RU2348649C1 - Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups - Google Patents

Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups Download PDF

Info

Publication number
RU2348649C1
RU2348649C1 RU2007147725/04A RU2007147725A RU2348649C1 RU 2348649 C1 RU2348649 C1 RU 2348649C1 RU 2007147725/04 A RU2007147725/04 A RU 2007147725/04A RU 2007147725 A RU2007147725 A RU 2007147725A RU 2348649 C1 RU2348649 C1 RU 2348649C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
perfluoro
copolymer
emulsion
carried out
pfepve
Prior art date
Application number
RU2007147725/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Степанович Иванчев (RU)
Сергей Степанович Иванчев
Владимир Стефанович Мисин (RU)
Владимир Стефанович Мисин
Валерий Николаевич Павлюченко (RU)
Валерий Николаевич Павлюченко
Олег Николаевич Примаченко (RU)
Олег Николаевич Примаченко
Лев Федорович Соколов (RU)
Лев Федорович Соколов
Валерий Петрович Тюльманков (RU)
Валерий Петрович Тюльманков
Саул Янкелевич Хайкин (RU)
Саул Янкелевич Хайкин
Original Assignee
Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) filed Critical Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения)
Priority to RU2007147725/04A priority Critical patent/RU2348649C1/en
Priority to PCT/RU2008/000737 priority patent/WO2009082264A1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2348649C1 publication Critical patent/RU2348649C1/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F2/00Processes of polymerisation
    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
    • C08F2/22Emulsion polymerisation
    • C08F2/24Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00Copolymers 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
    • C08F214/18Monomers containing fluorine
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00Copolymers 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
    • C08F214/18Monomers containing fluorine
    • C08F214/184Monomers containing fluorine with fluorinated vinyl ethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F4/00Polymerisation catalysts
    • C08F4/40Redox systems

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention claims method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups, involving emulsion copolymerisation of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropylvinyl ether in the presence of radical initiation agent and perfluorocarboxylic acid salt as emulsion stabiliser. Method involves preliminary stage of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropylvinyl ether emulsification in water medium. Emulsion copolymerisation of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropylvinyl ether is performed at constant tetrafluoroethylene pressure of 0.48-0.52 MPa and stopped when perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropylvinyl ether conversion reaches 49-77%, and preliminary stage of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropylvinyl ether emulsification in water medium involves rotor-stator type homogenisation agent as disperser, at rotor rotation rate of 8000-12000 rpm, using perfluorocarboxylic acid ammonium salt CnF2n+1COONH4 for emulsion stabilisation, where n=7-9. Emulsification is performed in inert gas medium.
EFFECT: efficient method of obtaining perfluorated copolymer.
6 cl, 5 ex

Description

Изобретение относится к получению перфторсополимеров, содержащих функциональные группы, конкретно сульфонилфторидные группы. Такие сополимеры являются основой для изготовления ионообменных мембран, используемых в топливных ячейках, различных электролизерах и т.д.The invention relates to the production of perfluoropolymers containing functional groups, specifically sulfonyl fluoride groups. Such copolymers are the basis for the manufacture of ion-exchange membranes used in fuel cells, various electrolyzers, etc.

Широкую известность получили мембраны с торговым названием Nafion, основой которых является катионообменный сополимер, получаемый в результате гидролиза перфторсополимера тетрафторэтилен (ТФЭ) - перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвиниловый эфир (ПФЭПВЭ) с величиной эквивалентной массы 1000-1100. Мембраны на основе этого сополимера отличаются высокой химической и термической стойкостью, высокими прочностными и электрохимическими свойствами. Сочетание указанного комплекса свойств позволяет использовать мембраны этого типа для изготовления топливных ячеек с большим ресурсом непрерывной работы.Membranes with the trade name Nafion, based on the cation exchange copolymer obtained by hydrolysis of the perfluorosopolymer tetrafluoroethylene (TFE) - perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether (PFEPVE) with an equivalent weight of 1000-1100, are widely known. Membranes based on this copolymer are characterized by high chemical and thermal resistance, high strength and electrochemical properties. The combination of this set of properties allows the use of membranes of this type for the manufacture of fuel cells with a long resource of continuous operation.

Известен ряд способов получения сополимеров ТФЭ и ПФЭПВЭ при проведении сополимеризации в среде галогенсодержащих углеводородов, например, таких как трифтортрихлорэтан (хладон 113) [US 3528954, C08F 15/06, 15.09.1970; US 3642742, C08F 16/00, 15.02.1972]. Основным недостатком этих способов является низкий выход сополимера, при этом конверсия ПФЭПВЭ, как правило, не превышает 20-25%. Это обусловлено, с одной стороны, очень высокой вязкостью реакционной среды при повышении конверсии мономеров и трудностью ее перемешивания, что может вызвать перегрев реакционной массы и возникновение в получаемом сополимере локальных неоднородностей. С другой стороны, повышение конверсии мономеров выше определенной величины, делает невозможным получение сополимера с желаемой эквивалентной массой. Иными словами, получаемый сополимер является композиционно крайне неоднородным. Невысокий выход целевого продукта предполагает необходимость включения в процесс дополнительных стадий, связанных с регенерацией ПФЭПВЭ, и дорогостоящего растворителя, что усложняет технологию и повышает себестоимость получаемого сополимера. Следует отметить также экологическую опасность процессов, в которых используются фтор-, хлорсодержащие растворители, разрушающие озоновый слой.A number of methods are known for producing TFE and PFEPVE copolymers during copolymerization in a medium of halogen-containing hydrocarbons, for example, such as trifluorotrichloroethane (freon 113) [US 3528954, C08F 15/06, 09/15/1970; US 3642742, C08F 16/00, 02.15.1972]. The main disadvantage of these methods is the low yield of the copolymer, while the conversion of PFEPVE, as a rule, does not exceed 20-25%. This is due, on the one hand, to the very high viscosity of the reaction medium with an increase in the conversion of monomers and the difficulty of mixing it, which can cause overheating of the reaction mass and the appearance of local inhomogeneities in the resulting copolymer. On the other hand, increasing the conversion of monomers above a certain value makes it impossible to obtain a copolymer with the desired equivalent weight. In other words, the resulting copolymer is compositionally extremely heterogeneous. The low yield of the target product suggests the need for the inclusion in the process of additional stages associated with the regeneration of PFEPVE, and an expensive solvent, which complicates the technology and increases the cost of the resulting copolymer. It should also be noted the environmental hazard of processes in which fluorine and chlorine solvents are used that destroy the ozone layer.

Более перспективны способы получения перфторсополимеров с функциональными сульфонилфторидными группами в водной среде по механизму эмульсионной полимеризации. В процессах этого типа не возникает проблем, связанных с высокой вязкостью реакционной массы, так как продуктом эмульсионной сополимеризации является латекс - дисперсия полимерных частиц в воде. Отсутствие органического растворителя улучшает условия труда, снижает экологическую опасность процесса, делает процесс более технологичным и экономичным в виду снижения затрат на регенерацию продуктов, не вступивших в реакцию.More promising methods for producing perfluoropolymers with functional sulfonyl fluoride groups in an aqueous medium by the mechanism of emulsion polymerization. In processes of this type, there are no problems associated with the high viscosity of the reaction mass, since the product of emulsion copolymerization is latex, a dispersion of polymer particles in water. The absence of an organic solvent improves working conditions, reduces the environmental hazard of the process, makes the process more technological and economical in view of reducing the cost of regeneration of products that have not reacted.

