KR20220078520A - Method for producing fluorinated copolymer containing perfluoro sulfonyl fluoride group and copolymer prepared therefrom - Google Patents

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KR20220078520A
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손은호
강홍석
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백지훈
이상구
오명석
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Abstract

본 발명은 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체 제조방법 및 이로부터 제조된 공중합체에 관한 발명으로, 화학식 1로 표시되는 과불소황산 비닐이써 단량체 및 화학식 2로 표시되는 사불화에틸렌 단량체를 이용하고, 화학식 3으로 표시되는 과불소계 이써 용제를 반응용매로 사용하여 중합하는 것을 특징으로 하는 공중합체 제조방법 및 이로부터 제조된 공중합체를 제공한다.
<화학식 1>
CF2=CF-O-[CF2-CF(CF3)-O]m-[CF2]n-SO2F
<화학식 2>
CF2=CF2
<화학식 3>
CF3CF2CF2-O-[CF2-CF(CF3)-O]o-[CF2-CF2-O]p-[CF2-O]q-CF3
상기 화학식 1에서 m은 0 내지 3의 정수를 나타내며, n은 2 내지 4의 정수를 나타낸다. 상기 화학식 3에서 o은 0 내지 30의 정수를 나타내며, p와 q는 각각 0 내지 40의 정수를 나타낸다. 본 발명에 따르면, 과불소계 이써 용제를 이용하여 친환경적이며, 낮은 압력범위에서도 목표 당량가 및 적절한 MFI 값을 모두 달성한 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체를 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다. 또한, 사불화에틸렌, 과불소황산 비닐이써 단량체의 용제에 대한 용해도가 높아 공정 안정성을 높일 수 있고, 미반응 단량체 회수가 용이한 효과가 있다.
The present invention relates to a method for preparing a fluorine-based copolymer containing a perfluorosulfate group and a copolymer prepared therefrom, using a vinyl perfluorosulfate monomer represented by Formula 1 and an ethylene tetrafluoride monomer represented by Formula 2 and a method for preparing a copolymer, characterized in that polymerization is performed using a perfluorinated ether solvent represented by Chemical Formula 3 as a reaction solvent, and a copolymer prepared therefrom.
<Formula 1>
CF 2 =CF-O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] m -[CF 2 ] n -SO 2 F
<Formula 2>
CF 2 =CF 2
<Formula 3>
CF 3 CF 2 CF 2 -O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] o -[CF 2 -CF 2 -O] p -[CF 2 -O] q -CF 3
In Formula 1, m represents an integer of 0 to 3, and n represents an integer of 2 to 4. In Formula 3, o represents an integer of 0 to 30, and p and q represent an integer of 0 to 40, respectively. According to the present invention, there is an excellent effect of obtaining a perfluorinated sulfate group-containing fluorine-based copolymer that is environmentally friendly using a perfluorinated ether solvent and achieves both a target equivalent value and an appropriate MFI value even in a low pressure range. In addition, ethylene tetrafluoride, vinyl perfluorosulfate, the solubility of the monomer in a solvent is high, so that process stability can be improved, and unreacted monomer recovery is easy.

Description

과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체 제조방법 및 이로부터 제조된 공중합체{Method for producing fluorinated copolymer containing perfluoro sulfonyl fluoride group and copolymer prepared therefrom}Method for producing fluorinated copolymer containing perfluorosulfonyl fluoride group and copolymer prepared therefrom

본 발명은 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체 제조방법 및 이로부터 제조된 공중합체에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group and a copolymer prepared therefrom.

연료전지는 화학연료가 지닌 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전원으로, 물의 전기분해의 역반응인 수소와 산소의 전기화학반응을 이용한다. 연료를 태우는 연소과정이 요구되지 않으므로 열효율이 높고, 분진이나 화학물질 등 공해물질 배출이 없는 장점이 있다. A fuel cell is a power source that directly converts chemical energy possessed by chemical fuels into electrical energy, and uses the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, which is the reverse reaction of water electrolysis. Since a combustion process that burns fuel is not required, thermal efficiency is high, and there is no emission of pollutants such as dust or chemicals.

또한, 연료전지는 다양한 용량으로 제작 가능하고, 전력수요지 내에서 설치가 용이하여 송변전 설비를 줄일 수 있는 등 전력계통 운영 측면에서도 유용한 첨단 기술이다. In addition, the fuel cell is a useful cutting-edge technology in terms of operation of the power system, such as can be manufactured in various capacities and can be easily installed within the power demand area, thereby reducing transmission and substation facilities.

연료전지는 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체전해질형(SOFC), 고체고분자형(PEMFC)로 크게 분류한다. 이 중 고체고분자형 연료전지는 전류밀도가 높아 대표적 이동수단인 자동차에 이용되는 등 활발한 개발이 진행되고 있다. Fuel cells are broadly classified into phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC), and solid polymer type (PEMFC) according to the type of electrolyte. Among them, solid polymer fuel cells have a high current density and are being actively developed, such as being used in automobiles, which are representative means of transportation.

연료전지 발전시스템의 기술구성을 살펴보면 연료전지 본체기술과 시스템기술로 나눌 수 있고, 각 부문이 단위전지 요소기술인 단위전지(MEA)제작기술과 이에 필수적인 전해질 등의 재료기술, 단위 전지의 적층기술, 스택구성기술, 스택성능 측정기술로 구분된다. 시스템 기술은 시스템 구성기술인 주변 기기(개질기, 인버터, 배열회수장치) 개발 및 시스템 설계, 운영과 같은 시스템 종합 기술 등으로 구성된다.If we look at the technical composition of the fuel cell power generation system, it can be divided into fuel cell main body technology and system technology. It is divided into stack configuration technology and stack performance measurement technology. System technology consists of system configuration technology, such as development of peripheral devices (reformer, inverter, heat recovery device), and overall system technology such as system design and operation.

수십년 간 연구과정을 통해 단위전지 제작 기술부터 적층 및 시스템 구성 부분은 많은 연구결과가 진행되어 거의 상용화 단계에 있다. 반면, 가장 기본이 되고, 전체 시스템에 영향을 미치고 전체 효율을 좌우하는 중요한 인자에 해당하는, 연료전지 재료기술은 연구개발이 매우 미진한 상태이다. 특히, 고분자형 연료전지는 전세계적으로 사용할 수 있는 전해질이 거의 유사한 화학구조를 갖는 과불소황산(Perfluoro Sulfonic Acid, PFSA)계열의 2-3개 물질에 불과한 실정이며, 가격도 고가로 상용화, 다양한 응용 및 보급에 상당한 제약이 있었다.Through the research process for decades, many research results have been carried out from unit cell manufacturing technology to stacking and system configuration, and it is almost in the commercialization stage. On the other hand, fuel cell material technology, which is the most basic, affects the entire system and is an important factor influencing the overall efficiency, is in a state of incomplete research and development. In particular, polymer-type fuel cells are only 2-3 materials of the perfluorosulfonic acid (PFSA) series, which have almost similar chemical structures to electrolytes that can be used worldwide. There were significant restrictions on application and dissemination.

