JPH0689075B2 - Process for producing perfluorocarbon polymer having sulfonic acid type functional group - Google Patents

Process for producing perfluorocarbon polymer having sulfonic acid type functional group

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JPH0689075B2
JPH0689075B2 JP61130398A JP13039886A JPH0689075B2 JP H0689075 B2 JPH0689075 B2 JP H0689075B2 JP 61130398 A JP61130398 A JP 61130398A JP 13039886 A JP13039886 A JP 13039886A JP H0689075 B2 JPH0689075 B2 JP H0689075B2
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sulfonic acid
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ion exchange
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、スルホン酸型官能基を有するパーフルオロカ
ーボン重合体の製造方法に関し、更に詳しく言えば、水
性媒体中の乳化共重合によりスルホン酸型モノマーの含
有割合の高い、即ち高イオン交換容量のスルホン酸型パ
ーフルオロカーボン重合体を製造し得る新規な方法に関
する。
The present invention relates to a method for producing a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid type functional group, more specifically, a high content ratio of a sulfonic acid type monomer by emulsion copolymerization in an aqueous medium, That is, it relates to a novel method capable of producing a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer having a high ion exchange capacity.

従来、テトラフルオロエチレンの如き含フッ素モノマー
の水性媒体中乳化重合においては、C7F15COONH4,C8F17C
OONH4などのパーフルオロカルボン酸型乳化剤を用いる
重合系が採用されている。CF2=CFO(CF23COOCH3の如
きカルボン酸型官能基を有するモノマーとC2F4などの共
重合においても、同様のパーフルオロカルボン酸型乳化
剤が用いられており、水性媒体中乳化共重合により高イ
オン交換容量のパーフルオロカーボン重合体が円滑有利
に製造されている。
Conventionally, in emulsion polymerization of a fluorine-containing monomer such as tetrafluoroethylene in an aqueous medium, C 7 F 15 COONH 4 , C 8 F 17 C
A polymerization system using a perfluorocarboxylic acid type emulsifier such as OONH 4 has been adopted. The same perfluorocarboxylic acid type emulsifier is used in the copolymerization of C 2 F 4 etc. with a monomer having a carboxylic acid type functional group such as CF 2 = CFO (CF 2 ) 3 COOCH 3 in an aqueous medium. A perfluorocarbon polymer having a high ion exchange capacity is smoothly and advantageously produced by emulsion copolymerization.

一方、 の如きスルホン酸型官能基を有するモノマーとC2F4など
との共重合において、高イオン交換容量を達成するため
には、重合媒体を使用しない塊状重合、あるいはトリク
ロロトリフルオロエタンの如きフッ素系溶剤を媒体とす
る溶液重合が採用されている。スルホン酸型モノマーと
C2F4などの共重合に水性媒体中乳化重合を採用する方法
は、文献上では一般に知られている。然るに、本発明者
の研究によれば、従来のパーフルオロカルボン酸型乳化
剤を用いた通常の水性媒体中乳化重合においては、超音
波乳化処理を施す場合(特開昭60-250009号公報参照)
以外はイオン交換容量が極めて低いものしか得られず、
陽イオン交換膜原料として用いる場合の少なくとも0.5
ミリ当量/グラム乾燥樹脂を達成することが非常に難し
いことが判明した。
on the other hand, In order to achieve a high ion exchange capacity in the copolymerization of a monomer having a sulfonic acid type functional group such as C 2 F 4 and the like, in order to achieve a high ion exchange capacity, a bulk polymerization without using a polymerization medium or a fluorine system such as trichlorotrifluoroethane Solution polymerization using a solvent as a medium has been adopted. With sulfonic acid type monomer
The method of employing emulsion polymerization in an aqueous medium for copolymerization of C 2 F 4 and the like is generally known in the literature. However, according to the study of the present inventors, in the conventional emulsion polymerization in an aqueous medium using a conventional perfluorocarboxylic acid type emulsifier, when performing ultrasonic emulsification treatment (see JP-A-60-250009).
Other than that, only those with extremely low ion exchange capacity can be obtained,
At least 0.5 when used as a cation exchange membrane material
It has been found very difficult to achieve a milliequivalent / gram dry resin.

本発明者は、上記の如き問題点の認識に基いて、超音波
処理のような特殊な処理を必要としない水性媒体中の乳
化共重合により高イオン交換容量のスルホン酸型パーフ
ルオロカーボン重合体を容易に製造できる手段を提供す
べく、種々の研究、検討を重ねた結果、次のような興味
深い知見を得るに至った。
The present inventor, based on the recognition of the above problems, a sulfonic acid type perfluorocarbon polymer having a high ion exchange capacity by emulsion copolymerization in an aqueous medium that does not require a special treatment such as ultrasonic treatment. As a result of various studies and studies in order to provide a means that can be easily produced, the following interesting findings have been obtained.

