RU2230075C1 - Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions - Google Patents
Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2230075C1 RU2230075C1 RU2002133502/04A RU2002133502A RU2230075C1 RU 2230075 C1 RU2230075 C1 RU 2230075C1 RU 2002133502/04 A RU2002133502/04 A RU 2002133502/04A RU 2002133502 A RU2002133502 A RU 2002133502A RU 2230075 C1 RU2230075 C1 RU 2230075C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- peroxide
- copolymer
- perfluoro
- bis
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J5/00—Manufacture of articles or shaped materials containing macromolecular substances
- C08J5/20—Manufacture of shaped structures of ion-exchange resins
- C08J5/22—Films, membranes or diaphragms
- C08J5/2206—Films, membranes or diaphragms based on organic and/or inorganic macromolecular compounds
- C08J5/2218—Synthetic macromolecular compounds
- C08J5/2231—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
- C08J5/2237—Synthetic macromolecular compounds based on macromolecular compounds obtained by reactions involving unsaturated carbon-to-carbon bonds containing fluorine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
- C08F214/18—Monomers containing fluorine
- C08F214/26—Tetrafluoroethene
- C08F214/262—Tetrafluoroethene with fluorinated vinyl ethers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
- C08J2327/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers
- C08J2327/02—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
- C08J2327/12—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing fluorine atoms
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии получения перфторированных сополимеров с функциональными сульфонилфторидными группами, в частности, сополимеров тетрафторэтилена с перфторированными винилсульфогалоидными эфирами, т.е. сополимеров, содержащих в своей структуре функциональные группы, способные превращаться в ионообменные группы. Такие сополимеры применяются при изготовлении катионообменных фторуглеродных мембран (КОМ), используемых в топливных элементах, при электролизе воды, водных растворов солей щелочных металлов, например в хлорщелочном электролизе, при получении жидких композиций (растворов) ионообменных полимеров.The invention relates to a technology for producing perfluorinated copolymers with functional sulfonyl fluoride groups, in particular, copolymers of tetrafluoroethylene with perfluorinated vinyl sulfonated esters, i.e. copolymers containing functional groups in their structure capable of being converted into ion-exchange groups. Such copolymers are used in the manufacture of cation exchange fluorocarbon membranes (KOM) used in fuel cells, in the electrolysis of water, aqueous solutions of alkali metal salts, for example in chlor-alkali electrolysis, in the preparation of liquid ion-exchange polymer compositions (solutions).
Перфторированные сополимеры с функциональными сульфонилфторидными группами могут быть получены радикальной сополимеризацией тетрафторэтилена (ТФЭ) и перфторуглеродного винилового эфира, содержащего сульфонилфторидную группу (-SO2F), в водной или органической среде или в массе фторуглеродного сульфонилфторидного винилового эфира, при этом состав и свойства получаемых сополимеров определяются соотношением используемых мономеров и условиями синтеза.Perfluorinated copolymers with sulfonyl fluoride functional groups can be obtained by radical copolymerization of tetrafluoroethylene (TFE) and perfluorocarbon vinyl ether containing a sulfonyl fluoride group (-SO 2 F) in an aqueous or organic medium or in bulk fluorocarbon sulfonyl fluoride copolymers of the resulting vinyls are determined by the ratio of monomers used and synthesis conditions.
Известен [патент США №3282875, НКИ 260-29.6, опубл. 01.11.66] способ получения перфторированных сополимеров с функциональными сульфонилфторидными группами путем сополимеризации ТФЭ и фторуглеродного винилового эфира с сульфонилфторидной группой (ВСГЭ), например структурной формулы CF2=CF-O-CF2-CF(CF3)-O-CF2-CF2-SO2F, в среде фторуглеродного растворителя - перфтордиметилциклобутана в присутствии радикального инициатора, предпочтительно дифтордиазина (N2F2) при температуре 80° С и аутогенном давлении. Получают перфторированные сополимеры с содержанием 0,2-5 мас.% ВСГЭ. Такие сополимеры могут быть использованы при получении сшиваемых химически стойких и термостабильных покрытий, для изготовления КОМ и суперкислых катализаторов.Known [US patent No. 3282875, NKI 260-29.6, publ. 11/01/16] a method for producing perfluorinated copolymers with sulfonyl fluoride functional groups by copolymerizing TFE and a fluorocarbon vinyl ether with sulfonyl fluoride group (HHFE), for example, structural formula CF 2 = CF-O-CF 2 -CF (CF 3 ) -O-CF 2 - CF 2 -SO 2 F, in the environment of a fluorocarbon solvent - perfluorodimethylcyclobutane in the presence of a radical initiator, preferably difluorodiazine (N 2 F 2 ) at a temperature of 80 ° C and autogenous pressure. Receive perfluorinated copolymers with a content of 0.2-5 wt.% VSGE. Such copolymers can be used to obtain crosslinkable chemically resistant and thermostable coatings, for the manufacture of KOM and super acid catalysts.
Недостатками указанного способа являются:The disadvantages of this method are:
- относительно высокая температура сополимеризации (80° С), что способствует образованию низкомолекулярного сополимера и повышает опасность процесса сополимеризации, так как ТФЭ является взрывоопасным мономером;- a relatively high copolymerization temperature (80 ° C), which contributes to the formation of a low molecular weight copolymer and increases the danger of the copolymerization process, since TFE is an explosive monomer;
- невозможность изготовления прочных изделий (пленок, волокон) из полученного сополимера из-за его низкой молекулярной массы (ММ);- the impossibility of manufacturing durable products (films, fibers) from the resulting copolymer due to its low molecular weight (MM);
- неоднородность по составу полученного сополимера из-за отсутствия подпитки тетрафторэтиленом в ходе процесса сополимеризации и возможности образования гомополимера (ПТФЭ) при температурах порядка 80° С.- heterogeneity in the composition of the obtained copolymer due to the lack of feed with tetrafluoroethylene during the copolymerization process and the possibility of the formation of a homopolymer (PTFE) at temperatures of about 80 ° C.
Известен также [патент РФ №2138515, МПК6 C 08 F 214/26, C 08 J 5/22, опубл. 27.09.99] способ получения фторуглеродных (перфторированных) сополимеров, содержащих функциональные сульфонилфторидные группы, путем сополимеризации в блоке (в массе) ТФЭ с ВСГЭ структурной формулы СF2=СF-O-СF2-СF(СF3)-O-СF2-CF2-SO2F в присутствии перфторированного пероксидного инициатора, в частности перфторпропионилпероксида (ПФПП) при температуре 0-20° С, при непрерывной подпитке ТФЭ до конверсии 12 мол.% ВСГЭ. Из полученных сополимеров могут быть изготовлены прочные с хорошими физико-механическими свойствами пленки.Also known [RF patent No. 2135815, IPC 6 C 08 F 214/26, C 08
Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:
- низкая конверсия мономера - ВСГЭ (12%), что приводит к низкой производительности процесса и высоким затратам на регенерацию ВСГЭ;- low conversion of monomer - HESE (12%), which leads to low productivity of the process and high costs for the regeneration of HESE;
- трудность регулирования свойств получаемого сополимера по ММ, составу, степени кристалличности, плотности и др., т.к. регулирование свойств возможно только за счет изменения концентрации мономеров и инициатора, что недостаточно эффективно для получения сополимеров с заданными оптимальными свойствами;- the difficulty of controlling the properties of the obtained copolymer according to MM, composition, crystallinity, density, etc., because regulation of properties is possible only by changing the concentration of monomers and initiator, which is not effective enough to obtain copolymers with desired optimal properties;
- недостаточная термостабильность получаемого сополимера из-за наличия в нем С2F5СОО-групп, образующихся при распаде инициатора - ПФПП и разлагающихся при 220-240° С, т.е. при температурах, близких к температуре плавления сополимера и температуре его переработки, что ухудшает качество сополимера и получаемых из него изделий (смотри наш контрольный пример №14).- insufficient thermal stability of the resulting copolymer due to the presence in it of C 2 F 5 COO groups formed during the decay of the initiator - PFPP and decomposing at 220-240 ° C, i.e. at temperatures close to the melting temperature of the copolymer and its processing temperature, which affects the quality of the copolymer and the products obtained from it (see our control example No. 14).
Известен [патент СССР №1233804, МКИ C 09 F 214/26, C 08 J 5/22, опубл. 23.05.86] способ получения перфторированного сополимера с сульфонилфторидными группами путем сополимеризации ТФЭ и ВСГЭ в водно-эмульсионной среде в присутствии водорастворимого инициатора полимеризации радикального типа (предпочтительно редокс-система, состоящая из персульфата калия, персульфата натрия или персульфата аммония, гипосульфита натрия и ускорителя - сульфата меди) и фторированного поверхностно-активного вещества (перфтороктаноат аммония) при температуре 40° С. Давление ТФЭ, например 4-5 кг/см2 (0,4-0,5 МПа), контролируют так, чтобы обеспечить постоянную скорость сополимеризации. В качестве ВСГЭ исползуют эфиры структурной формулы СF2=СF-O-(СF2-СF(СF3)-O)K-(СF2)3-SO2F, где К=0 или 1.Known [USSR patent No. 1233804, MKI C 09 F 214/26, C 08
Соотношение повторяющихся звеньев ТФЭ и указанного ВСГЭ в сополимере равно 6,0-8,9. Полученный сополимер гидролизуют для перевода сульфонилфторидных групп (-SO2F) в ионообменную форму (-SO3М, где М - щелочной металл). Способ по патенту СССР №1233804 позволяет получать перфторированные сополимеры с обменной емкостью (ОЕ), например 0,72-1,08 мг-экв/г сухой смолы, что соответствует эквивалентной массе (ЭМ) 1389-926 (ЭМ - масса гидролизованного сополимера в г в расчете на 1 мг-экв функциональной группы). Такие сополимеры пригодны для получения мембран, используемых в процессах электролиза, в частности хлорщелочного электролиза.The ratio of the repeating units of TFE and said HESE in the copolymer is 6.0-8.9. The resulting copolymer is hydrolyzed to convert sulfonyl fluoride groups (—SO 2 F) to the ion exchange form (—SO 3 M, where M is an alkali metal). The method according to USSR patent No. 1233804 allows to obtain perfluorinated copolymers with an exchange capacity (OE), for example, 0.72-1.08 mEq / g dry resin, which corresponds to an equivalent mass (EM) of 1389-926 (EM is the mass of the hydrolyzed copolymer in g per 1 mEq of functional group). Such copolymers are suitable for producing membranes used in electrolysis processes, in particular chlor-alkali electrolysis.
