DE69808241T2 - Mit fluorverbindungen aufgepfropften polymerisaten - Google Patents

Mit fluorverbindungen aufgepfropften polymerisaten

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Description

    GEBIET DER ERFINDUNG
  • Fluor enthaltende Olefine können auf Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindungen enthaltende Polymere in Gegenwart einer Quelle für Freie Radikale gepfropft werden. Die resultierenden gepfropften Polymere verfügen über einzigartige Strukturen und können als Katalysatoren verwendet werden.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • Organische Polymere, die Fluor-Substitution enthalten, sind traditionell durch (Co)Polymerisieren von einem oder mehreren Fluor enthaltenden Monomeren und wahlweise mit nicht fluorierten Monomeren hergestellt worden. Es ist gut bekannt, dass Polymere, die große Mengen an Fluor enthalten, oftmals über wünschenswerte Eigenschaften verfügen, wie beispielsweise Wärmebeständigkeit und/oder chemische Beständigkeit. Allerdings verfügen Polymere, die lediglich relativ geringe Mengen an Fluor enthalten, oftmals ebenfalls über wünschenswerte Eigenschaften (im Vergleich zu nicht fluorierten Polymeren) wie beispielsweise veränderte Oberflächeneigenschaften oder Verwendbarkeit als Katalysatoren. Es werden daher vielseitig anwendbare und kostenwirksame Verfahren zum Herstellen von Polymeren mit relativ geringen Fluor-Gehalten angestrebt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines teilfluorierten Polymers, umfassend Kontaktieren eines ersten Polymers in der flüssigen Phase, wobei das Polymer an Kohlenstoff gebundenen Wasserstoff enthält, mit einer Verbindung der Formel H&sub2;C=CHCR¹R²R&sup6;Y sowie mit einer Quelle für Freie Radikale, worin sind:
  • R¹ und R² jeweils unabhängig Fluor oder Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
  • R&sup6; fluoriertes Alkylen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen; oder Alkylen, enthaltend 1 bis 20 Kohlenstoffatome und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen; und
  • Y -SO&sub2;F, -CO&sub2;R³, P(O)(OR³)&sub2;, SO&sub3;H, -SO&sub3;M oder -S(O)&sub2;NHS(O)&sub2;R&sup4;; worin sind:
  • R³ unabhängig Hydrocarbyl oder substituiertes Hydrocarbyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
  • R&sup4; Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
  • M ein Alkalimetall;
  • und zwar unter der Voraussetzung, dass das Kontaktieren bei einer Temperatur ausgeführt wird, bei der die Quelle für Freie Radikale Freie Radikale erzeugt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein teilfluoriertes Polymer, aufweisend Seitenketten mit der Formel -CH&sub2;-CH&sub2;CR¹R²R&sup6;Y, worin sind:
  • R¹ und R² jeweils unabhängig Fluor oder Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
  • R&sup6; fluoriertes Alkylen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen oder Alkylen, enthaltend 1 bis 20 Kohlenstoffatome und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen; und
  • Y -SO&sub2;F, -CO&sub2;R³, P(O)(OR³)&sub2;, SO&sub3;H, -SO&sub3;M oder -S(O)&sub2;NHS(O)&sub2;R&sup4;;
  • worin R³ unabhängig Hydrocarbyl ist oder substituiertes Hydrocarbyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
  • R&sup4; Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
  • M ein Alkalimetall;
  • und zwar unter der Voraussetzung, dass eine Hauptkette des Polymers an Kohlenstoff gebundenen Wasserstoff enthält.
  • DETAILS DER ERFINDUNG
  • Hierin werden bestimmte Begriffe verwendet, die nachfolgend festgelegt sind:
  • Es bedeuten:
  • "fluoriertes Alkylen" eine Alkylen-Gruppe, die ein oder mehrere Fluoratome enthält.
  • "Pfropfen" Anlagern einer Seitenkette an ein vorhandenes Polymer. Hierin wird eine Seitenkette in der Regel Monomer sein, d. h. sie enthält lediglich eines der gepfropften Moleküle;
  • "Quelle für Freie Radikale" jede beliebige Verbindung oder andere Mittel zum Erzeugen Freier Radikale, wie beispielsweise ionisierende Strahlung. Wenn die Freien Radikalen thermisch erzeugt werden, läuft die Temperatur des Pfropfens bei Temperaturen ab, bei denen die Quelle für Freie Radikale unter Erzeugung Freier Radikale reagiert;
  • "Enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen" enthaltend ein oder mehrere Ether- Sauerstoffatome zwischen Alkylen-Segmenten;
  • "Hydrocarbyl" eine einwertige Gruppe, die lediglich Kohlenstoff und Wasserstoff enthält. Unter "substituiertem Hydrocarbyl" wird eine Hydrocarbyl-Gruppe verstanden, die eine oder mehrere funktionelle Gruppen enthält.