即ち、水性媒体中乳化重合において、乳化剤として従来
用いられているC7F15CO2NH4,C8F17CO2NH4などのカルボ
ン酸型乳化剤の化わりにC8F17CO3NH4などのスルホン酸
型乳化剤を用いて、スルホン酸型官能基含有パーフルオ
ロカーボンモノマーとパーフルオロオレフィンとの乳化
共重合を行うことにより、円滑有利に高イオン交換容量
のスルホン酸型官能基含有パーフルオロカーボン重合体
を製造可能であるという新規知見を得たものである。本
発明は、この乳化剤を用いたスルホン酸型官能基含有パ
ーフルオロカーボン重合体の製造方法に関する下記の発
明である。
That is, in emulsion polymerization in an aqueous medium, C 8 F 17 CO 3 NH 4 is used instead of carboxylic acid type emulsifiers such as C 7 F 15 CO 2 NH 4 and C 8 F 17 CO 2 NH 4 which are conventionally used as emulsifiers. Emulsion copolymerization of sulfonic acid functional group-containing perfluorocarbon monomer and perfluoroolefin using a sulfonic acid type emulsifier such as This is a new finding that a coalesce can be produced. The present invention is the following invention relating to a method for producing a sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon polymer using this emulsifier.

水性媒体中で重合開始源の作用によりスルホン酸型官能
基含有パーフルオロカーボンモノマーとパーフルオロオ
レフィンとを乳化共重合せしめる方法において一般式 Rf-SO3M Rf:ポリフルオロアルキル基 M:H、アルカリメタル、あるいはNR1R2R3R4(R1,R2,R3,R
4はそれぞれ独立にHまたはアルキル基) で表わされる乳化剤を用いることを特徴とするスルホン
酸型官能基を有するパーフルオロカーボン重合体の製造
方法。
In the method of emulsion-copolymerizing a perfluorocarbon monomer containing a sulfonic acid type functional group and a perfluoroolefin by the action of a polymerization initiation source in an aqueous medium, a general formula Rf-SO 3 M Rf: a polyfluoroalkyl group M: H, an alkali metal , or NR 1 R 2 R 3 R 4 (R 1, R 2, R 3, R
4. A method for producing a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid type functional group, characterized in that emulsifiers each represented by H or an alkyl group are independently used.

本発明に用いられるスルホン酸型乳化剤は炭素数3〜2
0、好ましくは6〜12のポリフルオロアルキル基好まし
くはパーフルオロアルキル基を有するものまたはそれら
の混合物を用いることが、乳化作用が大きく、連鎖移動
作用が小さいため好ましい。R1〜R4はいずれも水素原子
であることが好ましく、それがアルキル基の場合は低級
アルキル基が好ましい。好ましいMはNH4、またはKあ
るいはNaであり、特にNH4が好ましい。かかる含フッ素
乳化剤は通常は水性媒体中0.001〜5重量%、好ましく
は0.05〜3重量%、さらに好ましくは0.1〜2重量%の
濃度で使用され得る。乳化剤の使用が多くなる程スルホ
ン酸型官能基の多い重合体が得られるが、過剰であると
重合体の洗浄やコストの面で好ましくないので、その使
用量の上限は上記程度であることが適当である。
The sulfonic acid type emulsifier used in the present invention has 3 to 2 carbon atoms.
It is preferable to use one having a polyfluoroalkyl group of 0, preferably 6 to 12, preferably a perfluoroalkyl group, or a mixture thereof because the emulsifying action is large and the chain transfer action is small. Each of R 1 to R 4 is preferably a hydrogen atom, and when it is an alkyl group, a lower alkyl group is preferred. Preferred M is NH 4 , or K or Na, and NH 4 is particularly preferred. Such a fluorinated emulsifier can be used usually in an aqueous medium at a concentration of 0.001 to 5% by weight, preferably 0.05 to 3% by weight, more preferably 0.1 to 2% by weight. The more the emulsifier is used, the more the polymer having sulfonic acid type functional groups can be obtained. However, if the amount of the emulsifier is excessive, it is not preferable in terms of cleaning and cost of the polymer. Therefore, the upper limit of the amount used is the above level. Appropriate.