Недостатками способа по патенту СССР №1233804 являются:The disadvantages of the method according to USSR patent No. 1233804 are:
- наличие в полученном сополимере примесей, вносимых используемыми при синтезе эмульгатором и сульфатом меди, а также наличие в сополимере нестабильных концевых групп, образующихся при распаде инициатора - персульфата калия, натрия или аммония, что ухудшает термостабильность и внешний вид получаемого сополимера и качество изделий, изготовленных из него;- the presence in the resulting copolymer of impurities introduced by the emulsifier and copper sulfate used in the synthesis, as well as the presence of unstable end groups formed in the copolymer during the decomposition of the initiator — potassium, sodium or ammonium persulfate, which impairs the thermal stability and appearance of the resulting copolymer and the quality of products manufactured out of him;
- трудность регулирования свойств получаемого сополимера по составу, ММ, степени кристалличности, плотности и т.п., так как в соответствии с описанным способом регулировать свойства можно только за счет изменения концентрации реагентов (смотри примеры 1 и 4 описания изобретения к патенту СССР №1233804), что недостаточно эффективно при синтезе сополимеров с заданными свойствами;- the difficulty of adjusting the properties of the obtained copolymer in composition, MM, crystallinity, density, etc., since in accordance with the described method it is possible to adjust the properties only by changing the concentration of reagents (see examples 1 and 4 of the description of the invention to USSR patent No. 1233804 ), which is not effective enough in the synthesis of copolymers with desired properties;
- невозможность изготовления из полученного сополимера тонких (менее 100 мкм) пленок методом экструзии ввиду его высокой ММ (косвенная характеристика MM - показатель текучести расплава (ПТР) составляет 0,2 г/10 мин при 275° С), а также невозможность получения концентрированных растворов сополимеров (более 5 мас.%) в доступных средах (изопропанол, этанол, диметилформамид, бутанол и др.), которые применяются при изготовлении методом полива мембран толщиной 30-100 мкм, полых волокон (с толщиной стенок 20-100 мкм) мокрым способом и других тонкостенных изделий.- the impossibility of producing thin (less than 100 μm) films from the obtained copolymer by extrusion due to its high MM (indirect characteristic MM - melt flow rate (MFR) of 0.2 g / 10 min at 275 ° C), as well as the impossibility of obtaining concentrated solutions copolymers (more than 5 wt.%) in accessible media (isopropanol, ethanol, dimethylformamide, butanol, etc.), which are used in the manufacture by irrigation of membranes with a thickness of 30-100 microns, hollow fibers (with a wall thickness of 20-100 microns) wet and other thin-walled products.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому способу является способ согласно патенту СССР №721006 [МКИ2 C 08 F 8/32, опубл. 05.03.80], в соответствии с которым перфторированные сополимеры с функциональными сульфонилфторидными группами получают сополимеризацией фторированного этилена, предпочтительно ТФЭ, и ВСГЭ в присутствии инициатора радикального типа - перфторированного пероксида (ПФПП) в среде фторсодержащего органического растворителя, например 1,1,2-трихлор-1,2,2-трифторэтана (фреон-113), перфторметилциклогексана или перфтордиметилциклобутана, при температуре 45° С и давлении 3-7 кг/см2 (0,3-0,7 МПа), которое поддерживают постоянной подпиткой реакционной среды ТФЭ в ходе процесса сополимеризации (см. примеры 1 и 3 описания изобретения к патенту СССР №721006). В качестве ВСГЭ используют эфиры структурной формулы CF2=CF-[OCF2-CF(Y)]n-OCF2CF2-SO2F, где Y=F или фтористый алкил с количеством атомов углерода от 1 до 5; n=0-3.The closest set of essential features to the claimed method is the method according to USSR patent No. 721006 [MKI 2 C 08 F 8/32, publ. 03.03.80], in accordance with which perfluorinated copolymers with sulfonyl fluoride functional groups are obtained by copolymerization of fluorinated ethylene, preferably TFE, and HESE in the presence of a radical type initiator, perfluorinated peroxide (PFPP) in a fluorinated organic solvent, for example 1,1,2-trichloro -1,2,2-trifluoroethane (Freon-113), perfluoromethylcyclohexane or perfluorodimethylcyclobutane, at a temperature of 45 ° C and a pressure of 3-7 kg / cm 2 (0.3-0.7 MPa), which is supported by constant replenishment of the TFE reaction medium during the copolymerization process (see examples 1 and 3 of the description of the invention to USSR patent No. 721006). Esters of the structural formula CF 2 = CF- [OCF 2 -CF (Y)] n -OCF 2 CF 2 -SO 2 F, where Y = F or alkyl fluoride with the number of carbon atoms from 1 to 5; n = 0-3.
Наиболее предпочтительным является ВСГЭ структурной формулыMost preferred is the HSE of the structural formula
CF2=CF-O-CF2-CF(CF3)-O-CF2-CF2-SO2F.CF 2 = CF — O — CF 2 —CF (CF 3 ) —O — CF 2 —CF 2 —SO 2 F.
Полученный сополимер гидролизуют для перевода сульфонилфторидных групп (-SO2F) в ионообменную формулу (-SO3М). В зависимости от создаваемого давления ТФЭ получают сополимеры требуемой обменной емкости, в частности получают сополимеры с ОЕ 0,68, 0,74 и 0,91 мг-экв/г сухого сополимера. Предпочтителен сополимер с ОЕ 0,67-1,0 мг-экв/г сополимера, что соответствует ЭМ 1500-1000. Свойства полученных сополимеров, таких как ПТР, среднемассовая молекулярная масса , среднечисленная молекулярная масса , отношение , степень кристалличности и плотность, в патенте СССР №721006 не приводятся. Способ позволяет получать сополимеры, пригодные для изготовления мембран, применяемых в процессах электролиза, в частности при электролизе водных растворов галогенидов щелочных металлов, так как из сополимера получают достаточно прочные пленки (мембраны).The resulting copolymer is hydrolyzed to convert sulfonyl fluoride groups (—SO 2 F) to the ion exchange formula (—SO 3 M). Depending on the pressure created by TFE, copolymers of the required exchange capacity are obtained, in particular copolymers with OE of 0.68, 0.74 and 0.91 mEq / g dry copolymer are obtained. A copolymer with an OE of 0.67-1.0 mEq / g of copolymer is preferred, which corresponds to EM 1500-1000. Properties of the resulting copolymers, such as PTR, weight average molecular weight , number average molecular weight attitude , the degree of crystallinity and density are not given in USSR Patent No. 721006. The method allows to obtain copolymers suitable for the manufacture of membranes used in electrolysis processes, in particular during the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal halides, since sufficiently strong films (membranes) are obtained from the copolymer.
Недостатками способа-прототипа (патент СССР №721006) являются:The disadvantages of the prototype method (USSR patent No. 721006) are:
- невозможность изготовления из полученных сополимеров методом экструзии тонких (толщиной менее 100 мкм) изделий, таких как пленки и трубки (толщиной стенки менее 100 мкм), а также невозможность получения из указанных сополимеров концентрированных растворов (более 5 мас.%) в доступных средах (изопропанол, этанол, диметилформамид, ацетон и др.), которые используются для изготовления полых волокон с толщиной стенки 30-80 мкм мокрым способом и тонких пленок (25-80 мкм) методом полива. (Вероятно, это связано со свойствами получаемых сополимеров. Так, по нашим данным (смотри наши контрольные примеры 15 и 16) сополимеры, полученные по способу-прототипу, содержат фракции со слишком высокой ММ (ПТР 1,9-2,1 г/10 мин при температуре 270° С и нагрузке 2,16 кг) и имеют при ЭМ 1000-1500 слишком высокую степень кристалличности (18-24%) и высокую плотность (2,095-2,097 г/см3), что не позволяет перерабатывать их в указанные изделия указанными методами);- the impossibility of making thin (thickness less than 100 microns) products, such as films and tubes (wall thickness less than 100 microns) from the obtained copolymers by extrusion, as well as the impossibility of obtaining concentrated solutions from these copolymers (more than 5 wt.%) in accessible media ( isopropanol, ethanol, dimethylformamide, acetone, etc.), which are used for the manufacture of hollow fibers with a wall thickness of 30-80 microns by the wet method and thin films (25-80 microns) by irrigation. (This is probably due to the properties of the obtained copolymers. So, according to our data (see our control examples 15 and 16), the copolymers obtained by the prototype method contain fractions with too high MM (MFR 1.9-2.1 g / 10 min at a temperature of 270 ° C and a load of 2.16 kg) and with an EM of 1000-1500 have a too high degree of crystallinity (18-24%) and high density (2.095-2.097 g / cm 3 ), which does not allow them to be processed into the indicated products by the specified methods);
- трудность регулирования свойств получаемых сополимеров, таких как ММ, отношение , степень кристалличности и плотность, связанная с тем, что регулирование свойств возможно только за счет изменения концентрации инициатора, ВСГЭ или давления, что недостаточно эффективно;- the difficulty of controlling the properties of the obtained copolymers, such as MM, the ratio , the degree of crystallinity and density due to the fact that the regulation of properties is possible only by changing the concentration of the initiator, HESE or pressure, which is not effective enough;
- слишком высокая температура плавления получаемых сополимеров (300-310° С), что при их переработке в изделия приводит к частичной деструкции функциональных групп (-SO2F), которые начинают разлагаться при температуре 270° С [Пластмассы, 1980 г., №12, с. 23-25], а следовательно, способствует ухудшению качества получаемых из сополимера изделий (мембран);- too high a melting point of the resulting copolymers (300-310 ° C), which when processed into products leads to partial destruction of functional groups (-SO 2 F), which begin to decompose at a temperature of 270 ° C [Plastics, 1980, No. 12, p. 23-25], and therefore, contributes to the deterioration of the quality obtained from the copolymer products (membranes);
- недостаточно высокая термостабильность получаемых сополимеров, обусловленная наличием в сополимере недостаточно термически устойчивых концевых С2F5СОО-групп, вводимых за счет инициатора - ПФПП (образующихся при распаде ПФПП в процессе сополимеризации).- insufficiently high thermal stability of the obtained copolymers, due to the presence in the copolymer of insufficiently thermally stable terminal C 2 F 5 COO groups introduced by the initiator - PFPP (formed during the decomposition of PFPP in the copolymerization process).