  • Der hierin beschriebene Prozess des Pfropfens läuft in flüssiger Phase ab. Dieses bedeutet, dass alle Inhaltsstoffe zum Zeitpunkt der Reaktion des Pfropfens in flüssiger Phase vorliegen. Dieses bedeutet jedoch nicht, dass alle Inhaltsstoffe in der gleichen flüssigen Phase vorliegen müssen, und bedeutet auch nicht, dass irgendwelche zusätzliche Flüssigkeiten (wie beispielsweise ein "Lösemittel") während des Prozesses vorhanden sein müssen. Das Polymer selbst und/oder die fluorierte Verbindung, die gepftopft werden sollen, können Flüssigkeiten sein und die anderen Komponenten flüssig machen. Sofern eine chemische Quelle für Freie Radikale verwendet wird, kann diese ebenfalls eine Flüssigkeit sein oder sich in einer oder der anderen Komponenten auflösen, wobei sie jedoch oftmals in relativ geringen Mengen vorliegen wird und so nicht in der Lage sein wird, die anderen Komponenten zu lösen.
  • Bevorzugte Gruppen R&sup6; sind Perfluoralkylen oder Ether substituiertes Perfluoralkylen und besonders bevorzugt -(CF&sub2;)d-, worin d 2 bis 20 beträgt, sowie -CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;.
  • Die Quellen für Freie Radikale sind auf dem Gebiet gut bekannt, siehe hierzu beispielsweise J. Brandrup, et al., Herausg., Polymer Handbook, 3. Ausgabe, John Wiley&Sons, New York, 1989, S. II-1 bis II-65 und H. Mark et al., Herausg., Encyclopedia of Polymer Science ans Engineering, Bd. 13, John Wiley&Sons, New York, 1988, S. 754-789, die beide hiermit als Fundstellen einbezogen sind. Diese "Quellen" können chemische Verbindungen sein, wie beispielsweise Peroxide, oder andere Mittel zum Erzeugen Freier Radikale, wie beispielsweise ionisierende Strahlung. Am häufigsten werden chemische Verbindungen als Quellen für Freie Radikale verwendet. Diese Verbindungen können nach jeder beliebigen Methode Freie Radikale erzeugen, beispielsweise durch thermisches Zersetzen unter Erzeugung Freier Radikale, oder mit Hilfe der Reaktion eines Redox-Paares unter Erzeugung Freier Radikale. Die thermische Zersetzung einer Quelle für Freie Radikale ist eine bevorzugte Methode zum Erzeugen Freier Radikale. Verwendbare Quellen für Freie Radikale schließen Verbindungen ein, wie beispielsweise tert-Butylperoxid und Benzoylperoxid. Sofern eine Verbindung als eine Quelle für Freie Radikale verwendet wird, werden gewöhnlich relativ geringe Mengen verwendet, wobei im typischen Fall etwa 0,1% bis etwa 25 Molprozent und vorzugsweise etwa 1% bis 10 Molprozent des zu pfropfenden Moleküls vorliegen.
  • Die Menge des zu pfropfenden Moleküls, H&sub2;C=CHCR¹R²R&sup6;Y, das auf das Polymer aufgepfropft wird, hängt von der Menge H&sub2;C=CHCR¹R²R&sup6;Y im Verhältnis zum Polymer, von der Menge der vorhandenen Quelle für das Freie Radikal und der Wirksamkeit des Pfropfprozesses ab. Vorzugsweise werden etwa 1 g bis etwa 5.000 g und mehr bevorzugt etwa 500 g bis etwa 2.000 g des zu pfropfenden Moleküls pro Kilogramm nicht gepfropftes Polymer (Ausgangspolymer) tatsächlich auf das Polymer gepfropft. In einem anderen bevorzugten Verfahren und seinem resultierenden Polymer verfügt das gepfropfte Polymer über mehr Wasserstoffatome als über Fluoratome und mehr bevorzugt beträgt das Verhältnis von Wasserstoffatomen zu Fluoratomen etwa 3 oder mehr und besonders bevorzugt etwa 5 bis etwa 150.