本発明において採用されるスルホン酸型官能基含有パー
フルオロカーボンモノマーとしては、従来より公知乃至
周知のものなどが広範囲にわたって例示され得る。好適
なものとしては、一般式CF2=CF-(OCF2CFX)l-(O)
q−(CF2)n-(CF2CFX′)m-A(式中、lは0〜3、m
は0〜3、nは0〜12、qは0又は1であり、Xは‐F
又は‐CF3であり、X′は‐F又は‐CF3であり、Aはス
ルホン酸型官能基である)で表わされるフルオロビニル
化合物が例示される。通常は入手容易性などの点から、
X及びX′は‐CF3、lは0又は1、mは0、nは0〜
8、qは0又は1であり、またAは共重合反応性などか
ら‐SO2Fが好ましい。かかるフルオロビニル化合物の好
ましい代表例としては、 CF2=CFO(CF21〜8SO2F, CF2=CF(CF20〜8SO2F, などがあげられる。
As the sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer used in the present invention, those publicly known or well known can be exemplified in a wide range. Suitable examples include the general formula CF 2 = CF- (OCF 2 CFX) l- (O).
q- (CF 2) n- (CF 2 CFX ') mA ( wherein, l is 0 to 3, m
Is 0 to 3, n is 0 to 12, q is 0 or 1, and X is -F
Or a -CF 3, X 'is -F or -CF 3, A is fluoro vinyl compound is exemplified represented by a is) sulfonic acid functional groups. Usually, in terms of availability,
X and X ′ are —CF 3 , l is 0 or 1, m is 0, and n is 0.
8, q is 0 or 1, and A is preferably —SO 2 F from the viewpoint of copolymerization reactivity. As a preferable representative example of such a fluorovinyl compound, CF 2 = CFO (CF 2 ) 1 to 8 SO 2 F, CF 2 = CF (CF 2 ) 0-8 SO 2 F, And so on.

本発明においては、パーフルオロオレフィンと上述の如
きスルホン酸型官能基含有パーフルオロカーボンモノマ
ーとが水性媒体中で乳化共重合せしめられるが、スルホ
ン酸型官能基含有パーフルオロカーボンモノマーを二種
以上で使用できるだけでなく、これらモノマーの他に、
他の成分、例えばカルボン酸型官能基含有パーフルオロ
カーボンモノマー、CF2=CFORf(Rfは炭素数1〜10のパ
ーフルオロアルキル基を示す)、あるいはCF2=CF-CF=
CF2、CF2=CFO(CF21〜4OCF=CF2の如きジビニルモ
ノマーなどの一種又は二種以上を併用することもでき
る。而して、本発明においては、水性媒体中の乳化共重
合によりスルホン酸型官能基含有パーフルオロカーボン
モノマーが高割合で共重合したパーフルオロカーボン重
合体を目的としているので、通常は該スルホン酸型官能
基含有パーフルオロカーボンモノマーの共重合割合が20
重量%以上であるパーフルオロカーボン重合体を生成せ
しめるべく、上記各種モノマーの使用割合を選定するの
が望ましい。特に、スルホン酸型官能基含有パーフルオ
ロカーボンモノマーの共重合割合が25〜60重量%程度の
パーフルオロカーボン重合体を生成せしめるべく、選定
されるのが好ましい。
In the present invention, the perfluoroolefin and the sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer as described above can be emulsion-copolymerized in an aqueous medium, but the sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer can be used in two or more kinds. But in addition to these monomers,
Other components, for example, a carboxylic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer, CF 2 = CFORf (Rf represents a perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms), or CF 2 = CF-CF =
One or two or more of divinyl monomers such as CF 2 , CF 2 = CFO (CF 2 ) 1 to 4 OCF = CF 2 may be used in combination. Thus, in the present invention, since a perfluorocarbon polymer in which a sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer is copolymerized in a high proportion by emulsion copolymerization in an aqueous medium, the sulfonic acid type functional group is usually used. The copolymerization ratio of the group-containing perfluorocarbon monomer is 20
It is desirable to select the use ratio of the above-mentioned various monomers in order to produce a perfluorocarbon polymer having a weight% or more. In particular, it is preferable to select it so as to produce a perfluorocarbon polymer having a copolymerization ratio of the sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer of about 25 to 60% by weight.