과불소 황산기 함유 불소계 공중합체 제조는 통상적으로 과불소 황산기 함유 비닐이써 단량체와 사불화에틸렌을 이용하고 라디칼 개시제를 이용해 공중합하여 수행된다. 이는 CFC 용제를 사용한 용액중합 또는 유화중합으로 이루어질 수 있다. 과불소 황산기 함유 비닐이써 단량체와 사불화에틸렌은 반응성 차이가 크고 상대적으로 긴 측쇄를 갖는 과불소황산 비닐이써 단량체의 전환율이 낮기 때문에 과불소황산 비닐이써 단량체를 회수하여 재활용하여야 한다. 이때, 유화중합 방법을 사용하는 경우 미반응 비닐이써 단량체가 물에 분산되어 있는 상태이므로 단량체 회수 및 재활용 공정이 복잡하고, 회수율도 문제가 있다.The perfluorosulfuric acid group-containing fluorine-based copolymer is typically prepared by copolymerization using a perfluorosulfate group-containing vinyl ether monomer and ethylene tetrafluoride, and using a radical initiator. This may be accomplished by solution polymerization or emulsion polymerization using a CFC solvent. Vinyl perfluorosulfate monomer and ethylene tetrafluoride have a large difference in reactivity and have a relatively long side chain, so the conversion rate of the vinyl perfluorosulfate monomer is low. Therefore, the vinyl perfluorosulfate monomer must be recovered and recycled. In this case, when the emulsion polymerization method is used, since the unreacted vinyl monomer is dispersed in water, the monomer recovery and recycling process is complicated, and there is a problem in the recovery rate.

또한, 현재 가장 상업적으로 많이 사용되는 용액중합 방법은 Freon-113 과 같은 지구온난화 유발물질이 사용되어 왔고, 이러한 CFC 및 HCFC 용제는 1989년 1월 1일 몬트리올 의정서 선언 이후 산업적 대량 사용이 불가능하고 설사 사용한다고 하여도 용이하지 않다.In addition, the most commercially used solution polymerization method at present has been used global warming-causing substances such as Freon-113, and these CFC and HCFC solvents are not available for industrial mass use after the Montreal Protocol was declared on January 1, 1989, and Even if you use it, it is not easy.

이에, 본 발명자들은 반응 용제 회수가능성, 가스 상태 사불화에틸렌의 흡수용해성 및 반응 참여도, 친환경성 등 다양한 요인을 고려하며, 상기 문제점을 해결하고 친환경적인 신규한 반응 용제 및 이를 이용한 최적의 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체 제조방법을 개발하고자 연구한 결과 본 발명에 이르게 되었다. Accordingly, the present inventors consider various factors such as reaction solvent recovery possibility, absorption solubility and reaction participation degree of gaseous ethylene tetrafluoride, and environmental friendliness, and solve the above problems and use an eco-friendly novel reaction solvent and optimal perfluorine As a result of research to develop a method for producing a sulfate group-containing fluorine-based copolymer, the present invention was reached.

대한민국 공개특허공보 제1997-0015616(1997.04.28)Korean Patent Publication No. 1997-0015616 (April 28, 1997)

본 발명은 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체 제조방법 및 이로부터 제조된 공중합체를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a method for preparing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group and a copolymer prepared therefrom.

상기 목적을 달성하기 위하여,In order to achieve the above object,

본 발명의 일 측면에서,In one aspect of the present invention,

하기 화학식 1로 표시되는 과불소황산 비닐이써 단량체 및 하기 화학식 2로 표시되는 사불화에틸렌 단량체를 중합하는 단계를 포함하되, 하기 화학식 3으로 표시되는 과불소계 이써 용제를 반응용매로 사용하여 중합하는 것을 특징으로 하는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법을 제공한다.A method comprising the step of polymerizing a vinyl perfluorosulfate monomer represented by the following formula (1) and an ethylene tetrafluoride monomer represented by the following formula (2), wherein the polymerization using a perfluorinated solvent represented by the following formula (3) as a reaction solvent It provides a method for producing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group, characterized in that.

<화학식 1><Formula 1>

CF2=CF-O-[CF2-CF(CF3)-O]m-[CF2]n-SO2FCF 2 =CF-O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] m -[CF 2 ] n -SO 2 F

<화학식 2><Formula 2>

CF2=CF2 CF 2 =CF 2

<화학식 3><Formula 3>

CF3CF2CF2-O-[CF2-CF(CF3)-O]o-[CF2-CF2-O]p-[CF2-O]q-CF3 CF 3 CF 2 CF 2 -O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] o -[CF 2 -CF 2 -O] p -[CF 2 -O] q -CF 3

상기 화학식 1에서 m은 0 내지 3의 정수를 나타내며, n은 2 내지 4의 정수를 나타낸다.In Formula 1, m represents an integer of 0 to 3, and n represents an integer of 2 to 4.

상기 화학식 3에서 o은 0 내지 30의 정수를 나타내며, p와 q는 각각 0 내지 40의 정수를 나타낸다.In Formula 3, o represents an integer of 0 to 30, and p and q represent an integer of 0 to 40, respectively.

본 발명의 다른 일 측면에서,In another aspect of the present invention,

본 발명의 일 측면에서 제공되는 제조방법으로 제조되는 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체를 제공한다.It provides a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group prepared by the manufacturing method provided in one aspect of the present invention.

본 발명의 또 다른 일 측면에서,In another aspect of the present invention,

본 발명의 일 측면에서 제공되는 제조방법이 수행되는,The manufacturing method provided in one aspect of the present invention is performed,

과불소황산 비닐이써 단량체와 반응용매를 포함하는 반응기; 및 A reactor comprising a vinyl perfluorosulfate monomer and a reaction solvent; and

상기 반응기로 사불화에틸렌(TFE)을 공급하는 기상공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응 시스템을 제공한다.It provides a reaction system comprising a; a gas phase supply device for supplying ethylene tetrafluoride (TFE) to the reactor.

본 발명에 따르면, 과불소계 이써 용제를 이용해 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체를 제조하여, 친환경적이며, 낮은 압력범위에서도 목표 당량가 및 적절한 MFI 값을 모두 달성한 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체를 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다. According to the present invention, a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group is prepared using a perfluorinated ether solvent to obtain a perfluorinated sulfate group-containing fluorine-based copolymer that is environmentally friendly and achieves both a target equivalent value and an appropriate MFI value even in a low pressure range There are excellent effects that can be

또한, 사불화에틸렌, 과불소황산 비닐이써 단량체의 용제에 대한 용해도가 높아 공정 안정성을 높일 수 있고, 미반응 단량체 회수가 용이한 효과가 있다.In addition, ethylene tetrafluoride, vinyl perfluorosulfate, the solubility of the monomer in the solvent is high, so process stability can be improved, and unreacted monomer recovery is easy.

도 1은 본 발명에 따른 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체 제조를 위한 반응시스템을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a reaction system for preparing a perfluorinated sulfate group-containing fluorine-based copolymer according to the present invention.

본 발명은 여러 변경을 가할 수 있으며 이에 따라 다양한 실시예가 나올 수 있는 바, 특정 실시예를 하단에 제시하고 상세하게 설명하고자 한다. Since the present invention can make various changes and thus various embodiments can be made, specific embodiments will be presented below and described in detail.