В патенте [US 3282875, C08F 28/00, 11.01.1966, пример 17] описана сополимеризация ТФЭ и ПФЭПВЭ в эмульсии, стабилизированной перфторкаприлатом аммония, в присутствии радикального инициатора - персульфата аммония при 85°С и давлении ТФЭ 0.34 МПа. Недостатком способа является невысокая конверсия ПФЭПВЭ (21%) и неоптимальная эквивалентная масса сополимера (2590).The patent [US 3282875, C08F 28/00, 01/11/1966, Example 17] describes the copolymerization of TFE and PFEPVE in an emulsion stabilized with ammonium perfluorocaprylate in the presence of a radical initiator, ammonium persulfate at 85 ° C and a TFE pressure of 0.34 MPa. The disadvantage of this method is the low conversion of PFEPVE (21%) and non-optimal equivalent mass of the copolymer (2590).

Известен способ проведения эмульсионной сополимеризации ТФЭ и ПФЭПВЭ [US 5608022, C08F 2/16, 04.03.1997, пример 15], в котором в качестве инициатора и стабилизатора эмульсии также использовались перфторкаприлат аммония и персульфат аммония соответственно, но процесс проводился при 60°С и давлении ТФЭ 1.6 МПа. Отличительным признаком данного способа является предварительное эмульгирование ПФЭПВЭ в воде в присутствии перфторкаприлата аммония на биомиксере АВМ-4 производства фирмы Nippon Seiki К. К. со скоростью перемешивания 20000 об/мин в течение 30 мин. Другой отличительный признак заключается в использовании в рецептуре алифатического спирта в качестве агента передачи цепи. В результате образуется сополимер с эквивалентной массой, близкой к оптимальной (1025), и показателем текучести расплава 1.5 г/10 мин при 270°С и нагрузке 2.16 кг, указывающим на возможность переработки сополимера в мембрану традиционными способами, например экструзией. Недостатками способа являются проведение процесса при довольно высоком давлении ТФЭ и очень низкая конверсия ПФЭПВЭ (12%). Последнее обстоятельство авторы изобретения связывают с возможностью изменения эквивалентной массы сополимера при повышении его выхода.A known method for conducting emulsion copolymerization of TFE and PFEPVE [US 5608022, C08F 2/16, 03/04/1997, example 15], in which ammonium perfluorocaprilate and ammonium persulfate were also used as initiator and stabilizer of the emulsion, respectively, but the process was carried out at 60 ° C and TFE pressure 1.6 MPa. A distinctive feature of this method is the preliminary emulsification of PFEPVE in water in the presence of ammonium perfluorocaprylate on an ABM-4 biomixer manufactured by K. K. Nippon with a mixing speed of 20,000 rpm for 30 minutes. Another distinguishing feature is the use of aliphatic alcohol in the formulation as a chain transfer agent. As a result, a copolymer is formed with an equivalent mass close to optimal (1025) and a melt flow rate of 1.5 g / 10 min at 270 ° C and a load of 2.16 kg, indicating the possibility of processing the copolymer into the membrane by traditional methods, for example, by extrusion. The disadvantages of the method are the process at a fairly high pressure TFE and a very low conversion of PFEPVE (12%). The latter circumstance, the inventors associate with the possibility of changing the equivalent mass of the copolymer with increasing its yield.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ, описанный в патенте [Заявка WO 0052060, C08F 2/18, 08.09.2000, примеры 7, 8]. В данном способе также используется прием предварительного эмульгирования ПФЭПВЭ в воде при использовании гомогенизатора типа MicroFluidizer. Стабилизация эмульсии осуществляется с помощью перфтороктаноата аммония. В качестве инициатора применяется персульфат аммония или окислительно-восстановительная инициирующая система персульфат аммония - сульфит натрия. Процесс проводится в зависимости от типа инициирующей системы либо при 60°С, либо при 35°С. Давление ТФЭ варьируется от 0.34 до 1.38 МПа. Перед проведением сополимеризации реактор объемом 4 л подвергают специальной обработке водным раствором персульфата аммония и перфтороктаноата аммония (по 5 г каждого компонента в 2 л воды) при температуре 100°С и скорости перемешивания 150 об/мин. Затем реактор охлаждают и выгружают указанный раствор, после чего загружают заранее приготовленную эмульсию и другие компоненты, производят дегазацию, продувку ТФЭ, нагревают до необходимой температуры, устанавливают требуемое давление ТФЭ, загружают компоненты инициирующей системы и ведут процесс при скорости перемешивания 200 об/мин. Если процесс проводится с использованием окислительно-восстановительной инициирующей системы, то в ходе сополимеризации одновременно с подпиткой ТФЭ производится дозировка эмульсии ПФЭПВЭ. Из полученного латекса полимер выделяют вымораживанием, многократно промывают водопроводной и деминерализованной водой, после чего высушивают при 100°С под вакуумом. В результате получают сополимер с эквивалентной массой 934 и конверсией ПФЭПВЭ 70% при инициировании сополимеризации окислительно-восстановительной инициирующей системой. Если в качестве инициатора применяют только персульфат аммония, то эквивалентная масса сополимера составляет 1228, а конверсия 80%.The closest in technical essence to the claimed invention is the method described in the patent [Application WO 0052060, C08F 2/18, 08.09.2000, examples 7, 8]. This method also uses the method of preliminary emulsification of PFEPVE in water when using a homogenizer type MicroFluidizer. Emulsion stabilization is carried out using ammonium perfluorooctanoate. Ammonium persulfate or the redox initiating system of ammonium persulfate - sodium sulfite is used as an initiator. The process is carried out depending on the type of initiating system either at 60 ° C or at 35 ° C. TFE pressure varies from 0.34 to 1.38 MPa. Before copolymerization, a 4-liter reactor is subjected to special treatment with an aqueous solution of ammonium persulfate and ammonium perfluorooctanoate (5 g of each component in 2 liters of water) at a temperature of 100 ° C and a stirring speed of 150 rpm. Then the reactor is cooled and the indicated solution is unloaded, after which the prepared emulsion and other components are loaded, degassing, TFE purging are carried out, heated to the required temperature, the required TFE pressure is set, the components of the initiating system are loaded and the process is conducted at a stirring speed of 200 rpm. If the process is carried out using a redox initiating system, then during the copolymerization simultaneously with the addition of TFE, the PFEPVE emulsion is dosed. From the obtained latex, the polymer is isolated by freezing, washed repeatedly with tap and demineralized water, and then dried at 100 ° C in vacuo. The result is a copolymer with an equivalent weight of 934 and a conversion of PFEPVE of 70% upon initiation of copolymerization by a redox initiating system. If only ammonium persulfate is used as the initiator, then the equivalent mass of the copolymer is 1228, and the conversion is 80%.

Недостатками описанного способа являются:The disadvantages of the described method are:

1. Очень сложная технология, предполагающая необходимость применения дорогостоящего и сложного оборудования (MicroFluidizer, дозаторы жидких компонетов, работающих под давлением) и проведения специальной подготовки полимеризационного реактора.1. A very complex technology, requiring the use of expensive and complex equipment (MicroFluidizer, dispensers of liquid components operating under pressure) and special preparation of the polymerization reactor.

2. Большой расход дорогостоящего перфторированного ПАВ (12-16% от массы загруженного в ректор ПФЭПВЭ).2. High consumption of costly perfluorinated surfactants (12-16% of the mass of PFEPVE loaded into the rector).