本発明により得られるスルホン酸型パーフルオロカーボ
ン重合体をイオン交換膜として使用する場合には、その
イオン交換容量は、0.5〜2.0ミリ当量1グラム乾燥樹脂
という広い範囲から選択されるが、以下に述べる如き条
件を採用することにより、イオン交換容量を大きくして
も、生成共重合体の分子量を高くでき、従って共重合体
の機械的性質や耐久性は低下することがないのである。
イオン交換容量は、上記の範囲でも、共重合体の種類に
応じて異なるが、好ましくは0.7ミリ当量/グラム乾燥
樹脂以上、特に0.8ミリ当量/グラム乾燥樹脂以上の場
合が、イオン交換膜としての機械的性質及び電気化学的
性能上好ましい。また、本発明で得られるスルホン酸型
パーフルオロカーボン重合体の分子量は、イオン交換膜
としての機械的性能及び製膜性と関係するので重要であ
り、TQの値で表示すると、150℃以上、好ましくは170〜
340℃、特に180〜280℃程度とするのが好適である。
When the sulfonic acid type perfluorocarbon polymer obtained according to the present invention is used as an ion exchange membrane, its ion exchange capacity is selected from a wide range of 0.5 to 2.0 meq / g dry resin, which will be described below. By adopting such conditions, the molecular weight of the produced copolymer can be increased even if the ion exchange capacity is increased, and therefore the mechanical properties and durability of the copolymer are not lowered.
Although the ion exchange capacity varies depending on the type of the copolymer even in the above range, it is preferably 0.7 meq / g dry resin or more, particularly 0.8 meq / g dry resin or more as an ion exchange membrane. It is preferable in terms of mechanical properties and electrochemical performance. Further, the molecular weight of the sulfonic acid type perfluorocarbon polymer obtained in the present invention is important because it is related to the mechanical performance and the film-forming property as an ion exchange membrane, and when expressed by the value of T Q , 150 ° C or higher, Preferably 170-
The temperature is preferably 340 ° C, particularly about 180 to 280 ° C.

本明細書中において「TQ」なる言葉は、次のように定義
されるものである。即ち、共重合体の分子量に関係する
容量流速100mm3/秒を示す温度がTQと定義される。ここ
において容量流速は、共重合体を30kg/cm2加圧下、一定
温度の径1mm、長さ2mmのオリフィスから熔融流出せし
め、流出する共重合体量をmm3/秒の単位で示したもので
ある。尚、「イオン交換容量」は、次のようにして求め
た。即ち、H型の陽イオン交換樹脂膜を、1NのHCl中で6
0℃、5時間放置し、完全にH型に転換し、HClが残存し
ないように水で充分洗浄した。その後、このH型の膜0.
5gを、0.1NのNaOH25mlに水を25ml加えてなる溶液中に、
室温で2日間静置した。次いで膜をとり出して、溶液中
のNaOHの量を0.1NのHClで逆滴定することにより求める
ものである。
In the present specification, the term "T Q " is defined as follows. That is, the temperature at which the volumetric flow rate related to the molecular weight of the copolymer is 100 mm 3 / sec is defined as T Q. Here, the volumetric flow rate is a value obtained by melting the copolymer under pressure of 30 kg / cm 2 through an orifice with a diameter of 1 mm and a length of 2 mm at a constant temperature, and showing the amount of the copolymer flowing out in the unit of mm 3 / sec. Is. The "ion exchange capacity" was determined as follows. That is, the H-type cation exchange resin membrane was mixed with 6% in 1N HCl.
The mixture was left at 0 ° C. for 5 hours, completely converted to H-form, and washed sufficiently with water so that HCl did not remain. After that, this H-shaped film 0.
5 g in a solution of 25 ml of 0.1N NaOH and 25 ml of water,
It was allowed to stand at room temperature for 2 days. Then, the membrane is taken out, and the amount of NaOH in the solution is determined by back titration with 0.1N HCl.

本発明においては、スルホン酸型モノマーなど官能性単
量体とパーフルオロオレフィンとの共重合反応を、水性
媒体の使用量を水性媒体/官能性単量体の重量比で20/1
以下にし、好ましくは10/1以下に制御して実施すること
が好適である。水性媒体の使用量が多すぎる場合には、
反応装置の大型化あるいは共重合体分離回収など作業操
作面の不利があげられる。
In the present invention, the copolymerization reaction of a functional monomer such as a sulfonic acid type monomer with a perfluoroolefin is carried out by using an aqueous medium in an amount of 20/1 by weight ratio of aqueous medium / functional monomer.
It is preferable to carry out the treatment with the following, preferably controlled to 10/1 or less. If the amount of aqueous medium used is too large,
There are disadvantages in terms of work operation such as enlargement of reactor or separation and recovery of copolymer.

