyclic carbon atoms
- C07C311/11—Sulfonamides having sulfur atoms of sulfonamide groups bound to acyclic carbon atoms of an acyclic unsaturated carbon skeleton
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
- C07C311/00—Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups
- C07C311/48—Amides of sulfonic acids, i.e. compounds having singly-bound oxygen atoms of sulfo groups replaced by nitrogen atoms, not being part of nitro or nitroso groups having nitrogen atoms of sulfonamide groups further bound to another hetero atom
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C07—ORGANIC CHEMISTRY
- C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
- C07D317/00—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms
- C07D317/08—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3
- C07D317/10—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings
- C07D317/32—Heterocyclic compounds containing five-membered rings having two oxygen atoms as the only ring hetero atoms having the hetero atoms in positions 1 and 3 not condensed with other rings with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to ring carbon atoms
- C07D317/42—Halogen atoms or nitro radicals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F16/00—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical
- C08F16/12—Homopolymers and copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical by an ether radical
- C08F16/32—Monomers containing two or more unsaturated aliphatic radicals
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
- H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
- H01M10/0565—Polymeric materials, e.g. gel-type or solid-type
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1027—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having carbon, oxygen and other atoms, e.g. sulfonated polyethersulfones [S-PES]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/103—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having nitrogen, e.g. sulfonated polybenzimidazoles [S-PBI], polybenzimidazoles with phosphoric acid, sulfonated polyamides [S-PA] or sulfonated polyphosphazenes [S-PPh]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/102—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer
- H01M8/1032—Polymeric electrolyte materials characterised by the chemical structure of the main chain of the ion-conducting polymer having sulfur, e.g. sulfonated-polyethersulfones [S-PES]
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/1016—Fuel cells with solid electrolytes characterised by the electrolyte material
- H01M8/1018—Polymeric electrolyte materials
- H01M8/1039—Polymeric electrolyte materials halogenated, e.g. sulfonated polyvinylidene fluorides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
- C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2300/00—Electrolytes
- H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
- H01M2300/0065—Solid electrolytes
- H01M2300/0082—Organic polymers
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
WO 99/3884 WO 99/3884
2 PCT/CA99/00083 TITRE
DERIVES BIS-SULFONYLES POLYMÉRISABLES ET LEUR UTILISATION DANS LA PREPARATION
DE MEM-BRANES ECHANGEUSES D'IONS
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne les résines échangeuses d'ions de type cationique, en particulier sous forme de membranes, éventuellement perfluorées, utiles en particulier dans les applications électrochimiques comme les piles à
combustibles, les procédés chlore-soude, l'électrodialyse, la production d'ozone, les capteurs etc, ou tout autre application liée à la dissociation des centres anioniques fixés sur la membrane, tels que la catalyse hétérogène en chimie organique.
ART ANTÉRIEUR
A cause de leur inertie chimique, les membranes échangeuses d'ions partiellement ou totalement fluorées sont habituellement choisies dans des procédés chlore-soude ou des piles à combustible consommant de l'hydrogène ou du méthanol. De telles membranes sont disponibles commercialement sous des appellations telles que NafionTM, FlemionTM, DowTM. D'autres membranes similaires sont proposées par Ballard Inc. dans la demande WO 97/25369, qui décrit des copolymères de tétrafluoroéthylène et de perfluorovinyléthers ou trifluorovinylstyrène. Les monomères actifs à
partir desquels ces copolymères sont obtenus portent des fonctions chimiques qui sont des précurseurs de groupements ioniques de type sulfonate ou carboxylate. Des exemples de ces précurseurs sont:
- -F2C=CF-0 CF2- IF- CF2-CF2-SO2F
X In F2C= CF- CF2 I F- O (CF2_ CO2CH3 X n ou F2C=CF-{( )}-SOIF
dans lesquels -X est F, Cl or CF,;
- n est 0 à 10 inclusivement; et - p est 1 ou 2;
Les polymères aromatiques de type polyimide ou polyéther sulfones sulfonés ont aussi été envisagés, par exemple O S02X n ou O
N O N O
0 O S02X n Une fois obtenu, le copolymère contenant les précurseurs précités est moulé, par exemple sous forme de feuilles, puis converti sous forme ionique par hydrolyse pour donner des espèces de type sulfonate ou carboxylate. Le cation associé aux anions 2 PCT / CA99 / 00083 TITLE
POLYMERIZABLE BIS-SULFONYL DERIVATIVES AND THEIR USE IN PREPARATION
FROM MEM-BRANES EXCHANGES OF IONS
FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to ion exchange resins of the type cationic form, in particular in the form of membranes, optionally perfluorinated, useful in particular in electrochemical applications like batteries to fuels, chlorine-soda processes, electrodialysis, ozone production, sensors etc, or any another application related to the dissociation of the anionic centers fixed on the membrane, such than heterogeneous catalysis in organic chemistry.
PRIOR ART
Because of their chemical inertness, ion exchange membranes partially or totally fluorinated are usually chosen from processes chlorine-soda or fuel cells that consume hydrogen or methanol. Of such membranes are commercially available under such names as than NafionTM, FlemionTM, DowTM. Other similar membranes are proposed by Ballard Inc. in WO 97/25369, which discloses copolymers of tetrafluoroethylene and perfluorovinyl ethers or trifluorovinylstyrene. The monomers active at from which these copolymers are obtained carry chemical functions which are precursors of ionic groups of sulfonate or carboxylate type. Examples of these precursors are:
- -F2C = CF-0 CF2-IF-CF2-CF2-SO2F
X In F2C = CF-CF2 I F-O (CF2_ CO2CH3 X n or F2C = CF - {()} - THIRST
wherein -X is F, Cl or CF ,;
- n is 0 to 10 inclusive; and - p is 1 or 2;
Polyimide aromatic polymers or sulfonated polyether sulfones have also been considered, for example O S02X n or O
NONO
0 O S02X n Once obtained, the copolymer containing the aforementioned precursors is molded, for example in the form of sheets, then converted into ionic form by hydrolysis for give species of sulfonate or carboxylate type. The cation associated with anion
- 3 -sulfonate et carboxylate inclut le proton, le cation d'un métal alcalin (Li, Ne, K); le cation d'un métal alcalino-terreux (Mg2+, Ça2+, Bat+); le cation d'un métal de transition (Zn2+, Cul+); A13+; Fei+; le cation d'une terre rare (Sc3+, Y3+, Lai+); un cation organique du type "onium", tels que oxonium, ammonium, pyridinium, guanidinium, amidinium, sulfonium, phosphonium, ces cations organiques étant optionnellement substitués par un ou plusieurs radicaux organiques; un cation organométallique tel que les métallocénium, arène-métallocénium, alkylsilyle, alkylgermanyle ou alkylétain.
De telles membranes comportent cependant plusieurs désavantages importants.
A) Bien que les copolymères formant la membrane soient insolubles dans leur forme ionique, la membrane n'a pas une bonne stabilité dimensionnelle et gonfle de façon significative dans l'eau ou les solvants polaires. Ces copolymères forment des micelles inversées uniquement lorsque chauffés à haute température dans un mélange spécifique eau-alcool, qui, après évaporation, permet de produire un film. Toutefois, ce film régénéré sous forme solide n'a pas de bonnes propriétés mécaniques.
B) Le tétrafluoroéthylène (TFE) est un produit dont la manipulation est très risquée, car sa polymérisation s'effectue sous pression et peut causer des réactions non contrôlée, particulièrement en présence d'oxygène. A cause de la différence de point d'ébullition entre les 2 monomères formant le copolymère et leur différence de polarité, il est difficile d'obtenir un copolymère statistique correspondant au taux d'addition de chaque monomère.
C) Les groupements ioniques en forte concentration sur la chaîne auraient tendance à
causer la solubilisation du copolymère. Afin de prévenir ce phénomène, la concentration de groupements ioniques est gardée à un faible taux en ajoutant une importante fraction - 3 -sulfonate and carboxylate includes the proton, the cation of an alkali metal (Li, Ne, K); the cation of an alkaline earth metal (Mg2 +, Ca2 +, Bat +); the cation of a metal of transition (Zn2 +, Cul +); A13 +; Fei +; the cation of a rare earth (Sc3 +, Y3 +, Lai +); a organic cation of "onium" type, such as oxonium, ammonium, pyridinium, guanidinium, amidinium, sulfonium, phosphonium, these organic cations being optionally substituted by a or more organic radicals; an organometallic cation such as metallocenium arene-metallocenium, alkylsilyl, alkylgermanyl or alkyltin.
Such membranes, however, have several significant disadvantages.
A) Although the copolymers forming the membrane are insoluble in their form ionic, the membrane does not have good dimensional stability and swells way significant in water or polar solvents. These copolymers form micelles reversed only when heated at high temperature in a mixture specific water-alcohol, which, after evaporation, makes it possible to produce a film. However, this movie regenerated in solid form does not have good mechanical properties.
B) Tetrafluoroethylene (TFE) is a product whose handling is very risky because its polymerization is carried out under pressure and may cause controlled especially in the presence of oxygen. Because of the point difference boiling between the two monomers forming the copolymer and their polarity difference, it is difficult to obtain a statistical copolymer corresponding to the addition rate of each monomer.
C) The ionic groups in high concentration on the chain would have tendency to cause the solubilization of the copolymer. In order to prevent this phenomenon, concentration ionic groupings is kept at a low rate by adding a significant fraction
- 4 -molaire de monomères de TFE et/ou en augmentant la longueur des chaînes secondaires (n > 1), avec pour résultat que la concentration de groupements d'ions échangeables est de moins de 1 milliéquivalent par gramme. Conséquemment, la conductivité est relativement faible et très sensible au contenu d'eau dans la membrane, particulièrement lorsque cette dernière est acidifiée pour des applications dans une pile à
combustible.
D) La pénétration du méthanol et de l'oxygène à travers la membrane est élevée, puisque la portion perfluorocarbonée du polymère permet une diffusion facile des espèces moléculaires, qui vont réagir chimiquement à l'électrode opposée et causer une perte d'efficacité faradaïque, principalement dans les piles à combustible de méthanol.
Les systèmes non fluorés tels que les polyimides sulfonés ou les polyéthers sulfones sulfonés présentent les mêmes inconvénients puisqu'il faut faire un compromis entre la densité de charge, donc la conductivité, et la solubilité ou le gonflement excessif.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un monomère bifonctionnel de formule générale [T-SO2-Y-SOIT']- M+
dans laquelle - T et T' sont identiques ou différents et comprennent un radical organique portant au moins une fonction active de polymérisation telle qu'une insaturation ou un cycle susceptible de s'ouvrir;
- M+ comprend un cation inorganique ou organique; - 4 -molar monomers of TFE and / or increasing the length of the chains secondary (n> 1), with the result that the concentration of ion groups exchangeable is less than 1 milliequivalent per gram. As a result, the conductivity is relatively weak and very sensitive to the water content in the membrane, particularly when the latter is acidified for applications in a battery to combustible.
D) The penetration of methanol and oxygen through the membrane is high, since the perfluorocarbon portion of the polymer allows easy diffusion of cash molecules, which will chemically react with the opposite electrode and cause a loss Faradaic efficiency, mainly in fuel cells methanol.
Non-fluorinated systems such as sulfonated polyimides or polyethers sulphonated sulphones have the same disadvantages since it is necessary to compromise between the charge density, hence the conductivity, and the solubility or excessive swelling.
SUMMARY OF THE INVENTION
The present invention relates to a bifunctional monomer of formula General [T-SO2-Y-SOIT '] - M +
in which - T and T 'are identical or different and comprise an organic radical bringing to minus an active polymerization function such as unsaturation or cycle likely to open;
M + comprises an inorganic or organic cation;
- 5 -- Y comprend N ou CQ dans lequel Q comprend H, CN, F, SO2R3, C,_20 alkyle substitué
ou non-substitué; C,_20 aryle substitué ou non-substitué; C,_20 alkylène substitué ou non-substitué, dans lesquels le substituant comprend un ou plusieurs halogènes, et dans lesquels la chaîne comprend un ou plusieurs substituants F, SOIR, aza, oxa, thia ou dioxathia; et - R3 comprend F, C,_20 alkyle substitué ou non-substitué; C,_20 aryle substitué ou non-substitué; C,_20 alkylène substitué ou non-substitué, dans lesquels le substituant comprend un ou plusieurs halogènes.