  • Die Polymere, die in dem hierin beschriebenen Verfahren gepfropft werden können, d. h. die geeignet sind, sind solche, die bei der Zersetzung, im typischen Fall Herabsetzung der relativen Molekülmasse, in Gegenwart Freier Radikale nicht so stark beeinträchtigt werden, dass das Endprodukt unbrauchbar gemacht wird. Auf dem Gebiet ist gut bekannt, dass einige Polymere relativ stabil in Gegenwart Freier Radikale sind, während andere relativ leicht einer Kettenspaltung und Herabsetzung der relativen Molekülmasse unterliegen. Beispielsweise hält man lineares Polyethylen für relativ stabil, während die meisten Polypropylene für relativ unstabil angesehen werden.
  • Nichtsdestoweniger können selbst "relativ unstabile" Polymere unter bestimmten Umständen gepfropft werden. Wenn beispielsweise gewünscht wird, lediglich eine geringe Menge von H&sub2;C=CHCR¹R²R&sup6;Y auf das Polymer zu pfropfen, können lediglich geringe Mengen an einer Quelle für Freie Radikale benötigt werden, und der Verlust der relativen Molekülmasse (wenn überhaupt) in dem zu pfropfenden Polymer kann dann bei der vorgesehenen Anwendung akzeptabel sein.
  • In Abhängigkeit von den Bedingungen kann eine Exponierung an Freien Radikalen auch einige Polymere vernetzen. Eine Gelegenheit wie diese kann auch akzeptabel sein, da vernetzte Polymere gewünscht werden können. Wenn beispielsweise die Verwendung als ein Katalysator erfolgt, kann die Unlöslichkeit eines vernetzten Polymer ein Vorteil bei der Wiedergewinnung des Polymers nach dem Gebrauch sein. So kann in dem hierin beschriebenen Verfahren ein vernetztes Polymer durchaus als Ausgangspolymer verwendet werden. In diesem Fall kann es wünschenswert sein, das vernetzte Polymer mit einer anderen Verbindung oder mit H&sub2;C=CHCR¹R²R&sup6;Y und/oder der Quelle für Freie Radikale zu quellen, um ein gleichförmigeres Pfropfen zu erhalten.
  • Bevorzugte Polymere, die gepfropft werden, schließen Polyethylen und speziell (relativ) lineares Polyethylen ein, Polyether, wie beispielsweise Poly(tetramethylenether)glykol und Ethylen-Copolymere, wie beispielsweise Ethylen/Vinylacetat-Copolymer sowie Ethylen/Methylacrylat-Copolymer.
  • An dem gepfropften Polymer können nach der Reaktion des Pfropfens Reaktionen ausgeführt werden. Beispielsweise können auf das Polymer aufgepfropfte funktionelle Gruppen in andere funktionelle Gruppen umgewandelt werden.
  • Die hierin beschriebenen gepfropften Polymere können als Formpressharze, bei Beschichtungen oder zur Erzeugung von Folien verwendet werden. Sie können mit anderen Polymeren compoundiert werden, um die Merkmale dieser anderen Polymere zu modifizieren, wie beispielsweise die Oberflächeneigenschaften. Gepfropfte Polymere, die funktionelle Gruppen enthalten, können als Katalysatoren verwendbar sein. Siehe hierzu beispielsweise "Versuch 4".
  • In den "Beispielen" und "Versuchen" werden die folgenden Abkürzungen verwendet:
  • 3-Me-THF 3-Methyltetrahydrofuran
  • DSC Differential Scanningkaloriemetrie
  • Mn Zahlengemittelte relative Molekülmasse
  • Mw Massegemittelte relative Molekülmasse
  • Mp Schmelzpunkt
  • PD Polydispersität Mw/Mn
  • RT Raumtemperatur
  • TGA thermogravimetrische Analyse
  • THF Tetrahydrofuran
  • Tm Schmelzpunkt (für ein Polymer)
  • Sofern nicht anders angegeben, betrug die Heizgeschwindigkeit in allen TGA-Analysen 20º/Min.