次に、本発明においては、2kg/cm2以上の共重合反応圧
力を採用することが好適である。共重合反応圧力が低す
ぎる場合には、共重合反応速度を実用上満足し得る高さ
に維持することが困難であり、高分子量の共重合体の形
成に難点が認められる。又、共重合反応圧力が低すぎる
と、生成共重合体のイオン交換容量が高くなり、含水量
増大などによる機械的強度、イオン交換性能の低下傾向
が増大することになる。尚、共重合反応圧力は、工業的
実施における反応装置上又は作業操作上などを考慮し
て、50kg/cm2以下から選定されるのが望ましい。かかる
範囲よりも高い共重合反応圧力の採用は可能であるが、
本発明の目的を比例的に向上せしめ得るものではない。
従って、本発明においては、共重合反応圧力を2〜50kg
/cm2、好ましくは4〜30kg/cm2の範囲から選定するのが
最適である。
Next, in the present invention, it is preferable to adopt a copolymerization reaction pressure of 2 kg / cm 2 or more. When the copolymerization reaction pressure is too low, it is difficult to maintain the copolymerization reaction rate at a level that is practically satisfactory, and it is difficult to form a high molecular weight copolymer. On the other hand, if the copolymerization reaction pressure is too low, the ion exchange capacity of the produced copolymer will increase, and the mechanical strength and the ion exchange performance will tend to decrease due to an increase in the water content. Incidentally, the copolymerization reaction pressure is preferably selected from 50 kg / cm 2 or less in consideration of the reaction apparatus or the work operation in industrial practice. Although it is possible to adopt a copolymerization reaction pressure higher than this range,
It is not possible to proportionally improve the object of the present invention.
Therefore, in the present invention, the copolymerization reaction pressure is 2 to 50 kg.
It is optimum to select from the range of / cm 2 , preferably 4 to 30 kg / cm 2 .

本発明の共重合反応に際しては、前記反応条件の他の条
件や操作は、特に限定されることなく広い範囲にわたっ
て採用され得る。例えば、共重合反応温度は、重量開始
源の種類や反応モル比などにより最適値が選定され得る
が、通常は余り高温度や低温度は工業的実施に対して不
利となるので、20〜90℃、好ましくは30〜80℃程度から
選定される。
In the copolymerization reaction of the present invention, other conditions and operations other than the above reaction conditions are not particularly limited and can be adopted over a wide range. For example, the copolymerization reaction temperature may be selected as an optimum value depending on the kind of the weight initiation source, the reaction molar ratio, etc., but usually a too high temperature or a low temperature is disadvantageous for industrial implementation, so that it is 20 to 90. C, preferably about 30-80C.

而して、本発明において重合開始源としては、前記の好
適な反応温度において高い活性を示すものを選定するの
が望ましい。例えば、室温以下でも高活性の電離性放射
線を採用することもできるが、通常はアゾ化合物やパー
オキシ化合物を採用する方が工業的実施に対して有利で
ある。本発明で好適に採用される重合開始源は前記共重
合反応条件下に20〜90℃程度で高活性を示すジコハク酸
パーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイ
ルパーオキサイド、ジペンタフルオロプロピオニルパー
オキサイド等のジアシルパーオキサイド、2,2′‐アゾ
ビス(2-アミジノプロパン)塩酸塩、4,4′‐アゾビス
(4-シアノワレリアン酸)、アゾビスイソブチロニトリ
ル等のアゾ化合物、t-ブチルパーオキシイソブチレー
ト、t-ブチルパーオキシピバレート等のパーオキシエス
テル類、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ
‐2-エチルヘキシルパーオキシジカーボネート等のパー
オキシジカーボネート、ジイソプロピルベンゼンハイド
ロパーオキサイド等のハイドロパーオキサイド類、過硫
酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の無機過酸化物及び
それらのレドックス系等である。
Therefore, in the present invention, it is desirable to select, as the polymerization initiation source, one that exhibits high activity at the above-mentioned suitable reaction temperature. For example, ionizing radiation having high activity even at room temperature or lower can be adopted, but it is usually more advantageous for industrial practice to use an azo compound or a peroxy compound. The polymerization initiation source preferably adopted in the present invention is, for example, disuccinic acid peroxide, benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, dipentafluoropropionyl peroxide, etc. which show high activity at about 20 to 90 ° C. under the copolymerization reaction conditions. Diacyl peroxide, 2,2'-azobis (2-amidinopropane) hydrochloride, 4,4'-azobis (4-cyanovaleric acid), azo compounds such as azobisisobutyronitrile, t-butylperoxy Peroxyesters such as isobutyrate and t-butylperoxypivalate, peroxydicarbonates such as diisopropylperoxydicarbonate and di-2-ethylhexylperoxydicarbonate, hydroperoxides such as diisopropylbenzene hydroperoxide , Potassium persulfate, ammonium persulfate, etc. Inorganic peroxides and their redox systems and the like.