Технический результат, достижение которого обеспечивает заявляемый способ, заключается в упрощении регулирования свойств получаемых сополимеров в процессе синтеза, а также в получении сополимеров, обладающих улучшенной термостабильностью, способностью перерабатываться в изделия толщиной менее 100 мкм методом экструзии и образовывать после гидролиза концентрированные растворы (не менее 6-20%), пригодные для изготовления тонких (менее 100 мкм) пленок методом полива и полых волокон с толщиной стенки 30-80 мкм.The technical result, which is achieved by the claimed method, consists in simplifying the regulation of the properties of the obtained copolymers in the synthesis process, as well as in obtaining copolymers with improved thermal stability, the ability to be processed into products with a thickness of less than 100 microns by extrusion and to form concentrated solutions after hydrolysis (at least 6 -20%), suitable for the manufacture of thin (less than 100 microns) films by irrigation and hollow fibers with a wall thickness of 30-80 microns.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения перфторированных сополимеров с функциональными сульфонилфторидными группами сополимеризацией ТФЭ с перфторуглеродным виниловым эфиром, имеющим структурную формулу СF2=СF-O-СF2-СF(СF3)-O-СF2-СF2-SO2F, в среде фторсодержащего органического растворителя или в массе под действием инициатора радикального типа - перфторированного пероксида при повышенном давлении с подпиткой реакционной среды тетрафторэтиленом в ходе процесса сополимеризации, перед началом сополимеризации в реакционную среду вводят предварительно полученный гидролизованный сополимер ТФЭ с 9,5-15 мол.% ВСГЭ указанной выше структурной формулы в количестве 0,3-0,66% от массы жидкой реакционной среды, причем указанный гидролизованный сополимер вводят в реакционную среду в виде дисперсии во фторсодержащем органическом растворителе, а в качестве перфторированного пероксида используют пероксид, выбранный из группы, состоящей из бис-перфтор-(2-окса-пара-метил-диоксан-пропионил)-пероксида, бис-перфтор-(2,5,8-триметил-3,6,9-триокса-додеканоил)-пероксида, бис-перфтор-(циклогексаноил)-пероксида или их смесей, и процесс проводят при температуре 20-35° С и давлении 0,25-0,6 МПа с получением сополимера, содержащего 3,5-19 мол.% перфторуглеродного винилового эфира вышеуказанной структурной формулы. В качестве дисперсии гидролизованного сополимера ТФЭ с ВСГЭ используют дисперсию указанного сополимера во фторсодержащем органическом растворителе с концентрацией 10-20 мас.%.The specified technical result is achieved due to the fact that in the method for producing perfluorinated copolymers with functional sulfonyl fluoride groups by copolymerization of TFE with perfluorocarbon vinyl ether having the structural formula CF 2 = CF-O-CF 2 -CF (CF 3 ) -O-CF 2 -CF 2 -SO 2 F, in a fluorine-containing organic solvent or in bulk under the influence of a radical type initiator - perfluorinated peroxide at elevated pressure with the reaction medium fed with tetrafluoroethylene during the copolymerization process, before starting with polymerization of the reaction medium is introduced pre-obtained hydrolyzed copolymer of TFE with 9.5-15 mol.% HESE of the above structural formula in an amount of 0.3-0.66% by weight of the liquid reaction medium, and the specified hydrolyzed copolymer is introduced into the reaction medium in the form dispersions in a fluorine-containing organic solvent, and as a perfluorinated peroxide, a peroxide selected from the group consisting of bis-perfluoro- (2-oxa-para-methyl-dioxane-propionyl) peroxide, bis-perfluoro- (2,5,8 -trimethyl-3,6,9-trioxa-dodecanoyl) - peroxide, bis-perfluoro- (cyclohexanoyl) -peroxide or mixtures thereof, and the process is carried out at a temperature of 20-35 ° C and a pressure of 0.25-0.6 MPa to obtain a copolymer containing 3.5-19 mol.% vinyl perfluorocarbon ether of the above structural formula. As a dispersion of a hydrolyzed TFE copolymer with VGE, a dispersion of the copolymer in a fluorine-containing organic solvent with a concentration of 10-20 wt.% Is used.
При использовании в качестве перфторированного пероксида бис-перфтор-(2-окса-пара-метил-диоксан-пропионил)-пероксида (ПФДОП) сополимеризацию проводят при температуре 20-25° С и давлении 0,25-0,6 МПа; при использовании бис-перфтор-(2,5,8-триметил-3,6,9-триокса-додеканоил)-пероксида (ПФДП) сополимеризацию проводят при температуре 25-30° С и давлении 0,26-0,6 МПа; при использовании бис-перфтор-(циклогексаноил)-пероксида (ПФЦП) сополимеризацию проводят при температуре 30-35° С и давлении 0,28-0,6 МПа. Возможно использование смесей указанных пероксидов, в частности смеси ПФДОП-ПФДП в массовом соотношении 1:6 соответственно, при этом процесс сополимеризации проводят при температуре 23-28° С и давлении 0,25-0,6 МПа, или смеси ПФДП с ПФЦП в массовом соотношении 1:5 соответственно, при этом процесс сополимеризации проводят при температуре 28-35° С и давлении 0,27-0,6 МПа.When using bis-perfluoro- (2-oxa-para-methyl-dioxane-propionyl) -peroxide (PFDOP) as perfluorinated peroxide, the copolymerization is carried out at a temperature of 20-25 ° C and a pressure of 0.25-0.6 MPa; when using bis-perfluoro- (2,5,8-trimethyl-3,6,9-trioxa-dodecanoyl) peroxide (PFDP), the copolymerization is carried out at a temperature of 25-30 ° C and a pressure of 0.26-0.6 MPa; when using bis-perfluoro- (cyclohexanoyl) -peroxide (PFCP), the copolymerization is carried out at a temperature of 30-35 ° C and a pressure of 0.28-0.6 MPa. It is possible to use mixtures of these peroxides, in particular PFDOP-PFDP mixtures in a mass ratio of 1: 6, respectively, while the copolymerization process is carried out at a temperature of 23-28 ° C and a pressure of 0.25-0.6 MPa, or a mixture of PFDP with PFCP in mass 1: 5 ratio, respectively, while the copolymerization process is carried out at a temperature of 28-35 ° C and a pressure of 0.27-0.6 MPa.
Авторами настоящего изобретения было установлено, что если перед началом процесса сополимеризации ТФЭ с ВСГЭ в реакционную среду ввести предварительно полученный гидролизованный сополимер ТФЭ с 9,5-15 мол.% ВСГЭ в количестве 0,3-0,66% от массы жидкой реакционной среды (например, в виде 10-20%-ной дисперсии во фторсодержащем органическом растворителе), то указанный предварительно гидролизованный сополимер действует как регулятор ММ и молекулярно-массового распределения (ММР), а также способствует формированию определенной структуры образующегося при синтезе сополимера, что позволяет влиять на его кристалличность и плотность. В одних и тех же условиях синтеза при получении сополимера одного и того же состава за счет введения различных количеств предварительно гидролизованного сополимера ТФЭ с ВСГЭ могут быть получены сополимеры нужной структуры с различной ММ и ММР, которое характеризуется отношением (см. наши примеры 1 и 3). Введение предварительно гидролизованного сополимера ТФЭ с 9,5-15 мол.% ВСГЭ позволяет синтезировать сополимеры, имеющие заданные значения , отношения , кристалличности и плотности, оптимальные с точки зрения как переработки их из расплава, например экструзией, так и получения из них растворов в доступных органических растворителях, в том числе получения растворов концентрацией не менее 6-20 мас.%.The authors of the present invention found that if before starting the process of copolymerization of TFE with VGE in the reaction medium, the previously obtained hydrolyzed TFE copolymer with 9.5-15 mol% of VGE in the amount of 0.3-0.66% by weight of the liquid reaction medium is introduced ( for example, in the form of a 10-20% dispersion in a fluorine-containing organic solvent), then the previously pre-hydrolyzed copolymer acts as a regulator of MM and molecular weight distribution (MMP), and also contributes to the formation of a certain structure of the forming during the synthesis of the copolymer, which allows one to influence its crystallinity and density. Under the same synthesis conditions, when a copolymer of the same composition is obtained by introducing various amounts of a pre-hydrolyzed TFE-HPSE copolymer, copolymers of the desired structure with different MM and MMP can be obtained, which is characterized by the ratio (see our examples 1 and 3). The introduction of a pre-hydrolyzed TFE copolymer with 9.5-15 mol.% VGE allows you to synthesize copolymers having specified values , relations crystallinity and density, optimal from the point of view of both processing them from a melt, for example by extrusion, and obtaining solutions from them in accessible organic solvents, including obtaining solutions with a concentration of at least 6-20 wt.%.
По заявляемому способу в зависимости от назначения могут быть получены сополимеры с содержанием ВСГЭ 3,5-19 мол.%, предпочтительно 8-15 мол.%, имеющие после гидролиза ЭМ 1000-2600, предпочтительно 1000-2000, и обладающие следующим комплексом физических и физико-механических характеристик: =(2-7)· 105, =1,41-1,46, ПТР=7-100 г/10 мин (при 270° С), степень кристалличности 7-20%, плотность 2,07-2,085 г/см3, прочность при разрыве 24-33 МПа, температура плавления (Тпл) 210-260° С, при этом сополимеры однородны по составу.According to the claimed method, depending on the purpose, copolymers with a HGE content of 3.5-19 mol%, preferably 8-15 mol%, having after hydrolysis of EM 1000-2600, preferably 1000-2000, and having the following complex of physical and physical and mechanical characteristics: = (2-7) · 10 5 , = 1.41-1.46, MFR = 7-100 g / 10 min (at 270 ° C), crystallinity 7-20%, density 2.07-2.085 g / cm 3 , tensile strength 24-33 MPa the melting point (T PL ) 210-260 ° C, while the copolymers are homogeneous in composition.
Как указано выше, по заявляемому способу предварительно гидролизованный сополимер ТФЭ с ВСГЭ вводится в количестве 0,3-0,66% от массы жидкой реакционной среды (растворитель и/или ВСГЭ). Если вводить гидролизованный сополимер в меньшем количестве (меньше 0,3%), то он не проявляет регулирующего воздействия и получаемый сополимер ТФЭ с ВСГЭ не отличается по свойствам от сополимера, полученного без его использования (см. наш контрольный пример №12). Введение гидролизованного сополимера более 0,66% от массы жидкой реакционной среды нецелесообразно, т.к. существенно качество получаемого сополимера ТФЭ с ВСГЭ не улучшается, а расход гидролизованного сополимера увеличивается (см. наш контрольный пример №13).As indicated above, according to the claimed method, a pre-hydrolyzed copolymer of TFE with VGE is introduced in an amount of 0.3-0.66% by weight of the liquid reaction medium (solvent and / or VGE). If a smaller amount of hydrolyzed copolymer is introduced (less than 0.3%), then it does not exhibit a regulatory effect and the resulting TFE-HPSE copolymer does not differ in properties from the copolymer obtained without its use (see our control example No. 12). The introduction of a hydrolyzed copolymer of more than 0.66% by weight of the liquid reaction medium is impractical because significantly the quality of the obtained TFE copolymer with VGE does not improve, and the consumption of hydrolyzed copolymer increases (see our control example No. 13).
Для приготовления дисперсии гидролизованного сополимера ТФЭ с ВСГЭ целесообразно использовать гидролизованный сополимер ТФЭ с ВСГЭ с ЭМ 920-1300 с ионообменными группами в форме -SO3H, -SO3Na, -SO3К или -SO3Li.To prepare a dispersion of a hydrolyzed TFE copolymer with VGE, it is advisable to use a hydrolyzed TFE copolymer with VGE with EM 920-1300 with ion-exchange groups in the form of -SO 3 H, -SO 3 Na, -SO 3 K or -SO 3 Li.