3. Следствием п.2 является большой объем воды, требуемой на проведение процесса и промывку полученного сополимера. В среднем на 1 кг полученного сополимера расходуется 225 л водопроводной воды и 66 л деминерализованной воды, что предполагает значительные расходы на очистку сточных вод.3. The consequence of claim 2 is the large amount of water required to carry out the process and rinse the resulting copolymer. On average, 225 liters of tap water and 66 liters of demineralized water are consumed per 1 kg of the obtained copolymer, which implies significant costs for wastewater treatment.

4. Образующийся сополимер имеет низкий показатель текучести расплава (0.214 г/10 мин при 270°С и нагрузке 1.2 кг), что может затруднить его переработку методом экструзии.4. The resulting copolymer has a low melt flow rate (0.214 g / 10 min at 270 ° C and a load of 1.2 kg), which may complicate its processing by extrusion.

Изобретение решает задачи упрощения технологии получения перфторсополимера ТФЭ-ПФЭПВЭ с использованием метода эмульсионной сополимеризации, снижения расхода перфторированного ПАВ и воды в процессе выделения сополимера из латекса (уменьшения объема сточных вод), достижения высокой конверсии ПФЭПВЭ при сохранении оптимальных характеристик получаемого сополимера (эквивалентная масса 920-1075, показатель текучести расплава 13-27 г/10 мин при температуре 270°С и при нагрузке 2.16 кг или 7-13 г/10 мин при нагрузке 1.2 кг, протонная проводимость мембраны, изготовленной из сополимера не менее 0.10 См/см).The invention solves the problem of simplifying the technology for producing the TFE-PFEPVE perfluoropolymer using the emulsion copolymerization method, reducing the consumption of perfluorinated surfactant and water in the process of isolating the copolymer from latex (reducing the volume of wastewater), achieving high conversion of PFEPVE while maintaining optimal characteristics of the resulting copolymer (equivalent weight 920- 1075, melt flow rate 13-27 g / 10 min at a temperature of 270 ° C and a load of 2.16 kg or 7-13 g / 10 min at a load of 1.2 kg, proton conductivity of the membrane, made from a copolymer of at least 0.10 S / cm).

Задача решается за счет того, что эмульсионную сополимеризацию ТФЭ и ПФЭПВЭ проводят при постоянном давлении ТФЭ 0.48-0.52 МПа, прекращая процесс при конверсии ПФЭПВЭ 49-77%, а на стадии предварительного эмульгирования ПФЭПВЭ в водной среде в качестве диспергатора используют гомогенизатор типа ротор-статор при скорости вращения ротора 8000-12000 об/мин, применяя для стабилизации эмульсии аммониевую соль перфторкарбоновой кислоты CnF2n+1COONH4, где n=7-9, в количестве 2.5-3.5% от массы перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира, и эмульгирование осуществляют в среде инертного газа при массовом отношении перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвиниловый эфир/вода =0.141-0.152.The problem is solved due to the fact that the emulsion copolymerization of TFE and PFEPVE is carried out at a constant pressure of TFE 0.48-0.52 MPa, stopping the process during the conversion of PFEPVE 49-77%, and at the stage of preliminary emulsification of PFEPVE in an aqueous medium, a rotor-stator homogenizer is used as a dispersant at a rotor rotation speed of 8000-12000 rpm, applying for the stabilization of the emulsion the ammonium salt of perfluorocarboxylic acid C n F 2n + 1 COONH 4 , where n = 7-9, in an amount of 2.5-3.5% by weight of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether and emulsification about uschestvlyayut in an inert gas atmosphere at a weight ratio of perfluoro-2-ftorsulfoniletoksipropilvinilovy ether / water = 0.141-0.152.

При эмульсионной сополимеризации в качестве радикального инициатора используют окислительно-восстановительную инициирующую систему персульфат калия или аммония - метабисульфит натрия при содержании персульфата 0.82-1.53, метабисульфита натрия 0.22-0.94% от массы ПФЭПВЭ и массовом отношении персульфат аммония/метабисульфит натрия =1.62-3.75, а сополимеризацию проводят при температуре 35-45°С.In emulsion copolymerization, the potassium or ammonium persulfate — sodium metabisulfite — with a content of persulfate 0.82–1.53, sodium metabisulfite 0.22–0.94% of the mass of PFEPVE and the mass ratio of ammonium persulfate / sodium metabisulfite = 1.62–3.75, and a = 1.62–3.75, are used as a radical initiator. copolymerization is carried out at a temperature of 35-45 ° C.

Получение эмульсии ПФЭПВЭ в воде производят в присутствии эмульгатора - аммониевой соли перфторкарбоновой кислоты, буферных добавок (однозамещенный фосфат натрия и двузамещенный фосфат натрия) и одного из компонентов окислительно-восстановительной инициирующей системы - персульфата калия или аммония. Эмульгирование на гомогенизаторе ротор-статор осуществляют в течение 15 мин. Эмульсионную сополимеризацию проводят в реакторе из нержавеющей стали при перемешивании якорной мешалкой со скоростью 200-250 об/мин при объеме реактора 200 см3. Процесс ведут в течение 3-7 ч. Полученный латекс выгружают из реактора и производят коагуляцию при подкислении продукта реакции неорганической кислотой. Выделенный сополимер несколько раз промывают хлороформом для удаления непрореагировавшего ПФЭПВЭ и дистиллированной водой с целью отмывки эмульгатора и неорганических солей. Промытый сополимер высушивают сначала на воздухе в течение 10-20 ч, а затем под вакуумом при 100°С в течение 5-10 ч.The emulsion of PFEPVE in water is produced in the presence of an emulsifier - ammonium salt of perfluorocarboxylic acid, buffer additives (monosubstituted sodium phosphate and disubstituted sodium phosphate) and one of the components of the redox initiating system - potassium or ammonium persulfate. Emulsification on a homogenizer rotor-stator is carried out for 15 minutes Emulsion copolymerization is carried out in a stainless steel reactor with stirring by an anchor mixer at a speed of 200-250 rpm with a reactor volume of 200 cm 3 . The process is carried out for 3-7 hours. The resulting latex is discharged from the reactor and coagulated when the reaction product is acidified with an inorganic acid. The isolated copolymer is washed several times with chloroform to remove unreacted PFEPVE and distilled water in order to wash the emulsifier and inorganic salts. The washed copolymer is dried first in air for 10-20 hours, and then under vacuum at 100 ° C for 5-10 hours.

Для высушенного сополимера определяют величину эквивалентной массы и показатель текучести расплава, а затем из сополимера методом прессования под давлением изготавливают образцы в виде пленок, которые подвергают гидролитической обработке с целью перевода -SO2F- групп в кислотные группы -SO2F. На полученных таким образом катионообменных мембранах измеряют электрохимические и механические характеристики.For the dried copolymer, the equivalent mass and melt flow rate are determined, and then samples are produced from the copolymer by extrusion under pressure, which are subjected to hydrolytic processing in order to transfer -SO 2 F- groups to acid groups -SO 2 F. On the resulting In the manner of cation exchange membranes, electrochemical and mechanical characteristics are measured.

Авторами настоящего изобретения неожиданно обнаружено, что при выбранных параметрах полимеризационного процесса образуется сополимер, однородный по химическому составу даже при очень высокой степени превращения ПФЭПВЭ (см. пример 5). Как известно, подобный эффект невозможен при осуществлении процесса в растворителе.The authors of the present invention unexpectedly found that with the selected parameters of the polymerization process, a copolymer is formed that is uniform in chemical composition even at a very high degree of conversion of PFEPVE (see example 5). As you know, a similar effect is impossible when the process is carried out in a solvent.