또한 특별히 정의가 되지 않은 본 명세서의 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상적인 지식을 가진 자 모두에게 이해가 가능한 의미로 사용할 수 있을 것이다.In addition, all terms in this specification that are not specifically defined may be used in a meaning that can be understood by all those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

그러나 이는 본 발명은 하단에 기술될 특정한 실시예에만 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.However, it should be understood that the present invention is not intended to be limited only to the specific embodiments to be described below, and includes all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 다른 균등물과 변형 예들이 있을 수 있으며, 본 명세서에서 제시하는 실시예는 가장 바람직한 실시예일 뿐이다.Accordingly, there may be other equivalents and modifications to the embodiment described herein, and the embodiment presented herein is only the most preferred embodiment.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명의 일 측면에서는,In one aspect of the present invention,

하기 화학식 1로 표시되는 과불소황산 비닐이써 단량체 및 하기 화학식 2로 표시되는 사불화에틸렌 단량체를 중합하는 단계를 포함하되, 하기 화학식 3으로 표시되는 과불소계 이써 용제를 반응용매로 사용하여 중합하는 것을 특징으로 하는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법:A method comprising the step of polymerizing a vinyl perfluorosulfate monomer represented by the following formula (1) and an ethylene tetrafluoride monomer represented by the following formula (2), wherein the polymerization using a perfluorinated solvent represented by the following formula (3) as a reaction solvent A method for producing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group, characterized in that:

<화학식 1><Formula 1>

CF2=CF-O-[CF2-CF(CF3)-O]m-[CF2]n-SO2FCF 2 =CF-O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] m -[CF 2 ] n -SO 2 F

<화학식 2><Formula 2>

CF2=CF2 CF 2 =CF 2

<화학식 3><Formula 3>

CF3CF2CF2-O-[CF2-CF(CF3)-O]o-[CF2-CF2-O]p-[CF2-O]q-CF3 CF 3 CF 2 CF 2 -O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] o -[CF 2 -CF 2 -O] p -[CF 2 -O] q -CF 3

상기 화학식 1에서 m은 0 내지 3의 정수를 나타내며, n은 2 내지 4의 정수를 나타내고,In Formula 1, m represents an integer of 0 to 3, n represents an integer of 2 to 4,

상기 화학식 3에서 o은 0 내지 30의 정수를 나타내며, p와 q는 각각 0 내지 40의 정수를 나타낸다.In Formula 3, o represents an integer of 0 to 30, and p and q represent an integer of 0 to 40, respectively.

과불소계 이써 용제의 끓는점은 50~100 ℃ 일 수 있다. 과불소계 이써 용제의 구체적인 예로서는, 상업적으로 공급되는 HT70(상표명)을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다.The boiling point of the perfluorinated ether solvent may be 50 to 100 °C. As a specific example of the perfluorinated ether solvent, commercially available HT70 (trade name) may be used, but is not limited thereto.

본 발명의 공중합체의 제조방법은 사불화에틸렌 단량체 및 화학식 1로 표시되는 과불소황산 비닐이써 단량체를 이용한다. The method for preparing the copolymer of the present invention uses an ethylene tetrafluoride monomer and a vinyl perfluorosulfate monomer represented by the formula (1).

본 발명의 공중합체의 제조방법은 화학식 3으로 표시되는 과불소계 이써 용제를 반응용매를 사용한다. The method for preparing the copolymer of the present invention uses a perfluorinated ether solvent represented by Chemical Formula 3 as a reaction solvent.

상기 과불소계 이써 용제는 지구온난화지수가 매우 낮아 친환경적이고, 공단량체인 사불화에틸렌의 흡수 용해도가 높아 반응액 내에서 과불소황산 비닐이써와 사불화에틸렌의 농도를 조절하여 적절한 분자량과 조성을 갖는 공중합체를 제조할 수 있는 장점이 있다.The perfluorinated ether solvent has a very low global warming potential and is eco-friendly, and has a high absorption solubility of ethylene tetrafluoride as a comonomer, so it has an appropriate molecular weight and composition by controlling the concentration of vinyl ether perfluorosulfate and ethylene tetrafluoride in the reaction solution. There is an advantage in that the copolymer can be prepared.

또한, 사불화에틸렌 흡수 용해도가 높으므로 반응온도를 낮출 수 있어 폭발위험성을 줄여 공정 안정성을 높일 수 있다.In addition, since the absorption solubility of ethylene tetrafluoride is high, the reaction temperature can be lowered, thereby reducing the risk of explosion and improving process stability.

기존 반응용매로 사용하던 Freon-113은 bp가 47.7℃로 이를 이용하는 경우 반응압이 전체적으로 상승할 수 있는 문제점이 있으나, 상기 화학식 3의 과불소계 이써 용제는 넓은 범위 비점을 갖는 용제를 선택할 수 있어 이를 방지할 수 있다. Freon-113, which has been used as a conventional reaction solvent, has a bp of 47.7° C., and there is a problem that the reaction pressure may increase overall when using it. can be prevented

또한, 상기 과불소황산 비닐이써 단량체와 적절한 비점 차이를 갖는 과불소계 이써 용제를 선택함으로써 미반응 단량체와 반응용매 간 분리 정제를 용이하게 하여 공정의 경제성을 높일 수 있다. 또한 상기 과불소계 이써 용제는 neutral한 물질로서 반응원료들과 반응성이 없어 반응 중에 불순물이 생성될 가능성이 없는 장점이 있다. In addition, by selecting a perfluorinated ether solvent having an appropriate boiling point difference from the vinyl perfluorosulfate monomer, it is possible to facilitate separation and purification between the unreacted monomer and the reaction solvent, thereby increasing the economic feasibility of the process. In addition, the perfluorinated ether solvent is a neutral material and has the advantage that there is no possibility of impurities being generated during the reaction because it is not reactive with the reaction raw materials.

상기 공중합체 중합반응은, The copolymer polymerization reaction is

중합반응 개시 전 상기 과불소황산 비닐이써 단량체는 상기 용제에 용해된 상태로 공급되고, 상기 사불화에틸렌 단량체는 기상으로 공급되어 중합반응이 진행되는 것일 수 있다.Before the polymerization reaction starts, the vinyl perfluorosulfate monomer may be supplied in a dissolved state in the solvent, and the ethylene tetrafluoride monomer may be supplied in a gas phase to proceed with the polymerization reaction.

상기 중합 반응은 배치 반응 또는 연속 반응일 수 있으나, 이하에서는 배치 반응에 맞추어 설명한다.The polymerization reaction may be a batch reaction or a continuous reaction, but will be described below according to the batch reaction.

상기 방법은 과불소황산 비닐이써 단량체 및 상기 반응용매의 총 중량에 대하여, 상기 과불소황산 비닐이써 단량체가 5 내지 90 중량%의 비율로 용해되어 공급된 상태에서 중합하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 10 내지 70 중량%의 비율로 공급된 것일 수 있다. The method may be to polymerize in a supplied state in which the vinyl perfluorosulfate monomer is dissolved in a ratio of 5 to 90 wt% based on the total weight of the vinyl perfluorosulfate monomer and the reaction solvent, preferably Preferably, it may be supplied in a ratio of 10 to 70% by weight.