Dans un mode de réalisation préférentiel, M+ comprend le proton, le cation d'un métal tel un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, une terre rare ou un métal de transition; un cation organométallique tel qu'un métallocénium, un arène-métallocénium, un alkylsilyle, un alkylgermanyle ou un alkylétain; ou un cation organique optionnellement substitué par un ou plusieurs radicaux organiques. Des exemples de cations organiques préférentiels incluent un groupement R"O+ (onium), NR"+
(ammo-nium), R"C(NHR")2+ (amidinium), C(NHR")3+ (guanidinium), CSR"N' (pyridinium), C3R"N2` (imidazolium), C2R"N3+ (triazolium), C3R"N2+ (imidazolinium), SR"' (sulf-onium), PR"' (phosphonium), IR"+ (iodonium), (C6R")3C+ (carbonium), dans lesquels R"
comprend:
- le proton, les radicaux alkyles, alkényles, oxaalkyles, oxaalkényles, azaalkyles, azaalkényles, thiaalkyles, thiaalkényles, dialkylazo, silaalkyles optionnellement hydroly-sables, silaalkényles optionnellement hydrolysables, lesdits radicaux pouvant être linéaires, ramifiés ou cycliques et comprenant de 1 à 18 atomes de carbone;
WO 99/38842 _ 6 _ PCT/CA99/00083 - les radicaux cycliques ou hétérocycliques aliphatiques de 4 à 26 atomes de carbone comprenant optionnellement au moins une chaîne latérale comprenant un ou plusieurs hétéroatomes tels que l'azote, l'oxygène ou le soufre;
- les aryles, arylalkyles, alkylaryles et alkénylaryles de 5 à 26 atomes de carbone comprenant optionnellement un ou plusieurs hétéroatomes dans le noyau aromatique ou dans un substituant.
- les groupes comprenant plusieurs noyaux aromatiques ou hétérocycliques, condensés ou non, contenant optionnellement un ou plusieurs atomes d'azote, d'oxygène, de soufre ou de phosphore;
et lorsqu'un cation organique comporte au moins deux radicaux R" différents de H, ces radicaux peuvent former ensemble un cycle aromatique ou non, englobant optionnellement le centre portant la charge cationique.
L'invention comprend en outre un polymère échangeur d'ions et conducteur solide d'ions obtenu à partir d'un monomère ou un mélange de monomères bifonctionnels tels que définis précédemment. Le monomère ou mélange de monomère peut en outre être copolymérisé avec au moins un monomère monofonctionnel, préférablement de formule [T-SO3]-M+ ou [T-SO2-Y-SO,-W]-M+ dans lesquels T, Y et M+ sont tels que définis précédemment, et W est un radical organique monovalent alkyle, alkényle, aryle, arylalkyle, alkylaryle de 1 à 12 atomes de carbone portant optionnellement un ou plusieurs substituants oxa, aza ou thia.
L'invention concerne en outre un procédé de préparation d'un polymère à partir de monomères ou mélanges de monomères précités, dans lequel les monomères ou mélanges de monomères sont polymérisés en solution dans un solvant, le polymère formé
restant plastifié d'une façon homogène par le solvant. Les monomères ou mélanges de monomères sont préférablement polymérisés sous forme d'émulsion dans des solvants non miscibles.
Dans le cadre du procédé de la présente invention, un initiateur radicalaire de polymérisation peut être ajouté à la solution des monomères. Cet initiateur peut être activé
thermiquement ou à l'aide de radiation actinique. Cet initiateur peut également être un peroxyde ou un composé azo. Aussi, dans le procédé de la présente invention, un agent de renforcement peut être ajouté à la solution avant la polymérisation et au moins un monomère monofonctionnel peut être ajouté.
Le procédé de la présente invention est particulièrement avantageux par rapport aux procédés de l'art antérieur, puisque qu'il permet d'obtenir un polymère qui demeure plastifié
d'une manière homogène dans le solvant. Ce phénomène est rare et tout à fait inattendu, et s'explique par les fortes interactions entre les charges et le solvant.
De plus, l'invention concerne en outre une cellule électrochimique comprenant une membrane fabriquée avec un polymère obtenu à partir du procédé de la présente invention comme électrolyte solide. Ladite cellule peut être l'une choisie parmi une pile à combustible, un électrolyseur à l'eau, une pile chlore-soude, une pile électrochimique à
recouvrement de sels ou d'acide, ou une pile produisant de l'ozone. Optionnellement, ladite cellule électrochimique peut comprendre au moins une électrode en contact avec la dite membrane.
Aussi, l'invention concerne un polymère selon la présente invention dans un procédé
d'électrolyse chlore-soude, comme séparateur dans une préparation électrochimique de -7a-composés organiques et inorganiques, comme séparateur entre une phase aqueuse et une phase organique ou comme catalyseur pour les additions Diels-Alder, les réactions Friedel-Craft, les condensations aldol, la polymérisation cationique, les estérifications et la formation d'acétals.
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION
La présente invention concerne 'l'utilisation de perfluoro-di(vinyléthers) portant des fonctions imide ou sulfone hautement dissociés, tels que les di(sulfonylméthane) ou tri(sulfonylméthane), comme base pour l'élaboration de résine échangeuse d'ions réticulée obtenue directement dans une forme finale, par exemple un film ou une fibre creuse (ci dessous communément appelés "membrane"), et comportant une densité importante de fonctions ioniques, résultant en une conductivité accrue. La polymérisation peut être conduite dans une solution concentrée du monomère sous forme de sel. Les polymères obtenus ne possèdent pas les désavantages des ionomères perfluorés de l'art antérieur, puisqu'ils ont une bonne stabilité dimensionnelle en présence de solvants, incluant l'eau et les solvants polaires, tout en maintenant une excellente conductivité grâce à la concentration élevée de groupements ioniques. De plus, la réticulation forme une excellente barrière face à la diffusion d'espèces moléculaires, en particulier l'oxygène ou le méthanol, de même qu'à
d'autres combustibles organiques. La présence de TFE n'est pas nécessaire ou peut être minimisée, réduisant ainsi les risques dans le processus de fabrication. Les polymères peuvent être convertis en membranes extrêmement minces, c'est-à-dire, avec une épaisseur de l'ordre de 50 m ou moins, tout en ayant une bonne tenue mécanique, alors que les membranes conventionnelles de même épaisseur n'ont aucune tenue mécanique. Le procédé de la présente invention représente donc une utilisation efficace des monomères en terme de coûts.
Les applications électrochimiques des membranes obtenues à partir des polymères réticulés de la présente invention font appel à des matériaux d'électrodes et/ou des catalyseurs mis en contact intime avec la membrane servant d'électrolyte.
Lors de l'utilisation des ces membranes, les matériaux d'électrode peuvent être aisément déposés sur l'un des deux, ou les deux côtés de la membrane lors de sa confection, et ce éventuellement durant l'étape de la polymérisation. Lesdits matériaux d'électrode peuvent également être appliquée sur une membrane déjà formée. Ce revêtement peut s'effectuer par l'application d'une solution d'au moins un monomère selon la présente invention dans un solvant approprié, suivi de la polymérisation, ou encore par l'application d'une solution ou d'une suspension d'un polymère portant éventuellement des fonctions ioniques. Dans tous les cas, les polymères présents aux électrodes présentent avantageusement la fonction de liant des matériaux actifs, conducteurs ou catalyseurs.
Dans un mode de réalisation préférentiel, la fonction imide, i.e., lorsque Y =
N, ainsi que les carbanions polysulfonyles, et dans une moindre mesure les anions perfluorosulfonate ayant une forte affinité électronique et étant très dissociés, permettent une augmentation de l'activité catalytique des cations, spécifique pour plusieurs réactions.
_ 9 _ Les polymères de l'invention sont donc utiles comme support pour des catalyseurs. Sous forme d'un matériau réticulé, la membrane ou le matériau qui la compose par exemple sous forme de poudre ou de granulés, et contenant les cations actifs en catalyse, sont facilement séparés mécaniquement du milieu réactionnel une fois la réaction effectuée.
Des exemples de réactions pouvant être catalysées incluent les additions Diels-Alder, les réactions Friedel-Craft, les condensations aldol, les polymérisations cationiques, les estérifications, la formation d'acétals etc.
Des exemples de monomères préférentiels incluent:
F2C= CF- CF2 iF- CF2- CF2 X In >F
X In CZ2=CZ- ;
CZ2=CZ-E
denoted as:
CZ2=CZ-E
O CZ2=CZ-E
E-CZ=CZ2 dans lesquels -- X représente F, Cl, ou CF3;
- n varie entre 0 et 10 inclusivement;
- E est absent, O, S, S02; et - Z est F ou H.
Les monomères de l'invention peuvent être obtenus par différents procédés.
Par exemple, les monomères de type imide s'obtiennent de la façon suivante:
2 TSO2-L + [A2N]- Mi 2 LA + (TS02)2N" M+
ou encore TSO2-L + [T'AN]- M+ LA + [(TSO2)N(SO2T')]- M+
dans lesquels L est un groupement labile, par exemple un halogène, un thiocyanate, ou un groupement électrophile contenant au moins un hétéroatome, tels que N-imidazolyle, N-triazolyl, ou R-S020- dans lequel R est C1.20 alkyle ou C,_20 alkylène substitué ou non-substitué, dans lesquels le substituant est un ou plusieurs halogènes; et dans lesquels la chaîne comprend un ou plusieurs substituants choisis parmi aza, oxa, thia, ou dioxathia;
et A est l'élément ou la fraction d'élément correspondant au cation M+, et comprend l'hydrogène, un groupement triaikylsilyle, un groupement trialkylétain ou tertioalkyle, dans lesquels le groupement alkyle comprend de 1 à 6 atomes de carbone.
De la même façon, les monomères composés de carbones, i.e., lorsque Y =
CQ, sont obtenus à partir de réactions similaires:
2 TSO,-L + [A2CQ]- M+ = 2 LA + [(TSO2)2CQ]- M+
dans lesquels L, T, Q, A et M sont tels que définis ci-dessus.
Le radical tertioalkyle dans la définition de A ci-dessus est avantageux puisqu'il constitue le précurseur d'un alcène s'éliminant du milieu réactionnel et d'un proton. Par exemple, s'il s'agit d'un tertiobutyle, la réaction suivante est observée:
(CH3)3C-Y => H-Y + (CH3)2=CH2 Le groupement trialkylsilyle est avantageux lorsque le groupement labile L est le fluor, étant donné l'enthalpie élevée de formation du lien Si-F.
Lorsque A est un proton ou un précurseur du proton, tel qu'un radical tertioalkyle, il est avantageux de réaliser la réaction en présence d'une base encombrée, par exemple une base tertiaire. Des exemples de telles bases sont la triéthylamine la di-isopropylamine, la quinuclidine, le 1,4-diazobicyclo[2,2,2]octane (DABCO), la pyridine, les alkylpyridines, les dialkylaminopyridines, les N-alkylimidazoles, imidazo[
1,1-a]pyridine, les amidines tels que le 1,5-diazabicyclo[4,3,0]non-5-ène (DBN) ou le 1,8-diazabicyclo[5,4,O]undec-7-ène (DBU), les guanidines tels que la tétraméthylguanidine, la 1,3,4,7,8-hexahydro-1-méthyl-2H-pyrimido-[1,2-a]pyrimidine (HPP).
Dans plusieurs cas, le sel de potassium des monomères de l'invention sont insolubles ou très peu solubles dans l'eau, et peuvent y être précipités à
partir de sels plus solubles, c'est-à-dire, les sels H+, Li' ou Na+, et par la suite purifiés par recristallisation.
La recristallisation peut être effectuée dans l'eau, seule ou en mélange avec un solvant miscible, tel que l'acétonitrile, le dioxanne, l'acétone ou le THF.
Les sels d'alkylammonium, particulièrement les sels tétraalkylammonium ou d'imidazolium, sont habituellement insolubles dans l'eau et peuvent donc être extraits à
l'aide de solvants variés, préférablement halogénés, tels que le dichlorométhane, le dichloroéthane, le trichloroéthane, le 1, 1, 1,2-tétrafluoroéthane etc.
Il est entendu que toute fonction du monomère pouvant interférer avec la réaction menant à la formation du lien S02-Y-SO2 est préalablement protégée selon des techniques de protection bien connues de la personne du métier. Par exemple, les groupements perfluorovinyléther peuvent être halogénés, en particulier chlorés ou bromés, pour donner un perhaloéther non réactif. Le perfluorovinyléther est éventuellement régénéré selon différents procédés bien connus de la personne du métier, par exemple, soit par une réaction électrochimique, soit avec un agent de réduction comme la poudre de zinc, un alliage de bronze zinc-cuivre, ou le tétrakis(diméthylamino)éthylène.
Les monomères bifonctionnels suivants illustrent des monomères préférentiels de l'invention.
M+
CF2=CF -0 F2- F- CF2-CF2--S02-N-S02-CF2-CF2 I F-CF O-CF=CF2 X n X m M+
CF2=CF-0 F2_ F- CF2-CF2-S02 i-S02-CF2-CF2 I F-CF 0-CF=CF2 X n H X m M+
CF2=CF-0 F2- F- CF2-CF2-S02 i-S02-CF2_CF2 I F-CF O-CF=CF2 X n SO2CF3 X m -FXF F F
M+
O F2- i F- CF2-CF2-S02-N-S02-CF2 -CF2 --1 F-C F O F
X n x M
FXF F F
M+
O F2- i F- CF2-CF2-S02 i-S02-CF2--CF2 - i -CF--- FO F
X n Q X m [CZ2=CZS02-N-SO2CZ=CZ2]-M+
~~ M+
CF2=CF- < )}-SO,- -SO2-{( )}--CF=CF2 M+
CF2=CF -{ ( ) >_S02_E_s02 ---(( ) CF=CF2 j~ M+
CF2=CF-O-{ ( ) }-S02-N-SO2 c _ -O-CF=CF2 CF2=CF-O--(( j--SO2-C-SO2--(( }-O-CF=CF2 Q
dans lesquelles M+, Z, Q, X et Y sont tels que définis précédemment, et n et m sont identiques ou différents et varient entre 0 et 10 inclusivement.