Сущность изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1.Example 1

В стеклянный стакан емкостью 300 см3 загружают 100 см3 предварительно продутой азотом дистиллированной воды и растворяют 0.45 г (2.51% от массы ПФЭПВЭ) перфтороктаноата аммония, 0.45 г (2.51% от массы ПФЭПВЭ) двузамещенного фосфата натрия, 0.6 г (3.35% от массы ПФЭПВЭ) однозамещенного фосфата натрия и 0.15 г (0.84% от массы ПФЭПВЭ) персульфата калия. Затем в полученный раствор загружают 17.9 г ПФЭПВЭ, вводят рабочий элемент гомогенизатора, над поверхностью приготовленной смеси дают ток азота и начинают вращение ротора со скоростью 10000 об/мин. Эмульгирование прекращают через 15 мин и оставляют полученную эмульсию под током азота на 30 мин для оседания пены.In a glass cup with a capacity of 300 cm 3, 100 cm 3 of distilled water previously purged with nitrogen was loaded and 0.45 g (2.51% by weight of PFEPVE) ammonium perfluorooctanoate, 0.45 g (2.51% by weight PFEPVE) of disubstituted sodium phosphate, 0.6 g (3.35% by weight) were dissolved PFEPVE) of monosubstituted sodium phosphate and 0.15 g (0.84% by weight of PFEPVE) of potassium persulfate. Then, 17.9 g of PFEPVE is loaded into the resulting solution, a homogenizer working element is introduced, nitrogen flow is generated over the surface of the prepared mixture, and the rotor begins to rotate at a speed of 10,000 rpm. Emulsification is stopped after 15 minutes and the resulting emulsion is left under a stream of nitrogen for 30 minutes to settle the foam.

Одновременно производят подготовку реактора объемом 200 см3 для проведения сополимеризации. Реактор последовательно вакуумируют и заполняют ТФЭ до давления 0.05 МПа. Эту операцию проводят три раза. Полученную эмульсию загружают в реактор и в течение 30 мин производят продувку азотом. В реактор загружают 0.045 г (0.25% от массы ПФЭПВЭ) метабисульфита натрия, растворенного в 20 см3 дегазированной дистиллированной воды, реактор закрывают и подают ТФЭ до давления 0.1 МПа. Затем давление снижают до атмосферного и снова подают ТФЭ. Такую операцию проводят три раза. После этого реакционную массу нагревают до 40°С, устанавливают рабочее давление ТФЭ (0.52 МПа) и ведут процесс в течение 5 ч при постоянных подпитках ТФЭ. Подпитки производят при снижении давления ТФЭ на 0.02 МПа. За время реакции расходуется 15.43 г ТФЭ.At the same time, a reactor with a volume of 200 cm 3 is prepared for copolymerization. The reactor is successively evacuated and filled with TFE to a pressure of 0.05 MPa. This operation is carried out three times. The resulting emulsion is loaded into the reactor and a nitrogen purge is performed for 30 minutes. 0.045 g (0.25% by weight of PFEPVE) of sodium metabisulfite dissolved in 20 cm 3 of degassed distilled water is loaded into the reactor, the reactor is closed and TFE is supplied to a pressure of 0.1 MPa. Then the pressure is reduced to atmospheric and TFE is fed again. This operation is carried out three times. After that, the reaction mass is heated to 40 ° C, the working pressure of TFE is established (0.52 MPa) and the process is conducted for 5 hours with constant feeding of TFE. Make-up is produced when TFE pressure is reduced by 0.02 MPa. During the reaction, 15.43 g of TFE is consumed.

После завершения процесса реакционную массу охлаждают до комнатной температуры, производят сдувку ТФЭ, полученный латекс выгружают и производят коагуляцию, добавляя 50 мл концентрированной соляной кислоты. Выделившийся сополимер отделяют от жидкой фазы на воронке Бюхнера, несколько раз промывают водой, а затем помещают в стакан и при интесивном перемешивании промывают смесью (эмульсией) хлороформа и воды, после чего сополимер отделяют от жидкой фазы на воронке Бюхнера. Описанные процедуры проводят три раза.After completion of the process, the reaction mass is cooled to room temperature, TFE is blown off, the resulting latex is discharged, and coagulation is carried out by adding 50 ml of concentrated hydrochloric acid. The copolymer released is separated from the liquid phase on a Buchner funnel, washed several times with water, then placed in a glass and washed with vigorous stirring with a mixture (emulsion) of chloroform and water, after which the copolymer is separated from the liquid phase on a Buchner funnel. The described procedures are carried out three times.

Всего на промывку сополимера расходуется 1.6 л воды или 51 л в расчете на 1 кг сополимера.A total of 1.6 liters of water or 51 liters per 1 kg of copolymer are used to flush the copolymer.

Промытый сополимер сушат на воздухе при комнатной температуре в течение 16 ч, а затем под вакуумом при 100°С.The washed copolymer is dried in air at room temperature for 16 hours, and then under vacuum at 100 ° C.

Выход сополимера 31.3 г. Показатель текучести расплава (ПТР), определенный на пластометре ИИРТ-М при 270°С с нагрузкой 2.16 кг, составляет 27 г/10 мин или 13 г/10 мин при нагрузке 1.2 кг.The copolymer yield was 31.3 g. The melt flow rate (MFR) determined on the IIRT-M plastometer at 270 ° C with a load of 2.16 kg is 27 g / 10 min or 13 g / 10 min at a load of 1.2 kg.

Для проведения испытаний из полученного сополимера методом прессования изготавливают пленки.For testing, films are made from the obtained copolymer by extrusion.

Навеску сополимера для прессования (G) рассчитывают по формуле:A portion of the copolymer for pressing (G) is calculated by the formula:

G-V·ρ·К,G-V · ρ · K,

где V - объем прессованной пленки, см3,where V is the volume of the pressed film, cm 3 ,

ρ - плотность сополимера, равная 2,1 г/см3,ρ is the density of the copolymer equal to 2.1 g / cm 3

К - поправочный коэффициент, равный 1,1, учитывающий избыток сополимера.K is a correction factor of 1.1, taking into account the excess copolymer.

Навеску сополимера в виде порошка высыпают на пластину из нержавеющей стали Х18Н10Т с прокладкой из алюминиевой фольги толщиной 100 мкм, разравнивают порошок по ограничителю формы размерами 70×130×0,1 мм, закрывают прокладкой из алюминиевой фольги и массивной пластиной из нержавеющей стали. Форму с сополимером выдерживают при температуре прессования (230-250°С) в течение 15 мин, задают удельное давление 20,0-23,0 МПа и выдерживают форму под давлением в течение 5 мин. После этого форму с сополимером охлаждают под давлением, сбрасывают давление, вынимают ограничитель с пленкой из формы, охлаждают до комнатной температуры и распрессовывают пленку.A portion of the copolymer in the form of a powder is poured onto a X18H10T stainless steel plate with a 100 μm thick aluminum foil gasket, the powder is leveled according to the shape limiter with dimensions 70 × 130 × 0.1 mm, closed with an aluminum foil gasket and a massive stainless steel plate. The form with the copolymer is maintained at a pressing temperature (230-250 ° C) for 15 minutes, the specific pressure is set at 20.0-23.0 MPa and the mold is kept under pressure for 5 minutes. After that, the mold with the copolymer is cooled under pressure, the pressure is released, the limiter with the film is removed from the mold, cooled to room temperature and the film is pressed out.