В нижеследующих примерах были использованы синтезированные авторами изобретения следующие гидролизованные сополимеры ТФЭ с ВСГЭ:In the following examples, the following hydrolyzed copolymers of TFE with HESE were synthesized by the inventors:
СПЛ-1 с ЭМ 920 и ионообменными группами -SO3Н;SPL-1 with EM 920 and ion-exchange groups —SO 3 H;
СПЛ-2 с ЭМ 950 и ионообменными группами -SO3Na;SPL-2 with EM 950 and ion-exchange groups —SO 3 Na;
СПЛ-3 с ЭМ 1120 и ионообменными группами -SO3Na;SPL-3 with EM 1120 and -SO 3 Na ion-exchange groups;
СПЛ-4 с ЭМ 1450 и ионообменными группами -SO3Н;SPL-4 with
СПЛ-5 с ЭМ 1200 и ионообменными группами -SO3K;SPL-5 with EM 1200 and ion-exchange groups —SO 3 K;
СПЛ-6 с ЭМ 1300 и ионообменными группами -SO3Li.SPL-6 with
Дисперсию гидролизованного сополимера во фторсодержащем органическом растворителе получают путем диспергирования порошка сополимера (СПЛ-1, СПЛ-2, СПЛ-3, СПЛ-4, СПЛ-5 или СПЛ-6) с размером частиц не более 200 мкм в растворителе при перемешивании в течение 2 часов при температуре 20-90° С, охлаждения полученной дисперсии до комнатной температуры и фильтрации ее через капроновый фильтр. В качестве фторсодержащего органического растворителя для приготовления дисперсии могут быть использованы фреон-113 (хладон-113), перфторциклобутан и другие фторированные растворители.A dispersion of a hydrolyzed copolymer in a fluorine-containing organic solvent is obtained by dispersing a copolymer powder (SPL-1, SPL-2, SPL-3, SPL-4, SPL-5 or SPL-6) with a particle size of not more than 200 μm in the solvent with stirring for 2 hours at a temperature of 20-90 ° C, cooling the resulting dispersion to room temperature and filtering it through a nylon filter. Freon-113 (freon-113), perfluorocyclobutane and other fluorinated solvents can be used as a fluorine-containing organic solvent for preparing the dispersion.
При осуществлении заявляемого способа процесс сополимеризации можно проводить как в присутствии растворителя, так и в массе ВСГЭ. При этом в случае получения сополимеров с содержанием ВСГЭ менее 10 мол.% процесс сополимеризации целесообразно проводить в присутствии растворителя, так как наличие растворителя обеспечивает требуемую высокую концентрацию ТФЭ в реакционной среде при невысоком давлении. В случае получения сополимеров с содержанием ВСГЭ более 10 мол.% не требуется высокой концентрации ТФЭ в реакционной среде и процесс сополимеризации можно проводить как в присутствии растворителя, так и без него, т.е. в массе мономера - ВСГЭ.In the implementation of the proposed method, the copolymerization process can be carried out both in the presence of a solvent, and in the bulk of HESE. Moreover, in the case of obtaining copolymers with an HSE content of less than 10 mol%, it is advisable to carry out the copolymerization process in the presence of a solvent, since the presence of a solvent provides the required high concentration of TFE in the reaction medium at low pressure. In the case of obtaining copolymers with an HSE content of more than 10 mol%, a high concentration of TFE in the reaction medium is not required and the copolymerization process can be carried out both in the presence of a solvent and without it, i.e. in the mass of monomer - VGE.
В качестве фторсодержащего растворителя в процессе сополимеризации могут быть использованы перфторциклобутан, перфтордиметилциклобутан, 1,1,2-трихлор-1,2,2-трифторэтан (фреон-113) и др.Perfluorocyclobutane, perfluorodimethylcyclobutane, 1,1,2-trichloro-1,2,2-trifluoroethane (freon-113), etc. can be used as a fluorine-containing solvent in the copolymerization process.
Как уже указывалось выше, в качестве перфторированных пероксидов могут быть использованы ПФЦП, ПФДП, ПФДОП или их смеси. Использование таких пероксидов позволяет осуществлять процесс сополимеризации с достаточно высокой скоростью при невысокой температуре (20-35° С), что позволяет легко регулировать процесс и способствует образованию сополимеров с заданным комплексом свойств, позволяющим перерабатывать их в изделия толщиной менее 100 мкм.As already mentioned above, as perfluorinated peroxides, PFCP, PFDP, PFDOP or mixtures thereof can be used. The use of such peroxides allows the copolymerization process to be carried out at a fairly high speed at a low temperature (20-35 ° C), which makes it easy to control the process and promotes the formation of copolymers with a given set of properties that allows them to be processed into products with a thickness of less than 100 microns.
Использование таких пероксидов описано, например, при получении сополимеров ТФЭ с гексафторпропиленом (см. патент РФ №2109761, МКИ6 C 08 F 214/26, опубл. 27.04.98) или сополимеров ТФЭ с перфторпропилвиниловым эфиром (см. патент РФ №2156777, МПК7 C 08 F 214/26, опубл. 27.09.2000 г.). Температура сополимеризации ТФЭ с ВСГЭ определяется типом используемого инициатора и находится в пределах 20-35° С. Давление сополимеризации, создаваемое и поддерживаемое подачей ТФЭ, устанавливается в зависимости от типа используемого инициатора, растворителя и заданного состава получаемого сополимера и находится в пределах 0,25-0,6 МПа (чем выше давление ТФЭ, тем больше его содержание в сополимере). Перед началом процесса рассчитанные количества ВСГЭ - мономера, фторорганического растворителя и перфторпероксида (в виде 10%-ного раствора в органическом растворителе) загружают в подготовленный реактор (если процесс ведут в массе, то растворитель не загружают). Затем в реактор подают рассчитанное количество предварительно гидролизованного сополимера ТФЭ и ВСГЭ в виде дисперсии. Давление ТФЭ в процессе реакции поддерживают непрерывной подачей ТФЭ при спаде давления на 0,02-0,03 МПа. По окончании процесса из реактора выгружают готовый сополимер ТФЭ с ВСГЭ в виде дисперсии в смеси растворителя и непрореагировавшего ВСГЭ (при проведении процесса в среде растворителя) или в непрореагировавшем ВСГЭ (при проведении процесса в массе). Конверсия по ВСГЭ составляет 16-25%. Сополимер выделяют из дисперсии путем отгонки растворителя и/или непрореагировавшего ВСГЭ.The use of such peroxides is described, for example, in the preparation of TFE copolymers with hexafluoropropylene (see RF patent No. 2109761, MKI 6 C 08 F 214/26, publ. 04/27/98) or TFE copolymers with perfluoropropyl vinyl ether (see RF patent No. 21567677, IPC 7 C 08 F 214/26, publ. 09/27/2000). The copolymerization temperature of TFE with HHPE is determined by the type of initiator used and is in the range of 20-35 ° C. The copolymerization pressure created and maintained by the TFE feed is set depending on the type of initiator, solvent and the given composition of the resulting copolymer and is in the range 0.25- 0.6 MPa (the higher the pressure of TFE, the greater its content in the copolymer). Before the start of the process, the calculated amounts of HESE - monomer, organofluorine solvent and perfluoroperoxide (in the form of a 10% solution in an organic solvent) are loaded into the prepared reactor (if the process is carried out in bulk, then the solvent is not charged). Then, the calculated amount of the pre-hydrolyzed TFE-HPSE copolymer in the form of a dispersion is fed into the reactor. The TFE pressure in the reaction process is supported by the continuous supply of TFE with a pressure drop of 0.02-0.03 MPa. At the end of the process, the finished TFE-HPSE copolymer is discharged from the reactor as a dispersion in a mixture of solvent and unreacted HESE (when carrying out the process in a solvent medium) or in unreacted HESE (when carrying out the process in bulk). Conversion by HSE is 16-25%. The copolymer is isolated from the dispersion by distillation of the solvent and / or unreacted HESE.
Свойства полученных сополимеров ТФЭ с ВСГЭ определяли следующим образом:The properties of the obtained TFE-HES copolymers were determined as follows:
1. Содержание ВСГЭ в сополимере определяли методом ИК-спектроскопии на спектрометре фирмы Перкин-Элмер, модель 1760.1. The content of HESE in the copolymer was determined by IR spectroscopy on a spectrometer company Perkin-Elmer, model 1760.
2. Среднечисленную и среднемассовую молекулярную массу определяли методом тонкослойной или жидкостной хроматографии 1-5%-ного раствора сополимера в изопропиловом спирте или диметилацетамиде. Отношение определяли расчетным путем.2. The number average and weight average molecular weights were determined by thin-layer or liquid chromatography of a 1-5% solution of the copolymer in isopropyl alcohol or dimethylacetamide. Attitude determined by calculation.
3. Степень кристалличности определяли рентгенографическим методом с использованием камеры малоуглового рассеяния КРМ-1.3. The degree of crystallinity was determined by X-ray diffraction using a small-angle scattering chamber KRM-1.
4. Плотность определяли по ГОСТ 15139-69.4. The density was determined according to GOST 15139-69.
5. Термостабильность определяли по потере массы порошка сополимера, при выдержке его при температуре 270±5° С в течение 5 часов.5. Thermostability was determined by the loss of mass of the copolymer powder when it was held at a temperature of 270 ± 5 ° C for 5 hours.
6. Эквивалентную массу определяли расчетным путем по полной обменной емкости, которую определяли по ГОСТ 17552-72 на образцах пленки толщиной 0,2±0,05 мм, полученной прессованием навески сополимера при температуре 220±2° С и давлении 20±2,5 МПа.6. The equivalent mass was determined by calculation by the total exchange capacity, which was determined according to GOST 17552-72 on film samples 0.2 ± 0.05 mm thick, obtained by pressing a copolymer sample at a temperature of 220 ± 2 ° C and a pressure of 20 ± 2.5 MPa
7. Показатель текучести расплава (ПТР) определяли по ГОСТ 11645-73 на экструзионном пластомере типа ИИРТ-АМ при температуре 270±0,5° С, нагрузке 2,16 кг, на капилляре диаметром 2,09±0,005 мм при времени выдержки образца в экструзионной камере под нагрузкой в течение 5 мин.7. The melt flow rate (MFR) was determined according to GOST 11645-73 on an extrusion plastomer of the IIRT-AM type at a temperature of 270 ± 0.5 ° C, a load of 2.16 kg, on a capillary with a diameter of 2.09 ± 0.005 mm at a sample exposure time in the extrusion chamber under load for 5 minutes
8. Прочность при разрыве (σ p) определяли по ГОСТ 11262-80 на образцах толщиной 1,5±0,2 мм, изготовленных прессованием порошка сополимера при температуре 220-240° С и давлении 20±2,5 МПа.8. The tensile strength (σ p) was determined according to GOST 11262-80 on samples with a thickness of 1.5 ± 0.2 mm, made by pressing the copolymer powder at a temperature of 220-240 ° C and a pressure of 20 ± 2.5 MPa.
Нижеследующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение.The following examples illustrate the present invention.