En pratique, les membranes échangeuses d'ions sont obtenues par homo- ou copolymérisation des monomères bifonctionnels de la présente invention. Pour les copolymères, les comonomères sont avantageusement choisis parmi les sels de monomères monofonctionnels de formule générale:
[T'-SO3] M+
ou [T'-SO2-Y-SO2-W]-M+
-dans lesquels T', Y, M+ sont tels que définis précédemment, et W a la même définition que Q.
Des exemples de monomères monofonctionnels préférentiels de l'invention pour une copolymérisation incluent:
CF2=CF-O F2 I F OCF2-CF2-SO3 M+
X n M_+
CF2=CF-O F2_CF-0CF2-CF2- SO2-N-SO2-R' X n M+
CF2=CF-O F2-CF-0 CF2-CF2-SO2-I -SO2-R' X X
FxF
O F2-- i F-0 CF2-CF2-SO3M+
X in FxF
M+
F CF2-CF-0 F2-CF2-SO2-N-SO2-R, X n pFxF
~-I M+
F CF2-CF F2-CF2-SO2 SO2-R' CF2=CFSO3- M+
CF2=CFSO3- M+
[CF2=CFS 02-N-S O2R' ]-M+
CF2=CF-{ ( ) }-S03 M+
~/
M_+
CF2=CF -(( ) y-S02 N-SO2R
M_+
CF2=CF --(( ) }-SO2C-SO2R' ~~J I
CF2=CF-O-(( ) --- SO2-M+
\~
M+
>SO2--~-SO2R' CF2=CF-O--( M+
CF2=CF-O-( )r--SO2--SO2R' ~~J Q
CF2=CF-O F2-fF-0 CF2-(CF2)- CO2 M+' X ln F X F
F O CF2-CF- O F~(CF2)p-CO2-M
X n CF2=CF-_? _ coi m+
~J
CF2=CF-0-{ ( ] }- C02 M+
dans lesquelles M, O, X et n sont tels que définis précédemment; R' est un radical organique monovalent comprenant de 1 à 12 atomes de carbone, préférablement perfluoré, éventuellement possédant un ou plusieurs substituants oxa, aza, thia ou dioxathia; et p est 1 ou 2.
De façon avantageuse, les réactions de polymérisation et copolymérisation se font dans un solvant des monomères. Ces derniers sont généralement solubles dans la plupart des solvants polaires usuels, i.e., eau, alcools aliphatiques inférieurs, acétone, méthyléthylcétone, cétones cycliques, carbonates d'éthyle et propyle, y-butyrolactone, les glymes, alkylpyralidones, tétraal kyl su lfam ides, dichlorométhane, N-alkylimidazole, fluoroalcanes, les hydrocarbures fluorés et leurs mélanges. En outre, le choix de M permet d'optimiser la solubilité des monomères, grâce aux interactions cation-solvant. Il est entendu qu'après que la polymérisation eut été complétée, les échanges de M se font selon des techniques conventionnelles utilisées dans le domaine des résines échangeuses d'ions. Des additifs solides organiques ou inorganiques, sous forme de poudre ou de fibres, peuvent être ajoutés à
l'étape de fabrication pour améliorer les propriétés mécaniques des polymères, agir comme agent de formation de porcs, ou comme support de catalyseur (e.g., platine déposé sur des particules de carbone).
Les exemples suivants sont fournis afin d'illustrer des modes de réalisation préférentiels de l'invention et ne devraient en aucun cas être interprétés comme en limitant la portée.
Exemples Exemple 1 Sous atmosphère d'azote, 25 g de chlorure de p-iodobenzène sulfonyle sont traités par 1.44 g de nitrure de lithium dans 125 ml de DMF anhydre. Après 24 heures de réaction sous agitation mécanique constante, le mélange réactionnel est filtré
et le solvant est évaporé sous pression réduite à 80 C. Le résidu solide contenant le sel de lithium de la 4-iodophénylsulfonimide est dissous dans 100 ml d'eau, filtré et acidifié
par de l'acide sulfurique jusqu'à obtention d'un pH de 1. La 4-iodophénylsulfonimide est extraite par quatre aliquotes de 100 ml d'éther, les phases organiques sont subséquemment combinées et l'éther est évaporé. La 4-iodophénylsulfonimide est purifiée par cristallisation dans l'eau et le sel de zinc est préparé par action du carbonate de zinc en quantité
stoechiométrique. Le sel est séché sous vide à 80 C.
L'organozincique CF2=CFZnBr est préparé sous argon dans le DMF selon la procédure publiée dans J. Organic Chemistry, 53, 2714, (1988) à partir de CF2=CFBr (10 g) dans un réacteur thermostaté. 18 g du sel de zinc tel que préparé
précédemment dans la DMF sont ajoutés à la solution de l'organométallique mélangé à 160 mg de benzylidèneacétone palladium (0) et 190 mg de triphénylphosphine agissant comme co-catalyseur, en maintenant la température en dessous de 65 C. La réaction est poursuivie pendant 4 heures à cette température et le solvant est évaporé sous pression réduite à
80 C. Le résidu solide est repris par l'eau, filtré et traité par 10 g de carbonate de potassium dans 100 ml d'eau. La suspension blanche contenant le carbonate de zinc est évaporée sous pression réduite à 60 C. Le sel de potassium est extrait par le mélange acétonitrile-diméthoxyéthane (50:50 v/v), et le solvant est évaporé. Le sel de potassium :
CF2 \ K+ 0 CF -NI O
est purifié par recristallisation dans l'eau et transformé en sel de lithium par double échange avec le tétrafluoroborate de lithium dans l'acétonitrile dans lequel KBF4 est insoluble.
Exemple 2 Une solution de 1 g du sel de lithium de l'exemple 1, 10 g de 4-trifluorovinylbenzène sulfonate de lithium, 250 mg d'Irgacure 651 dans 35 ml d'un mélange de carbonate de propylène et de diglyme (bis[méthoxyéthyléther]) (50:50 v/v) sont épandus à l'aide d'un gabarit sous forme de film de 180 microns d'épaisseur sur un support de polypropylène. Sous balayage d'argon, la solution soumise au rayonnement UV produit par une lampe de type Hanovia ayant son maximum d'émission à 254 nanomètres de manière à ce que l'éclairement corresponde à de 80 mWcm 2. La solution se polymérise alors sous forme d'un gel élastique. La polymérisation est poursuivie pendant 5 minutes puis le film est décollé de son support et lavé à l'eau puis à l'acide nitrique 2M à 60 C afin d'éliminer les solvants organiques et les résidus de polymérisation. La conductivité de la membrane mesurée entre 60 et 100 %
d'humidité
est supérieure à 102 Scm-'. Les dimensions de la membrane sont stables dans un grand domaine de taux d'humidité relative du fait de la forte concentration de noeuds de réticulation.
Exemple 3 *rB
-30 g de chlorure de 4-iodobenzènesulfonyle, 15 g de trifluorométhane-sulfonamide et 23 g de 1,4-diazabicyclo[2,2,2]octane sont dissous dans 200 ml d'acétonitrile anhydre et maintenus sous agitation magnétique pendant 48 heures à 25 C.
La suspension est filtrée et l'acétonitrile est évaporé. Le résidu solide est repris par le minimum d'eau auquel est ajouté 100 ml d'une solution saturé de KCI. Le précipité du sel de potassium est séparé par filtration et purifié par recristallisation dans l'eau bouillante.
D'une manière similaire à celle de l'exemple 2, l'iode en position para est remplacé par le groupement CF2 CF par couplage de l'organozincique CF2=CFZnBr en présence de catalyseur à base de palladium. Le sel de potassium CF2\ 0 K+ - 0 Il Il O
est purifié par recristallisation dans l'eau et transformé en sel de lithium.
Une solution de 8.8 g de ce sel et 1 g du monomère de l'exemple 1 sous forme de sel de lithium sont dissous dans 40 ml de y-butyrolactone, épandus sous forme de film de 150 microns d'épaisseur sur un support de polypropylène et polymérisés dans les conditions de l'exemple 2. Le film est décollé de son support et lavé à l'eau et à l'acide nitrique 2M à
60 C de manière à éliminer la y-butyrolactone et effectuer l'échange Li' =:>
H+. D'une manière similaire, le mélange de sels en proportions identiques dans la y-butyrolactone en suspension dans le décane sont polymérisés par le persulfate de tridécylméthyl ammonium agissant comme tensioactif et générateur de radicaux libres à 60 C.
Un latex de particules de dimension proche de 20 gm est ainsi obtenu, séparé par filtration et traité
comme précédemment pour effectuer l'échange Li' = H+.
-Exemple 4 50 g de fluorure de perfluorovinyloxy-éthanesulfonyle CFZ CFOCF2CF2SO2F
dans 300 ml le tétrachlorure de carbone sont traités par un excès de chlore dans un récipient de quartz sous éclairage UV. Le produit d'addition sur la double liaison CF2(Cl)CF(Cl)OCF2CF2SO2F est purifié par distillation. Dans un récipient en polyethylène haute densité à parois épaisses (Nalgène ) sont ajoutés 35 g de CF2(Cl)CF(Cl)OCF2CF2SO2F tel que préparé précédemment, 125 ml de THF anhydre et 1.74 g de nitrure de lithium et 36 cylindres de broyage en zircone (@ 1 cm3).
Après 24 heures d'agitation dans un broyeur à rouleaux, 10 g de poudre d'alliage zinc-cuivre (10%
Cu) sont ajoutés et l'agitation est poursuivie pendant 24 heures supplémentaires. Le produit final est filtré et le solvant est évaporé sous pression réduite à 40 C. Le résidu est repris par une solution à 10% de chlorure de potassium dans l'eau. Le précipité est lavé, filtré et recristallisé dans un mélange eau-éthanol (50:50 v/v). Le sel de lithium Li[(CFZ CFOCF2CF2SO2)2N] est obtenu par échange par LiBF4 dans le triglyme.
Le perfluorovinyloxy-éthylsulfonate de lithium CF2=CFOCF2CF2SO3Li est préparé par une procédure similaire à partir fluorure du perfluorovinyloxy-éthanesulfonyle par traitement par le triméthylsilanoate de lithium dans le triglyme et filtré.
Exemple 5 Une membrane perfluorée réticulée est préparée en phase homogène par copolymérisation de 4 g du sel de lithium Li[(CF2=CFOCF2CF,S02)2N] de l'exemple 4, -avec 24 g de perfluorovinyloxy-éthanesulfonate de lithium dans 60 ml de triglyme. 1.5 g de nanoparticules de silice fumée (taille moyenne 70 A) sont ajoutées et dispersées sous agitation mécanique dans un mélangeur à boulets. L'amorceur radicalaire est le peroxyde de trichlooacétyle en proportion de 1% molaire par rapport aux monomères. La solution est épandue sur un support de polypropylène de manière à former un film de 100 microns d'épaisseur. L'étape de polymérisation/réticulation est obtenue par chauffage à 80 C sous atmosphère d'azote désoxygéné. Le film obtenu est décollé de son support et lavé à l'eau et à l'acide nitrique 2M à 60 C de manière à éliminer les solvants organiques et les résidus de polymérisation ainsi qu'effectuer le remplacement des cations Li' par H+.
La conductivité de la membrane à 95% d'humidité est d'environ 10' Scm'. La perméation du méthanol est inférieure d'un ordre de grandeur par rapport à une membrane de Nafion 117 d'épaisseur similaire.
Exemple 6 17.5 g de fluorure de perfluorovinyloxy-éthanesulfonyle CF2(C1)CF(C1)OCF2CF2SO2F traités par le chlore sous rayonnement UV sont versés dans un récipient en Nalgène et sont ajoutés 100 ml de THF anhydre et 1.2 g de carbure d'aluminium C3A14 ainsi que 36 cylindres de broyage en zircone (environ 1 cm3). Après 48 heures d'agitation dans un broyeur à rouleaux, sont ajoutés 10 g de poudre de zinc et l'agitation est poursuivie pour 48 heures supplémentaires. Le produit final est filtré et le solvant est évaporé sous pression réduite à 40 C. Le résidu est repris par une solution à
10% de chlorure de potassium dans l'eau. Le précipité est lavé, filtré et recristallisé dans un mélange eau-éthanol (50:50 v/v). Par échange avec LiBF4 le sel de lithium Li[(CF,=CFOCF,CF,SO,),CH] est obtenu. Ce monomère difonctionnel peut se *rB
polymériser d'une manière similaire à celui de l'exemple 4, et est avantageusement utilisé
lorsque des fonctions fortement acide mais peu hygroscopiques sont préférées.