Получают пленку толщиной 100 мкм с ровной гладкой поверхностью без непроплавов, включений, раковин и других видимых дефектов размерами 70×130×0,1 мм с разнотолщинностью не более 10%.A film is obtained with a thickness of 100 μm with a smooth smooth surface without melt, inclusions, shells and other visible defects with dimensions of 70 × 130 × 0.1 mm with a thickness of not more than 10%.

Исследование ИК-спектра сополимерных пленок показывает отсутствие поглощения в области 1840 и 1055 см-1, что указывает на полное удаление из сополимера непрореагировавшего ПФЭПВЭ и отсутствие в его структуре сульфокислотных групп. Последний факт свидетельствует о том, что в процессе эмульсионной сополимеризации и обработки сополимера не происходит гидролиза сульфонилфторидных групп.The study of the IR spectrum of copolymer films shows the absence of absorption in the regions of 1840 and 1055 cm −1 , which indicates the complete removal of unreacted PFEPVE from the copolymer and the absence of sulfonic acid groups in its structure. The latter fact indicates that hydrolysis of sulfonyl fluoride groups does not occur in the process of emulsion copolymerization and processing of the copolymer.

Эквивалентную массу сополимера (ЭМ) определяют методом ИК Фурье-спектроскопии на прессованных пленках в сульфонилфторидной форме. Измеряют интегральные интенсивности А полос 2704 см-1 (комбинированная частота колебаний -SO2F-группы) и 2363 см-1 (обертон колебаний -CF2-группы).The equivalent mass of the copolymer (EM) is determined by IR Fourier transform spectroscopy on pressed films in the sulfonyl fluoride form. The integrated intensities A of the bands of 2704 cm -1 (combined vibration frequency of the -SO 2 F group) and 2363 cm -1 (overtone of the vibrations of the -CF 2 group) are measured.

ЭМ вычисляется по формуле:EM is calculated by the formula:

ЭМ=446[1+k(А(2363)-А(2704))/А(2704)],EM = 446 [1 + k (A (2363) -A (2704)) / A (2704)],

где коэффициент k определяют по эталонным образцам с известной обменной емкостью, определенной титрованием.where the coefficient k is determined from reference samples with a known exchange capacity determined by titration.

Измеренная по указанной методике величина ЭМ равна 1010.The EM value measured by the indicated procedure is 1010.

На основании данных по величине ЭМ, выходу сополимера (W) и количеству ПФЭПВЭ, загруженного в реакционную смесь (W1), вычисляют конверсию ПФЭПВЭ по формулеBased on the data on the EM value, the yield of the copolymer (W) and the amount of PFEPVE loaded into the reaction mixture (W 1 ), the conversion of PFEPVE is calculated by the formula

Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000001
Figure 00000002

где 446 молекулярная масса ПФЭПВЭ.where 446 is the molecular weight of PFEPVE.

В настоящем примере конверсия ПФЭПВЭ составляет 77.0%.In the present example, the conversion of PFEPVE is 77.0%.

Гидролиз -SO3F-групп сополимера с переводом их в -SO3Н-форму проводят по описанной ниже методике.The hydrolysis of -SO 3 F-groups of the copolymer with their conversion into -SO 3 H-form is carried out according to the procedure described below.

Полученную пленку толщиной 100 мкм помещают в коническую колбу объемом 500 мл, заливают 400 мл 15% водного раствора гидроксида натрия, следя за тем, чтобы раствор полностью покрывал пленку, и проводят нагрев содержимого колбы с использованием обратного холодильника при температуре кипения водяной бани.The resulting film with a thickness of 100 μm was placed in a 500 ml conical flask, filled with 400 ml of a 15% aqueous sodium hydroxide solution, making sure that the solution completely covered the film, and the contents of the flask were heated using a reflux condenser at the boiling temperature of a water bath.

Процесс гидролиза -SO2F-групп сополимера проводят в течение 10 ч.The hydrolysis of the -SO 2 F-groups of the copolymer is carried out for 10 hours

После окончания гидролиза удаляют раствор гидроксида натрия и пленку промывают дистиллированной водой порциями по 400 мл в течение 30 мин после каждой промывки. Операцию повторяют 3-5 раз до нейтральной реакции промывных вод. Полноту гидролиза проверяют методом FTIR-спектроскопии на приборе Shimadzu FTIR-8300 по исчезновению полосы поглощения -SO2F-групп в области 1470 см-1.After hydrolysis is complete, the sodium hydroxide solution is removed and the film is washed with 400 ml portions of distilled water for 30 minutes after each washing. The operation is repeated 3-5 times until the washings are neutral. The completeness of hydrolysis is checked by FTIR spectroscopy on a Shimadzu FTIR-8300 instrument by the disappearance of the absorption band of the -SO 2 F groups in the region of 1470 cm -1 .

Получают фторполимерную мембрану с ионогенными сульфогруппами в форме -SO3Na.A fluoropolymer membrane with ionogenic sulfo groups is obtained in the form of —SO 3 Na.

Перевод -SO3Na-групп сополимера в кислотную форму -SO3Н проводят путем обработки мембраны 3%-ным водным раствором соляной кислоты. Для этого мембрану заливают 400 мл 3%-ного водного раствора соляной кислоты, следя за тем, чтобы раствор полностью покрывал мембрану. Выдерживают мембрану в растворе в течение 2 ч при комнатной температуре. После этого раствор соляной кислоты сливают, промывают мембрану двумя порциями по 400 мл дистиллированной воды и снова заливают мембрану 400 мл свежего 3%-ного раствора соляной кислоты. Выдерживают мембрану в растворе 2 ч при комнатной температуре, сливают раствор соляной кислоты и промывают мембрану 2-3 раза порциями по 400 мл дистиллированной воды до нейтральной реакции промывных вод. В результате получают фторполимерную мембрану в -SO3Н-форме.The conversion of —SO 3 Na — groups of the copolymer into the acid form —SO 3 H is carried out by treating the membrane with a 3% aqueous hydrochloric acid solution. To do this, fill the membrane with 400 ml of a 3% aqueous hydrochloric acid solution, making sure that the solution completely covers the membrane. The membrane is kept in solution for 2 hours at room temperature. After this, the hydrochloric acid solution is drained, the membrane is washed with two portions of 400 ml of distilled water, and the membrane is again filled with 400 ml of a fresh 3% hydrochloric acid solution. The membrane is kept in the solution for 2 hours at room temperature, the hydrochloric acid solution is drained and the membrane is washed 2-3 times in 400 ml portions of distilled water until the washings are neutral. The result is a fluoropolymer membrane in —SO 3 H form.

Свойства катионообменной мембраны изучают в гидратированном состоянии.The properties of the cation exchange membrane are studied in a hydrated state.

Содержание воды в мембране, выдержанной в дистиллированной воде при 25°С в течение 24 ч, определяют следующим образом.The water content in the membrane aged in distilled water at 25 ° C. for 24 hours is determined as follows.

Взвешивают влажные мембраны, затем высушивают их в вакуумном шкафу при комнатной температуре до постоянной массы. Определив массу сухих мембран, их влагосодержание (CW) определяют по формуле:Wet membranes are weighed, then dried in a vacuum oven at room temperature to constant weight. Having determined the mass of dry membranes, their moisture content (C W ) is determined by the formula:

CW(%)=(W2-W3)100/W2,C W (%) = (W 2 -W 3 ) 100 / W 2 ,

где W3 - масса сухой мембраны;where W 3 is the mass of the dry membrane;

W2 - масса влажной мембраны.W 2 - the mass of the wet membrane.