  • VERSUCH 1 HERSTELLUNG VON ICH&sub2;CH&sub2;CF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F
  • Es wurde eine Mischung von 213 g ICF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F, 0,5 g Limonen und 30 g CH&sub2;=CH&sub2; in einem Autoklaven bei 210ºC für 8 Stunden erhitzt. Die Destillation der Mischung ergab 187,3 g der Titelverbindung, Kp 88º-89ºC/4 kPa. ¹&sup9;F NMR: +45,0 (t, J = 5,7 Hz, 1F), -82,7 (m, 2F), -87,2 (m, 2F), - 112,7 (m, 2F), -19,3 (t, J = 17,0 Hz, 2F).
  • VERSUCH 2 HERSTELLUNG VON CH&sub2;=CHCF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F
  • Zu einer gerührten Lösung von 136,2 g (0,3 Mol) ICH&sub2;CH&sub2;CF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F und 200 ml CH&sub3;CN wurden langsam 38 g (0,376 Mol) Et&sub3;N bei 75º bis 80ºC im Verlaufe von 6 Stunden zugesetzt. Das Reaktionsgemisch wurde mit konz. H&sub2;SO&sub4; bei 0ºC neutralisiert und dann in Wasser gegossen und mit Ether extrahiert. Die Ether-Schicht wurde mit Wasser gewaschen und über MgSO&sub4; getrocknet. Nach der Entfernung des Ethers wurde ein Rückstand destilliert, um 65,3 g reines Produkt zu ergeben, Kp 115º- 117ºC. ¹&sup9;F NMR: +45,1 (m, 1F), -82,5 (m, 2F), -87,8 (m, 2F), 112,5 (m, 2F), -118,0 (m, 2F). ¹H NMR: 5,80-6,05 (m).
  • BEISPIEL 1 PFROPFEN VON POLYETHYLEN MIT CH&sub2;=CHCF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F
  • Es wurde ein Vierhalskolben, der ausgestattet war mit einem Kühler und einem Zugabetrichter mit 7,5 g Polyethylen (Hoechst Wax PE-130, zahlengemittelte relative Molekülmasse 3.000), 16,3 g CH&sub2;=CHCF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F und 60 ml 1,2-Dichlorbenzol beladen. Nachdem der Apparat teilweise evakuiert und mehrere Male mit Argon nachgefüllt wurde, wurde der Kolben bis 140ºC erhitzt, bis sämtliches Polyethylen aufgelöst war, und danach bis 120ºC gekühlt. Es wurde eine Lösung von 1,23 g Di- tert-butylperoxid in 20 ml 1,2-Dichlorbenzol im Verlaufe von 5 Stunden langsam zugegeben. Nach Beendigung der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch für 8 Stunden gerührt. Die heiße Lösung mit den Feststoffen wurde in 600 ml Aceton gegossen, um das Polymer auszufällen. Die Filtration und das Waschen mit Aceton ergaben Feststoffe, die bei Raumtemperatur getrocknet wurden und 16,3 g gepfropftes Polymer ergaben. IR (KBr): 1.460 cm&supmin;¹ (s, SO&sub2;F), 1.205-1.110 cm&supmin;¹ (s, C-F). Die elementare Analyse ergab, dass das Polymer 3,94% Schwefel enthielt, was ein Äquivalentgewicht des Polymers pro -SO&sub2;F-Gruppe von 813 bezeichnet. Der Schmelzpunkt des Polymers anhand der DSC betrug 115ºC, und es ergaben sich 10% Gewichtsverlust durch TGA bei 380ºC in Stickstoff.
  • BEISPIEL 2 PFROPFEN VON NIEDERDRUCKPOLYETHYLEN MIT CH&sub2;=CHCF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F
  • Es wurde ein Vierhalskolben, der ausgestattet war mit einem Kühler und einem Zugabetrichter, mit 7,5 g Niederdruckpolyethylen (Aldrich Chemical Co., Milwaukee, WI, USA), Mw = 125.000), 16,3 g CH&sub2;=CHCF&sub2;CF&sub2;OCF&sub2;CF&sub2;SO&sub2;F und 80 ml 1,2-Dichlorbenzol beladen. Nachdem der Apparat teilweise evakuiert und mehrere Male mit Argon nachgefüllt worden war, wurde der Kolben bis zu 140ºC erhitzt, bis sämtliches Polyethylen aufgelöst war, und wurde danach bis 125ºC (sehr viskose Lösung) gekühlt. Es wurde im Verlaufe von 7 Stunden eine Lösung von 1,23 g Di-tert-butylperoxid in 20 ml 1,2-Dichlorbenzol zugegeben. Nach Beendigung der Zugabe wurde das Reaktionsgemisch bei 130ºC über Nacht erhitzt. Die heiße Lösung mit den weißen Feststoffen wurde in 600 ml Aceton gegossen, um das Polymer auszufällen, das in Gegenwart von nassem Eis in einem Mischer zu 16,7 g feinpulvriges Polymer zerkleinert wurde.