Exemple 7 Le fluorure de perfluoro(4-méthyl-3,6-dioxaoct-7-ène)sulfonyle (Synquest Research Chemicals FI, USA) est traité par le nitrure de lithium dans les conditions de l'exemple 4 après protection de la double liaison par le brome. Le sel de lithium Li[(CF2=CFOCF,CF(CF3)OCF2CF2SO2)2N] est obtenu après réduction par le zinc et purification au stade du sel de potassium obtenu comme intermédiaire. Le perfluoro(4-méthyl-3,6-dioxaoct-7-ène)sulfonate de lithium est obtenu d'une manière similaire par réaction du silanoate de lithium sur le fluorure de sulfonyle dans le dibutyldiglyme ([C4H9OC2H4]2O). Une membrane réticulée est obtenue par polymérisation d'un mélange de 3 g du monomère divinylique et de 18 g du perfluorosulfonate monovinylique, 800 mg de silice fumée (7 nm) dans 50 ml de dibutyldiglyme. La solution est épandue sous forme de film et la polymérisation est effectuée à l'aide du photoamorceur Irgacure 651 . Sous balayage d'argon, la solution soumise au rayonnement UV dans les conditions de l'exemple 2. La membrane est lavée à l'éthanol puis à l'eau et les ions lithium sont échangés par HCl 5M dans l'eau.
Exemple 8 Le fluorure de perfluoro(4-méthyl-3,6-dioxaoct-7-ène)sulfonyle de l'exemple 7 est traité par le carbure d'aluminium dans les conditions de l'exemple 6.
Après traitement par le carbonate de potassium et élimination de l'hydroxyde d'aluminium formé, le sel de lithium Li[(CFZ=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF,SO2)2CH] est obtenu après purification du sel -de potassium et échange en présence de LiBF4 dans le THF. Des résultats similaires sont obtenus en utilisant à la place du carbure d'aluminium le réactif de Nysted (Zn3Br2(CH2)2, THF). Comme son analogue azoté, ce monomère est susceptible d'homopolymèriser ou de copolymériser avec le tétrafluoroéthylène ou les monomères monofonctionnels ioniques. Un copolymère réticulé avec le perfluoro(4-méthyl-3,6-dioxaoct-7-ène) sulfonate de lithium (10 : 90 molaire) est obtenu d'une manière similaire à
celle de l'exemple 7.
Exemple 9 A 3.73 g de trifluorométhylméthylsulfone CF3SO2CH3 dans 50 ml de TI-IF sont ajoutés à 0 C 600 mg d'hydrure de sodium puis 3.15 ml de chlorotriméthylsilane. Après précipitation du chlorure de sodium formé, le liquide surnageant est filtré et sont ajoutés ml d'un solution 2.5 M de butyllithium dans l'hexane. Le produit d'addition du chlore sur la double liaison vinylique CF2(Cl)CF(Cl)OCF2CF2SO2F est préparé comme pour 15 l'exemple 4. Dans un récipient en polyéthylène haute densité à parois épaisses (Nalgène ) sont ajoutés le dérivé dilithié de la sulfone dans le THF tel que préparé, 6.7 ml de tétraméthyléthylène diamine (TMDA) et 17.5 g de CF2(Cl)CF(C1)OCF2CF2SO2F
obtenu par addition de chlore sur la double liaison du perfluorovinyloxy-éthanesulfonyle d'une manière similaire à celle de l'exemple 4. 36 cylindres de broyage en zircone 20 (environ 1 cm') sont inclus pour favoriser la réaction hétérogène solide-liquide. Après 24 heures d'agitation dans un broyeur à rouleaux, 5 g de poudre d'alliage zinc-cuivre (10%
Cu) sont ajoutés et l'agitation est continuée pendant 24 heures supplémentaires. Le produit final est filtré et le solvant est évaporé sous pression réduite à 40 C. Le résidu est repris par une solution à 10% de chlorure de potassium dans l'eau. Le précipité est lavé, filtré et recristallisé dans un mélange eau-éthanol (50:50 v/v). Le sel de lithium Li[(CF2CFOCF2CF2SO2)2CSO2CF3 est obtenu par échange par LiBF4 dans le triglyme. Les monomères monofonctionnels bis(trifluométhanesulfonyl-(tri fluoperfluorovinyloxy-éthylsulfonyl)méthylure de lithium Li[CF2 CFOCF2CF2SO2C(S02CF3)2 et trifluométhanesulfonyl-(trifluoperfluorovinyloxy-éthylsulfonylimidure de lithium Li[CF2=CFOCF2CF2SO2N(SO2CF3) peuvent être obtenu d'une manière similaire par action de CF2(Cl)CF(CI)OCF,CF2SO2F préparé à
l'exemple 4 sur les dérivés dilithiés de la disufone Li2C(SO2CF3)2 et de la sulfonamide Li2NSO2CF3 respectivement.
Exemple 10 A partir de du fluorure de perfluoro(4-méthyl-3,6-dioxaoct-7-ène)sulfonyle de l'exemple 8 sont obtenus par action des réactifs de l'exemple 9:
Li[(CFZ CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2)2CS02CF3] difonctionnel;
Li[CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2C(SO2CF3)2] monofonctionnel;
Li[CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2N(CSO2CF3)] monofonctionnel.
Ces monomères permettent de préparer des copolymères réticulés incorporant au moins le monomère difonctionnel et un des monomères monofonctionnels choisi parmi ceux des exemples 7, 9 ou 10 ayant en commun des fonctions perfluorovinyléther de réactivité
identique.
Exemple 11 Le sel de l'exemple 7 Li[(CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2)2N] est traité par le chlorure de 1-méthyl-3-éthyl-imidazolium en solution dans l'eau. Un liquide visqueux se décante et est extrait au dichlorométhane pour donner [(CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2)2N]"
~N-\
Selon la même méthode, le sulfonate monofonctionnel :
1 1 CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO3 est préparé par échange dans l'eau, ainsi que sel de l'amorceur radicalaire azobis(2-imidazolidium-2-méthyl-propane) :
2 CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO3 H H
C+ N-N C
H H
Les sels sont mélangés dans les rapports molaires 8:91:1 monomère difonctionnel monomère monofonctionnel : amorceur radicalaire. Le mélange visqueux est épandu sur une feuille de polypropylène maintenue à 40 C de manière à former une couche de 35 m d'épaisseur et le tout est porté à 80 C pendant 2 heures sous balayage d'azote. La membrane obtenue est décollée de son support et la polymérisation est complétée par deux heures de traitement à 100 C. Les ions imidazolium sont échangés par les ions sodium par traitement par une solution de soude 1 M dans l'éthanol au reflux pendant 4 heures, amenant la dégradation du cation organique. Les ions sodium sont à
leur tour échangés par des protons par immersion dans un extracteur de type Soxhlet par solution aqueuse d'acide chlorhydrique à la composition azéotropique (20.3% en poids).
Le même monomère difonctionnel est copolymérisé avec le monomère monofonctionnel de l'exemple 10, Li[CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2N(CSO2CF3)] et l'amorceur radicalaire précédemment utilisé. La copolymérisation est effectuée en émulsion inverse dans la décaline sous agitation mécanique forte, les rapports des composants actifs étant maintenant 25:74:1. Le système est purgé par de l'argon et après deux heures à
90 C, les billes de polymère sont séparées par filtration, lavées et échangées comme précédemment.
Exemple 12 17.5 g d'acide 4-hydroxybenzène sulfonique commercial sont traités par 4 ml de soude 4M dans l'eau. Le sel est séché sur un évaporateur rotatif puis par déshydratation azéotropique. 19.5 g du sel obtenu Na2(O(DSO3) (0 = para -C6H4-) sont mis en suspension dans 100 ml de DMF avec 10.75 ml de 1,2-dibromo tétrafluoroéthane et le mélange est porté à 80 C dans un réacteur Parr purgé sous azote au préalable sous argon et la réaction est poursuivie pendant 4 heures. Le sel Na(BrCF2CF20'DS03) est séparé par filtration et le chlorure de sulfonyle est préparé par action du chlorure de thionyle dans l'acétonitrile catalysé par le DMF. L'imidure Na(BrCF2CF20'DS02)N est préparée à 0 C par addition de soude sur une suspension du chlorure d'acide dans un solution aqueuse de chlorure d'ammonium selon l'équation 2 BrCF2CF20'DS02C1 + NH4C1 + 4 NaOH = 3 NaCI + 2 H2O + Na(BrCF2CF2O'DS02)2N
Dans un récipient en polyéthylène haute densité à parois épaisses (Nalgène ) sont ajoutés 14 g (709.15023) g de l'imidure Na(BrCF2CF20'DS02)2N tel que préparé
-précédemment, 100 ml de DMF anhydre et 4 g de poudre d'alliage zinc et 25 cylindres de broyage en zircone (environ 1 cm3). Après 24 heures d'agitation dans un broyeur à
rouleaux, le solvant est évaporé sous pression réduite à 80 C. Le résidu est repris par une solution saturée de chlorure de potassium dans l'eau et le précipité de K(CF2CF2O(tS02)2N est purifié par cristallisation dans l'eau. Ce sel peut se polymériser par amorçage radicalaire ou thermique ou être inclus dans un copolymère avec le monomère Na(CF2CF2O(DSO3) obtenu par réduction par le zinc de Na(BrCF2CF2O(DSO3).
Exemple 13 Une pile à combustible expérimentale est fabriquée à partir d'une membrane préparée à l'exemple 3. Une dispersion nanométrique de platine sur support de carbone (Degussa, Allemagne) est appliquée de part et d'autre de la membrane par une technique de sérigraphie à partir d'une dispersion du carbone platiné dans une solution colloïdale (5% w/w) de Nafion 117 dans un mélange d'alcools légers (Aldrich). Le système est traité à 130 C en appliquant une pression de 20 Kgcm 2 pour assurer la cohésion des particules de Nafion . Un collecteur de papier de carbone (feutre de fibres de carbone non tissées) est interposé entre les électrodes et les collecteurs de courants en acier inoxydable rainuré pour assurer la distribution des gaz. La pile expérimentale est testée avec une alimentation d'hydrogène saturé en vapeur d'eau à 80 C et d'oxygène les deux gaz étant à pression ordinaire. La tension en circuit ouvert est de 1.2 V et la courbe courant tension mesurée sur ce montage indique 1 Acm'2 sont obtenus à la tension de 0.65 V.
Exemple 14 WO 99/38842 - 28 _ PCT/CA99/00083 Une pile à combustible expérimentale est fabriquée à partir d'une membrane préparée à l'exemple 5. L'électrode de carbone platiné est appliquée de part et d'autre de la membrane par sérigraphie d'une suspension (30% en poids) de ce matériau dans une solution dans le diglyme comprenant A) 15% en poids du monomère de l'exemple 4 Li[(CFz CFOCF2CF2SO2)2N]; B) 15% du monomère monofonctionnel de l'exemple 10 Li[CF2=CFOCF2CF(CF3)OCF2CF2SO2N(CSO2CF3)]; et C) 1% en poids de l'amorceur de l'exemple 11.
La polymérisation du monomère de l'électrodes est obtenue par chauffage sous atmosphère d'azote à 90 C pendant deux heures. L'assemblage électrodes /
membrane est rincée abondamment dans une solution aqueuse d'acide chlorhydrique 2M pour éliminer les solvants organiques, le monomère non réagi et les oligomères, ainsi qu'assurer l'échange des ions Li' du polymère de l'électrode par des protons.
La pile à
combustible expérimentale utilisant cet assemblage a une tension en circuit ouvert de 1.2 V et la courbe courant tension mesurée sur ce montage indique 1 Acm 2 sont obtenus à la tension de 0.72 V. Le remplacement du platine de l'électrode négative par un alliage platine-ruthénium 50:50 permet l'utilisation comme combustible de méthanol avec une densité de courant de 150 mAcm 2 à une tension de 0.6 V à 100 C. La perméation du méthanol dans ces conditions est inférieure à 5 gmoles.cm 2s'.