상기 과불소황산 비닐이써 단량체가 5 중량% 미만인 경우, 중합 효율이 낮을 수 있으며 저분자량 공중합체가 생성되는 경향이 있으며, 90 중량% 이상인 경우, 공단량체인 사불화에틸렌의 원하는 공중합 비율을 달성하기 위하여 높은 농도로 공급해야 할 수 있는바, 기상 상태로 공급되는 사불화에틸렌의 압력을 높게 유지해야 하고, 저당량가 공중합체가 생성되는 경향이 있을 수 있으나,When the vinyl perfluorosulfate monomer is less than 5% by weight, polymerization efficiency may be low and a low molecular weight copolymer tends to be produced, and when it is 90% by weight or more, the desired copolymerization ratio of ethylene tetrafluoride as a comonomer is achieved In order to do this, it may have to be supplied at a high concentration, the pressure of ethylene tetrafluoride supplied in a gaseous state must be maintained high, and there may be a tendency to produce a low-equivalent copolymer,

원하는 물성의 공중합체 제조를 위하여 상기 비율 등은 필요에 따라 조절할 수 있다.In order to prepare a copolymer having desired physical properties, the ratio and the like may be adjusted as necessary.

상기 방법은 중합 개시제로써 라디칼 개시제를 사용할 수 있다.The method may use a radical initiator as a polymerization initiator.

상기 방법은 폭발성 강한 사불화에틸렌을 이용하므로 저온에서 분해되는 개시제를 사용하는 것이 적합할 수 있다. Since the method uses ethylene tetrafluoride, which is highly explosive, it may be suitable to use an initiator that is decomposed at a low temperature.

상기 방법은 화학식 4로 표시되는 전불소계 개시제를 사용하는 것일 수 있다.The method may be to use the all-fluorine-based initiator represented by the formula (4).

<화학식 4><Formula 4>

{CF3CF2CF2-[O-CF(CF3)(CF2)]r-[O-CF(CF3)]s-CO-O-}2 {CF 3 CF 2 CF 2 -[O-CF(CF 3 )(CF 2 )]r-[O-CF(CF 3 )]s-CO-O-} 2

상기 화학식 4에서 r은 0 내지 10의 정수를 나타내고, s는 0 내지 1의 정수를 나타낸다.In Formula 4, r represents an integer of 0 to 10, and s represents an integer of 0 to 1.

중합 개시제로 탄화수소계 라디칼 개시제를 사용하는 경우, 전불소계 중합개시제에 비하여 중합될 반응 혼합물과 용해성이 좋지 못하여 반응 참여가 어렵고, 탄화수소계 라디칼 개시제를 이용하여 합성된 중합체는 고분자 사슬 분해로 분자량 감소하여 내구성이 저하되고, 단분자 가스가 발생하는 등 불량이 발생할 가능성이 높다.When a hydrocarbon-based radical initiator is used as the polymerization initiator, it is difficult to participate in the reaction due to poor solubility with the reaction mixture to be polymerized compared to the all-fluorine-based polymerization initiator. The durability is lowered, and there is a high possibility that defects such as monomolecular gas are generated.

반면, 상기 전불소계 개시제는 상대적으로 열 및 화학적 안정성이 우수한 장점이 있다.On the other hand, the all-fluorine-based initiator has an advantage of relatively excellent thermal and chemical stability.

중합 반응을 위하여 반응기 내에 기상으로 공급되는 상기 사불화에틸렌의 압력은 2.0 내지 5.0 atmG 일 수 있고, 바람직하게는 2.5 내지 4.0 atmG 일 수 있고, 더욱 바람직하게는 3.0 내지 3.7 atmG일 수 있다. 상기 사불화에틸렌의 압력이 2.0 atmG 미만인 경우 중합속도가 느려지고, 수율이 극히 낮아지는 문제점이 발생할 수 있으며, 5.0 atmG 를 초과하는 경우 반응 중 폭발 위험성이 있고, 중합물의 당량(EW)이 1300 이상으로 높아져 이오노머로서 성능이 제대로 나타나지 않는 문제점이 발생할 수 있다. The pressure of the ethylene tetrafluoride supplied in the gas phase into the reactor for the polymerization may be 2.0 to 5.0 atmG, preferably 2.5 to 4.0 atmG, and more preferably 3.0 to 3.7 atmG. If the pressure of the ethylene tetrafluoride is less than 2.0 atmG, the polymerization rate is slowed and the yield is extremely low. This may cause a problem that the performance as an ionomer does not appear properly.

상기 과불소황산 비닐이써 단량체의 전환율은 30% 이내일 수 있고, 바람직하게는 15% 이내일 수 있으며, 이에 제한되지는 않는다.The conversion rate of the vinyl perfluorosulfate monomer may be within 30%, preferably within 15%, but is not limited thereto.

미반응 단량체 및 반응용매는 반응 후 생성물을 증류를 통해 분리하여 회수하고 재활용할 수 있다.The unreacted monomer and reaction solvent may be recovered and recycled after the reaction by separating the product through distillation.

상기 방법은 과불소황산 비닐이써 단량체와 과불소계 이써 용제를 포함하는 반응기 및 사불화에틸렌(TFE)을 공급하는 기상공급장치를 포함하는 반응 시스템을 이용하여 수행될 수 있다.The method may be carried out using a reaction system including a reactor including a vinyl perfluorosulfate monomer and a perfluorinated ether solvent and a gas phase supply device for supplying ethylene tetrafluoride (TFE).

본 발명에 따르면, 과불소계 이써 용제를 이용해 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체를 제조하여, 친환경적이며, 낮은 압력범위에서도 목표 당량가 및 적절한 MFI 값을 모두 달성한 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체를 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다. According to the present invention, a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group is prepared using a perfluorinated ether solvent to obtain a perfluorinated sulfate group-containing fluorine-based copolymer that is environmentally friendly and achieves both a target equivalent value and an appropriate MFI value even in a low pressure range There are excellent effects that can be

또한, 사불화에틸렌, 과불소황산 비닐이써 단량체의 용제에 대한 용해도가 높아 공정 안정성을 높일 수 있고, 미반응 단량체 회수가 용이한 효과가 있다.In addition, ethylene tetrafluoride, vinyl perfluorosulfate, the solubility of the monomer in the solvent is high, so process stability can be improved, and unreacted monomer recovery is easy.

본 발명의 다른 일 측면에서는,In another aspect of the present invention,

본 발명의 일 측면에서 제공되는 공중합체의 제조방법으로 제조되는 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체를 제공한다.It provides a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group prepared by the method for preparing the copolymer provided in one aspect of the present invention.