Испытание механических свойств гидратированных мембран в состоянии равновесного набухания в воде (предел прочности при растяжении (σp), модуль упругости (Е), относительное удлинения при разрыве (∈)) проводят на универсальной установке для механических испытаний UTS 10 (Германия) на образцах, представляющих собой лопаточки размерами рабочей части 20×3,5 мм толщиной 0,1 мм, при скорости растяжения образцов 10 мм/мин. Испытания проводят при температуре 20°С.Testing the mechanical properties of hydrated membranes in equilibrium swelling in water (tensile strength (σ p ), elastic modulus (E), elongation at break (∈)) is carried out on a universal installation for mechanical testing of UTS 10 (Germany) on samples representing a spatula with the dimensions of the working part 20 × 3.5 mm, a thickness of 0.1 mm, with a tensile speed of the samples 10 mm / min The tests are carried out at a temperature of 20 ° C.

Удельную электропроводность мембран в состоянии равновесного насыщения водой при 20°С и 90°С измеряют с помощью ячейки с электродами из нержавеющей стали четырехзондовым методом согласно ГОСТ 20214-74.The electrical conductivity of the membranes in equilibrium with saturation with water at 20 ° C and 90 ° C is measured using a cell with stainless steel electrodes using the four-probe method according to GOST 20214-74.

Мембраны, изготовленные в соответствии с настоящим примером, имели следующие характеристики:Membranes made in accordance with this example had the following characteristics:

- содержание воды 15.2.0%;- water content of 15.2.0%;

- удельная электропроводность 0.12 См/см;- specific conductivity 0.12 S / cm;

- σр 14.1 МПа;- σ p 14.1 MPa;

- ∈ 88%;- ∈ 88%;

- Е 130 МПа.- E 130 MPa.

Пример 2.Example 2

Синтез, выделение сополимера из латекса и исследование его свойств проводят так же, как в примере 1, но при следующих параметрах процесса.The synthesis, isolation of the copolymer from latex and the study of its properties is carried out in the same way as in example 1, but with the following process parameters.

Рецептура:Recipe:

ПФЭПВЭ 17.9 гPFEPVE 17.9 g

ТФЭ 11.66 гTFE 11.66 g

Перфтороктаноат аммония 0.45 г (2.51%)*Ammonium perfluorooctanoate 0.45 g (2.51%) *

Персульфат калия 0.15 г (0.84%)Potassium Persulfate 0.15 g (0.84%)

Метабисульфит натрия 0.09 г (0.50%)Sodium metabisulfite 0.09 g (0.50%)

Однозамещенный фосфат натрия 0.60 г (3.35%)Monosubstituted sodium phosphate 0.60 g (3.35%)

Двузамещенный фосфат натрия 0.30 г (1.67%)Disubstituted sodium phosphate 0.30 g (1.67%)

*Здесь и далее процентное содержание компонентов приводят в расчете от массы ПФЭПВЭ. * Hereinafter, the percentage of components is calculated based on the mass of PFEPVE.

Процесс проводят при 40°С и давлении ТФЭ 0.52 МПа в течение 5 ч. Выход сополимера 20.83 г. Конверсия ПФЭПВЭ 49.0%.The process is carried out at 40 ° C and a TFE pressure of 0.52 MPa for 5 hours. The copolymer yield is 20.83 g. PFEPVE conversion is 49.0%.

Характеристики сополимера:Characteristics of the copolymer:

- ЭМ 1075- EM 1075

- ПТР 13 г/10 мин при 270°С и нагрузке 2.16 кг- PTR 13 g / 10 min at 270 ° C and a load of 2.16 kg

Свойства мембраны, изготовленной из сополимера по технологии, описанной в примере 1:Properties of a membrane made from a copolymer according to the technology described in example 1:

- удельная электропроводность 0.11 См/см;- specific conductivity 0.11 S / cm;

- σр 16.2 МПа;- σ p 16.2 MPa;

- ∈ 85%;- ∈ 85%;

- Е 137 МПа.- E 137 MPa.

Пример 3.Example 3

Синтез, выделение сополимера из латекса и исследование его свойств проводят так же, как в примере 1, но при следующих параметрах процесса.The synthesis, isolation of the copolymer from latex and the study of its properties is carried out in the same way as in example 1, but with the following process parameters.

Рецептура:Recipe:

ПФЭПВЭ 17.0 гPFEPVE 17.0 g

ТФЭ 11.0 гTFE 11.0 g

Перфторнонаноат аммония 0.60 г (3.53%)Ammonium perfluorononanoate 0.60 g (3.53%)

Персульфат аммония 0.26 г (1.53%)Ammonium persulfate 0.26 g (1.53%)

Метабисульфит натрия 0.16 г (0.94%)Sodium metabisulfite 0.16 g (0.94%)

Однозамещенный фосфат натрия 0.60 г (3.53%)Monosubstituted sodium phosphate 0.60 g (3.53%)

Двузамещенный фосфат натрия 0.30 г (1.76%)Disubstituted sodium phosphate 0.30 g (1.76%)

Процесс проводят при 45°С и давлении ТФЭ 0.48 МПа в течение 4 ч. Выход сополимера 22.0 г. Конверсия ПФЭПВЭ 63.0%.The process is carried out at 45 ° C and a TFE pressure of 0.48 MPa for 4 hours. The copolymer yield is 22.0 g. The conversion of PFEPVE is 63.0%.

Характеристики сополимера:Characteristics of the copolymer:

- ЭМ 920;- EM 920;

- ПТР 68 г/10 мин при 220°С и нагрузке 5.0 кг.- PTR 68 g / 10 min at 220 ° C and a load of 5.0 kg.

Пример 4.Example 4

Синтез, выделение сополимера из латекса и исследование его свойств проводят так же, как в примере 1, но при следующих параметрах процесса.The synthesis, isolation of the copolymer from latex and the study of its properties is carried out in the same way as in example 1, but with the following process parameters.

Рецептура:Recipe:

ПФЭПВЭ 18.3 гPFEPVE 18.3 g

ТФЭ 11.48 гTFE 11.48 g

Перфторгептаноат аммония 0.60 г (3.28%)Ammonium perfluoroheptanoate 0.60 g (3.28%)

Персульфат калия 0.15 г (0.82%)Potassium Persulfate 0.15 g (0.82%)

Метабисульфит натрия 0.04 г (0.22%)Sodium metabisulfite 0.04 g (0.22%)

Однозамещенный фосфат натрия 0.60 г (3.28%)Monosubstituted sodium phosphate 0.60 g (3.28%)

Двузамещенный фосфат натрия 0.30 г (1.64%)Disubstituted sodium phosphate 0.30 g (1.64%)

Процесс проводят при 35°С и давлении ТФЭ 0.52 МПа в течение 5 ч. Выход сополимера 22.54 г. Конверсия ПФЭПВЭ 59.0%.The process is carried out at 35 ° C and a TFE pressure of 0.52 MPa for 5 hours. The copolymer yield is 22.54 g. The conversion of PFEPVE is 59.0%.

Характеристики сополимера:Characteristics of the copolymer:

- ЭМ 930;- EM 930;

- ПТР 25 г/10 мин при 220°С и нагрузке 5.0 кг.- PTR 25 g / 10 min at 220 ° C and a load of 5.0 kg.

Пример 5.Example 5

Синтез, выделение сополимера из латекса и исследование его свойств проводят так же, как в примере 1, но при следующих параметрах процесса. В отличие от предыдущих примеров процесс останавливают при различных количествах загруженного ТФЭ и в каждом случае определяют выход сополимера, конверсию ПФЭПВЭ и ЭМ сополимера. Другие характеристики измеряют только для сополимера, полученного при максимальной загрузке ТФЭ.The synthesis, isolation of the copolymer from latex and the study of its properties is carried out in the same way as in example 1, but with the following process parameters. Unlike the previous examples, the process is stopped at various amounts of charged TFE and in each case the copolymer yield, conversion of PFEPVE and EM copolymer are determined. Other characteristics are measured only for the copolymer obtained at maximum TFE loading.