Пример 1.Example 1
В реактор из нержавеющей стали емкостью 1,3 л, снабженный якорной мешалкой и рубашкой, загружают 650 г хладона-113, 312 г ВСГЭ формулы CF2=CF-O-CF2-CF(CF3)-O-CF2-CF2-SO2F, 0,52 г ПФЦП в виде 10%-ного раствора в хладоне-113 и 3 г (0,3% от массы жидкой реакционной среды - хладона-113 и ВСГЭ) предварительно гидролизованного сополимера ТФЭ с ВСГЭ СПЛ-1 (ЭМ 920, ионообменные группы SO3Н) в виде 10%-ной дисперсии в хладоне-113. Реактор охлаждают до температуры -30° С, вакуумируют до остаточного давления 10 мм рт.ст и при перемешивании вводят в него 30 г ТФЭ. Затем реактор нагревают до температуры 32° С, при этом устанавливается давление 0,29 МПа, и постепенно подают в него по мере спада давления на 0,01 МПа 104 г ТФЭ в течение 12 час. Процесс сополимеризации ведут при давлении 0,29 МПа, постепенно снижая его в конце полимеризации до 0,25 МПа. После окончания процесса сополимеризации реактор охлаждают до температуры 15° С и сдувают непрореагировавший ТФЭ. После этого полученную дисперсию сополимера ТФЭ с ВСГЭ в смеси хладона-113 и непрореагировавшего ВСГЭ выгружают из реактора, отгоняют хладон-113 и ВСГЭ. Полученный сополимер промывают хладоном-113 и сушат под вакуумом при температуре 80° С. Получают 174 г порошка сополимера ТФЭ с 15,3 мол.% ВСГЭ. Конверсия ВСГЭ составляет 24,2%.In a 1.3 liter stainless steel reactor equipped with an anchor stirrer and a jacket, 650 g of Freon-113, 312 g of HESE of the formula CF 2 = CF-O-CF 2 -CF (CF 3 ) -O-CF 2 -CF are charged 2 -SO 2 F, 0.52 g of PFSP in the form of a 10% solution in HFC-113 and 3 g (0.3% by weight of the liquid reaction medium - HFC-113 and HFCE) of the previously hydrolyzed TFE-HFC copolymer SPL- 1 (EM 920, ion exchange groups SO 3 H) as a 10% dispersion in HFC-113. The reactor is cooled to a temperature of -30 ° C, vacuum to a residual pressure of 10 mm Hg and with stirring, 30 g of TFE are introduced into it. Then the reactor is heated to a temperature of 32 ° C, while the pressure is set at 0.29 MPa, and 104 g of TFE are fed into it gradually as the pressure drops by 0.01 MPa for 12 hours. The copolymerization process is carried out at a pressure of 0.29 MPa, gradually reducing it at the end of the polymerization to 0.25 MPa. After the copolymerization process is completed, the reactor is cooled to a temperature of 15 ° C and the unreacted TFE is blown off. After that, the obtained dispersion of the TFE copolymer with HFCE in a mixture of HFC13 and unreacted HFCE is discharged from the reactor, and HFC13 and HFCE are distilled off. The resulting copolymer is washed with HFC-113 and dried under vacuum at a temperature of 80 ° C. 174 g of TFE copolymer powder with 15.3 mol% of VGE are obtained. The conversion of HESE is 24.2%.
Параметры процесса и свойства сополимеров по примеру 1 и всем нижеследующим примерам приведены в таблицах 1 и 2 соответственно.The process parameters and properties of the copolymers of example 1 and all of the following examples are shown in tables 1 and 2, respectively.
Примеры 2-11 и 12-16 (контрольные).Examples 2-11 and 12-16 (control).
Процесс проводят аналогично примеру 1, но варьируют параметры процесса. В примерах 14, 15, 16 (контр. по прототипу и аналогу) гидролизованный сополимер ТФЭ с ВСГЭ не вводят и процесс сополимеризации проводят в присутствии ПФПП.The process is carried out analogously to example 1, but the process parameters vary. In examples 14, 15, 16 (counter. Prototype and analogue), the hydrolyzed TFE copolymer with HHPE is not introduced and the copolymerization process is carried out in the presence of PFPP.
В примерах 9 и 14 (контр.) процесс сополимеризации проводят в массе мономера - ВСГЭ (т.е. в отсутствие растворителя), в примере 10 - в среде ПФЦБ, а во всех остальных примерах - в среде хладона-113. В примере 8 в качестве пероксида используют смесь ПФДОП и ПФДП в массовом соотношении 1:6.In examples 9 and 14 (control), the copolymerization process is carried out in the bulk of the monomer - HHPE (i.e., in the absence of solvent), in example 10 - in PPSB medium, and in all other examples - in HFC-113 medium. In example 8, a mixture of PFDOP and PFDP in a mass ratio of 1: 6 is used as peroxide.
Пример 17.Example 17
Сополимер ТФЭ с ВСГЭ с функциональными группами -SO2F, полученный по примеру 3, со степенью кристалличности 11% и плотностью 2,074 г/см3 используют для получения раствора с концентрацией 15 мас.%. Перед растворением порошок сополимера гидролизуют 10%-ным водным раствором гидроокси лития (LiOH) при температуре 95° С в течение 12 часов, после чего гидролизованный сополимер отмывают водой от гидроокиси лития и сушат в термостате при температуре 95-98° С. После гидролиза сополимер содержит функциональные группы -SO3Li и имеет ЭМ=1000, =2,5· 105, =1,44. В круглодонную колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 30 г порошка указанного гидролизованного сополимера ТФЭ с ВСГЭ с размером частиц 100-500 мкм и 170 г изопропилового спирта (изопропанол), включают мешалку и растворяют при температуре 70° С в течение 1 ч. Сополимер полностью растворяется при указанных условиях. Затем полученный раствор охлаждают до комнатной температуры и фильтруют через капроновый фильтр. После фильтрации раствор имеет концентрацию 15 мас.%. Полученный раствор используют для изготовления газоразделительного полого волокна. Полое волокно получают на лабораторной установке мокрым способом в осадительной ванне, содержащей 80 мас.% воды и 20 мас.% изопропанола. Внутренний диаметр волокна составил 80 мкм, толщина стенки - 40 мкм. Полученное полое волокно использовали в газоразделительном устройстве для выделения аммиака из смеси аммиака и водорода. Газовую смесь, состоящую из 50 об.% аммиака и 50 об.% водорода, подают внутрь полого волокна, предварительно увлажняя водяным паром, под давлением 100 кПа и при температуре 22° С. На основе анализа состава газовой смеси с внешней стороны волокна вычисляют коэффициент проницаемости составляющих смесь газов, которые для аммиака и водорода равны 3,82· 10-11 и 1,99· 10-15 моль· м/м2· с· Па соответственно, и коэффициент селективности, равный 1,92· 104 в пользу аммиака. После очистки смесь содержит 99,8 об.% аммиака и 0,2 об.% водорода.A TFE copolymer with VGE with functional groups —SO 2 F, obtained according to Example 3, with a crystallinity of 11% and a density of 2.074 g / cm 3 is used to obtain a solution with a concentration of 15 wt.%. Before dissolving, the copolymer powder is hydrolyzed with a 10% aqueous solution of hydroxy lithium (LiOH) at a temperature of 95 ° C for 12 hours, after which the hydrolyzed copolymer is washed with water from lithium hydroxide and dried in a thermostat at a temperature of 95-98 ° C. After hydrolysis, the copolymer contains functional groups —SO 3 Li and has EM = 1000, = 2.5 · 10 5 , = 1.44. A 500 ml round bottom flask equipped with a stirrer, thermometer and reflux condenser was charged with 30 g of the powder of the indicated hydrolyzed TFE copolymer with HESE with a particle size of 100-500 μm and 170 g of isopropyl alcohol (isopropanol), the stirrer was turned on and dissolved at a temperature of 70 ° С within 1 h. The copolymer is completely dissolved under the indicated conditions. Then, the resulting solution was cooled to room temperature and filtered through a nylon filter. After filtration, the solution has a concentration of 15 wt.%. The resulting solution is used for the manufacture of gas separation hollow fiber. Hollow fiber is obtained in a laboratory setup by the wet method in a precipitation bath containing 80 wt.% Water and 20 wt.% Isopropanol. The inner diameter of the fiber was 80 μm, the wall thickness was 40 μm. The obtained hollow fiber was used in a gas separation device for separating ammonia from a mixture of ammonia and hydrogen. The gas mixture, consisting of 50% vol. Ammonia and 50% vol. Hydrogen, is fed into the hollow fiber, pre-moistened with water vapor, at a pressure of 100 kPa and at a temperature of 22 ° C. Based on the analysis of the composition of the gas mixture from the outside of the fiber, the coefficient the permeability of the gases constituting the mixture, which for ammonia and hydrogen are 3.82 · 10 -11 and 1.99 · 10 -15 mol · m / m 2 · s · Pa, respectively, and a selectivity coefficient of 1.92 · 10 4 in the benefit of ammonia. After purification, the mixture contains 99.8 vol.% Ammonia and 0.2 vol.% Hydrogen.