본 발명에 따르면, 과불소계 이써 용제를 이용해 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체를 제조하여, 친환경적이며, 낮은 압력범위에서도 목표 당량가 및 적절한 MFI 값을 모두 달성한 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체를 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다. According to the present invention, a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group is prepared using a perfluorinated ether solvent to obtain a perfluorinated sulfate group-containing fluorine-based copolymer that is environmentally friendly and achieves both a target equivalent value and an appropriate MFI value even in a low pressure range There are excellent effects that can be

또한, 사불화에틸렌, 과불소황산 비닐이써 단량체의 용제 용해도가 높아 공정 안정성을 높일 수 있고, 미반응 단량체 회수가 용이한 효과가 있다.In addition, ethylene tetrafluoride and vinyl perfluorosulfate have high solvent solubility of monomers, so process stability can be improved, and unreacted monomers can be easily recovered.

본 발명의 또 다른 일 측면에서는,In another aspect of the present invention,

본 발명의 일 측면에서 제공되는 공중합체 제조방법이 수행되는,The method for preparing the copolymer provided in one aspect of the present invention is carried out,

과불소황산 비닐이써 단량체와 과불소계 이써 용제를 포함하는 반응기; 및 A reactor comprising a vinyl perfluorosulfate monomer and a perfluorinated solvent; and

상기 반응기로 사불화에틸렌(TFE)을 공급하는 기상공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응 시스템을 제공한다.It provides a reaction system comprising a; a gas phase supply device for supplying ethylene tetrafluoride (TFE) to the reactor.

상기 과불소황산 비닐이써 단량체는 과불소계 이써 용제에 용해된 상태로 반응기에 포함되어 있다.The vinyl perfluorosulfate monomer is contained in the reactor in a state of being dissolved in a perfluorinated ether solvent.

본 발명의 반응 시스템은 과불소황산 비닐이써 단량체와 과불소계 이써 용제를 포함하는 반응기를 포함한다.The reaction system of the present invention includes a reactor comprising a vinyl perfluorosulfate monomer and a perfluorinated solvent.

상기 반응기는 과불소계 이써 용제를 반응용매로 포함한다.The reactor includes a perfluorinated ether solvent as a reaction solvent.

상기 반응기는 고압반응기일 수 있고, 상기 반응기의 재질은 스테인리스 스틸 소재일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.The reactor may be a high-pressure reactor, and the material of the reactor may be a stainless steel material, but is not limited thereto.

본 발명의 반응 시스템은 사불화에틸렌(TFE)을 공급하는 기상공급장치를 포함한다.The reaction system of the present invention includes a gas phase supply device for supplying ethylene tetrafluoride (TFE).

상기 기상공급장치는 기상의 사불화에틸렌을 상기 반응기 내로 공급하여 상기 사불화에틸렌이 상기 반응기에 포함된 과불소황산 비닐이써 단량체 및 반응용매에 용해되어 중합반응을 수행할 수 있도록 한다.The gas phase supply device supplies gaseous ethylene tetrafluoride into the reactor so that the ethylene tetrafluoride is dissolved in a monomer and a reaction solvent as vinyl perfluorosulfate contained in the reactor to perform a polymerization reaction.

상기 반응 시스템은 내부 압력을 일정하게 유지하기 위한 압력제어 시스템을 더 포함할 수 있다.The reaction system may further include a pressure control system for maintaining the internal pressure constant.

상기 반응 시스템은 사불화에틸렌의 중합 방지제를 제거하기 위한 흡착탑을 더 포함할 수 있다.The reaction system may further include an adsorption tower for removing the polymerization inhibitor of ethylene tetrafluoride.

상기 반응기 내부에 교반기가 설치되고, 상기 교반기는 앵커형(anchor type) 고속 교반기일 수 있다.A stirrer is installed inside the reactor, and the stirrer may be an anchor type high-speed stirrer.

반응기 내 중합반응이 진행되면서 제조되는 공중합체 용액의 점도가 매우 높고, 이의 반응용액에 대한 용해도가 낮으므로, 원활한 반응 진행을 위해 교반 효율을 높이는 것이 중요하다. 상기 앵커형 고속 교반기를 사용하는 경우 교반 효율을 향상시킬 수 있다. Since the viscosity of the copolymer solution prepared as the polymerization reaction proceeds in the reactor is very high and its solubility in the reaction solution is low, it is important to increase the stirring efficiency for smooth reaction progress. When the anchor-type high-speed stirrer is used, stirring efficiency can be improved.

상기 반응기의 직경(D)에 대한 상기 교반기의 직경(d)의 비가 0.5 내지 0.97 일 수 있다.The ratio of the diameter (d) of the stirrer to the diameter (D) of the reactor is 0.5 to 0.97 can be

본 발명의 일 실시예에 따른 반응 시스템은 도 1에 도시된 바와 같다.A reaction system according to an embodiment of the present invention is shown in FIG. 1 .

이하, 실시예 및 실험예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 본 발명의 범위는 특정 실시예, 실험예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해해야 할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through Examples and Experimental Examples. The scope of the present invention is not limited to specific examples and experimental examples, and should be construed according to the appended claims. In addition, those skilled in the art should understand that many modifications and variations are possible without departing from the scope of the present invention.

<제조예 1> 과불소황산 비닐이써 단량체의 제조<Preparation Example 1> Preparation of vinyl perfluorosulfate monomer

과불소황산 비닐이써 단량체로 CF2=CF-O-CF2-CF(CF3)-O-CF2-CF2-SO2F의 화학식으로 표시되는 FSVE(Fluorinated sulfonyl vinylether)를 제조하였다. 하기의 화학식 5에 그 합성과정을 나타내었다. Fluorinated sulfonyl vinylether (FSVE) represented by the chemical formula of CF 2 =CF-O-CF 2 -CF(CF 3 )-O-CF 2 -CF 2 -SO 2 F as a vinyl perfluorosulfate monomer was prepared. The synthesis process is shown in Chemical Formula 5 below.

먼저, 사불화에틸렌과 γ-form SO3를 반응시켜 F-sultone을 합성하고(①), F-sultone을 개환반응하여 PSAF를 합성하였다(②).First, F-sultone was synthesized by reacting ethylene tetrafluoride with γ-form SO 3 (①), and PSAF was synthesized by ring-opening reaction of F-sultone (②).

그 다음, PSAF와 HFPO 음이온 부가반응에 의해 HFPO가 2mol 부가된 PSAF-HFPO를 합성한 후(③), PSAF-HFPO와 Na2CO3를 반응시키고(④), PSAF-HFPO-salt의 열분해를 통해 FSVE를 합성하였다(⑤). 합성 과정의 각 단계에서 불순물이 발생하기 때문에 고순도 정제를 수행하였다. Then, after synthesizing PSAF-HFPO to which 2 mol of HFPO was added by addition reaction of PSAF and HFPO anion (③), PSAF-HFPO and Na 2 CO 3 were reacted (④), and thermal decomposition of PSAF-HFPO-salt was performed. FVE was synthesized through (⑤). Since impurities are generated at each step of the synthesis process, high-purity purification was performed.