Exemple 15 L'assemblage électrodes/électrolyte d'une pile à combustible expérimentale est réalisé en une seule étape par co-extrusion des trois couches correspondante sous forme de monomères subissant une co-polymérisation/réticulation. La partie centrale est une dispersion de nanoparticules de silice (1.5 g) dans une solution de Li[(CFZ CFOCF2CFZSO2)2N] (4 g), de Li[(CFZ=CFOCF2CF2SO3] (24 g) dans 40 ml de triglyme et 1 g de l'amorceur radicalaire de l'exemple 11. Les électrodes sont constituées d'une dispersion de carbone platiné (10 g), de carbonate de calcium en grains micrométriques (10 g), de Li[(CFZ CFOCF2CF2SO2)2N], (2 g), de Li[(CF2 CFOCF2CF2SO3] (12 g) dans 40 ml de triglyme et 0.8 g de l'amorceur radicalaire de l'exemple 11. Les épaisseurs d'extrusions sont ajustées à 60 m pour l'électrolyte et 30 gm pour chacune des électrodes. La polymérisation est immédiatement effectuée après extrusion par chauffage à 80 C pendant 4 heures sous azote. L'assemblage est traité dans un appareil de type Soxhlet par de l'acide chlorhydrique à la composition azéotropique pour échanger les ions métalliques. La dissolution de carbonate de calcium crée une porosité favorables aux échanges gazeux de l'électrodes. L'assemblage co-extrudé ainsi constitué peut-être découpé au dimensions voulues pour constituer des éléments de pile à
combustibles modulaire par ajout des collecteurs de courant et des amenées de gaz.
Exemple 16 L'électrolyse du chlorure de sodium est effectuée dans une cellule à deux compartiments séparés par une membrane telle que préparée à l'exemple 7, l'anode étant du type DSA (Dimensionnally Stable Electrode) et constituée de titane recouvert d'une couche d'oxyde de ruthénium RuO2 en contact avec la membrane, la cathode étant en nickel. La chute ohmique pour 2 Acm 2 est de 0.4V et la perméation des ions OH-à
travers la membrane est inférieure à 9 gmoles.cm"2s'.
Exemple 17 La membrane de l'exemple 4 est utilisé pour le préparation d'ozone par électrolyse de l'eau sur une anode de dioxyde de plomb, la cathode est une grille de platine, les deux électrodes étant plaquées sur la membrane dont le côté
cathodique est immergé dans l'eau. Le rendement faradique en ozone et de 24% sous 5V.
Exemple 18 Les résines échangeuses d'ions poreuses préparées aux exemples 3 et 11 sont utilisées comme catalyseurs de réactions chimiques. Sous forme protonique active après déshydratation sous vide, la résine catalyse les réactions de Friedel et Craft, les estérifications, les acétalisations etc. A un mélange équimoléculaire d'anisole et d'anhydride acétique sont ajoutés 3% en poids de la résine de l'exemple 3 sous forme acide. La réaction de formation de la 4-méthoxyacétophénone est complète en 45 minutes à température ordinaire.
L'échange des protons pour les ions de transition et les métaux des terres rares, en particulier La+3 et Y+' donne un catalyseur pour les réactions de Friedel et Craft et de cross-aldolisation. A un mélange équimoléculaire de cyclopentadiène et de vinyl-méthyl cétone (10 mmoles dans 30 cc de dichlorométhane sont ajoutés 5% en poids de la résine de l'exemple 11 sous forme Y3+ et séchée sous vide à 60 C. La réaction de formation du composé de condensation de Diels-Alder est complète à 25 C en 30 minutes, le rapport endo/exo étant proche de 90:10.
Dans les deux cas, le catalyseur est éliminé par simple filtration et réutilisable.
Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en oeuvre spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent se greffer aux dites mises en oeuvre, et la présente demande vise à couvrir de telles modifications, usages ou adaptations de la présente invention suivant, en général, les principes de l'invention et incluant toute variation de la présente description qui deviendra connue ou conventionnelle dans le champ d'activité dans lequel se retrouve la présente invention, et qui peut s'appliquer aux éléments essentiels mentionnés ci-haut, en accord avec la portée des revendications suivantes. - 5 -Y includes N or CQ wherein Q includes H, CN, F, SO 2 R 3, C, alkyl substituted or unsubstituted; Substituted or unsubstituted aryl; C, _20 alkylene substituted or not substituted, in which the substituent comprises one or more halogens, and in which the chain comprises one or more substituents F, SOIR, aza, oxa, thia or dioxathia; and R3 comprises F, C, substituted or unsubstituted alkyl; C, _20 aryl substituted or not substituted; Substituted or unsubstituted alkylene, in which the Substitute includes one or more halogens.
In a preferred embodiment, M + comprises the proton, the cation a metal such as an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth or a metal of transition; an organometallic cation such as a metallocenium, an arena, metallocenium an alkylsilyl, an alkylgermanyl or an alkyltin; or an organic cation optionally substituted with one or more organic radicals. of the examples of Preferred organic cations include a group R "O + (onium), NR" +
(ammonium nium), R "C (NHR") 2+ (amidinium), C (NHR ") 3+ (guanidinium), CSR" N "(pyridinium), C3R "N2" (imidazolium), C2R "N3 + (triazolium), C3R" N2 + (imidazolinium), SR "
(sulf-onium), PR "'(phosphonium), IR" + (iodonium), (C6R ") 3C + (carbonium), in which R "
comprises:
proton, alkyl, alkenyl, oxaalkyl and oxaalkenyl radicals, azaalkyl, azaalkenyl, thiaalkyl, thiaalkenyl, dialkylazo, silalkyl optionally hydrolytically sand, silaalkenyl optionally hydrolysable, said radicals being to be linear, branched or cyclic and comprising from 1 to 18 carbon atoms;
WO 99/38842 _ 6 _ PCT / CA99 / 00083 aliphatic cyclic or heterocyclic radicals of 4 to 26 atoms carbon optionally comprising at least one side chain comprising one or many heteroatoms such as nitrogen, oxygen or sulfur;
aryls, arylalkyls, alkylaryls and alkenylaryls of 5 to 26 carbon atoms carbon optionally comprising one or more heteroatoms in the nucleus aromatic or in a substituent.
groups comprising a plurality of aromatic or heterocyclic rings, condensed or not, optionally containing one or more nitrogen atoms, oxygen, of sulfur or phosphorus;
and when an organic cation has at least two radicals R "different from H, these radicals may together form an aromatic ring or not, encompassing optionally the center carrying the cationic charge.
The invention further comprises an ion exchange and conductive polymer ion solid obtained from a monomer or a mixture of monomers bifunctional as defined previously. The monomer or monomer mixture may in outraged be copolymerized with at least one monofunctional monomer, preferably formula [T-SO3] -M + or [T-SO2-Y-SO, -W] -M + in which T, Y and M + are such than defined above, and W is a monovalent organic radical alkyl, alkenyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl of 1 to 12 carbon atoms optionally carrying a or several substituents oxa, aza or thia.
The invention further relates to a process for preparing a polymer from monomers or monomer mixtures, in which the monomers or mixtures of monomers are polymerized in solution in a solvent, the formed polymer remaining homogeneously plasticized by the solvent. Monomers or mixtures of monomers are preferably polymerized as emulsions in solvents not miscible.
In the context of the process of the present invention, a radical initiator of polymerization can be added to the solution of the monomers. This initiator can be activated thermally or with actinic radiation. This initiator can also be a peroxide or an azo compound. Also, in the process of the present invention, an agent reinforcement can be added to the solution prior to polymerization and less a monomer monofunctional can be added.
The process of the present invention is particularly advantageous by report to methods of the prior art, since it makes it possible to obtain a polymer which remains plasticized homogeneously in the solvent. This phenomenon is rare and quite unexpected, and can be explained by the strong interactions between the charges and the solvent.
In addition, the invention further relates to an electrochemical cell comprising a membrane made with a polymer obtained from the process of this invention as solid electrolyte. Said cell may be one selected from a Fuel cell, a water electrolyser, a chlor-alkali battery, an electrochemical cell with recovery of salts or acid, or a battery producing ozone. Optionally, said cell electrochemical may comprise at least one electrode in contact with the said membrane.
Also, the invention relates to a polymer according to the present invention in a process chlorine-soda electrolysis, as a separator in a preparation electrochemical -7a-organic and inorganic compounds, as separator between an aqueous phase and an organic phase or as a catalyst for Diels-Alder additions, Friedel- reactions Craft, aldol condensation, cationic polymerization, esterifications and training acetals.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention relates to the use of perfluoro-di (vinyl ethers) wearing highly dissociated imide or sulphone functions, such as di (sulfonylmethane) or tri (sulfonylmethane), as a base for the production of exchange resin crosslinked ion obtained directly in a final form, for example a film or a fiber dig (here below commonly called "membrane"), and having a high density of ionic functions, resulting in increased conductivity. Polymerization can be driven in a concentrated solution of the monomer in salt form. Polymers obtained have the disadvantages of the perfluorinated ionomers of the prior art, since they have a good dimensional stability in the presence of solvents, including water and polar solvents, while maintaining excellent conductivity thanks to the high concentration of ionic groups. In addition, crosslinking forms an excellent barrier in front of the diffusion of molecular species, in particular oxygen or methanol, same as other organic fuels. The presence of TFE is not not necessary or can be minimized, thereby reducing the risks in the process of manufacturing. Polymers can be converted into extremely thin membranes thin, that is, with a thickness of about 50 m or less, while having a good mechanical strength, whereas conventional membranes of the same thickness have no mechanical strength. The process of the present invention thus represents a efficient use of monomers in terms of costs.
Electrochemical applications of membranes obtained from The crosslinked polymers of the present invention utilize electrodes and / or catalysts in intimate contact with the membrane serving as electrolyte.
During the use of these membranes, the electrode materials can be easily dropped on one or both sides of the membrane when it is made, and this possibly during the polymerization stage. Said materials Electrode can also be applied on an already formed membrane. This coating can be done by the application of a solution of at least one monomer according to this invention in a suitable solvent, followed by the polymerization, or by the application a solution or a suspension of a polymer possibly bearing functions Ionic. In all cases, the polymers present at the electrodes present advantageously the binder function of the active materials, conductors or catalysts.
In a preferred embodiment, the imide function, ie, when Y =
NOT, as well as polysulfonyl carbanions, and to a lesser extent anions perfluorosulfonate having a strong electronic affinity and being very dissociated, allow an increase in the catalytic activity of the cations, specific for several reactions.
_ 9 _ The polymers of the invention are therefore useful as a carrier for catalysts. Under form of a cross-linked material, the membrane or the material which composes it by example in the form of powder or granules, and containing the active cations in catalysis, are easily mechanically separated from the reaction medium once the reaction performed.
Examples of catalytic reactions include Diels-Alder, the Friedel-Craft reactions, aldol condensation, polymerizations cationic esterifications, formation of acetals etc.
Examples of preferred monomers include:
F2C = CF-CF2 iF-CF2-CF2 X In > F
X In CZ2 = CZ-;
CZ2 = CZ-E
denoted as:
CZ2 = CZ-E
O CZ2 = CZ-E
E-CZ = CZ2 wherein -X represents F, Cl, or CF3;
- n varies between 0 and 10 inclusively;
- E is absent, O, S, S02; and - Z is F or H.
The monomers of the invention can be obtained by different methods.
For example, the imide monomers are obtained as follows:
2 TSO2-L + [A2N] - Mi 2 LA + (TS02) 2N "M +
or TSO2-L + [T'AN] - M + LA + [(TSO2) N (SO2T ')] - M +
in which L is a leaving group, for example a halogen, a thiocyanate, or a an electrophilic group containing at least one heteroatom, such as N-imidazolyl, N-triazolyl, or R-S020- wherein R is C1-20 alkyl or C20 alkylene substituted or not substituted, wherein the substituent is one or more halogens; and in which the chain comprises one or more substituents selected from aza, oxa, thia, or dioxathia;
and A is the element or element moiety corresponding to the M + cation, and comprises hydrogen, a trialkylsilyl group, a trialkyltin group or tertioalkyl, wherein the alkyl group comprises from 1 to 6 carbon atoms.
In the same way, monomers composed of carbons, ie, when Y =
CQ, are obtained from similar reactions:
2 TSO, -L + [A2CQ] - M + = 2 LA + [(TSO2) 2CQ] - M +
in which L, T, Q, A and M are as defined above.
The tertioalkyl radical in the definition of A above is advantageous since it constitutes the precursor of an alkene eliminating from the middle reaction and a proton. For example, if it is a tertiobutyl, the following reaction is observed:
(CH3) 3C-Y => HY + (CH3) 2 = CH2 The trialkylsilyl group is advantageous when the leaving group L is fluorine, given the high enthalpy of formation of the Si-F bond.
When A is a proton or precursor of the proton, such as a radical tertiary alkyl, it is advantageous to carry out the reaction in the presence of a base cluttered, for example a tertiary base. Examples of such bases are the triethylamine the di-isopropylamine, quinuclidine, 1,4-diazobicyclo [2,2,2] octane (DABCO), pyridine alkylpyridines, dialkylaminopyridines, N-alkylimidazoles, imidazo [
1,1 a] pyridine, amidines such as 1,5-diazabicyclo [4,3,0] non-5-ene (DBN) or 1.8-diazabicyclo [5.4, O] undec-7-ene (DBU), guanidines such as tetramethylguanidine 1,3,4,7,8-hexahydro-1-methyl-2H-pyrimido [1,2-a] pyrimidine (HPP).
In several cases, the potassium salt of the monomers of the invention are insoluble or very slightly soluble in water, and may be precipitated from more salts soluble, that is to say, the salts H +, Li 'or Na +, and subsequently purified by recrystallization.