Пример 18.Example 18
Раствор, полученный по примеру 17 и содержащий 15 мас.% гидролизованного сополимера с ЭМ 1000 в изопропаноле, используют при получении газоразделительной мембраны в форме пленки. Мембрану в форме пленки получают поливом на стекло указанного раствора слоем такой толщины, чтобы после удаления растворителя образовалась пленка толщиной 40 мкм. Стекло с налитым на него раствором помещают в термостат и испаряют растворитель при постепенном подъеме температуры от 22° С до 80° С в течение 40 мин (при 22° С - 10 мин, при 80° С - 30 мин). Пленку снимают со стекла и используют в качестве газоразделительной мембраны. Газообразную исходную смесь фтористого водорода и 1,1,2-трихлор-трифторэтана (80 об.% фтористого водорода и 20 об.% 1,1,2-трихлортрифторэтана) подают в камеру высокого давления. Перепад парциального давления фтористого водорода на мембране составляет 50 кПа. На основе анализа состава и количества газовой смеси в принимающей камере коэффициент селективности составил 1· 103 в пользу фтористого водорода при производительности установки 0,25 м3/м2 газовой смеси. После очистки смесь содержит 98% фтористого водорода и 2% 1,1,2-трихлортрифторэтана.The solution obtained in example 17 and containing 15 wt.% Hydrolyzed copolymer with
Пример 19.Example 19
Раствор сополимера получают аналогично примеру 17, но для получения раствора используют сополимер, полученный по примеру 6, имеющий степень кристалличности 15% и плотность 2,08 г/см3. После гидролиза 10%-ным водным раствором гидроокиси натрия и отмывки от гидроокиси натрия водой, сополимер затем обрабатывают 10%-ным водным раствором соляной кислоты при температуре 95-98° С в течение 6 часов для получения ионообменных групп в форме -SO3Н. Сополимер отмывают водой от соляной кислоты и сушат. Полученный сополимер имеет ЭМ 1230, =6· 105, =1,43 и функциональные группы -SO3Н. Сополимер аналогично примеру 17 растворяют при температуре 70° С в этиловом спирте и получают раствор с концентрацией сополимера 15 мас.%. Полученный раствор используют при изготовлении ионообменной мембраны в форме пленки. Мембрану в форме пленки получают поливом на стекло указанного раствора слоем такой толщины, чтобы после удаления растворителя образовалась пленка толщиной 80 мкм. Стекло с налитым на него раствором помещают в термостат и испаряют растворитель при постепенном подъеме температуры с выдержкой при 22° С в течение 10 мин и при 80° С в течение 40 мин. После удаления растворителя мембрана (пленка) имела толщину 80 мкм и предел прочности при растяжении 25 МПа. Полученную пленку использовали в качестве мембраны при изготовлении мембрано-электродных блоков (МЭБ) для электролиза воды. Для получения электродного материала в стеклянной емкости смешивают 0,92 г катализатора - платиновой черни (размер частиц 0,06 мкм) с 2,2 г 6%-ного раствора, полученного растворением сополимера по примеру 8 (степень кристалличности 16,5%, плотность 2,084 г/см3, =6,2· 105, =1,42, функциональные группы -SO3Н, ЭМ 1400) в изопропаноле при температуре 80° С в течение 2 часов. Полученную вязкую массу наносят на одну из поверхностей полученной, как указано выше, высушенной мембраны в виде воздушно-сухой пленки диаметром 100 мм методом полива смеси такой толщины, чтобы после удаления растворителя слой электродного материала имел толщину 10 мкм. Затем пленку помещают в термостат и термообрабатывают при ступенчатом подъеме температуры: выдержка при 40° С в течение 15 мин, при 70° С - в течение 40 мин. После этого мембрану вынимают из термостата, охлаждают до комнатной температуры и аналогичным образом на другую ее поверхность наносят тот же самый электродный материал, помещают в термостат и термообрабатывают указанным выше способом. Полученный МЭБ испытывают при электролизе воды. К МЭБ с обеих сторон прижимают коллектор тока из пористого титана с токоотводами, уплотняют полученную сборку с помощью стяжки плит, погружают в сосуд с дистиллированной водой и подают электрический ток силой 0,5 А/см2 при 90° С в течение 1 часа. Затем сборку устанавливают в ячейку для электролиза деионизованной воды. Напряжение на блоке составило 1,62 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 100° С.The copolymer solution is obtained analogously to example 17, but to obtain the solution using the copolymer obtained in example 6, having a degree of crystallinity of 15% and a density of 2.08 g / cm 3 . After hydrolysis with a 10% aqueous solution of sodium hydroxide and washing from sodium hydroxide with water, the copolymer is then treated with a 10% aqueous solution of hydrochloric acid at a temperature of 95-98 ° C for 6 hours to obtain ion-exchange groups in the form of -SO 3 N. The copolymer is washed with water from hydrochloric acid and dried. The resulting copolymer has an
Пример 20.Example 20
Сополимер, полученный по примеру 11, со степенью кристалличности 18% и плотностью 2,085 г/см3 используют для получения раствора концентрацией 6 мас.%. Перед растворением порошок сополимера гидролизуют 10%-ным водным раствором NaOH при температуре 95° С в течение 12 часов, после чего гидрализованный сополимер отмывают от NaOH и сушат в термостате при 95-98° С. После гидролиза сополимер содержит группы -SO3Na и имеет ЭМ 2500, =7· 105, =1,41. В кругло донную колбу, объемом 500 мл, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 6 г указанного гидролизованного сополимера с размером частиц 100-500 мкм, 94 г диметилформамида, включают мешалку и растворяют сополимер при температуре 140° С в течение 1,5 ч. Сополимер полностью растворяется в указанных условиях. После фильтрования раствор имеет концентрацию 6 мас.%.The copolymer obtained in example 11, with a degree of crystallinity of 18% and a density of 2.085 g / cm 3 is used to obtain a solution with a concentration of 6 wt.%. Before dissolving, the copolymer powder is hydrolyzed with a 10% aqueous NaOH solution at 95 ° C for 12 hours, after which the hydrated copolymer is washed from NaOH and dried in an oven at 95-98 ° C. After hydrolysis, the copolymer contains -SO 3 Na groups and has
Полученный раствор используют для изготовления суперкислого катализатора. Гранулы полиэтилена помещают в воронку Бюхнера и присоединяют к колбе Бунзена. Затем эту колбу вакуумируют, а в воронку постепенно приливают раствор в количестве, достаточном для того, чтобы все гранулы были им покрыты и после удаления растворителя имели покрытие толщиной 5-10 мкм. Затем вакуум отключают и гранулы сушат при 22° С в течение 20 мин и при 40° С в течение 20 мин. После удаления растворителя гранулы с нанесенным слоем сополимера, который является суперкислым катализатором, используют при переалкилировании 4-метилфенола в 4-метил-2,6-дитретбутилфенол. Выход 4-метил-2,6-дитретбутил-фенола составил 83%.The resulting solution is used to make a super acid catalyst. The polyethylene granules are placed in a Buchner funnel and attached to a Bunsen flask. Then this flask is evacuated, and the solution is gradually poured into the funnel in an amount sufficient to ensure that all the granules are coated with it and, after removal of the solvent, have a coating thickness of 5-10 μm. Then the vacuum is turned off and the granules are dried at 22 ° C for 20 minutes and at 40 ° C for 20 minutes. After removing the solvent, the granules coated with a layer of a copolymer, which is a super acid catalyst, are used in the transalkylation of 4-methylphenol to 4-methyl-2,6-ditretbutylphenol. The yield of 4-methyl-2,6-ditretbutyl-phenol was 83%.
Пример 21.Example 21
Из сополимера ТФЭ с ВСГЭ с функциональными группами -SO2F, полученного по примеру 4, путем экструзии на лабораторном экструдере при температуре 250° С из расплава сополимера получают экструзионную пленку толщиной 90 мкм. Пленка имеет предел прочности при растяжении 27 МПа. Полученную пленку гидролизуют 15%-ным водным раствором гидроокиси калия при 95° С в течение 12 часов, а затем обрабатывают 5%-ным водным раствором соляной кислоты при 95° С в течение 4 часов. После гидролиза полученная мембрана имеет функциональные группы -SO3Н и ЭМ 1100. Мембрана была использована при изготовлении МЭБ для электролиза воды.An extrusion film of a thickness of 90 μm is obtained from a TFE-HEPE copolymer with -SO 2 F functional groups obtained in Example 4 by extrusion on a laboratory extruder at a temperature of 250 ° C. from a melt of the copolymer. The film has a tensile strength of 27 MPa. The resulting film is hydrolyzed with a 15% aqueous solution of potassium hydroxide at 95 ° C for 12 hours, and then treated with a 5% aqueous solution of hydrochloric acid at 95 ° C for 4 hours. After hydrolysis, the resulting membrane has functional groups —SO 3 H and
Для получения электродного материала в стеклянной емкости смешивают 0,92 г катализатора - платиновой черни (размер частиц 0,06 мкм) с 2,2 г 6% раствора сополимера, полученного растворением сополимера по примеру 7 (степень кристалличности 16%, плотность 2,083 г/см3, =6,9· 105, =1,41 функциональные группы -SO3Н, ЭМ 1300) в изопропаноле при температуре 80° С в течение 1,5 часов. Полученную вязкую массу наносят на одну из поверхностей вышеуказанной мембраны (в виде воздушно-сухой пленки диаметром 100 мм) методом полива смеси такой толщины, чтобы после удаления растворителя слой электродного материала имел толщину 10 мкм. Затем мембрану помещают в термостат и термообрабатывают при ступенчатом подъеме температуры: выдержка при 40° С в течение 15 мин, при 70° С - в течение 40 мин. После этого мембрану вынимают из термостата, охлаждают до комнатной температуры и аналогичным образом на другую ее поверхность наносят тот же самый электродный материал, помещают в термостат и термообрабатывают указанным выше способом. Полученный МЭБ испытывают при электролизе воды. К МЭБ с обеих сторон прижимают коллектор тока из пористого титана с токоотводами, уплотняют полученную сборку с помощью стяжки плит, погружают в сосуд с дистиллированной водой и подают электрический ток силой 0,5 А/см2 при 90° С в течение 1 часа. Затем сборку устанавливают в ячейку для электролиза деионизованной воды. Напряжение на ячейке составило 1,68 В при плотности тока 1 А/см2 и температуре 100° С.To obtain the electrode material in a glass container, 0.92 g of a platinum black catalyst (particle size 0.06 μm) is mixed with 2.2 g of a 6% copolymer solution obtained by dissolving the copolymer of Example 7 (
Пример 22.Example 22
Из сополимера, полученного по примеру 17 (степень кристалличности 16%, плотность 2,083 г/см3), с функциональными группами -SO2F на лабораторном экструдере при температуре 260° С из расплава были получены трубки с внутренним диаметром 550 мкм и толщиной стенки 100 мкм. Изготовленные трубки были прогидролизованы 15%-ным водным раствором гидроокиси калия при температуре 95° С в течение 20 часов и отмыты водой от гидроокиси калия. После гидролиза сополимер имел функциональные группы -SО3К (ЭМ 1300). Полученные трубки были использованы для осушки влажного атмосферного воздуха (влажность воздуха составляла 98%), при температуре окружающей среды 20-22° С. Относительная влажность атмосферного высушенного воздуха составила 10%.From the copolymer obtained in example 17 (
Пример 23.Example 23
Из сополимера ТФЭ с ВСГЭ, полученного по примеру 3, с функциональными группами -SO2F (степень кристалличности 11%, плотность 2,974 г/см3) путем экструзии на лабораторном экструдере при температуре 240° С из расплава сополимера была получена экструзионная пленка толщиной 50 мкм. Пленка имела предел прочности при растяжении 25 МПа. Полученную пленку гидролизовали 15%-ным водным раствором гидроокиси калия при 95° С в течение 10 часов, а затем обрабатывали 5%-ным водным раствором соляной кислоты при 95° С в течение 4 часов. После гидролиза мембрана имела функциональные группы -SO3Н (ЭМ 1000) и была использована при изготовлении МЭБ для топливных элементов.An extrusion film of a thickness of 50 was obtained from a TFE-VGE copolymer prepared according to Example 3 with -SO 2 F functional groups (
Для получения электродного материала в стеклянной емкости смешивают 0,9 г электрокатализатора - платиновой черни (диаметр частиц - 0,09 мкм) с 0,03 г электропроводящего неактивного материала - газовой сажи с размером частиц 0,01 мкм. После чего к полученной смеси добавляют 3,5 г 6%-ного раствора, полученного растворением сополимера по примеру 8 с функциональными группами -SO3Н (ЭМ 1400) в изопропаноле при температуре 70° С в течение 1 часа. Полученную вязкую массу наносят на одну из поверхностей, полученной как указано выше мембраны (пленки диаметром 100 мм) методом намазывания смеси слоем такой толщины, чтобы после высушивания слой электродного материала имел толщину 6 мкм. Затем мембрану помещают в термостат и обрабатывают при следующем ступенчатом подъеме температуры: выдерживают при 20-22° С в течение 10 мин, при 60° С - 40 мин, при 80° С - 20 мин, при 90° С - 20 мин. После этого мембрану вынимают из термостата, охлаждают до комнатной температуры и аналогичным образом на другую ее поверхность наносят тот же самый электродный материал, затем снова помещают в термостат и термообрабатывают указанным выше способом. Изготовленный МЭБ испытывают в топливной ячейке следующим образом. На обе поверхности электродных слоев полученного МЭБ помещают угольную ткань, пропитанную политетрафторэтиленовой дисперсией (ТУ 6-05-1246-81) и подвергают сжатию. Затем к обеим поверхностям МЭБ прикладывают угольные коллекторы тока и устанавливают сборку в топливную ячейку. Исследования МЭБ проводят при 80° С при подаче в топливную ячейку газов: водород - в анодную камеру под давлением 1 атм и кислород - в катодную камеру под давлением 1,2 атм. Получены следующие характеристики:To obtain the electrode material in a glass container, 0.9 g of an electrocatalyst — platinum black (particle diameter 0.09 μm) is mixed with 0.03 g of an electrically conductive inactive material — carbon black with a particle size of 0.01 μm. Then, 3.5 g of a 6% solution obtained by dissolving the copolymer of Example 8 with functional groups —SO 3 H (EM 1400) in isopropanol at 70 ° C. for 1 hour was added to the resulting mixture. The resulting viscous mass is applied to one of the surfaces obtained as described above for the membrane (films with a diameter of 100 mm) by smearing the mixture with a layer of such a thickness that, after drying, the layer of electrode material has a thickness of 6 μm. Then the membrane is placed in a thermostat and treated with the next stepwise rise in temperature: it is kept at 20-22 ° С for 10 minutes, at 60 ° С - 40 minutes, at 80 ° С - 20 minutes, at 90 ° С - 20 minutes. After that, the membrane is removed from the thermostat, cooled to room temperature and the same electrode material is applied to its other surface in the same way, then it is again placed in the thermostat and heat treated in the manner described above. The fabricated OIE is tested in a fuel cell as follows. A carbon cloth impregnated with polytetrafluoroethylene dispersion (TU 6-05-1246-81) is placed on both surfaces of the electrode layers of the obtained OIE and compressed. Then, carbon collectors of current are applied to both surfaces of the OIE and the assembly is installed in the fuel cell. OIE studies are carried out at 80 ° C when gas is supplied to the fuel cell: hydrogen - to the anode chamber at a pressure of 1 atm and oxygen - to the cathode chamber at a pressure of 1.2 atm. The following characteristics are obtained:
напряжение на ячейке 0,84-0,85 В,cell voltage 0.84-0.85 V,
плотность тока 700 мА/см2.current density 700 mA / cm 2 .
