JP5756999B2 - ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法 - Google Patents

ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法に関する。より詳しくは、副生する不純物を効率よく除去することができるビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法に関する。
一般式:(RfSONM(式中、Rfは炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であり、Mは、Li、NaまたはKである)で表されるビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩は、反応式(1):
RfSOF+RfSONHM → (RfSONM+HF (1)
で得られる。ここで、不純物としては、水由来のRSOM、残存する原料のRfSONHM、原料のRfSOFに含まれるSO由来の(FSO)(RfSO)NM、原料のRfSOFに含まれるCHF2nSOF由来の(CHF2nSO)(RfSO)NM(式中、nは1〜4の整数である)等がある。
(RfSONMの精製方法としては、有機溶媒や水からの再結晶や抽出が知られている(特許文献1、2)。これらの方法では、RSOM、RfSONHM、SOおよびCHF2nSOFは除去できるが、含フッ素アルカンスルホンイミド塩の(FSO)(RfSO)NMおよび(CHF2nSO)(RfSO)NMに関することは記載されていない。
特開2009−263259号公報 特開2000−302748号公報
不純物である(FSO)(RfSO)NMおよび/または(CHF2nSO)(RfSO)NMで表される含フッ素アルカンスルホンイミド塩は、公知の精製手法では除去が困難であり、これらの不純物を効果的に除去して高純度のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を製造することを目的とする。
本発明は、以下に示す構成によって上記課題を解決する高純度のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法に関する。
(1)一般式:(RfSONM(式中、Rfは炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であり、Mは、Li、NaまたはKである)で表されるビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩中に、水とアルカリ金属水酸化物を添加し、加熱して、不純物の一般式:(FSO)(RfSO)NMおよび/または(CHF2nSO)(RfSO)NM(式中、nは1〜4の整数である)で表される含フッ素アルカンスルホンイミド塩を分解させた後、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を回収することを特徴とする、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
(2)アルカリ金属水酸化物が、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、および水酸化カリウムからなる群より選択される少なくとも1種である、上記(1)記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
(3)アルカリ金属水酸化物が、含フッ素アルカンスルホンイミド塩:1モルに対して、4〜10モルの比率である、上記(1)または(2)記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
(4)水が、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩:1質量部に対して、0.5〜5質量部の比率である、上記(1)〜(3)のいずれか記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
(5)水とアルカリ金属水酸化物を添加した後の加熱温度が、50〜100℃であり、加熱時間が2〜50時間である、上記(1)〜(4)のいずれか記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
本発明(1)によれば、高純度のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を提供することができる。
以下、本発明を実施形態に基づいて具体的に説明する。なお、%は特に示さない限り、また数値固有の場合を除いて質量%である。
本発明のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法は、一般式:(RfSONM(式中、Rfは、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であり、Mは、Li、NaまたはKである)で表されるビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩中に、水とアルカリ金属水酸化物を添加し、加熱して、不純物の一般式:(FSO)(RfSO)NMおよび/または(CHF2nSO)(RfSO)NM(式中、nは1〜4の整数である)で表される含フッ素アルカンスルホンイミド塩(以下、含フッ素アルカンスルホンイミド塩という)を分解させた後、抽出および晶析等により、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を回収することを特徴とする。
不純物である(FSO)(RfSO)NMは、反応式(2):
SO+RfSONHM → (FSO)(RfSO)NM+HF (2)
で生成する。また、(CHF2nSO)(RfSO)NMは、反応式(3):
HF2nSOF+RfSONHM
→ (CHF2nSO)(RfSO)NM+HF (3)
で生成する。
含フッ素アルカンスルホンイミド塩は、アルカリ金属水酸化物と反応して、RfSONHM、MF、MSO等に分解する。
〔1〕アルカリ金属水酸化物の添加
まず、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩中に、水とアルカリ金属水酸化物を添加する。
アルカリ金属水酸化物は、水溶性であればよく、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、および水酸化カリウムからなる群より選択される1種または2種以上を併用してもよく、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩と同一のアルカリ金属を含む水酸化物であるとより好ましい。
アルカリ金属水酸化物は、含フッ素アルカンスルホンイミド塩:1モルに対して、4〜10モルの比率であると好ましい。アルカリ金属水酸化物の比率が、4モル未満では不純物の分解が不十分になり易く、10モルを超えるとビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩中のアルカリ金属水酸化物の含有量が増加する傾向にある。