Рецептура:Recipe:

ПФЭПВЭ 17.7 гPFEPVE 17.7 g

ТФЭ: вариант 1 7.74 г, вариант 2 10.96 г, вариант 3 13.22 гTFE: option 1 7.74 g, option 2 10.96 g, option 3 13.22 g

Перфтороктаноат аммония 0.45 г (2.54%)Ammonium perfluorooctanoate 0.45 g (2.54%)

Персульфат калия 0.15 г (0.85%)Potassium Persulfate 0.15 g (0.85%)

Метабисульфит натрия 0.09 г (0.51%)Sodium metabisulfite 0.09 g (0.51%)

Однозамещенный фосфат натрия 0.60 г (3.39%)Monosubstituted sodium phosphate 0.60 g (3.39%)

Двузамещенный фосфат натрия 0.30 г (1.69%)Disubstituted sodium phosphate 0.30 g (1.69%)

Процесс проводят при 40°С и давлении ТФЭ 0.52 МПа в течение 3 ч (вариант 1). 5 ч (вариант 2) и 7 ч (вариант 3). Выход сополимера 15.32 г (вариант 1). 20.38 г (вариант 2) и 27.3 г (вариант 3). Конверсия ПФЭПВЭ 36.6% (вариант 1), 49.9% (вариант 2) и 67.2% (вариант 3).The process is carried out at 40 ° C and a TFE pressure of 0.52 MPa for 3 hours (option 1). 5 hours (option 2) and 7 hours (option 3). The yield of copolymer 15.32 g (option 1). 20.38 g (option 2) and 27.3 g (option 3). Conversion of PFEPVE 36.6% (option 1), 49.9% (option 2) and 67.2% (option 3).

Характеристики сополимера:Characteristics of the copolymer:

- ЭМ 1050 (вариант 1), 1040 (вариант 2), 1025 (вариант 3);- EM 1050 (option 1), 1040 (option 2), 1025 (option 3);

- ПТР 23 г/10 мин при 270°С и нагрузке 2.16 кг или 10 г/10 мин при нагрузке 1.2 кг.- PTR 23 g / 10 min at 270 ° C and a load of 2.16 kg or 10 g / 10 min at a load of 1.2 kg.

Свойства мембраны, изготовленной из сополимера по технологии, описанной в примере 1:Properties of a membrane made from a copolymer according to the technology described in example 1:

- содержание воды 15.5%;- water content of 15.5%;

- удельная электропроводность 0.16 См/см;- specific conductivity 0.16 S / cm;

- σp 16.0 МПа;- σ p 16.0 MPa;

- ∈ 85%;- ∈ 85%;

- Е 135 МПа.- E 135 MPa.

Данный пример показывает, что в ходе сополимеризации величина ЭМ изменяется незначительно, что указывает на образование сополимера, достаточно однородного по составу даже при высокой конверсии ПФЭПВЭ.This example shows that during the copolymerization, the EM value changes insignificantly, which indicates the formation of a copolymer that is quite uniform in composition even at high conversion of PFEPVE.

Таким образом, приведенные примеры показывают, что использование сравнительно несложной технологии проведения эмульсионной сополимеризации ТФЭ и ПФЭПВЭ в сравнении с прототипом позволяет повысить конверсию ПФЭПВЭ до 49-77% при сохранении высоких свойств сополимера. Необходимо отметить, что полученные сополимеры являются композиционно однородными, поскольку их эквивалентная масса мало изменяется с конверсией. Кроме того, сополимеры, получаемые по предлагаемому способу, имеют существенно более высокий показатель текучести расплава в сравнении с сополимерами прототипа и могут перерабатываться в мембрану по традиционным технологиям. Способ получения сополимеров ТФЭ - ПФЭПВЭ в соответствии с настоящим изобретением в сравнении со способом-прототипом отличается улучшенными технико-экономическими показателями (расход перфторированного ПАВ и воды на проведение процесса примерно в 5 раз меньше).Thus, the above examples show that the use of a relatively simple technology for the emulsion copolymerization of TFE and PFEPVE in comparison with the prototype can increase the conversion of PFEPVE to 49-77% while maintaining high properties of the copolymer. It should be noted that the obtained copolymers are compositionally homogeneous, since their equivalent mass varies little with conversion. In addition, the copolymers obtained by the proposed method have a significantly higher melt flow rate in comparison with the copolymers of the prototype and can be processed into a membrane using traditional technologies. The method for producing TFE - PFEPVE copolymers in accordance with the present invention, in comparison with the prototype method, has improved technical and economic indicators (the consumption of perfluorinated surfactant and water for the process is approximately 5 times less).

Заявляемое изобретение удовлетворяют критерию «новизна», так как в нем впервые показана возможность значительного повышения конверсии функционального сомономера при сохранении характеристик образующегося сополимера на высоком уровне.The claimed invention satisfy the criterion of "novelty", as it first shows the possibility of significantly increasing the conversion of functional comonomer while maintaining the characteristics of the resulting copolymer at a high level.

Заявляемое изобретение удовлетворяет критерию "изобретательский уровень", так как в известных и доступных источниках информации нет сведений, из которых была бы очевидна возможность реализации метода эмульсионной сополимеризации ТФЭ и ПФПВЭ по несложной технологии с достижением оптимальных целевых свойств получаемого продукта.The claimed invention satisfies the criterion of "inventive step", since there is no information in known and accessible sources of information from which it would be obvious that the method of emulsion copolymerization of TFE and PFPVE could be implemented using a simple technology to achieve optimal target properties of the resulting product.

Соответствие критерию "пригодность для промышленного применения" доказывается результатами испытания полученных образцов, технологичностью, экономичностью и экологичностью предлагаемого процесса.Compliance with the criterion of "suitability for industrial use" is proved by the test results of the obtained samples, manufacturability, economy and environmental friendliness of the proposed process.

Claims (5)