Топливный элемент стабильно работал в течение 3000 часов, после чего процесс был остановлен и МЭБ извлечен из ячейки. При визуальном осмотре МЭБ не наблюдали каких-либо изменений.The fuel cell worked stably for 3,000 hours, after which the process was stopped and the OIE was removed from the cell. Visual inspection of the OIE did not observe any changes.
Пример 24.Example 24
Сополимер, синтезированный по примеру 5, со степенью кристалличности 12% и плотностью 2,079 г/см3 используют для получения раствора с концентрацией 20 мас.%. Перед растворением сополимер гидролизуют 10%-ным водным раствором гидроокиси лития (LiOH) при температуре 96° С в течение 12 часов, после чего гидролизованный сополимер отмывают водой от гидроокиси лития и сушат в термостате при температуре 95-98° С. После гидролиза сополимер содержит группы -SO3Li и имеет ЭМ 1160, =5· 105, =1,44. В круглодонную колбу объемом 500 мл, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником, загружают 20 г порошка указанного гидролизованного сополимера с размером частиц 100-500 мкм, 80 г диметилацетамида и растворяют сополимер при температуре 140° С в течение 2 часов. Сополимер полностью растворился в указанных условиях. Затем раствор охлаждают до комнатной температуры и фильтруют через капроновый фильтр. После фильтрации раствор имел концентрацию 20 мас.%.The copolymer synthesized according to example 5, with a degree of crystallinity of 12% and a density of 2.079 g / cm 3 is used to obtain a solution with a concentration of 20 wt.%. Before dissolution, the copolymer is hydrolyzed with a 10% aqueous solution of lithium hydroxide (LiOH) at a temperature of 96 ° C for 12 hours, after which the hydrolyzed copolymer is washed with water from lithium hydroxide and dried in a thermostat at a temperature of 95-98 ° C. After hydrolysis, the copolymer contains groups —SO 3 Li and has an EM of 1160, = 5 · 10 5 , = 1.44. A 500 ml round bottom flask equipped with a stirrer, thermometer and reflux condenser was charged with 20 g of the powder of the indicated hydrolyzed copolymer with a particle size of 100-500 μm, 80 g of dimethylacetamide and the copolymer was dissolved at a temperature of 140 ° C for 2 hours. The copolymer is completely dissolved under the indicated conditions. Then the solution is cooled to room temperature and filtered through a nylon filter. After filtration, the solution had a concentration of 20 wt.%.
Полученный раствор используют при изготовлении пленки для датчиков влажности воздуха. Пленку получают поливом раствора на стекло слоем такой толщины, чтобы после высушивания образовалась пленка толщиной 40 мкм и размером 50× 50 мм. Стекло с нанесенным на него раствором помещают в термостат и испаряют растворитель при постепенном подъеме температуры с выдержкой при 22° С - 10 мин, при 80° С - 20 мин, при 140° С - 20 мин. После этого стекло с образовавшейся на нем пленкой используют как чувствительный датчик влажности воздуха, работающий по принципу изменения сопротивления при изменении влагосодержания пленки. Устройство с указанным датчиком влажности реагирует на изменение влажности воздуха в пределах 20-100%.The resulting solution is used in the manufacture of a film for air humidity sensors. The film is obtained by pouring the solution onto glass with a layer of such a thickness that, after drying, a
Пример 25.Example 25
Сополимер ТФЭ с ВСГЭ, полученный по примеру 10, со степенью кристалличности 11,5% и плотностью 2,079 г/см3 используют для получения раствора с концентрацией 10 мас.%. Перед растворением сополимер гидролизуют 12%-ным водным раствором гидроокиси калия (КОН) при температуре 90-95° С в течение 16 часов. Затем гидролизованный сополимер отмывают от гидроокиси калия и сушат в термостате при температуре 95-98° С. После гидролиза сополимер содержит функциональные группы -SO3K и имеет ЭМ 1100, =3,9· 105, =1,43. Раствор получают аналогично примеру 17, но растворяют 10 г указанного сополимера в 90 г изопропилового спирта. После фильтрации раствор имеет концентрацию 10 маc.% и используется для пропитки пористой пленки из политетрафторэтилена (ПТФЭ) толщиной 430-450 мкм с пористостью 30-35%. Из пористой ПТФЭ-пленки вырезают диск диаметром 73 мм и площадью 41,8 см2 и помещают в воронку Бюхнера, присоединенную к колбе Бунзена. Устройство подключают к водоструйному насосу (разрежение 150-200 мм рт. ст.). В воронку наливают 50 мл указанного выше 10%-ного раствора сополимера, включают насос, затем насос отключают, пропитанную ПТФЭ-пленку вынимают и сушат в термостате при ступенчатом подъеме температуры от 20 до 80° С (20° С - 20 мин, 80° С - 40 мин), после чего пропитанную пленку используют в качестве фильтра для очистки расплава металлического галлия (при 70° С) от механических загрязнений. Скорость фильтрации расплава составляет ~ 270 г· ч/см2.The TFE copolymer with VGE obtained in Example 10 with a crystallinity of 11.5% and a density of 2.079 g / cm 3 is used to obtain a solution with a concentration of 10 wt.%. Before dissolution, the copolymer is hydrolyzed with a 12% aqueous solution of potassium hydroxide (KOH) at a temperature of 90-95 ° C for 16 hours. Then the hydrolyzed copolymer is washed from potassium hydroxide and dried in a thermostat at a temperature of 95-98 ° C. After hydrolysis, the copolymer contains functional groups —SO 3 K and has an EM of 1100, = 3.9 · 10 5 , = 1.43. The solution is obtained analogously to example 17, but 10 g of the indicated copolymer are dissolved in 90 g of isopropyl alcohol. After filtration, the solution has a concentration of 10 wt.% And is used to impregnate a porous film of polytetrafluoroethylene (PTFE) with a thickness of 430-450 μm with a porosity of 30-35%. A disc with a diameter of 73 mm and an area of 41.8 cm 2 is cut from a porous PTFE film and placed in a Buchner funnel attached to a Bunsen flask. The device is connected to a water-jet pump (vacuum 150-200 mm RT. Art.). 50 ml of the above 10% copolymer solution are poured into the funnel, the pump is turned on, then the pump is turned off, the impregnated PTFE film is removed and dried in a thermostat with a step-wise rise in temperature from 20 to 80 ° С (20 ° С - 20 min, 80 ° C - 40 min), after which the impregnated film is used as a filter to clean the gallium metal melt (at 70 ° C) from mechanical impurities. The melt filtration rate is ~ 270 g · h / cm 2 .
Пример 26.Example 26
Раствор, полученный по примеру 25, используется при изготовлении ион-селективной мембраны для отделения пентена от пентана. Мембрану в форме пленки получают поливом на стекло указанного раствора слоем такой толщины, чтобы после высушивания образовалась пленка толщиной 50 мкм. Стекло с налитым на него раствором помещают в термостат и испаряют растворитель при постепенном подъеме температуры с выдержкой при 22° С в течение 20 мин и при 80° С в течение 30 мин. После удаления растворителя мембрана (пленка) имеет толщину 50 мкм. Полученную мембрану помещают в 1-молярный раствор азотнокислого серебра (AgNO3) и выдерживают в нем в течение 12 часов при температуре 20-22° С. После чего мембрану с функциональными группами -SO3Ag отмывают водой от остатков раствора азотнокислого серебра и используют для разделения смеси пентена и пентана в соотношении 1:1. Смесь пентена и пентана подают в камеру высокого давления.The solution obtained in example 25 is used in the manufacture of an ion-selective membrane to separate pentene from pentane. A membrane in the form of a film is obtained by pouring a solution of such a thickness onto the glass of the indicated solution so that a film with a thickness of 50 μm is formed after drying. The glass with the solution poured on it is placed in a thermostat and the solvent is evaporated with a gradual increase in temperature with exposure at 22 ° C for 20 min and at 80 ° C for 30 min. After removal of the solvent, the membrane (film) has a thickness of 50 μm. The resulting membrane is placed in a 1 molar solution of silver nitrate (AgNO 3 ) and incubated therein for 12 hours at a temperature of 20-22 ° C. After that, the membrane with functional groups -SO 3 Ag is washed with water from the residues of the silver nitrate solution and used for separation of a mixture of pentene and pentane in a ratio of 1: 1. A mixture of pentene and pentane is fed into a high pressure chamber.
Перепад парциального давления на мембране составил 10 кПа. На основе анализа состава и количества пентена в принимающей камере коэффициент селективности составил 40 в пользу пентена, проницаемость пентена равна 7,13· 10-9 моль· см-2· с-1 и пентана равна 1,79· 10-10 моль· см-2· с-1. Производительность установки составила 70 мл/мин.The differential pressure of the membrane was 10 kPa. Based on the analysis of the composition and amount of pentene in the receiving chamber, the selectivity coefficient was 40 in favor of pentene, the permeability of pentene is 7.13 · 10 -9 mol · cm -2 · s -1 and pentane is 1.79 · 10 -10 mol · cm -2 s -1 . The plant productivity was 70 ml / min.