水は、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩:1質量部に対して、0.5〜5質量部の比率であると好ましい。水の比率が、0.5質量部未満では、スラリーの濃度が高くなり、含フッ素アルカンスルホンイミド塩の分解が不十分になるおそれがあり、5質量部を超えると、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を晶析させて回収する場合に、水に溶解するビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩が多くなり、回収率が低くなるおそれがある。
〔2〕含フッ素アルカンスルホンイミド塩の分解
次に、含フッ素アルカンスルホンイミド塩を分解させるために、加熱する。ここで、加熱温度は、50〜100℃であると好ましい。加熱温度が、50℃未満では含フッ素アルカンスルホンイミド塩の分解が不十分になるおそれがあり、100℃を超えると突沸するおそれがある。また、加熱時間は、2〜50時間であると好ましく、2〜20時間であると、より好ましい。加熱時間が2時間未満では含フッ素アルカンスルホンイミド塩の分解が不十分になるおそれがあり、50時間を超えても格段の効果は得られない。
〔3〕ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の回収
ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を回収させる方法は、抽出、晶析等公知の方法を用いればよく、例えば、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミドカリウムの場合は、冷却晶析後、ろ過する方法が好ましい。ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミドリチウムまたはビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミドナトリウムの場合は、酢酸エチル等の有機溶媒を用いて抽出する方法が好ましい。
上記により、高純度のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を製造することができる。また、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミドリチウムまたはビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミドナトリウムの場合は、高純度のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミドカリウムからの塩交換等によっても製造することができる。
以下、実施例により、本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔実施例1〕
300cmガラスフラスコに、CFSOK:10%、CFSONHK:1%、(FSO)(CFSO)NK:3%(0.0111mol)、および(HCFSO)(CFSO)NK:2%(0.0066mol)を含有している(CFSONK:100gと、5%KOH水溶液:100g(KOH:0.0891mol)を入れ、80℃で20時間加熱攪拌した。次に、5時間かけて20℃まで冷却し、(CFSONKを晶析させた後、ろ過し、(CFSONKの第一結晶:50gとろ液:145gを得た。第一結晶の不純物を19F−NMRで分析した結果、CFSOK:0.2%、CFSONHK:0.02%、(FSO)(CFSO)NKおよび(HCFSO)(CFSO)NKは検出限界以下であった。
〔実施例2〕
実施例1で得られたろ液145gを濃縮して80gとし、20℃で(CFSONKを晶析させた後、ろ過して(CFSONKの第二結晶:26gを得た。実施例1と同様に、第二結晶の不純物を分析した結果、CFSOK:0.2%、CFSONHK:0.03%、(FSO)(CFSO)NKおよび(HCFSO)(CFSO)NKは検出限界以下であった。また、第一結晶と第二結晶の合計収率は、90%であった。
〔比較例1〕
5%KOH水溶液:100gに変えて、水:100を用いた以外は、実施例1と同様にして、(CFSONKの第一結晶:48gを得た。実施例1と同様に、第一結晶の不純物を分析した結果、CFSOK:0.2%、CFSONHK:0.02%、(FSO)(CFSO)NK2%、(HCFSO)(CFSO)NK:2%であった。
〔比較例2〕
500cmガラスフラスコに、CFSOK:10%、CFSONHK:1%、(FSO)(CFSO)NK:3%、および(HCFSO)(CFSO)NK:2%含有している(CFSONK:100gと、水100gを入れ、80℃で20時間加熱攪拌した。次に、5時間かけて20℃まで冷却し、酢酸エチル200ml加えて、1時間攪拌の後、分液し、酢酸エチル層を濃縮して(CFSONKを80g得た。不純物を19F−NMRで分析した結果、CFSOK:0.2%、CFSONHK:1%、(FSO)(CFSO)NK3%、(HCFSO)(CFSO)NK:2%であった。
上記のように、KOH水溶液を使用した実施例1、2では、(FSO)(CFSO)NKおよび(HCFSO)(CFSO)NKを検出限界以下にすることができた。これに対して、KOH水溶液を使用しない比較例1、2では、(FSO)(CFSO)NK2〜3%、(HCFSO)(CFSO)NK:2%であった。

Claims (5)

  1. 一般式:(RfSONM(式中、Rfは、炭素数1〜4のペルフルオロアルキル基であり、Mは、Li、NaまたはKである)で表されるビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩中に、水とアルカリ金属水酸化物を添加し、加熱して、不純物の一般式:(FSO)(RfSO)NMおよび/または(CHF2nSO)(RfSO)NM(式中、nは1〜4の整数である)で表される含フッ素アルカンスルホンイミド塩を分解させた後、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩を回収することを特徴とする、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
  2. アルカリ金属水酸化物が、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、および水酸化カリウムからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
  3. アルカリ金属水酸化物が、含フッ素アルカンスルホンイミド塩:1モルに対して、4〜10モルの比率である、請求項1または2記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
  4. 水が、ビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩:1質量部に対して、0.5〜5質量部の比率である、請求項1〜3のいずれか1項記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
  5. 水とアルカリ金属水酸化物を添加した後の加熱温度が、50〜100℃であり、加熱時間が2〜50時間である、請求項1〜4のいずれか1項記載のビス(ペルフルオロアルカンスルホン)イミド塩の製造方法。
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