本発明においては、重合開始源濃度は、全モノマーに対
して0.0001〜3重量%、好ましくは0.0001〜2重量%程
度である。開始源濃度を下げることによって、生成共重
合体の分子量を高めることが可能であり、高イオン交換
容量を保持することが可能である。開始源濃度を余りに
高くすると、分子量の低下傾向が増し、高イオン交換容
量で高分子量の共重合体の生成に対して不利となる。
In the present invention, the concentration of the polymerization initiation source is about 0.0001 to 3% by weight, preferably about 0.0001 to 2% by weight, based on all the monomers. By decreasing the concentration of the starting source, it is possible to increase the molecular weight of the produced copolymer, and it is possible to maintain a high ion exchange capacity. If the starting source concentration is too high, the tendency of lowering the molecular weight increases, which is disadvantageous to the formation of a high ion exchange capacity, high molecular weight copolymer.

その他通常の水性媒体中乳化共重合において用いられる
分散剤、緩衝剤、分子量調製剤等を添加することもでき
る。又、本発明における共重合反応を阻害しないもの
で、連鎖移動の少ないものであれば、例えばフロン系溶
媒として知られている弗素化系又は弗素化塩素化系飽和
炭化水素等の不活性有機溶媒を添加することもできる。
In addition, a dispersant, a buffering agent, a molecular weight adjusting agent and the like used in ordinary emulsion copolymerization in an aqueous medium may be added. Further, an inert organic solvent such as a fluorinated or fluorinated chlorinated saturated hydrocarbon known as a CFC-based solvent, as long as it does not inhibit the copolymerization reaction in the present invention and has little chain transfer. Can also be added.

而して、本発明においては、生成共重合体濃度を40重量
%以下、好ましくは30重量%以下に制御して実施するの
が好適である。余りに高濃度にすると、共重合体組成の
不均一性の増大、ラテックスの分散破壊などの難点が認
められる。
Therefore, in the present invention, it is preferable to control the concentration of the produced copolymer to 40% by weight or less, preferably 30% by weight or less. If the concentration is too high, problems such as increased non-uniformity of copolymer composition and dispersion breakage of latex are observed.

本発明のスルホン酸型パーフルオロカーボン重量体は、
適宜手段にて製膜され得る。例えば、必要により官能基
を加水分解でスルホン酸基に転換するが、かかる加水分
解処理は製膜前でも製膜後でも可能である。通常は製膜
後に加水分解処理する方が望ましい。製膜手段には種々
のものが採用可能であり、例えば加熱熔融成形、ラテッ
クス成形、適当な溶液に溶解させての注型成形など公知
乃至周知の方法を適宜採用し得る。更に、異なるイオン
交換容量を有する膜或いはカルボン酸基等の異なる官能
基を有する膜と2層以上に積層することも可能である。
また、クロス、繊維、不織布等による補強を加えること
もできる。
The sulfonic acid type perfluorocarbon weight body of the present invention is
The film can be formed by an appropriate means. For example, if necessary, the functional group is hydrolyzed to be converted into a sulfonic acid group, and such a hydrolysis treatment can be performed before or after film formation. Usually, it is desirable to carry out hydrolysis treatment after film formation. Various kinds of film forming means can be adopted, and for example, known or well-known methods such as hot melt molding, latex molding, and cast molding by dissolving in a suitable solution can be appropriately adopted. Furthermore, it is also possible to laminate two or more layers with a film having a different ion exchange capacity or a film having a different functional group such as a carboxylic acid group.
Further, reinforcement with cloth, fibers, non-woven fabric or the like can be added.