  • BEISPIEL 3 HERSTELLUNG EINES SULFONSÄURE ENTHALTENDEN POLYMERS
  • Es wurde eine Mischung von 8,0 g gepfropftes Polymer von Beispiel 1, 2,5 g KOH, 15 ml Ethanol, 5 ml THF und 2 ml Wasser über Nacht bei Raumtemperatur und für 2 Stunden bei 70ºC gerührt. Nach dem Abtreiben der flüchtigen Stoffe wurde der Rückstand mit konz. HCl für 30 Minuten behandelt, filtriert, mit Wasser und wässriger HCl gewaschen und bei 60ºC in Vakuum für 24 Stunden getrocknet, um 6,7 g Feststoffe zu ergeben, die zu einer Folie bei 135ºC gepresst werden konnten.
  • BEISPIEL 4 HERSTELLUNG EINES SULFONSÄURE ENTHALTENDEN POLYMERS
  • Es wurde eine Mischung von 14,0 g des gepfropften Polymers von Beispiel 2, 4,5 g KOH, 50 ml Ethanol, 10 ml THF und 3 ml Wasser für 5 Stunden bei 60º und danach über Nacht bei Raumtemperatur gerührt. Nach dem Abtreiben der flüchtigen Substanzen wurde der Rückstand mit konz. HCl für 40 Minuten behandelt, filtriert, mit Wasser und wässriger HCl gewaschen und bei 70ºC in einem Vakuum für 8 Stunden getrocknet, um 13,2 g Feststoffe zu ergeben. Der Mp-Wert anhand der DSC betrug 105ºC, und es ergaben sich 10% Gewichtsverlust durch TGA bei 230ºC in N&sub2;. Die Feststoffe ließen sich bei 135ºC zu einer Folie pressen. Die Elementaranalyse ergab, dass der Katalysator 3,19% Schwefel enthielt, was anzeigt, dass das Polymer/Säure-Äquivalentgewicht etwa 1.000 betrug.
  • VERSUCH 3 SYNTHESE VON STARK VERZWEIGTEM POLYETHYLEN
  • Die Verbindung:
  • worin BAF Tetrakis(3,5-trifluormethylphenyl)borat (0,2952 g, 0,2 mM) ist, wurde in 200 ml CH&sub2;Cl&sub2; in einem Schlenk-Kolben in einer Trockenbox aufgelöst. Der Kolben wurde mit einer Schlenk-Leitung verbunden und der Kolben sodann kurz evakuiert und mit Ethylen aus der Schlenk-Leitung nachgefüllt. Dieses wurde bei RT unter 101 kPa Ethylen für 18 Stunden gerührt. Sodann wurde der Lösung Methanol (1.200 ml) zugegeben, was zu einer Ausfällung eines Öls führte. Das Öl wurde isoliert, in 500 ml Hexanen aufgelöst und durch Silicagel filtriert. Das Abdampfen der Hexane und Trocknen unter Vakuum ergaben 40 g klares Öl. ¹H NMR-Analyse (CD&sub2;Cl&sub2;): 124 Methyl pro 1.000 Methylen-Kohlenstoffe. 8 0,8-1,0 ppm - CH&sub3;, 1,1-1,4 ppm -CH&sub2;- und -CH-. Das Polymer zeigte eine Glasübergangstemperatur von -63ºC anhand der DSC. GPC (THF, Polystyrol-Standard): Mw = 108.000, Mn = 69.800, PD = 1,55.