Как видно из приведенных данных, заявляемый способ по сравнению с известным способом по прототипу позволяет получать сополимеры ТФЭ с ВСГЭ, обладающие способностью перерабатываться в изделия толщиной меньше 100 мкм (пленки, трубки) методом экструзии и образовывать после гидролиза концентрированные растворы (не менее 6-20 мас.%), пригодные для изготовления методом полива тонких, меньше 100 мкм, пленок, полых волокон с толщиной стенки 30-80 мкм. Указанные тонкие изделия не могут быть получены из сополимера, полученного по способу-прототипу. Сополимеры по заявляемому способу обладают улучшенной термостабильностью - 0,04-0,1% по сравнению с сополимером по способу-прототипу - 0,43-0,52%, т.е. термостабильностью, в 5-10 раз превышающей термостабильность сополимера по способу-прототипу. Заявляемый способ позволяет достаточно просто регулировать свойства получаемых сополимеров (, , плотность, степень кристалличности, ПТР) за счет введения в жидкую реакционную среду предварительно гидролизованного сополимера ТФЭ с ВСГЭ в виде дисперсии во фторсодержащем органическом растворителе, в то время как по способу-прототипу регулирование свойств сополимера возможно только за счет изменения концентрации реагентов и условий проведения процесса (температура, давление), что не позволяет получать сополимеры с заданным комплексом свойств (=2-7· 105, =1,41-1,46, степень кристалличности 10-18%, плотность 2,07-2,084 г/см3, Тпл=210-260° С, ПТР=7-100 г/10 мин при 270° С). Указанный комплекс свойств, достигаемый при получении сополимера ТФЭ с ВСГЭ по заявляемому способу, обеспечивает возможность использования сополимера для изготовления методом экструзии прочных тонких пленок, трубок и других изделий, которые могут применяться как мембраны, например при электролизе воды (см. пример 21), в топливных элементах (см. пример 23), для осушки газов (см. пример 22). Кроме того из указанного сополимера после гидролиза можно изготовить концентрированные растворы (не менее 6-20 мас.%) и получать из них методом полива прочные тонкие пленки, газоразделительные полые волокна, например для выделения аммиака из аминосодержащих смесей (см. пример 17), пропитывать различные субстраты, например пористые материалы (фторопласт-4, поликапроамид, асбест, бумагу, полипропилен и др.). Так, например, тонкие пленки могут использоваться как мембраны, например при электролизе воды (см. пример 19), для очистки фтористого водорода (см. пример 18), разделения смеси пентена с пентаном (см. пример 26), а пропитанные материалы - для очистки металлического галлия (см. пример 25), для получения суперкислого катализатора (см. пример 20) и др. По заявляемому способу могут быть получены сополимеры с заданным комплексом свойств в интервале эквивалентных масс 1000-2500.As can be seen from the above data, the claimed method in comparison with the known method of the prototype allows to obtain copolymers of TFE with VGE, with the ability to be processed into products with a thickness of less than 100 microns (films, tubes) by extrusion and to form concentrated solutions after hydrolysis (at least 6-20 wt.%), suitable for the manufacture by irrigation of thin, less than 100 microns, films, hollow fibers with a wall thickness of 30-80 microns. These thin products cannot be obtained from the copolymer obtained by the prototype method. The copolymers of the present method have improved thermal stability of 0.04-0.1% compared with the copolymer of the prototype method of 0.43-0.52%, i.e. thermal stability, 5-10 times higher than the thermal stability of the copolymer according to the prototype method. The inventive method allows you to simply control the properties of the resulting copolymers ( , , density, crystallinity, MFR) due to the introduction into the liquid reaction medium of a pre-hydrolyzed TFE-HPSE copolymer in the form of a dispersion in a fluorine-containing organic solvent, while according to the prototype method, controlling the properties of the copolymer is possible only by changing the concentration of reagents and conditions process (temperature, pressure), which does not allow to obtain copolymers with a given set of properties ( = 2-7 · 10 5 , = 1.41-1.46, crystallinity 10-18%, density 2.07-2.084 g / cm 3 , T pl = 210-260 ° C, MF = 7-100 g / 10 min at 270 ° C) . The specified set of properties achieved when producing a TFE-HES copolymer by the present method makes it possible to use the copolymer for extrusion of durable thin films, tubes and other products that can be used as membranes, for example, in the electrolysis of water (see example 21), fuel cells (see example 23), for drying gases (see example 22). In addition, from the specified copolymer after hydrolysis it is possible to produce concentrated solutions (at least 6-20 wt.%) And obtain durable thin films from them, by gas separation hollow fibers, for example, to separate ammonia from amine-containing mixtures (see example 17), impregnate various substrates, for example, porous materials (fluoroplast-4, polycaproamide, asbestos, paper, polypropylene, etc.). For example, thin films can be used as membranes, for example, in the electrolysis of water (see example 19), for the purification of hydrogen fluoride (see example 18), the separation of a mixture of pentene with pentane (see example 26), and the impregnated materials for purification of gallium metal (see example 25), to obtain a super acid catalyst (see example 20), etc. By the present method can be obtained copolymers with a given set of properties in the range of equivalent masses 1000-2500.
Заявляемый способ позволяет проводить процесс сополимеризации в мягких условиях при температурах 20-35° С, что делает процесс более технологичным, менее опасным и более экономичным.The inventive method allows the copolymerization process under mild conditions at temperatures of 20-35 ° C, which makes the process more technologically advanced, less dangerous and more economical.
Claims (7)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002133502/04A RU2230075C1 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions |
PCT/RU2003/000560 WO2004052954A1 (en) | 2002-12-10 | 2003-12-04 | Method for producing perfluorinated copolymers comprising functional sulfonyl fluoride groups |
AU2003296036A AU2003296036A1 (en) | 2002-12-10 | 2003-12-04 | Method for producing perfluorinated copolymers comprising functional sulfonyl fluoride groups |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002133502/04A RU2230075C1 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002133502A RU2002133502A (en) | 2004-06-10 |
RU2230075C1 true RU2230075C1 (en) | 2004-06-10 |
Family
ID=32501894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002133502/04A RU2230075C1 (en) | 2002-12-10 | 2002-12-10 | Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2003296036A1 (en) |
RU (1) | RU2230075C1 (en) |
WO (1) | WO2004052954A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454431C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation |
RU2545182C1 (en) * | 2013-09-06 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method of producing copolymer of tetrafluoroethylene with 2-fluorosulphonyl perfluoroethylvinyl ether - proton-conducting membrane precursor - by emulsion copolymerisation |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101470360B (en) | 2002-11-12 | 2013-07-24 | Asml荷兰有限公司 | Immersion lithographic apparatus and device manufacturing method |
CN101440143B (en) * | 2007-11-20 | 2011-04-06 | 山东东岳神舟新材料有限公司 | Polymerization process for increasing stability of fluorinated ethylenepropylene copolymer resin end group |
WO2018235911A1 (en) * | 2017-06-21 | 2018-12-27 | Agc株式会社 | Method for producing fluorine-containing polymer, fluorine-containing polymer having functional group and electrolyte membrane |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3282875A (en) * | 1964-07-22 | 1966-11-01 | Du Pont | Fluorocarbon vinyl ether polymers |
SU721006A3 (en) * | 1975-07-09 | 1980-03-05 | Asahi Chemical Ind | Heterogenous cation-exchange membrane in the form of two glued fluorocarbon polymeric films and its production method |
US5281680A (en) * | 1993-01-14 | 1994-01-25 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Polymerization of fluorinated copolymers |
RU2138515C1 (en) * | 1997-12-17 | 1999-09-27 | Горбатенко Игорь Викторович | Method for production of fluorocarbon polymers with functional sulfonylfluoride groups |
-
2002
- 2002-12-10 RU RU2002133502/04A patent/RU2230075C1/en not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-12-04 AU AU2003296036A patent/AU2003296036A1/en not_active Abandoned
- 2003-12-04 WO PCT/RU2003/000560 patent/WO2004052954A1/en not_active Application Discontinuation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2454431C1 (en) * | 2011-02-07 | 2012-06-27 | Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН | Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation |
RU2545182C1 (en) * | 2013-09-06 | 2015-03-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук | Method of producing copolymer of tetrafluoroethylene with 2-fluorosulphonyl perfluoroethylvinyl ether - proton-conducting membrane precursor - by emulsion copolymerisation |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2003296036A1 (en) | 2004-06-30 |
WO2004052954A1 (en) | 2004-06-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4453991A (en) | Process for making articles coated with a liquid composition of perfluorinated ion exchange resin | |
US6602968B1 (en) | Free radical polymerization method for fluorinated copolymers | |
US4433082A (en) | Process for making liquid composition of perfluorinated ion exchange polymer, and product thereof | |
JP2014500392A (en) | Ionomer and ion conductive composition | |
KR19990044472A (en) | Method for producing durable thin film coating of perfluorocarbon ionomer on various base materials | |
KR20200052896A (en) | Fluorinated copolymers and compositions and articles comprising same | |
KR20050092713A (en) | Highly fluorinated backbone polymer electrolyte membrane | |
CN115991821B (en) | Proton exchange membrane containing phosphonic acid structural unit and preparation method thereof | |
JP2014502776A (en) | High molecular weight ionomers and ion conductive compositions for use as one or more electrodes in fuel cells | |
JP2014507753A (en) | Ionomer and ion conductive composition for use as one or more electrodes in a fuel cell | |
US6713567B2 (en) | Method for forming fluorinated ionomers | |
EP0203577A2 (en) | Novel fluoropolymer solutions | |
US4432860A (en) | Porous diaphragm for electrolytic cell | |
EP1602687B1 (en) | Liquid fluoropolymer composition, process for producing organosol, film, and fuel cell | |
RU2230075C1 (en) | Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions | |
JPS5880306A (en) | Esterification of fluorinated carboxylic acid polymer | |
JPWO2020116647A1 (en) | Acid-type sulfonic acid group-containing polymer, liquid composition, solid polymer electrolyte membrane, membrane electrode assembly, polymer electrolyte fuel cell and ion exchange membrane for water electrolysis | |
US7348386B2 (en) | Process for producing fluorocopolymer, fluorocopolymer, and molded object | |
RU2267498C1 (en) | Linear statistical tetrafluoroethylene terpolymer with functional perfluorinated co-monomers and method for its preparing | |
US7456314B2 (en) | Partially fluorinated ionic compounds | |
JP2003505569A (en) | Liquid compositions suitable for the production and preparation of ion exchange membranes | |
US7101938B2 (en) | Method for forming fluorinated ionomers | |
US8415070B2 (en) | Partially fluorinated cyclic ionic polymers and membranes | |
CN117024840A (en) | Surface modified microporous membrane and preparation method and application thereof | |
CA1289291C (en) | Fluoropolymer solutions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091211 |