<화학식 5><Formula 5>

Figure pat00001
Figure pat00001

<제조예 2> 사불화에틸렌(TFE)의 제조<Preparation Example 2> Preparation of ethylene tetrafluoride (TFE)

사불화에틸렌(TFE)을 열분해 및 증류공정을 거쳐 제조하였다. Ethylene tetrafluoride (TFE) was prepared through pyrolysis and distillation processes.

freone-22(CHClF2)를 스테인레스제 관형반응기에 반응온도 850 ℃, 상압, 접촉시간 1 sec 이하로 통과시켰다. 전환율 70% 이상, TFE 및 HFP(육불화 프로필렌, Hexafluoropropylene)의 비가 약 90 : 10 mol%인 가스 혼합물이 얻어졌다. Freone-22 (CHClF 2 ) was passed through a stainless tubular reactor at a reaction temperature of 850 °C, atmospheric pressure, and contact time of 1 sec or less. A gas mixture having a conversion rate of 70% or more and a ratio of TFE and HFP (hexafluoropropylene, Hexafluoropropylene) of about 90:10 mol% was obtained.

수득된 가스 혼합물은 흡수탑을 통과시켜 염산가스를 제거하고 건조한 후에 압축하였다. 이후, 3개 이상의 가압냉동 증류탑을 거쳐 순도 99% 이상의 TFE를 연속적으로 수득하였다. 수득된 TFE는 폭발을 방지하기 위하여 turpene 중합방지제를 투입하고 3.5 atmG 이하로 저장탱크에 저장하였다.The obtained gas mixture was passed through an absorption tower to remove hydrochloric acid gas, dried and then compressed. Thereafter, TFE with a purity of 99% or more was continuously obtained through three or more pressure-freezing distillation columns. The obtained TFE was added with a turpene polymerization inhibitor to prevent explosion and stored in a storage tank at 3.5 atmG or less.

<제조예 3> 과불소이써 용제의 제조<Preparation Example 3> Preparation of perfluorinated solvent

상기 화학식 3으로 표시되는 과불소 이써 용제로서 측쇄에 CF3 기가 붙어있는 PFPE (Perfluoropolyether) 형태 용제를 제조하였다. As a perfluorinated ether solvent represented by Chemical Formula 3, a PFPE (Perfluoropolyether) type solvent having a CF 3 group attached to the side chain was prepared.

CsF 혹은 KF 등의 금속불화물 촉매 하에서 HFPO(Hexafluoro propylene oxide)의 음이온 개환중합 후, 말단기를 SbF5 혹은 F2를 이용해 전불소화 하고, 박막증류장치를 이용해 분자량별 증류하여 제조하였다.After anionic ring-opening polymerization of HFPO (Hexafluoro propylene oxide) under a metal fluoride catalyst such as CsF or KF, the terminal groups were prefluorinated using SbF 5 or F 2 , followed by distillation by molecular weight using a thin film distillation device.

<제조예 4> 과불소이써 용제의 제조<Production Example 4> Preparation of perfluorinated solvent

상기 화학식 3으로 표시되는 과불소 이써 용제로서 선형 PFPE (Perfluoropolyether) 형태 용제를 제조하였다. A linear PFPE (Perfluoropolyether) type solvent was prepared as a perfluorinated ether solvent represented by Chemical Formula 3 above.

사불화에틸렌 가스를 산소와 약 -50 ℃, 상압 조건에서 연속식 UV 광중합을 통해 중합한 후, 말단기를 SbF5 혹은 F2를 이용해 전불소화 하고, 박막증류장치를 이용해 분자량별 증류하여 제조하였다.After polymerization of ethylene tetrafluoride gas with oxygen through continuous UV photopolymerization at about -50 °C and atmospheric pressure, the terminal group was prefluorinated using SbF 5 or F 2 , followed by distillation by molecular weight using a thin film distillation device. .

<제조예 5> 전불소계 개시제의 제조<Preparation Example 5> Preparation of all-fluorine-based initiator

상기 화학식 4로 표시되는 전불소계 개시제로서 단분자형 전불소계 개시제를 제조하였다. A monomolecular type all-fluorine-based initiator was prepared as the all-fluorine-based initiator represented by Chemical Formula 4 above.

R-113 또는 제조예 4에서 제조된 과불소이써 용제를 용매로 사용하여 -10 ~ 0oC에서 NaOH 수용액, 30% H2O2를 차례로 가해준 후, 헵타플루오르부티릴클로라이드[CF3CF2CF2COCl]를 반응물의 온도가 승온되지 않도록 천천히 가해주고 1시간 정도 교반하여 반응을 완결하였다. ice-cold H2O를 가해주고 유기층을 추출하여 단분자형 전불소계 개시제 [CF3CF2CF2COO]2를 제조하였다.Using R-113 or the perfluorinated solvent prepared in Preparation Example 4 as a solvent, NaOH aqueous solution and 30% H 2 O 2 were sequentially added at -10 to 0 o C, and then heptafluorobutyryl chloride [CF 3 CF 2 CF 2 COCl] was slowly added so that the temperature of the reactant did not rise, and stirred for about 1 hour to complete the reaction. Ice-cold H 2 O was added and the organic layer was extracted to prepare a monomolecular all-fluorine-based initiator [CF 3 CF 2 CF 2 COO] 2 .

<제조예 6> 전불소계 개시제의 제조<Preparation Example 6> Preparation of all-fluorine-based initiator

상기 화학식 4로 표시되는 전불소계 개시제로서 PEPE형 전불소계 개시제를 제조하였다.A PEPE-type all-fluorine-based initiator was prepared as the all-fluorine-based initiator represented by Chemical Formula 4 above.

R-113 또는 제조예 4에서 제조된 과불소이써 용제를 사용하여 -10 ~ 0oC에서 NaOH 수용액, 30% H2O2를 차례로 가해준 후, 금속불화물 촉매 하에서 HFPO의 음이온 중합개환 후 얻어진 말단기가 -COF인 PFPE형 화합물[CF3CF2CF2OCF(CF3)COF]을, 반응물의 온도가 승온되지 않도록 천천히 가해주고 1시간 정도 교반하여 반응을 완결하였다. ice-cold H2O를 가해주고 유기층을 추출하여 PFPE형 개시제 [CF3CF2CF2OCF(CF3)COO]2를 제조하였다.Using R-113 or the perfluorinated solvent prepared in Preparation Example 4, NaOH aqueous solution and 30% H 2 O 2 were sequentially added at -10 to 0 o C, and then anionic polymerization of HFPO under a metal fluoride catalyst was obtained after ring opening. A PFPE-type compound having a terminal group of -COF [CF 3 CF 2 CF 2 OCF(CF 3 )COF] was slowly added so as not to increase the temperature of the reactant, and stirred for about 1 hour to complete the reaction. Ice-cold H 2 O was added and the organic layer was extracted to prepare a PFPE-type initiator [CF 3 CF 2 CF 2 OCF(CF 3 )COO] 2 .