  • BEISPIEL 5 PFROPFEN VON CH&sub2;=CH(CF&sub2;)&sub2;O(CF&sub2;)&sub2;SO&sub2;F AUF STARK VERZWEIGTES POLYETHYLEN
  • Es wurde stark verzweigtes Polyethylen von Versuch 3 (13,6 g) und CH&sub2;=CH(CF&sub2;)&sub2;O(CF&sub2;)&sub2;SO&sub2;F (29,6 g, 90,8 mM) in 85 ml o-Dichlorbenzol bei 125ºC aufgelöst. Es wurde eine o-Dichlorbenzol-Lösung von tert-Butylperoxid (2,8 g in 30 ml o-Dichlorbenzol) über eine Dauer von 8 Stunden bei 125ºC unter Rühren zugesetzt. Die Lösung ließ man sodann über Nacht bei 125ºC Rühren. Danach wurde sie auf RT gekühlt und in 400 ml Methanol unter Rühren gegossen. Das Öl wurde abgetrennt, mit 3 · 100 ml Methanol gewaschen und unter Vakuum bei 70ºC für 6 Stunden getrocknet. Es wurde ein gelbes viskoses Öl (38,14 g) erhalten. Der Vergleich des Integrals der CH&sub2;CF&sub2;-(2,00 ppm basierend auf ¹H NMR in einem Lösemittel von CD&sub2;Cl&sub2;) mit den Integralen der Methyle (0,8-1,0 ppm) und Methylene (1,1-1,4 ppm) zeigte einen gepfropften Comonomer-Gehalt von 13,0 Mol%. ¹&sup9;F NMR(CD&sub2;Cl&sub2;): 46,2 ppm -SO&sub2;F; -81,2 ppm, -86,4 ppm, -111,1 ppm, -117,4 ppm CF&sub2;-Peaks. Das Polymer zeigte eine Glasübergangstemperatur von -53ºC anhand der DSC. GPC (THF, Polystyrol-Standard): Mw = 87.200, Mn = 51.000, PD = 1,71.
  • BEISPIEL 6 HERSTELLUNG EINES KALIUMSULFONAT ENTHALTENDEN POLYMERS
  • Das gepfropfte Polymer von Beispiel 5 (23,64 g) wurde mit 10 g KOH, 70 ml THF, 60 ml Ethanol und 5 ml Wasser gemischt. Das Rühren der Mischung bei RT führte zur Hydrolyse der SO&sub2;F-Gruppe. Nach dem Rühren für 2 Stunden bei RT wurde dieses Mischung für 6 Stunden refluxiert. Sodann wurde das Lösemittel unter Vakuum bei 60ºC für 8 Stunden abgetrieben. Der Feststoff wurde in 400 ml Aceton aufgelöst. Die Mischung wurde durch Celite® filtriert. Zu dem Filtrat wurden 400 ml THF zugegeben. Diese Mischung wurde durch Celite® filtriert. Das Abtreiben der Lösemittel und Trocknen im Vakuum lieferten 17,7 g eines bröckligen gelb-orangen Feststoffes. Dieser Feststoff löste sich im Wasser bei RT. Seine wässrige Lösung war neutral bis basisch.
  • BEISPIEL 7 HERSTELLUNG EINES SULFONSÄURE ENTHALTENDEN POLYMERS
  • Das Produkt von Beispiel 6 (15,0 g) wurde mit 80 ml konz. HCl gemischt. Dieses wurde für 12 Stunden heftig gerührt. Der resultierende Feststoff wurde filtriert, mit 2 · 5 ml konz. HCl gewaschen und unter Vakuum bei 70ºC für 6 Stunden getrocknet. Es wurde ein roter Feststoff (8,5 g) erhalten.
  • BEISPIEL 8 PFROPFEN VON CH&sub2;=CH(CF&sub2;)&sub2;O(CF&sub2;)&sub2;SO&sub2;F AUF POLY(TETRAMETHYLENETHER)GLYKOL
  • Es wurde eine o-Dichlorbenzol-Lösung von tert-Butylperoxid (0,60 g Peroxid in 7 ml o- Dichlorbenzol) langsam zu einer Lösung von PTMEG (Mw = 11.700, Mn = 8.290, Polystyrol-Standard, THF) in o-Dichlorbenzol (3,56 g in 20 ml o-Dichlorbenzol) bei 125ºC langsam zugesetzt. Die Zugabe war nach 2,5 Stunden beendet. Die Lösung ließ man für weitere 6 Stunden bei 125ºC rühren. Die flüchtigen Bestandteile wurden bei 125ºC unter vollem Vakuum für 5 Stunden abgetrieben und hinterließen 9,68 g eines weißen viskosen Öls als Produkt. ¹&sup9;F NMR (CD&sub2;Cl&sub2;): 44,5 ppm -SO&sub2;F; -82,8 ppm, -88,2 ppm, -112,8 ppm, -119,4 ppm CF&sub2;-Peaks. Das Polymer zeigte eine Glasübergangstemperatur von -68ºC anhand der DSC. GPC (THF, Polystyrol-Standard): Mw = 27.800, Mn = 11.300, PD = 2,46.