本発明のスルホン酸型パーフルオロカーボン重合体から
のイオン交換膜は、種々の優れた性能を有するために、
各種分野、目的、用途などに広範囲に採用され得る。例
えば、拡散透析、電解還元、燃料電池の隔膜などとし
て、特に耐触性が要求される分野で好適に使用される。
なかでも、アルカリ電解用の陽イオン選択性隔膜として
使う場合には、カルボン酸型膜との積層膜などにおいて
高い性能を発揮し得るものである。例えば、上記のよう
な陽イオ交換樹脂膜にて、陽極と陰極とを区画して陽極
室と陰極室とを構成し、陽極室に塩化アルカリ水溶液を
供給して電解し、陰極室から水酸化アルカリを得る所謂
二室型槽の場合でも、2規定以上の濃度の塩化ナトリム
水溶液を原料にして5〜50A/dm2の電流密度で電解する
ことにより、30%以上の高濃度の水酸化ナトリウムが高
い電流効率と低い槽電圧で長期にわたって安定して製造
できる。
The ion exchange membrane from the sulfonic acid type perfluorocarbon polymer of the present invention has various excellent performances,
It can be widely adopted in various fields, purposes, applications, and the like. For example, it is preferably used as a diffusion dialysis, electrolytic reduction, a diaphragm of a fuel cell, and the like, particularly in a field requiring touch resistance.
In particular, when it is used as a cation-selective membrane for alkaline electrolysis, it can exhibit high performance in a laminated membrane with a carboxylic acid type membrane. For example, with the cation exchange resin film as described above, the anode and the cathode are partitioned to form an anode chamber and a cathode chamber, an alkaline chloride aqueous solution is supplied to the anode chamber for electrolysis, and the cathode chamber is hydroxylated. Even in the case of a so-called two-chamber type tank for obtaining alkali, by using an aqueous sodium chloride solution having a concentration of 2 N or more as a raw material and electrolyzing at a current density of 5 to 50 A / dm 2 , sodium hydroxide having a high concentration of 30% or more can be obtained. Can be manufactured stably for a long period of time with high current efficiency and low cell voltage.

次に、本発明の実施例について、更に具体的に説明する
が、かかる説明によって本発明が限定されるものでない
ことは勿論である。
Next, examples of the present invention will be described in more detail, but it goes without saying that the present invention is not limited by the description.

[実施例] 実施例1 イオン交換水100g、C8F17SO3NH4 0.20g,Na2HPO4・12H2O
0.50g,NaH2PO4・2H2O 0.29g,(NH42S2O8 35mg,およ
びCF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF22SO2F 20gを内容積0.
2のステンレス製オートクレーブに仕込み液体窒素で
十分脱気した後、57℃とし、テトラフルオロエチレンを
6kg/cm2迄仕込み重合を開始させた。反応中は系外より
テトラフルオロエチレンを導入し、圧力を一定に保持し
た。5時間後に未反応のテトラフルオロエチレンをパー
ジして重合を終了させ、得られたラテックスを凝集し、
洗浄乾燥を行なって17.4gの共重合体を得た。該共重合
体のイオン交換容量は1.20ミリ当量/グラム乾燥樹脂で
あった。該共重合体を250℃でプレス製膜すると強靭な
フィルムが得られ、25%HaOH水溶液で加水分解するとス
ルホン酸型イオン交換膜が得られた。
EXAMPLES Example 1 Ion exchange water 100g, C 8 F 17 SO 3 NH 4 0.20g, Na 2 HPO 4 · 12H 2 O
0.50g, NaH 2 PO 4・ 2H 2 O 0.29g, (NH 4 ) 2 S 2 O 8 35mg, and CF 2 = CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 SO 2 F 20g .
After charging into a stainless steel autoclave in No. 2 and thoroughly degassing with liquid nitrogen, bring the temperature to 57 ° C and add tetrafluoroethylene.
The charge polymerization was started up to 6 kg / cm 2 . During the reaction, tetrafluoroethylene was introduced from outside the system to keep the pressure constant. After 5 hours, unreacted tetrafluoroethylene was purged to terminate the polymerization, and the obtained latex was coagulated.
After washing and drying, 17.4 g of a copolymer was obtained. The ion exchange capacity of the copolymer was 1.20 meq / g dry resin. A tough film was obtained by press-forming the copolymer at 250 ° C., and a sulfonic acid type ion exchange membrane was obtained by hydrolysis with a 25% aqueous solution of HaOH.

次に乳化剤としてC8F17SO3NH4の代わりにC8F17-CO2NH4
0.20gを用いた以外は同様にして重合、後処理を行なっ
たところ、得られた共重合体のイオン交換容量は0.1ミ
リ当量/グラム乾燥樹脂以下であった。
Then, instead of C 8 F 17 SO 3 NH 4 as an emulsifier, C 8 F 17 -CO 2 NH 4
Polymerization and post-treatment were carried out in the same manner except that 0.20 g was used, and the ion exchange capacity of the obtained copolymer was 0.1 meq / g dry resin or less.

実施例2 テトラフルオロエチレンの圧力を9kg/cm2にした以外は
実施例1と同様に重合、後処理を行なったところ、得ら
れた共重合体のイオン交換容量は0.85ミリ当量/グラム
乾燥樹脂であった。
Example 2 Polymerization and post-treatment were carried out in the same manner as in Example 1 except that the pressure of tetrafluoroethylene was changed to 9 kg / cm 2 , and the ion exchange capacity of the obtained copolymer was 0.85 meq / g dry resin. Met.