상기 제조예 5의 단분자형 전불소계 개시제와 상기 제조예 6의 PFPE형 개시제를 -20oC에서 24일 동안 방치한 다음, 분해정도를 분석하여 안정성을 평가하였다. 그 결과, 단분자형 전불소계 개시제(제조예 5)은 3%, PFPE형 개시제(제조예 6)은 17% 분해되어 단분자형 전불소계 개시제가 PFPE형 개시제보다 안정함을 알 수 있었다. The monomolecular all-fluorine-based initiator of Preparation Example 5 and the PFPE-type initiator of Preparation Example 6 were left at -20 o C for 24 days, and then the degree of decomposition was analyzed to evaluate their stability. As a result, the monomolecular all-fluorine-based initiator (Preparation Example 5) was decomposed by 3% and the PFPE-type initiator (Preparation Example 6) by 17%, indicating that the monomolecular all-fluorine-based initiator was more stable than the PFPE-type initiator.

<실시예 1~5, 및 비교예 1, 비교예 2><Examples 1 to 5, and Comparative Examples 1 and 2>

진공상태에서 내부가 전해연마되고, 앵커형(anchor type) 교반기 및 배플(baffle)이 설치된 3L 부피의 반응기를 준비하였다. 상기 제조예 1의 과불소황산 비닐이써 단량체 및 반응용매로 과불소이써 용제를 반응기의 80%를 채우도록 투입하였다. 과불소이써 용제는 제조예 4에서 제조된 과불소이써 용제를 사용하였다.A 3L volume reactor was prepared in which the inside was electropolished in a vacuum, and an anchor type stirrer and a baffle were installed. As the vinyl perfluorosulfate monomer and reaction solvent of Preparation Example 1, the perfluorinated solvent was added to fill 80% of the reactor. As the perfluorinated solvent, the perfluorinated solvent prepared in Preparation Example 4 was used.

반응기에 포함된 과불소황산 비닐이써 단량체 및 반응용매를 고루 교반 한 후 질소를 1.5 atmG까지 충전하고, 액체질소를 이용해 -70℃까지 냉각한 후에 질소, 사불화에틸렌을 이용하여 freeze-thaw cycle을 3회 실시하였다. After uniformly stirring the monomer and reaction solvent with vinyl perfluorosulfate contained in the reactor, nitrogen is charged up to 1.5 atmG, cooled to -70°C using liquid nitrogen, and then freeze-thaw cycle using nitrogen and ethylene tetrafluoride. was performed 3 times.

반응기 온도를 45 ℃까지 상승시킨 후 압력제어 시스템을 이용하여 원하는 일정한 압력으로 제조예 2에서 얻은 사불화에틸렌을 충전하고, 상기 제조예 5의 전불소계 개시제 용액(5%) 1.5 mL를 투입하여 반응을 개시하였다. 약 3시간 동안 반응을 진행한 후 온도를 낮추고, 잔여 사불화에텔렌 가스를 저장탱크로 이송한 뒤 반응을 종료하였다. After raising the reactor temperature to 45 °C, ethylene tetrafluoride obtained in Preparation Example 2 was charged to a desired constant pressure using a pressure control system, and 1.5 mL of the all-fluorine-based initiator solution (5%) of Preparation Example 5 was added to react was started. After the reaction was carried out for about 3 hours, the temperature was lowered, the remaining ethylene tetrafluoride gas was transferred to the storage tank, and the reaction was terminated.

반응물은 진공상태에서 증류하여 반응용매, 과불소황산 비닐이써 단량체를 순서대로 회수하고, 최종적으로 제조된 공중합체를 회수하였다. 수득한 공중합체의 당량가 및 MFI (Melt Flow Index)를 측정하였다. The reaction product was distilled in a vacuum to recover the reaction solvent and vinyl perfluorosulfate monomer in order, and finally to recover the prepared copolymer. The equivalent value and Melt Flow Index (MFI) of the obtained copolymer were measured.

비교예 1 및 비교예 2의 경우 상기와 동일한 방법이나, 반응 용매로 제조예 4에서 제조된 과불소이써 용제 대신 R113(비교예 1) 또는 R113a(비교예 2)를 사용하였다.In Comparative Examples 1 and 2, R113 (Comparative Example 1) or R113a (Comparative Example 2) was used in the same manner as above, but instead of the perfluorinated solvent prepared in Preparation Example 4 as the reaction solvent.

R-113a (시약명 : 1,1,1-트리클로로-트리플루오로 에탄(1,1,1-trichlorotrifluoroethane), 상표명 : R-113a, 제조사 : Career Henan Chemical Co.)R-113a (reagent name: 1,1,1-trichloro-trifluoroethane, trade name: R-113a, manufacturer: Career Henan Chemical Co.)

R113 (시약명 : 1,1,2-트리클로로-트리플루오로 에탄(1,1,2-trichlorotrifluoroethane), 상표명 : R-113)R113 (reagent name: 1,1,2-trichloro-trifluoroethane, trade name: R-113)

상기 실시예 1 내지 5, 및 비교예 1과 비교예 2에 따른 과불소 황산기 함유 불소계 공중합체를 제조과정에서 사용된 반응 조건 및 제조된 공중합체의 MFI, 당량가를 아래 표 1에 나타내었다.The reaction conditions used in the preparation of the perfluorinated sulfate group-containing fluorine-based copolymers according to Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 and the MFI and equivalent values of the prepared copolymers are shown in Table 1 below.

실시예Example 과불소계 황산 비닐이써 단량체의 조성(중량%)Composition of perfluorinated vinyl sulfate monomer (wt%) 사용된 과불소 이써 용제의 끓는점
(℃)
Boiling Point of Perfluorinated Ether Solvent Used
(℃)
사불화에틸렌의 압력(atmG)Ethylene tetrafluoride pressure (atmG) 교반기의
크기(d/D)
of agitator
Size (d/D)
MFI (g/10 min,270℃)MFI (g/10 min, 270°C) 당량가equivalent
1One 3030 50-6050-60 3.2-3.53.2-3.5 0.80.8 24.8024.80 952952 22 3030 60-7060-70 3.2-3.83.2-3.8 0.70.7 10.4010.40 971971 33 3030 60-7060-70 3.4-3.93.4-3.9 0.80.8 5.135.13 10531053 44 3030 70-8070-80 3.7-4.13.7-4.1 0.90.9 0.450.45 10991099 55 3030 70-8070-80 3.9-4.43.9-4.4 0.60.6 0.500.50 11361136 비교예comparative example 불소계 황산 비닐이써 단량체의 조성(중량%)Composition of fluorine-based vinyl sulfate monomer (wt%) 반응 용매reaction solvent 사불화에틸렌의 압력(atmG)Ethylene tetrafluoride pressure (atmG) 교반기의 크기(d/D)Size of agitator (d/D) MFI (g/10 min,270℃)MFI (g/10 min, 270°C) 당량가equivalent 1One 3030 R-113R-113 3.7-4.23.7-4.2 0.90.9 측정불가not measurable 12051205 22 3030 R-113aR-113a 3.6-4.13.6-4.1 0.80.8 5151 11241124

상기 표 1의 결과에 따르면, 반응용매를 R-113 또는 R-113a를 사용한 경우에는 MFI가 측정불가 수준(200 g/min 이상)으로 높거나, 큰 수치를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 반응 용매로 본 발명에 따른 과불소계 이써 용제를 사용함으로써, 비교적 낮은 MFI값과 당량가 모두를 이상적인 수준으로 합성하는 것이 가능하다는 것을 확인할 수 있다.According to the results of Table 1, when R-113 or R-113a is used as the reaction solvent, it can be confirmed that the MFI is high at an unmeasurable level (200 g/min or more) or shows a large value. Therefore, it can be confirmed that by using the perfluorinated ether solvent according to the present invention as the reaction solvent, it is possible to synthesize both the relatively low MFI value and the equivalent value at an ideal level.