The recrystallization can be carried out in water, alone or mixed with a solvent miscible, such as acetonitrile, dioxane, acetone or THF.
Alkylammonium salts, particularly tetraalkylammonium salts or imidazolium, are usually insoluble in water and can therefore be extracts to using various solvents, preferably halogenated, such as dichloromethane, the dichloroethane, trichloroethane, 1,1,1,2-tetrafluoroethane, etc.
It is understood that any function of the monomer that may interfere with the reaction leading to the formation of the bond S02-Y-SO2 is previously protected according to protection techniques well known to those skilled in the art. For example, the perfluorovinyl ether groups may be halogenated, in particular chlorinated or brominated to give a non-reactive perhaloether. Perfluorovinyl ether is optionally regenerated according to various methods well known to the person of career, for example, either by an electrochemical reaction or with a reduction like zinc powder, a zinc-copper bronze alloy, or the tetrakis (dimethylamino) ethylene.
The following bifunctional monomers illustrate preferred monomers of the invention.
M +
CF2 = CF -0 F2-F-CF2-CF2-SO2-N-SO2-CF2-CF2 I F-CF O-CF = CF2 X n X m M +
CF2 = CF-0 F2_ F-CF2-CF2-SO2 i-SO2-CF2-CF2 I F-CF O-CF = CF2 X n HX m M +
CF2 = CF-0 F2-F-CF2-CF2-SO2 i-SO2-CF2_CF2 I F-CF O-CF = CF2 X n SO2CF3 X m -FXF FF
M +
O F2-i F-CF2-CF2-SO2-N-S02-CF2 -CF2 - 1 FC FOF
X nx M
FXF FF
M +
X n QX m [CZ2 = CZS02-N-SO2CZ = CZ2] -M +
~~ M +
CF 2 = CF <)} - SO, - -SO2 - {()} - CF = CF2 M +
CF2 = CF - {()> _S02_E_s02 --- (() CF = CF2 j ~ M +
CF2 = CF-O- {()} -SO2-N-SO2 c -O-CF = CF2 CF2 = CF-O - ((- SO2-C-SO2 - ((} -O-CF = CF2 Q
in which M +, Z, Q, X and Y are as defined above, and n and m are identical or different and vary between 0 and 10 inclusive.
In practice, the ion exchange membranes are obtained by homo- or copolymerization of the bifunctional monomers of the present invention. For the copolymers, the comonomers are advantageously chosen from monofunctional monomers of general formula:
[T'-SO3] M +
or [T'-SO2-Y-SO2-W] -M +
-in which T ', Y, M + are as defined above, and W has the same definition Q.
Examples of preferred monofunctional monomers of the invention for copolymerization include:
CF2 = CF-O F2 IF OCF2-CF2-SO3 M +
X n M_ +
CF2 = CF-O F2_CF-OCF2-CF2-SO2-N-SO2-R ' X n M +
CF2 = CF-O F2-CF-O CF2-CF2-SO2-I-SO2-R ' XX
FxF
O F2 - i F-0 CF2-CF2-SO3M +
X in FxF
M +
CF2-CF-0 F2-CF2-SO2-N-SO2-R, X n pFxF
~ -I M +
F CF2-CF F2-CF2-SO2 SO2-R ' CF2 = CFSO3- M +
CF2 = CFSO3- M +
[CF2 = CFS 02-NS O2R '] -M +
CF2 = CF- {()} -SO3 M +
~ /
M_ +
CF2 = CF - (() y-SO2 N-SO2R
M_ +
CF2 = CF - (()} -SO2C-SO2R ' ~~ JI
CF2 = CF-O - (() --- SO2-M +
\ ~
M +
> ~ SO2-- -SO2R ' CF2 = CF-O - (M +
CF2 = CF-O- () r - SO2 - SO2R ' ~~ JQ
CF2 = CF-O F2-fF-O CF2- (CF2) - CO2 M + ' X ln FXF
FO CF2-CF-OF ~ (CF2) p-CO2-M
X n CF 2 = CF-_? _ coi m +
~ J
CF2 = CF-O- {(]} - CO2 M +
in which M, O, X and n are as defined above; R 'is a organic radical monovalent comprising from 1 to 12 carbon atoms, preferably perfluorinated, optionally having one or more substituents oxa, aza, thia or dioxathia; and p is 1 or 2.
Advantageously, the polymerization and copolymerization reactions are make in a solvent of the monomers. These are generally soluble in the most conventional polar solvents, ie, water, lower aliphatic alcohols, acetone, methyl ethyl ketone, cyclic ketones, ethyl and propyl carbonates, y-butyrolactone, glymes, alkylpyralidones, tetraalkylamines, dichloromethane, N-alkylimidazole, fluoroalkanes, fluorinated hydrocarbons and mixtures thereof. In addition, the choice of M allows to optimize the solubility of the monomers, thanks to the cation-solvent interactions. It is heard only after the polymerization has been completed, the exchanges of M take place according to techniques Conventional used in the field of ion exchange resins. of the additives organic or inorganic solids, in the form of powder or fiber, may to be added to the manufacturing step to improve the mechanical properties of the polymers, act like pig formation agent, or as a catalyst support (eg, platinum filed on carbon particles).
The following examples are provided to illustrate embodiments of the invention and should in no way be interpreted as by limiting the scope.
Examples Example 1 Under a nitrogen atmosphere, 25 g of p-iodobenzene sulphonyl chloride are treated with 1.44 g of lithium nitride in 125 ml of anhydrous DMF. After 24 hours of reaction with constant mechanical stirring, the reaction mixture is filtered and the solvent is evaporated under reduced pressure at 80 ° C. The solid residue containing the sodium salt lithium of 4-iodophenylsulfonimide is dissolved in 100 ml of water, filtered and acidified by acid sulfuric acid until a pH of 1 is reached. 4-Iodophenylsulfonimide is extracted by four aliquots of 100 ml of ether, the organic phases are subsequently combined and the ether is evaporated. 4-iodophenylsulfonimide is purified by crystallization in water and zinc salt is prepared by action of zinc carbonate in quantity stoichiometric. The salt is dried under vacuum at 80 ° C.
The organozinc CF 2 = CFZnBr is prepared under argon in DMF according to procedure published in J. Organic Chemistry, 53, 2714, (1988) from CF2 = CFBr (10 g) in a thermostated reactor. 18 g of the zinc salt as prepared previously in the DMF are added to the organometallic solution mixed with 160 mg of benzylideneacetone palladium (0) and 190 mg of triphenylphosphine acting as co-catalyst, keeping the temperature below 65 C. The reaction is continued for 4 hours at this temperature and the solvent is evaporated under pressure reduced to C. The solid residue is taken up in water, filtered and treated with 10 g of carbonate of potassium in 100 ml of water. The white suspension containing the carbonate of zinc is evaporated under reduced pressure at 60 C. The potassium salt is extracted by mixed acetonitrile-dimethoxyethane (50:50 v / v), and the solvent is evaporated. Salt from potassium:
CF2 \ K + 0 CF -NI O
is purified by recrystallization from water and converted into lithium salt by double exchange with lithium tetrafluoroborate in acetonitrile in which KBF4 is insoluble.
Example 2 A solution of 1 g of the lithium salt of Example 1, 10 g of 4-lithium trifluorovinylbenzene sulfonate, 250 mg of Irgacure 651 in 35 ml a mixture of propylene carbonate and diglyme (bis [methoxyethylether]) (50:50 v / v) are spread using a template in the form of 180 micron film thick on a polypropylene support. Under argon sweep, the solution submitted to influence UV produced by a Hanovia type lamp having its maximum emission at 254 nanometers so that the illumination corresponds to 80 mWcm 2.
solution then polymerizes in the form of an elastic gel. The polymerization is continued for 5 minutes then the film is peeled off its support and washed with water then with acid nitrate 2M at 60 C to remove organic solvents and residues from polymerization. The conductivity of the membrane measured between 60 and 100%
humidity is greater than 102 Scm- '. The dimensions of the membrane are stable in a great relative humidity range because of the high concentration of nodes of crosslinking.
Example 3 * rB
-30 g of 4-iodobenzenesulfonyl chloride, 15 g of trifluoromethane-sulfonamide and 23 g of 1,4-diazabicyclo [2,2,2] octane are dissolved in 200 ml of anhydrous acetonitrile and kept under magnetic stirring for 48 hours.
hours at 25 C.
The suspension is filtered and the acetonitrile is evaporated. The solid residue is taken over by the minimum of water to which 100 ml of saturated KCl solution is added. The precipitated salt of potassium is filtered off and purified by recrystallization from the boiling water.
In a manner similar to that of Example 2, the para-iodine is replaced by CF 2 CF group by coupling of the organozinc CF 2 = CFZnBr in the presence of catalyst based on palladium. Potassium salt CF2 \ 0 K + - 0 He He O
is purified by recrystallization from water and converted into lithium salt.
A solution of 8.8 g of this salt and 1 g of the monomer of Example 1 in the form of lithium salt are dissolved in 40 ml of y-butyrolactone, spread as a film of 150 microns thickness on a polypropylene support and polymerized under the conditions of Example 2. The film is peeled off its support and washed with water and with acid nitric 2M to 60 C so as to eliminate the y-butyrolactone and carry out the exchange Li '=>>
H +. On the one similar way, the mixture of salts in identical proportions in the y-butyrolactone suspension in decane are polymerized with tridecylmethyl persulfate ammonium acting as surfactant and generator of free radicals at 60 C.
A latex particle size close to 20 gm is thus obtained, separated by filtration and treated as before to perform the exchange Li '= H +.
-Example 4 50 g of perfluorovinyloxy-ethanesulfonyl fluoride CFZ CFOCF2CF2SO2F
in 300 ml carbon tetrachloride are treated with an excess of chlorine in one quartz container under UV illumination. The adduct on the double bond CF 2 (Cl) CF (Cl) OCF 2 CF 2 SO 2 F is purified by distillation. In a container thick-walled high-density polyethylene (Nalgene) are added 35 g of CF 2 (Cl) CF (Cl) OCF 2 CF 2 SO 2 F as previously prepared, 125 ml of anhydrous THF
and 1.74 g of lithium nitride and 36 zirconia milling rolls (@ 1 cm3).
After 24 hours of stirring in a roller mill, 10 g of zinc-zinc alloy copper (10%
Cu) are added and stirring is continued for 24 hours additional. The final product is filtered and the solvent is evaporated under reduced pressure at 40.degree.
C. The residue is taken up with a 10% solution of potassium chloride in water. The precipitate is washed, filtered and recrystallized from a water-ethanol mixture (50:50 v / v). Salt from lithium Li [(CF 2 CFOCF 2 CF 2 SO 2) 2 N] is obtained by LiBF 4 exchange in the triglyme.
The perfluorovinyloxy-ethylsulfonate of CF2 = CFOCF2CF2SO3Li lithium is prepared by a similar procedure from perfluorovinyloxy fluoride ethanesulfonyl by treatment with lithium trimethylsilanoate in the triglyme and filtered.
Example 5 A perfluorinated crosslinked membrane is prepared in homogeneous phase by copolymerization of 4 g of lithium salt Li [(CF2 = CFOCF2CF, SO2) 2N] from example 4, -with 24 g of lithium perfluorovinyloxy ethanesulphonate in 60 ml of triglyme. 1.5 g fumed silica nanoparticles (average size 70 A) are added and scattered under mechanical stirring in a ball mill. The radical initiator is the peroxide of trichloroacetyl in a proportion of 1 mol% relative to the monomers. The solution is spread on a polypropylene support so as to form a film of 100 microns thick. The polymerization / crosslinking step is obtained by heating at 80 C under deoxygenated nitrogen atmosphere. The film obtained is taken off its support and washed in water and 2M nitric acid at 60 ° C to remove organic solvents and residues as well as to carry out the replacement of the Li 'cations with H +.
The The conductivity of the membrane at 95% humidity is about 10 'Scm'. The permeation methanol is an order of magnitude smaller than a membrane from Nafion 117 of similar thickness.
Example 6 17.5 g of perfluorovinyloxy ethanesulfonyl fluoride CF2 (C1) CF (C1) OCF2CF2SO2F treated with chlorine under UV radiation are paid in a container of Nalgene and are added 100 ml of anhydrous THF and 1.2 g of carbide of C3A14 aluminum and 36 zirconia grinding cylinders (approx.
cm3). After 48 hours of stirring in a roller mill are added 10 g of powder zinc and stirring is continued for another 48 hours. The final product is filtered and the The solvent is evaporated under reduced pressure at 40 ° C. The residue is taken up by a solution to 10% potassium chloride in the water. The precipitate is washed, filtered and recrystallized in a water-ethanol mixture (50:50 v / v). By exchange with LiBF4 the salt of Li lithium [(CF, = CFOCF, CF, SO,), CH] is obtained. This difunctional monomer can himself * rB
polymerize in a manner similar to that of Example 4, and is advantageously used when strongly acidic but little hygroscopic functions are preferred.
