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 PDF

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Abstract

The invention concerns novel ion-exchanging membranes, the method for preparing them and their uses. The membranes are made up of a polymer obtained from a monomer or a bifunctional mixture of monomers of general formula [T-SO¿2?-Y-SO¿2?T']?-¿ M-?+¿. Moreover said polymers are useful in electrochemical cells, in a chlorine-sodium electrolysis process, as separator in an electrochemical preparation of organic and inorganic compounds, as separator between an aqueous phase and an organic phase, or as catalyst for Diels-Alder additions, Friedel-Craft reactions, aldol condensations, cationic polymerisation, and acetal formation.

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)

REVENDICATIONS 1. Monomère bifonctionnel de formule générale [T-SO2-Y-SO2T']-M+
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.
2. Monomère selon la revendication 1 dans lequel le cation métal comprend un métal alcalin, un métal alcalino-terreux, une terre rare ou un métal de transition;
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.
3. Monomère selon la revendication 2 dans lequel ledit hétéroatome est de l'azote, de l'oxygène ou du soufre. 3. The monomer according to claim 2 wherein said heteroatom is of nitrogen, oxygen or sulfur. 4. Monomère selon la revendication 1 dans lequel le monomère comprend:
ainsi que leurs mélanges.
The monomer of claim 1 wherein the monomer comprises:
as well as their mixtures.
5. Polymère échangeur d'ions obtenu à partir d'un monomère ou un mélange de monomères selon la revendication 1. 5. Ion exchange polymer obtained from a monomer or a mixture of monomers according to claim 1. 6. Polymère selon la revendication 5 dans lequel le monomère bifonctionnel est copolymérisé avec au moins un monomère monofonctionnel. The polymer of claim 5 wherein the bifunctional monomer is copolymerized with at least one monofunctional monomer. 7. Polymère selon la revendication 6 dans lequel le monomère monofonctionnel est de formule [T-SO3]-M+ ou [T-SO2-Y-SO2-W]-M+ dans lesquels T, Y et M+ sont tels que définis à la revendication 1 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. The polymer of claim 6 wherein the monofunctional monomer is of formula [T-SO3] -M + or [T-SO2-Y-SO2-W] -M + in which T, Y and M + are such that defined in claim 1 and W is a monovalent organic radical alkyl, alkenyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl of 1 to 12 carbon atoms optionally carrying a or many oxa, aza or thia substituents. 8. Polymère selon la revendication 6 dans lequel au moins un monomère monofonctionnel est de formule:

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.
9. Procédé de préparation d'un polymère à partir de monomères ou mélanges de monomères selon la revendication 1, 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. 9. Process for preparing a polymer from monomers or mixtures of monomers according to claim 1, wherein the monomers or mixtures of monomers are polymerized in solution in a solvent, the polymer formed remaining laminated one way homogeneous by the solvent. 10. Procédé selon la revendication 9 dans lequel les monomères ou mélanges de monomères sont polymérisés sous forme d'émulsion dans un solvant non miscible. The process according to claim 9 wherein the monomers or mixtures of monomers are polymerized as an emulsion in an immiscible solvent. 11. Procédé selon la revendication 9 dans lequel le solvant comprend l'eau, un alcool aliphatique inférieur, l'acétone, méthyléthylcétone, les cétones cycliques, les carbonates d'éthyle et propyle, y-butyrolactone, les glymes, les N-alkylpyrolidones, les tétraalkylsulfamides, le dichlorométhane, le N-alkylimidazole, les hydrocarbures fluorés, ou leurs mélanges. The method of claim 9 wherein the solvent comprises water, a alcohol lower aliphatic, acetone, methyl ethyl ketone, cyclic ketones, the carbonates ethyl and propyl, γ-butyrolactone, glymes, N-alkylpyrrolidones, tetraalkylsulfamides, dichloromethane, N-alkylimidazole, fluorinated hydrocarbons, or their mixtures. 12. Procédé selon la revendication 9 dans lequel un initiateur radicalaire de polymérisation est ajouté à la solution des monomères. The method of claim 9 wherein a radical initiator of polymerization is added to the monomer solution. 13. Procédé selon la revendication 12 dans lequel l'initiateur est activé
thermiquement ou à l'aide de radiation actinique.
The method of claim 12 wherein the initiator is enabled.
thermally or using actinic radiation.
14. Procédé selon la revendication 13 dans lequel l'initiateur est un peroxyde ou un composé azo. The process of claim 13 wherein the initiator is a peroxide or one azo compound. 15. Procédé selon la revendication 9 dans lequel un agent de renforcement est ajouté à la solution avant la polymérisation. The method of claim 9 wherein a reinforcing agent is added to the solution before polymerization. 16. Procédé selon la revendication 9 dans lequel au moins un monomère monofonctionnel est ajouté. The process of claim 9 wherein at least one monomer monofunctional is added. 17. Procédé selon la revendication 16 dans lequel le monomère est de formule [T-SO3]M+ 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. 17. The method of claim 16 wherein the monomer is of formula [T-SO3] M + or [T-SO2-Y-SO2-W] M + in which T, Y and M + are as defined and W is a monovalent organic radical alkyl, alkenyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl from 1 to 12 carbon atoms optionally carrying one or more oxa substituents, aza or thia. 18. Conducteur solide d'ions obtenu à partir d'un monomère ou un mélange de monomères selon la revendication 1. 18. Solid ion conductor obtained from a monomer or a mixture of monomers according to claim 1. 19. Conducteur solide d'ions selon la revendication 18 dans lequel le monomère bifonctionnel est copolymérisé avec au moins un monomère monofonctionnel. The ion solid conductor of claim 18 wherein the monomer bifunctional is copolymerized with at least one monofunctional monomer. 20. Conducteur solide d'ions selon la revendication 19 dans lequel le monomère monofonctionnel est de formule [T-SO3]-M+ ou [T-SO2-Y-SO2-W]-M+ dans lesquels T, Y et M+ sont tels que définis à la revendication 1 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. The ion solid conductor of claim 19 wherein the monomer monofunctional is of formula [T-SO3] -M + or [T-SO2-Y-SO2-W] -M + in which T, Y and M + are as defined in claim 1 and W is an organic radical monovalent alkyl, alkenyl, aryl, arylalkyl, alkylaryl of 1 to 12 carbon atoms bearing optionally a or more substituents oxa, aza or thia. 21. Conducteur solide d'ions selon la revendication 19 dans lequel au moins un monomère monofonctionnel est de formule:

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.
22. Procédé de préparation d'un conducteur solide d'ions à partir de monomères ou mélanges de monomères selon la revendication 1, 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.
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.
23. Procédé selon la revendication 22 dans lequel les monomères ou mélanges de monomères sont polymérisés sous forme d'émulsion dans un solvant non miscible. 23. The method of claim 22 wherein the monomers or mixtures of monomers are polymerized as an emulsion in an immiscible solvent. 24. Procédé selon la revendication 22 dans lequel le solvant comprend l'eau, un alcool aliphatique inférieur, l'acétone, méthyléthylcétone, les cétones cycliques, les carbonates d'éthyle et propyle, y-butyrolactone, les glymes, les N-alkylpyrolidones, les tétraalkylsulfamides, le dichlorométhane, le N-alkylimidazole, les hydrocarbures fluorés, ou leurs mélanges. 24. The method of claim 22 wherein the solvent comprises water, an alcohol lower aliphatic, acetone, methyl ethyl ketone, cyclic ketones, the carbonates ethyl and propyl, γ-butyrolactone, glymes, N-alkylpyrrolidones, tetraalkylsulfamides, dichloromethane, N-alkylimidazole, fluorinated hydrocarbons, or their mixtures. 25. Procédé selon la revendication 22 dans lequel un initiateur radicalaire de polymérisation est ajouté à la solution des monomères. 25. The method of claim 22 wherein a radical initiator of polymerization is added to the monomer solution. 26. Procédé selon la revendication 25 dans lequel l'initiateur est activé
thermiquement ou à l'aide de radiation actinique.
The method of claim 25 wherein the initiator is enabled thermally or using actinic radiation.
27. Procédé selon la revendication 26 dans lequel l'initiateur est un peroxyde ou un composé azo. 27. The method of claim 26 wherein the initiator is a peroxide or one azo compound. 28. Procédé selon la revendication 22 dans lequel un agent de renforcement est ajouté à la solution avant la polymérisation. 28. The method of claim 22 wherein a reinforcing agent is added to the solution before polymerization. 29. Procédé selon la revendication 22 dans lequel au moins un monomère monofonctionnel est ajouté. 29. The method of claim 22 wherein at least one monomer monofunctional is added. 30. Procédé selon la revendication 29 dans lequel le monomère est de formule [T-SO3]M+
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.
31. Cellule électrochimique comprenant une membrane fabriquée avec un polymère obtenu à partir du procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, comme électrolyte solide. 31. Electrochemical cell comprising a membrane made of a polymer obtained from the process according to any one of claims 9 to 17, as solid electrolyte. 32. Cellule selon la revendication 31 laquelle étant 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.
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.
33. Cellule selon la revendication 31 dans laquelle au moins une électrode est en contact avec la membrane. The cell of claim 31 wherein at least one electrode is in touch with the membrane. 34. Utilisation d'un polymère selon la revendication 5 dans un procédé
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.
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