1. Способ получения перфторированного сополимера, содержащего функциональные группы, эмульсионной сополимеризацией тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира в присутствии радикального инициатора и стабилизатора эмульсии - соли перфторкарбоновой кислоты, включающий стадию предварительного эмульгирования перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира в водной среде, отличающийся тем, что эмульсионную сополимеризацию тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира проводят при постоянном давлении тетрафторэтилена 0.48-0.52 МПа, прекращая процесс при конверсии перфтор-2-фторсульфонилэтокси-пропилвинилового эфира 49-77%, а на стадии предварительного эмульгирования перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира в водной среде в качестве диспергатора используют гомогенизатор типа ротор-статор при скорости вращения ротора 8000-12000 об./мин, применяя для стабилизации эмульсии аммониевую соль перфторкарбоновой кислоты CnF2n+1COONH4, где n=7-9, и эмульгирование осуществляют в среде инертного газа.1. A method of producing a perfluorinated copolymer containing functional groups by emulsion copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether in the presence of a radical initiator and emulsion stabilizer — a perfluorocarboxylic acid salt, which includes a stage of preliminary emulsification of perfluoro-2-fluorosulfonovinyl ether ethoxylate that the emulsion copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether is carried out t at a constant pressure of tetrafluoroethylene 0.48-0.52 MPa, stopping the process during the conversion of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxy-propyl vinyl ether, and at the stage of preliminary emulsification of perfluoro-2-fluorosulfonyl ethoxypropyl vinyl ether, a homogenizer is used as a dispersant, a type of dispersant at a rotor speed of 8000-12000 rpm, using ammonium salt of perfluorocarboxylic acid C n F 2n + 1 COONH 4 to stabilize the emulsion, where n = 7-9, and the emulsification is carried out in an inert gas. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что аммониевую соль перфторкарбоновой кислоты CnF2n+1COONH4 применяют в количестве 2.5-3.5% от массы перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира.2. The method according to claim 1, characterized in that the ammonium salt of perfluorocarboxylic acid C n F 2n + 1 COONH 4 is used in an amount of 2.5-3.5% by weight of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что эмульгирование осуществляют при массовом отношении перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвиниловый эфир/вода 0.141-0.152.3. The method according to claim 1, characterized in that the emulsification is carried out at a mass ratio of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether / water 0.141-0.152. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при эмульсионной сополимеризации в качестве радикального инициатора используют окислительно-восстановительную инициирующую систему персульфат калия или аммония - метабисульфит натрия при содержании персульфата 0.82-1.53%, метабисульфита натрия 0.22-0.94% от массы перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира и массовом отношении персульфат/метабисульфит натрия 1.62-3.75.4. The method according to claim 1, characterized in that in emulsion copolymerization, the redox initiator uses a redox initiating system of potassium or ammonium persulfate — sodium metabisulfite with a persulfate content of 0.82-1.53%, sodium metabisulfite 0.22-0.94% by weight of perfluoro- 2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether and a weight ratio of sodium persulfate / metabisulfite of 1.62-3.75. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что сополимеризацию проводят при температуре 35-45°С. 5. The method according to claim 1, characterized in that the copolymerization is carried out at a temperature of 35-45 ° C.
RU2007147725/04A 2007-12-20 2007-12-20 Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups RU2348649C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007147725/04A RU2348649C1 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups
PCT/RU2008/000737 WO2009082264A1 (en) 2007-12-20 2008-12-03 Method for producing perfluorinated functional groups containing copolymer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007147725/04A RU2348649C1 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2348649C1 true RU2348649C1 (en) 2009-03-10

Family

ID=40528618

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007147725/04A RU2348649C1 (en) 2007-12-20 2007-12-20 Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2348649C1 (en)
WO (1) WO2009082264A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450023C1 (en) * 2010-10-18 2012-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" Method of producing perfluorinated perfluoroethylene copolymer containing sulphonyl fluoride functional groups
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
CN113736003A (en) * 2021-09-06 2021-12-03 浙江巨化股份有限公司氟聚厂 Method for modifying polytetrafluoroethylene resin by perfluorovinyl ethers
RU2809505C1 (en) * 2023-04-06 2023-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "МТБ Технолоджи" (ООО "МТБ Технолоджи") Method for producing perfluorinated copolymer with sulfo groups

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3282875A (en) * 1964-07-22 1966-11-01 Du Pont Fluorocarbon vinyl ether polymers
US3807291A (en) 1972-03-27 1974-04-30 Du Pont Improved painting system
JPS55160007A (en) * 1979-05-31 1980-12-12 Asahi Chem Ind Co Ltd Novel fluorinated copolymer and production thereof
DE3334257C1 (en) 1983-09-22 1985-02-14 RMG Beierling GmbH, 4791 Altenbeken Painting and evaporation system with forced air ventilation
DE3408087A1 (en) 1984-03-05 1985-09-05 Viktor Durst Apparate und Behälter, 7129 Pfaffenhofen Spraying cabin for spraying and drying objects
EP0559733A4 (en) 1990-12-03 1993-10-13 Monarch Industries (Aust) Pty. Ltd. Dehumidifier
CN1062873C (en) * 1993-10-12 2001-03-07 旭化成工业株式会社 Perfluorocarbon copolymer having functional groups and process for producing the same
EP0849001A1 (en) 1996-12-20 1998-06-24 Robert sen. Wälti Spray booth and air circulation system for a workspace
RU2138515C1 (en) * 1997-12-17 1999-09-27 Горбатенко Игорь Викторович Method for production of fluorocarbon polymers with functional sulfonylfluoride groups
DE60016577T2 (en) * 1999-03-02 2005-11-24 E.I. Du Pont De Nemours And Co., Wilmington Radical Polymerization Method for Fluorinated Copolymers

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2450023C1 (en) * 2010-10-18 2012-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский научный центр "Прикладная химия" Method of producing perfluorinated perfluoroethylene copolymer containing sulphonyl fluoride functional groups
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
CN113736003A (en) * 2021-09-06 2021-12-03 浙江巨化股份有限公司氟聚厂 Method for modifying polytetrafluoroethylene resin by perfluorovinyl ethers
CN113736003B (en) * 2021-09-06 2022-11-25 浙江巨化股份有限公司氟聚厂 Method for modifying polytetrafluoroethylene resin by perfluorovinyl ethers
RU2809505C1 (en) * 2023-04-06 2023-12-12 Общество с ограниченной ответственностью "МТБ Технолоджи" (ООО "МТБ Технолоджи") Method for producing perfluorinated copolymer with sulfo groups

Also Published As

Publication number Publication date
WO2009082264A1 (en) 2009-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1165624B1 (en) Free radical polymerization method for fluorinated copolymers
EP0289869B1 (en) Low equivalent weight sulfonic fluoropolymers
CN102083873A (en) Vinylidene fluoride / 2,3,3,3-tetrafluoropropene copolymers
RU2348649C1 (en) Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups
CN113717310B (en) Perfluoro ion exchange resin with high-efficiency ion transmission channel and preparation method thereof
WO2001040331A1 (en) Fluorocopolymer and fluororesin composition lowly permeable to liquid chemical
CN1411474A (en) Chain transfer agents influoroolefin polymerization
TW491859B (en) Liquid fluorinated rubber, a process for its manufacture and its use
JP5486693B2 (en) High exchange capacity perfluorinated ion exchange resin, method for its preparation and use
CN108350112B (en) Process for producing fluorine-containing compound having reduced iodine atom content
CN101328235B (en) Preparation of modified teflon resin
JPS60250009A (en) Production of perfluorocarbon polymer having sulfonic acid functional group
RU2450023C1 (en) Method of producing perfluorinated perfluoroethylene copolymer containing sulphonyl fluoride functional groups
EP3643728B1 (en) Methods for producing fluorinated polymer, fluorinated polymer having functional group and electrolyte membrane
JPH06345824A (en) Production of fluorine-containing copolymer
RU2454431C1 (en) Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation
EP0702036B1 (en) Fluorocopolymer, process for producing the same, and fluoroelastomer
RU2545182C1 (en) Method of producing copolymer of tetrafluoroethylene with 2-fluorosulphonyl perfluoroethylvinyl ether - proton-conducting membrane precursor - by emulsion copolymerisation
WO2004007576A1 (en) Process for producing fluorocopolymer, fluorocopolymer, and molded object
RU2671812C1 (en) Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes
RU2820658C1 (en) Obtaining stabilized copolymer for proton-conducting membranes
JP2006083342A (en) Method for producing perfluorocarbon polymer bearing sulfonic acid type functional group and method for producing ion exchanging membrane
JP5146314B2 (en) Method for producing fluororubber
US8604090B2 (en) Process for dissolution of highly fluorinated ion-exchange polymers
JPH11152311A (en) Preparation of low-viscosity fluororubber

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121221