한편, 본 발명에서 사불화에틸렌은 1회성 투입이 아닌 반응 종결시까지 지속적으로 주입되는 것이고, 이때 사불화에틸렌의 압력이라는 것은 사불화에틸렌을 주입하는 압력 조건을 의미하는 것이고, 이를 통하여 반응기 내부의 압력을 조절하게 된다.On the other hand, in the present invention, ethylene tetrafluoride is continuously injected until the end of the reaction rather than a one-time input, and the pressure of ethylene tetrafluoride means the pressure condition for injecting ethylene tetrafluoride, and through this, the will regulate the pressure.

Claims (12)

하기 화학식 1로 표시되는 과불소황산 비닐이써 단량체 및 하기 화학식 2로 표시되는 사불화에틸렌 단량체를 중합하는 단계를 포함하되, 하기 화학식 3으로 표시되는 과불소계 이써 용제를 반응용매로 사용하여 중합하는 것을 특징으로 하는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법:

<화학식 1>
CF2=CF-O-[CF2-CF(CF3)-O]m-[CF2]n-SO2F

<화학식 2>
CF2=CF2

<화학식 3>
CF3CF2CF2-O-[CF2-CF(CF3)-O]o-[CF2-CF2-O]p-[CF2-O]q-CF3

상기 화학식 1에서 m은 0 내지 3의 정수를 나타내며, n은 2 내지 4의 정수를 나타내고,
상기 화학식 3에서 o은 0 내지 30의 정수를 나타내며, p와 q는 각각 0 내지 40의 정수를 나타낸다.
Including the step of polymerizing a vinyl perfluorosulfate monomer represented by the following formula (1) and an ethylene tetrafluoride monomer represented by the following formula (2), polymerization using a perfluorinated solvent represented by the following formula (3) as a reaction solvent A method for producing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group, characterized in that:

<Formula 1>
CF 2 =CF-O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] m -[CF 2 ] n -SO 2 F

<Formula 2>
CF 2 =CF 2

<Formula 3>
CF 3 CF 2 CF 2 -O-[CF 2 -CF(CF 3 )-O] o -[CF 2 -CF 2 -O] p -[CF 2 -O] q -CF 3

In Formula 1, m represents an integer of 0 to 3, n represents an integer of 2 to 4,
In Formula 3, o represents an integer of 0 to 30, and p and q represent an integer of 0 to 40, respectively.
제1항에 있어서,
중합반응 개시 전 상기 과불소황산 비닐이써 단량체는 상기 용제에 용해된 상태로 공급되고, 상기 사불화에틸렌 단량체는 기상으로 공급되어 중합반응이 진행되는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법.
According to claim 1,
Before the polymerization reaction starts, the vinyl perfluorosulfate monomer is supplied in a dissolved state in the solvent, and the ethylene tetrafluoride monomer is supplied in the gas phase so that the polymerization reaction proceeds. Way.
제2항에 있어서,
중합 반응 개시 전 과불소황산 비닐이써 단량체 및 상기 반응용매의 총 중량에 대하여, 상기 과불소황산 비닐이써 단량체가 5 내지 90 중량%의 비율로 용해된 것인, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Based on the total weight of the vinyl perfluorosulfate monomer and the reaction solvent before the start of the polymerization reaction, the vinyl perfluorosulfate monomer is dissolved in a ratio of 5 to 90% by weight, a fluorine-containing perfluorosulfate group A method for preparing a copolymer.
제1항에 있어서,
상기 방법은 화학식 4로 표시되는 전불소계 개시제를 사용하는 것을 특징으로 하는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법.

<화학식 4>
{CF3CF2CF2-[O-CF(CF3)(CF2)]r-[O-CF(CF3)]s-CO-O-}2

상기 화학식 4에서 r은 0 내지 10의 정수를 나타내고, s는 0 내지 1의 정수를 나타낸다.
According to claim 1,
The method is a method for producing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group, characterized in that using the all-fluorine-based initiator represented by the formula (4).

<Formula 4>
{CF 3 CF 2 CF 2 -[O-CF(CF 3 )(CF 2 )]r-[O-CF(CF 3 )]s-CO-O-} 2

In Formula 4, r represents an integer of 0 to 10, and s represents an integer of 0 to 1.
제1항에 있어서,
상기 사불화에틸렌의 압력은 2.0 내지 5.0 atmG 인 것을 특징으로 하는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group, characterized in that the pressure of the ethylene tetrafluoride is 2.0 to 5.0 atmG.
제1항에 있어서,
상기 과불소황산 비닐이써 단량체의 전환율은 30% 이내인 것을 특징으로 하는, 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체의 제조방법.
According to claim 1,
The method for producing a fluorine-based copolymer containing a perfluorosulfate group, characterized in that the conversion rate of the vinyl perfluorosulfate monomer is within 30%.
제1항의 제조방법으로 제조되는 과불소 황산기를 함유하는 불소계 공중합체.
A fluorine-based copolymer containing a perfluorinated sulfate group prepared by the method of claim 1.
제1항의 제조방법이 수행되는,
과불소황산 비닐이써 단량체와 과불소계 이써 용제를 포함하는 반응기; 및
상기 반응기로 사불화에틸렌(TFE)을 공급하는 기상공급장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응 시스템.
The method of claim 1 is carried out,
A reactor comprising a vinyl perfluorosulfate monomer and a perfluorinated solvent; and
A gas phase supply device for supplying ethylene tetrafluoride (TFE) to the reactor; characterized in that it comprises, the reaction system.
제8항에 있어서,
상기 반응 시스템은 반응기 내부 압력을 일정하게 유지하기 위한 압력제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응 시스템.
9. The method of claim 8,
The reaction system, characterized in that it further comprises a pressure control system for maintaining a constant pressure inside the reactor.
제8항에 있어서,
상기 반응 시스템은 사불화에틸렌의 중합 방지제를 제거하기 위한 흡착탑을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 반응 시스템.
9. The method of claim 8,
The reaction system, characterized in that it further comprises an adsorption tower for removing the polymerization inhibitor of ethylene tetrafluoride.
제8항에 있어서,
상기 반응기 내부에 교반기가 설치되고, 상기 교반기는 앵커형(anchor type) 고속 교반기인 것을 특징으로 하는, 반응 시스템.
9. The method of claim 8,
A stirrer is installed inside the reactor, and the agitator is an anchor type high-speed stirrer, characterized in that the reaction system.
제11항에 있어서,
상기 반응기의 직경(D)에 대한 상기 교반기의 직경(d)의 비가 0.5 내지 0.97인 것을 특징으로 하는, 반응 시스템.
12. The method of claim 11,
A reaction system, characterized in that the ratio of the diameter (d) of the stirrer to the diameter (D) of the reactor is 0.5 to 0.97.
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