実施例3 乳化剤としてC8F17SO3K 0.20gを用い、テトラフルオロ
エチレンの圧力を5kg/cm2にした以外は実施例1と同様
に重合した。得られた共重合体のイオン交換容量は0.82
ミリ当量/グラム乾燥樹脂であった。
Example 3 Polymerization was carried out in the same manner as in Example 1 except that 0.20 g of C 8 F 17 SO 3 K was used as an emulsifier and the pressure of tetrafluoroethylene was set to 5 kg / cm 2 . The ion-exchange capacity of the obtained copolymer was 0.82.
It was meq / g dry resin.

実施例4 乳化剤としてC8F17SO3NH4 1.00gを用い、テトラフルオ
ロエチレンの圧力を9kg/cm2にした以外は実施例1と同
様に重合、後処理を行なったところ、得られた共重合体
のイオン交換容量は1.05ミリ当量/グラム乾燥樹脂であ
った。
Example 4 Polymerization and post-treatment were carried out in the same manner as in Example 1 except that 1.00 g of C 8 F 17 SO 3 NH 4 was used as an emulsifier and the pressure of tetrafluoroethylene was set to 9 kg / cm 2 , which was obtained. The ion exchange capacity of the copolymer was 1.05 meq / g dry resin.

[発明の効果] 本発明は、従来のカルボン酸型乳化剤を用いた乳化共重
合では超音波処理などの特殊な処理をしない限り得られ
なかったスルホン酸基を多量に有するパーフルオロ共重
合体をスルホン酸型乳化剤を用いることにより、特殊な
処理なしで容易に合成する手段を提供するものである。
EFFECTS OF THE INVENTION The present invention provides a perfluorocopolymer having a large amount of sulfonic acid groups, which cannot be obtained unless special treatment such as ultrasonic treatment is performed in conventional emulsion copolymerization using a carboxylic acid type emulsifier. By using a sulfonic acid type emulsifier, a means for easily synthesizing without special treatment is provided.

乳化剤のスルホン酸型官能基は塩型、酸型のいずれも使
用可能であるが、特にアンモニウム塩型を用いた場合に
スルホン酸型官能基を有するモノマーの共重合比を高め
ることが容易である。
The sulfonic acid type functional group of the emulsifier may be either a salt type or an acid type, but particularly when an ammonium salt type is used, it is easy to increase the copolymerization ratio of the monomer having a sulfonic acid type functional group. .

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】水性媒体中で重合開始源の作用によりスル
ホン酸型官能基含有パーフルオロカーボンモノマーとパ
ーフルオロオレフィンとを乳化共重合せしめる方法にお
いて一般式 Rf-SO3M Rf:ポリフルオロアルキル基 M:H、アルカリメタル、あるいはNR1R2R3R4(R1,R2,R3,R
4はそれぞれ独立にHまたはアルキル基) で表わされる乳化剤を用いることを特徴とするスルホン
酸型官能基を有するパーフルオロカーボン重合体の製造
方法。
1. A method of emulsion-copolymerizing a perfluorocarbon monomer having a sulfonic acid type functional group and a perfluoroolefin by the action of a polymerization initiation source in an aqueous medium, wherein Rf-SO 3 M Rf is a polyfluoroalkyl group M. : H, alkali metal, or NR 1 R 2 R 3 R 4 (R 1 , R 2 , R 3 ,, R
4. A method for producing a perfluorocarbon polymer having a sulfonic acid type functional group, characterized in that emulsifiers each represented by H or an alkyl group are independently used.
【請求項2】一般式においてRfがパーフルオロアルキル
基である特許請求の範囲第1項記載の方法。
2. The method according to claim 1, wherein Rf in the general formula is a perfluoroalkyl group.
【請求項3】一般式において、Rfが炭素数6〜12のパー
フルオロアルキル基である特許請求の範囲第2項記載の
方法。
3. The method according to claim 2, wherein Rf in the general formula is a perfluoroalkyl group having 6 to 12 carbon atoms.
【請求項4】スルホン酸型官能基含有パーフルオロカー
ボンモノマーが CF2=CFOCF2CF(CF3)O(CF22SO2F であって、これと共重合させるパーフルオロオレフィン
がテトラフルオロエチレンであり、前者の共重合割合が
20重量%以上である特許請求の範囲第1項記載の方法。
4. A sulfonic acid type functional group-containing perfluorocarbon monomer is CF 2 ═CFOCF 2 CF (CF 3 ) O (CF 2 ) 2 SO 2 F, and the perfluoroolefin to be copolymerized therewith is tetrafluoroethylene. And the former copolymerization ratio is
The method according to claim 1, which is 20% by weight or more.
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