Example 7 Perfluoro (4-methyl-3,6-dioxaoct-7-ene) sulfonyl fluoride (Synquest Research Chemicals FI, USA) is treated with lithium nitride in conditions of Example 4 after protection of the double bond by bromine. Salt from lithium Li [(CF2 = CFOCF, CF (CF3) OCF2CF2SO2) 2N] is obtained after reduction with zinc and purification at the stage of the potassium salt obtained as intermediate. The perfluoro (4-lithium methyl-3,6-dioxaoct-7-ene) sulfonate is obtained in a manner similar by reaction of lithium silanoate with sulfonyl fluoride in the dibutyldiglyme ([C4H9OC2H4] 2O). A crosslinked membrane is obtained by polymerization of a mixed 3 g of the divinyl monomer and 18 g of the monovinyl perfluorosulphonate, 800 mg of fumed silica (7 nm) in 50 ml of dibutyldiglyme. The solution is spread form of film and the polymerization is carried out using the photoinitiator Irgacure 651. Under argon sweep, the solution subjected to UV radiation under the conditions of Example 2. The membrane is washed with ethanol and then with water and the ions lithium are exchanged with 5M HCl in water.
Example 8 Perfluoro (4-methyl-3,6-dioxaoct-7-ene) sulfonyl fluoride of Example 7 is treated with aluminum carbide under the conditions of Example 6.
After treatment by the potassium carbonate and removal of the formed aluminum hydroxide, the salt of Lithium Li [(CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) OCF 2 CF, SO 2) 2 CH] is obtained after purification of salt -of potassium and exchange in the presence of LiBF4 in THF. Results similar are obtained by using instead of aluminum carbide Nysted's reagent (Zn3Br2 (CH2) 2, THF). Like its nitrogen analogue, this monomer is likely to homopolymerize or to copolymerize with tetrafluoroethylene or monofunctional monomers Ionic. A copolymer crosslinked with perfluoro (4-methyl-3,6-dioxaoct-7-ene) lithium sulfonate (10: 90 molar) is obtained in a manner similar to that of Example 7.
Example 9 To 3.73 g of trifluoromethylmethylsulfone CF3SO2CH3 in 50 ml of TI-IF are added at 0 ° C. 600 mg of sodium hydride and then 3.15 ml of chlorotrimethylsilane. After precipitation of the sodium chloride formed, the supernatant liquid is filtered and are added ml of a 2.5 M solution of butyllithium in hexane. The addition product of chlorine on the CF2 (Cl) CF (Cl) double vinyl bond OCF2CF2SO2F is prepared as for Example 4 In a high density polyethylene container with walls thick (Nalgene) are added the dilithiated derivative of the sulfone in THF as prepared, 6.7 ml of tetramethylethylenediamine (TMDA) and 17.5 g of CF2 (Cl) CF (C1) OCF2CF2SO2F
obtained by the addition of chlorine to the double bond of perfluorovinyloxy-ethanesulfonyl in a manner similar to that of Example 4. 36 grinding cylinders in zirconia (About 1 cm ') are included to promote the solid-heterogeneous reaction.
liquid. After 24 hours of stirring in a roller mill, 5 g of zinc-zinc alloy copper (10%
Cu) are added and stirring is continued for 24 hours additional. The final product is filtered and the solvent is evaporated under reduced pressure at 40.degree.
C. The residue is taken up with a 10% solution of potassium chloride in water. The precipitate is washed, filtered and recrystallized from a water-ethanol mixture (50:50 v / v). Salt from Li [(CF2CFOCF2CF2SO2) 2CSO2CF3 lithium is obtained by LiBF4 exchange in the triglyme. Monofunctional monomers bis (trifluomethanesulfonyl) (tri fluoperfluorovinyloxy-ethylsulfonyl) lithium methylide Li [CF2 CFOCF2CF2SO2C (SO2CF3) 2 and trifluomethanesulfonyl-(trifluoperfluorovinyloxy-Lithium ethylsulfonylimide Li [CF2 = CFOCF2CF2SO2N (SO2CF3) can be got in a similar manner by the action of CF 2 (Cl) CF (Cl) OCF, CF 2 SO 2 F prepared at example 4 on dilithiated derivatives of Li2C (SO2CF3) 2 disulfone and sulfonamide Li2NSO2CF3 respectively.
Example 10 From perfluoro (4-methyl-3,6-dioxaoct-7-ene) sulfonyl fluoride Example 8 are obtained by reacting the reagents of Example 9:
Li [(CFOC CFOCF 2 CF (CF 3) OCF 2 CF 2 SO 2) 2CSO 2 CF 3] difunctional;
Li [CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO2C (SO2CF3) 2] monofunctional;
Li [CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO2N (CSO2CF3)] monofunctional.
These monomers make it possible to prepare crosslinked copolymers incorporating minus the difunctional monomer and one of the monofunctional monomers selected from those of the Examples 7, 9 or 10 having in common perfluorovinyl ether functions of reactivity identical.
Example 11 The salt of Example 7 Li [(CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3) OCF 2 CF 2 SO 2) 2 N] is treated with chloride 1-methyl-3-ethyl-imidazolium dissolved in water. A viscous liquid is decanted and is extracted with dichloromethane to give [(CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO2) 2N] "
~ N \
According to the same method, the monofunctional sulfonate:
1 1 CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO3 is prepared by exchange in water, as well as the radical initiator salt azobis (2-imidazolidium-2-methyl-propane):
2 CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO3 HH
C + NN C
HH
The salts are mixed in molar ratios 8: 91: 1 monomer bifunctional monofunctional monomer: radical initiator. The viscous mixture is spread on a polypropylene sheet maintained at 40 C so as to form a layer of 35 m thick and the whole is brought to 80 C for 2 hours under scanning nitrogen. The obtained membrane is peeled off its support and the polymerization is completed by two hours of treatment at 100 C. The imidazolium ions are exchanged by the ions sodium by treatment with 1 M sodium hydroxide solution in refluxing ethanol during 4 hours, causing degradation of the organic cation. The sodium ions are at their turn exchanged by protons by immersion in a Soxhlet extractor by solution aqueous hydrochloric acid to the azeotropic composition (20.3% by weight).
The same difunctional monomer is copolymerized with the monofunctional monomer of Example 10, Li [CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO2N (CSO2CF3)] and the initiator radical previously used. The copolymerization is carried out in inverse emulsion in the decalin with strong mechanical stirring, the ratios of the components assets being now 25: 74: 1. The system is purged with argon and after two hours at 90 C, the polymer beads are separated by filtration, washed and exchanged as previously.
Example 12 17.5 g of commercial 4-hydroxybenzene sulfonic acid are treated with 4 ml 4M soda in water. The salt is dried on a rotary evaporator and then Azeotropic dehydration. 19.5 g of the salt obtained Na2 (O (DSO3) (0 = para -C6H4-) are suspended in 100 ml of DMF with 10.75 ml of 1,2-dibromo tetrafluoroethane and the mixture is heated to 80 ° C. in a Parr reactor purged with nitrogen at previous under argon and the reaction is continued for 4 hours. Salt Na (BrCF2CF20'DSO3) is filtered off and the sulfonyl chloride is prepared by the action of chloride of thionyl in acetonitrile catalyzed by DMF. The imide Na (BrCF2CF20'DSO2) N is prepared at 0 ° C. by addition of sodium hydroxide to a suspension of the acid chloride in one aqueous solution of ammonium chloride according to the equation 2 BrCF2CF20'DSO2C1 + NH4Cl + 4 NaOH = 3 NaCl + 2H2O + Na (BrCF2CF2O'DSO2) 2N
In a thick-walled high-density polyethylene container (Nalgene) 14 g (709.15023) of Na-imide (BrCF2CF20'DSO2) 2N are added, such that prepare -previously, 100 ml of anhydrous DMF and 4 g of zinc alloy powder and 25 cylinders of grinding zirconia (about 1 cm3). After 24 hours of agitation in a grinder rollers, the solvent is evaporated under reduced pressure at 80 C. The residue is taken over by saturated solution of potassium chloride in the water and the precipitate of K (CF2CF2O (tSO2) 2N is purified by crystallization in water This salt can be polymerize by radical or thermal initiation or be included in a copolymer with the monomer Na (CF2CF2O (DSO3) obtained by zinc reduction of Na (BrCF2CF2O (DSO3).
Example 13 An experimental fuel cell is made from a membrane prepared in Example 3. A nanometric dispersion of platinum on a support of carbon (Degussa, Germany) is applied on both sides of the membrane by a technical screen printing from a dispersion of platinum carbon in a solution colloidal (5% w / w) Nafion 117 in a mixture of light alcohols (Aldrich). The system is treated at 130 C by applying a pressure of 20 Kgcm 2 to ensure the cohesion Nafion particles. A collector of carbon paper (fiber felt from carbon non-woven material) is interposed between the electrodes and the current collectors in steel grooved stainless to ensure the distribution of gases. The experimental pile is tested with a supply of hydrogen saturated with water vapor at 80 C and oxygen both gas being at ordinary pressure. The open circuit voltage is 1.2 V and the curve measured voltage current on this mount indicates 1 Acm'2 are obtained at the voltage of 0.65 V.
Example 14 WO 99/38842 - 28 _ PCT / CA99 / 00083 An experimental fuel cell is made from a membrane prepared in Example 5. The platinum carbon electrode is applied from and other of the screen-printed membrane of a suspension (30% by weight) of this material in solution in the diglyme comprising A) 15% by weight of the monomer of Example 4 Li [(CF 2 CFOCF 2 CF 2 SO 2) 2 N]; B) 15% of the monofunctional monomer of Example 10 Li [CF2 = CFOCF2CF (CF3) OCF2CF2SO2N (CSO2CF3)]; and C) 1% by weight of the initiator of example 11.
The polymerization of the monomer of the electrode is obtained by heating under nitrogen atmosphere at 90 C for two hours. The electrode assembly /
membrane is rinsed abundantly in a 2M aqueous hydrochloric acid solution for remove organic solvents, unreacted monomer and oligomers, so that to ensure the exchange of ions Li 'of the polymer of the electrode by protons.
The battery experimental fuel using this assembly has a circuit voltage open of 1.2 V and the voltage current curve measured on this circuit shows 1 Acm 2 are obtained at the voltage of 0.72 V. The replacement of the platinum of the negative electrode by a alloy platinum-ruthenium 50:50 allows the use as methanol fuel with a current density of 150 mAcm 2 at a voltage of 0.6 V to 100 C.
permeation of methanol under these conditions is less than 5 gmoles.cm 2s'.
Example 15 The electrode / electrolyte assembly of an experimental fuel cell is made in a single step by coextrusion of the corresponding three layers form monomers undergoing co-polymerization / crosslinking. The central part is a dispersion of silica nanoparticles (1.5 g) in a solution of Li [(CFOC CFOCF 2 CF 2 SO 2) 2N] (4 g), Li [(CF 2 = CFOCF 2 CF 2 SO 3) (24 g) in 40 ml of triglyme and 1 g of the radical initiator of Example 11. The electrodes are formed a platinum carbon dispersion (10 g), of granular calcium carbonate micron (10 g), of Li [(CF 2 CFOCF 2 CF 2 SO 2) 2 N], (2 g), Li [(CF 2 CFOCF 2 CF 2 SO 3) (12 g) in 40 ml of triglyme and 0.8 g of the initiator radical of example 11. The extrusion thicknesses are adjusted to 60 m for the electrolyte and 30 gm for each of the electrodes. The polymerization is immediately carried out after extrusion by heating at 80 ° C. for 4 hours under nitrogen. The assembly is treated in a Soxhlet apparatus with hydrochloric acid in the composition azeotropic to exchange the metal ions. The dissolution of calcium carbonate creates a porosity favorable to gaseous exchange of the electrodes. The assembly extruded as well may be cut to size to form from stack to modular fuels by addition of current collectors and feeders gas.
Example 16 Electrolysis of sodium chloride is carried out in a two-cell compartments separated by a membrane as prepared in Example 7, the anode being of the DSA type (Dimensionally Stable Electrode) and made of titanium covered with a ruthenium oxide RuO2 layer in contact with the membrane, the cathode being in nickel. The ohmic drop for 2 Acm 2 is 0.4V and the permeation of OH-at through the membrane is less than 9 gmoles.cm "2s'.
Example 17 The membrane of Example 4 is used for the preparation of ozone by electrolysis of water on an anode of lead dioxide, the cathode is a grid of platinum, the two electrodes being pressed onto the membrane whose side cathodic is immersed in water. Faradic efficiency in ozone and 24% under 5V.
Example 18 The porous ion exchange resins prepared in Examples 3 and 11 are used as catalysts for chemical reactions. Protonic form active after vacuum dehydration, the resin catalyzes the reactions of Friedel and Craft, the esterifications, acetalisations etc. Has an equimolecular mixture anisole and of acetic anhydride are added 3% by weight of the resin of Example 3 under form acid. The formation reaction of 4-methoxyacetophenone is complete in 45 minutes at ordinary temperature.