  • BEISPIEL 9 HERSTELLUNG EINES KALIUMSULFONAT ENTHALTENDEN POLYMERS
  • Zu einer Mischung von 9,67 g des Produkts von Beispiel 8 und 2,5 g KOH wurden 20 ml THF, 15 ml Ethanol und 1,5 ml Wasser gegeben. Das Rühren bei RT führte zu einer exothermen Reaktion. Dieses ließ man für 1 Stunde bei RT rühren und refluxierte danach für 5 Stunden. Die Lösemittel wurden unter Vakuum abgetrieben. Der Feststoff wurde mit 100 ml Aceton extrahiert. Diese Mischung wurde durch Celite® filtriert, gefolgt von einer Wäsche mit 3 · 10 ml Aceton. Zu dem Filtrat wurden 130 ml THF gegeben. Dieses wurde durch Celite® filtriert. Das Abtreiben der Lösemittel und Trocknen unter Vakuum bei 105ºC über Nacht lieferten 8,8 g eines bröckeligen gelben Feststoffes. Dieses Produkt löste sich bei RT in Wasser unter Bildung einer Lösung, die neutral ist.
  • BEISPIEL 10 HERSTELLUNG EINES SULFONSÄURE ENTHALTENDEN POLYMERS
  • Zu 4,23 g des Polymers von Beispiel 9 in einem Kolben wurden 20 ml konz. HCl gegeben. Diese Mischung ließ man für 20 Minuten bei RT heftig rühren. Die obere Schicht wurde dekantiert. Diese Prozedur wurde weitere 2 Male unter Verwendung von 15 ml konz. HCl wiederholt. Das viskose Öl wurde bei 105ºC unter vollem Vakuum für 6,5 Stunden getrocknet. Es wurde ein dunkelrotes viskoses Öl (2,41 g) erhalten.
  • BEISPIEL 11
  • Das Kalium-Salz eines hydrolysierten CH&sub2;=CH(CF&sub2;)&sub2;O(CF&sub2;)&sub2;SO&sub2;F-gepfropften Polyethylens (13 Mol% gepfropftes Comonomer, Mw = 97.600, Mn = 67.100) ist in Wasser löslich. Das Kalium-Salz des hydrolysierten Ethylen-Copolymers von CH&sub2;=CH(CH&sub2;)&sub4;(CF&sub2;)&sub4;O(CF&sub2;)&sub2;SO&sub2;F, hergestellt mit einem Pd- Katalysator (8,5 Mol% Comonomer, Mw = 120.000, Mn = 78.900) ist in Wasser nicht sehr löslich.
  • Das mit dem Pd-Katalysator hergestellte Polymer wurde unter Verwendung der Verbindung
  • als Katalysator und (0,0205 g, 0,024 mM) und CH&sub2;=CH(CH&sub2;)&sub4;(CF&sub2;)&sub4;O(CF&sub2;)&sub2;F (3,5 g, 7,26 mM) in 18 ml CH&sub2;Cl&sub2; in einem Schlenk-Kolben in einer Trockenbox aufgelöst. Der Kolben wurde an eine Schlenk- Leitung angeschlossen und der Kolben sodann kurz evakuiert und mit Ethylen aus der Schlenk-Leitung nachgefüllt. Dieses wurde bei RT unter 101 kPa Ethylen für 72 Stunden gerührt. Das Lösemittel wurde nach Filtration abgetrieben. Das viskose Öl wurde in 10 ml CH&sub2;Cl&sub2; aufgelöst, gefolgt von einer Zugabe von 100 ml Methanol. Die obere Schicht wurde dekantiert. Die reverse Ausfällung wurde 2 weitere Male wiederholt, gefolgt von einem Vakuumtrocknen, um 3,68 g hellgelbes viskoses Öl zu ergeben. GPC (THF, Polystyrol-Standard): Mw = 120.000, Mn = 78.900, P/D = 1,54. Die Umwandlungszahlen für Ethylen und das Comonomer betrugen 2.098 bzw. 195. Das Polymer wurde hydrolysiert, um Sulfonsäure enthaltendes Polymer zu erzeugen.