Proton exchange for transition ions and earth metals rare, in particular La + 3 and Y + 'gives a catalyst for Friedel reactions and Craft and cross-aldolization. To an equimolecular mixture of cyclopentadiene and vinyl methyl ketone (10 mmol in 30 cc of dichloromethane are added 5% by weight of the resin of Example 11 in Y3 + form and dried under vacuum at 60 C. The reaction of training of Diels-Alder condensation compound is complete at 25 C in 30 minutes, the report endo / exo being close to 90:10.
In both cases, the catalyst is removed by simple filtration and reusable.
Although the present invention has been described using implementations specific, it is understood that several variations and modifications may add to implemented, and the present application is intended to cover such changes, uses or adaptations of the present invention according to, in general, the principles of invention and including any variation of the present description which will become known or Convention in the field of activity in which this invention, and which can be applied to the essential elements mentioned above, in agreement with the scope of the following claims.
Claims (34)
dans laquelle - T et T' sont identiques ou différents et comprennent CZ2=CZ-;
dans lesquels :
- X comprend un halogène ou CF3;
- n varie entre 0 et 10 inclusivement;
- E est absent, O, S, ou SO2; et - Z est F ou H
- M+ comprend un proton, un cation métal, un cation organométallique ou un cation organique;
- Y comprend N ou CQ dans lequel Q comprend H, CN, F, SO2 R3, C1-20 alkyle substitué ou non-substitué; C1-20 aryle substitué ou non-substitué; C1-20 alcylène substitué ou non-substitué, dans lesquels le substituant comprend un ou plusieurs halogènes, et dans lesquels la chaîne comprend un ou plusieurs substituants F, SO2R3, aza, oxa, thia ou dioxathia; et - R3 comprend F, C1-20 alkyle substitué ou non-substitué; C1-20 aryle substitué ou non-substitué; C1-20 alcylène substitué ou non-substitué, dans lesquels le substituant comprend un ou plusieurs halogènes. 1. Bifunctional monomer of general formula [T-SO2-Y-SO2T '] - M +
in which - T and T 'are identical or different and include CZ2 = CZ-;
wherein :
X comprises a halogen or CF3;
- n varies between 0 and 10 inclusively;
- E is absent, O, S, or SO2; and - Z is F or H
M + comprises a proton, a metal cation, an organometallic cation or a cation organic;
Y comprises N or CQ wherein Q comprises H, CN, F, SO2 R3, C1-20 alkyl substituted or unsubstituted; Substituted or unsubstituted C1-20 aryl; C1-20 alkylene substituted or not substituted, in which the substituent comprises one or more halogens, and in which the chain comprises one or more substituents F, SO2R3, aza, oxa, thia or dioxathia; and - R3 comprises F, C1-20 alkyl substituted or unsubstituted; C1-20 aryl substituted or not substituted; C1-20 substituted or unsubstituted alkylene, in which the substituent includes a or more halogens.
le cation organométallique comprend un métallocénium, un arène-métallocénium, un alkylsilyle, un alkylgermanyle ou un alkylétain; et le cation organique comprend un groupement R"O+
(onium), NR"+ (ammonium), R"C(NHR")2+ (amidinium), C(NHR")3+ (guanidinium), C5R"N+ (pyridinium), C3R"N2+ (imidazolium), C2R"N3+ (triazolium), C3R"N2+
(imidazolinium), SR"+ (sulfonium), PR"+ (phosphonium), IR"+ (iodonium), (C6R")3C+
(carbonium), dans lesquels R" comprend:
- le proton, les radicaux alkyles, alcényles, oxaalkyles, oxaalkényles, azaalkyles, azaalkényles, thiaalkyles, thiaalkényles, dialkylazo, silaalkyles optionnellement hydrolysables, silaalkényles optionnellement hydrolysables, lesdits radicaux pouvant être linéaires, ramifiés ou cycliques et comprenant de 1 à 18 atomes de carbone;
- les radicaux cycliques ou hétérocycliques aliphatiques de 4 à 26 atomes de carbone comprenant optionnellement au moins une chaîne latérale comprenant un ou plusieurs hétéroatomes;
- les aryles, arylalkyles, alkylaryles et alkénylaryles de 5 à 26 atomes de carbone comprenant optionnellement un ou plusieurs hétéroatomes dans le noyau aromatique ou dans un substituant;
les groupes comprenant plusieurs noyaux aromatiques ou hétérocycliques, condensés ou non, contenant optionnellement un ou plusieurs atomes d'azote, d'oxygène, de soufre ou de phosphore;
et lorsqu'un cation organique comporte au moins deux radicaux R" différents de H, ces radicaux peuvent former ensemble un cycle aromatique ou non, englobant optionnellement le centre portant la charge cationique. The monomer of claim 1 wherein the metal cation comprises a metal alkali, an alkaline earth metal, a rare earth or a transition metal;
the cation organometallic composition comprises a metallocenium, an arene-metallocenium, a alkylsilyl, a alkylgermanyl or an alkyltin; and the organic cation comprises a group R "O +
(onium), NR "+ (ammonium), R" C (NHR ") 2+ (amidinium), C (NHR") 3+ (guanidinium), C5R "N + (pyridinium), C3R" N2 + (imidazolium), C2R "N3 + (triazolium), C3R" N2 +
(imidazolinium), SR "+ (sulfonium), PR" + (phosphonium), IR "+ (iodonium), (C6R ") 3C +
(carbonium), wherein R "comprises:
the proton, the alkyl, alkenyl, oxaalkyl and oxaalkenyl radicals, azaalkyl, azaalkenyl, thiaalkyl, thiaalkenyl, dialkylazo, silalkyl optionally hydrolysable, silaalkenyls optionally hydrolyzable, said radicals can be linear, branched or cyclic and comprising from 1 to 18 carbon atoms;
aliphatic cyclic or heterocyclic radicals of 4 to 26 atoms carbon optionally comprising at least one side chain comprising one or many heteroatoms;
aryls, arylalkyls, alkylaryls and alkenylaryls of 5 to 26 carbon atoms including carbon optionally one or more heteroatoms in the aromatic ring or in a substituent;
groups comprising a plurality of aromatic or heterocyclic rings, condensed or not, optionally containing one or more nitrogen, oxygen, sulfur atoms or phosphorus;
and when an organic cation has at least two radicals R "different from H, these radicals may together form an aromatic ring or not, encompassing optionally the center carrying the cationic charge.
ainsi que leurs mélanges. The monomer of claim 1 wherein the monomer comprises:
as well as their mixtures.
et leurs mélanges, et dans lesquels p = 1 ou 2; M et Y sont tels que définis à
la revendication 1 et n est tel que défini à la revendication 4, X comprend un halogène ou CF3 et R' comprend un radical organique monovalent comprenant de 1 à 12 atomes de carbone, optionnellement fluoré partiellement ou en totalité, et optionnellement substitué par un ou plusieurs oxa, aza, thia, ou dioathia. The polymer of claim 6 wherein at least one monomer monofunctional is of formula:
and mixtures thereof, and wherein p = 1 or 2; M and Y are as defined in claim 1 and n is as defined in claim 4, X comprises a halogen or CF3 and R 'comprises a monovalent organic radical comprising from 1 to 12 carbon atoms, optionally partially or totally fluorinated, and optionally substituted with one or several oxa, aza, thia, or dioathia.
thermiquement ou à l'aide de radiation actinique. The method of claim 12 wherein the initiator is enabled.
thermally or using actinic radiation.
CF2 CF-SO3-M+; ou CF2=CF-O-CF2CF2SO,-M+;
CF2 CF-O-CF(CF3)CF2O-CF2CF2SO3-M';
et leurs mélanges, et dans lesquels p = 1 ou 2; M et n sont tels que définis à
la revendication 1, X comprend un halogène ou CF3 et R' comprend un radical organique monovalent comprenant de 1 à 12 atomes de carbone, optionnellement fluoré partiellement ou en totalité, et optionnellement substitué par un ou plusieurs oxa, aza, thia, ou dioathia. The solid ion conductor of claim 19 wherein at least one monofunctional monomer is of formula:
CF2 CF-SO3-M +; or CF2 = CF-O-CF2CF2SO, -M +;
CF2 CF-O-CF (CF3) CF2O-CF2CF2SO3-M ';
and mixtures thereof, and wherein p = 1 or 2; M and n are as defined in claim 1, X comprises a halogen or CF 3 and R 'comprises an organic radical monovalent comprising from 1 to 12 carbon atoms, optionally partially fluorinated or in full, and optionally substituted with one or more oxa, aza, thia, or dioathia.
restant plastifié
d'une façon homogène par le solvant. 22. Process for preparing a solid ion conductor from monomers or monomer mixtures according to claim 1, wherein the monomers or mixtures of monomers are polymerized in solution in a solvent, the polymer formed remaining plasticized homogeneously by the solvent.
thermiquement ou à l'aide de radiation actinique. The method of claim 25 wherein the initiator is enabled thermally or using actinic radiation.
ou [T-SO2-Y-SO2-W]M+ dans lesquels T, Y et M+ sont tels que définis et W est un radical organique monovalent alkyle, alcényle, aryle, arylalkyle, alkylaryle de 1 à 12 atomes de carbone portant optionnellement un ou plusieurs substituants oxa, aza ou thia. 30. The method of claim 29 wherein the monomer is of formula [T-SO 3] M +
or [T-SO2-Y-SO2-W] M + in which T, Y and M + are as defined and W is a radical organic monovalent alkyl, alkenyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl of 1 to 12 atoms of carbon optionally bearing one or more substituents oxa, aza or thia.
recouvrement de sels ou d'acide, ou une pile produisant de l'ozone. 32. The cell of claim 31 which is a fuel cell, a water chlorinator, a chlor-alkali battery, an electrochemical cell with salt recovery or acid, or a battery producing ozone.
d'électrolyse chlore-soude, comme séparateur dans une préparation électrochimique de composés organiques et inorganiques, comme séparateur entre une phase aqueuse et une phase organique, ou comme catalyseur pour les additions Diels-Alder, les réactions Friedel-Craft, les condensations aldol, la polymérisation cationique, les estérifications, et la formation d'acétals. 34. Use of a polymer according to claim 5 in a process electrolysis chlorine-soda, as a separator in an electrochemical preparation of compounds organic and inorganic, as a separator between an aqueous phase and a phase organic, or as a catalyst for Diels-Alder additions, reactions Friedel-Craft, aldol condensation, cationic polymerization, esterifications, and Training acetals.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA2283132A CA2283132C (en) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes |
Applications Claiming Priority (6)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CA002228466A CA2228466A1 (en) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | New improved ion exchange membranes, their methods of preparation and their uses |
CA2,228,466 | 1998-01-30 | ||
CA2,236,196 | 1998-04-28 | ||
CA002236196A CA2236196A1 (en) | 1998-04-28 | 1998-04-28 | New improved ion exchange membranes, their methods of preparation and their uses |
PCT/CA1999/000083 WO1999038842A1 (en) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes |
CA2283132A CA2283132C (en) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CA2283132A1 CA2283132A1 (en) | 1999-08-05 |
CA2283132C true CA2283132C (en) | 2010-11-23 |
Family
ID=31720853
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CA2283132A Expired - Lifetime CA2283132C (en) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CA (1) | CA2283132C (en) |
-
1999
- 1999-01-29 CA CA2283132A patent/CA2283132C/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CA2283132A1 (en) | 1999-08-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0973734B1 (en) | Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes | |
CA2266660C (en) | Perfluorovinyl ionic compounds, their uses as conductive ionic polymer-type compounds, selective membranes and catalysts | |
EP1400539B1 (en) | Method for preparing crosslinked sulfonated polymers | |
US6610789B2 (en) | Block polymer, process for producing a polymer, and polymer electrolyte fuel cell | |
US10879551B2 (en) | Electrolyte material, liquid composition and membrane/electrode assembly for polymer electrolyte fuel cell | |
WO1993009092A1 (en) | Bis(perfluorosulphonyl)methanes, process for preparing same and uses thereof | |
EP1603182A1 (en) | Membrane electrode assembly and polymer electrolyte fuel cell comprising the same | |
US20050209421A1 (en) | Vinyl monomer with superacid ester group and polymer of the same | |
JP4792640B2 (en) | Block polymer, polymer production method, and liquid composition containing block polymer | |
JP5028711B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
CA2283132C (en) | Crosslinkable bi-sulphonyl derivatives and their uses for preparing ion-exchanging membranes | |
CA2283668C (en) | Cross-linked sulphonated polymers and method for preparing same | |
CA2228466A1 (en) | New improved ion exchange membranes, their methods of preparation and their uses | |
MXPA01004122A (en) | Monomers, ionomers and polymers for electrochemical uses |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
EEER | Examination request | ||
MKEX | Expiry |
Effective date: 20190129 |
|
MKEX | Expiry |
Effective date: 20190129 |