  • VERSUCH 4 POLYMERISATION EINES CYCLISCHEN ETHERS
  • In einer Trockenbox wurde das Produkt von Beispiel 4 (0,50 g), THF (3,0 g), THF/3-Me-THF (55/45 Mol%, 7,00 g) und Essigsäureanhydrid (0,50 g) in eine mit einem Rührstab versehene 20 ml Ampulle gegeben. Nach dem Rühren für 1 Stunde bei Raumtemperatur wurde die Ampulle aus der Trockenbox entnommen und die Polymerisation durch Zusatz von THF, Wasser (1,00 ml) und Ether abgebrochen. Die Feststoffe wurden über Filtration entfernt und das resultierende Filtrat bei vermindertem Druck eingeengt und danach unter Vakuum getrocknet, um 2,91 g Polymer zu ergeben. GPC-Analyse (PS STD): Mn = 11.300, Mw = 16.800, PD = 1,48.

Claims (11)

1. Verfahren zum Herstellen eines teilfluorierten Polymers, umfassend Kontaktieren eines ersten Polymers in der flüssigen Phase, wobei das Polymer an Kohlenstoff gebundenen Wasserstoff enthält, mit einer Verbindung der Formel H&sub2;C=CHCR¹R²R&sup6;Y sowie mit einer Quelle für Freie Radikale, worin sind:
R¹ und R² jeweils unabhängig Fluor oder Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
R&sup6; fluoriertes Alkylen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen; oder Alkylen, enthaltend 1 bis 20 Kohlenstoffatome und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen; und
Y -SO&sub2;F, -CO&sub2;R³, P(O)(OR³)&sub2;, SO&sub3;H, -SO&sub3;M oder -S(O)&sub2;NHS(O)&sub2;R&sup4;;
R³ unabhängig Hydrocarbyl oder substituiertes Hydrocarbyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
R&sup4; Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
M ein Alkalimetall;
und zwar unter der Voraussetzung, dass das Kontaktieren bei einer Temperatur ausgeführt wird, bei der die Quelle für Freie Radikale Freie Radikale erzeugt.
2. Teilfluoriertes Polymer, aufweisend Seitenketten mit der Formel -CH&sub2;-CH&sub2;CR¹R²R&sup6;Y, worin sind:
R¹ und R² jeweils unabhängig Fluor oder Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
R&sup6; fluoriertes Alkylen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen oder Alkylen, enthaltend 1 bis 20 Kohlenstoffatome und wahlweise enthaltend eine oder mehrere Ether-Gruppen; und
Y -SO&sub2;F, -CO&sub2;R³, P(O)(OR³)&sub2;, SO&sub3;H, -S(O)&sub2;NHS(O)&sub2;R&sup4; oder -SO&sub3;M; worin sind:
R³ unabhängig Hydrocarbyl oder substituiertes Hydrocarbyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
R&sup4; Perfluoralkyl mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen;
M ein Alkalimetall;
und zwar unter der Voraussetzung, dass eine Hauptkette des Polymers an Kohlenstoff gebundenen Wasserstoff enthält.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem R&sup6; Perfluoralkylen oder mit Ether substituiertes Perfluoralkylen ist.
4. Polymer nach Anspruch 2, bei welchem R&sup6; Perfluoralkylen oder mit Ether substituiertes Perfluoralkylen ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem R&sup6; -(CF&sub2;)d ist, wobei d 2 bis 20 beträgt, oder bei welchem R&sup6; -CF&sub2;-OCF&sub2;CFr ist.
6. Polymer nach Anspruch 2, bei welchem R&sup6; -(CF&sub2;)d ist, wobei d 2 bis 20 beträgt, oder bei welchem R&sup6; -CF&sub2;-OCF&sub2;CF&sub2;- ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem Y -SO&sub2;F ist.
8. Polymer nach Anspruch 2, bei welchem Y -SO&sub2;F ist.
9. Polymer nach Anspruch 2, bei welchem R&sup6; -(CF&sub2;)d ist, wobei d 2 bis 20 beträgt, oder bei welchem R&sup6; -CF&sub2;-OCF&sub2;CFr ist und Y SO&sub2;F, SO&sub3;M oder SO&sub3;H ist, worin M ein Alkalimetall ist.
10. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem Y -SO&sub2;F ist.
11. Polymer nach Anspruch 4, bei welchem Y -SO&sub2;F ist.
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