RU2454431C1 - Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation - Google Patents

Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation Download PDF

Info

Publication number
RU2454431C1
RU2454431C1 RU2011104279/04A RU2011104279A RU2454431C1 RU 2454431 C1 RU2454431 C1 RU 2454431C1 RU 2011104279/04 A RU2011104279/04 A RU 2011104279/04A RU 2011104279 A RU2011104279 A RU 2011104279A RU 2454431 C1 RU2454431 C1 RU 2454431C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
copolymer
water
emulsion
tetrafluoroethylene
copolymerization
Prior art date
Application number
RU2011104279/04A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Степанович Иванчев (RU)
Сергей Степанович Иванчев
Валерий Георгиевич Барабанов (RU)
Валерий Георгиевич Барабанов
Алексей Сергеевич Одиноков (RU)
Алексей Сергеевич Одиноков
Олег Николаевич Примаченко (RU)
Олег Николаевич Примаченко
Саул Янкелевич Хайкин (RU)
Саул Янкелевич Хайкин
Владимир Сергеевич Лихоманов (RU)
Владимир Сергеевич Лихоманов
Валерий Петрович Тюльманков (RU)
Валерий Петрович Тюльманков
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН
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 Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН
Priority to RU2011104279/04A priority Critical patent/RU2454431C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2454431C1 publication Critical patent/RU2454431C1/en

Links

Landscapes

  • Polymerisation Methods In General (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method of producing a perfluorinated copolymer containing functional groups. The method involves emulsion copolymerisation of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulphonyl ethoxypropylvinyl ether using a radical initiator and a perfluorocarboxylic acid salt as an emulsion stabiliser. The method involves a step for preliminary emulsion of perfluoro-2-fluorosulphonyl ethoxypropylvinyl ether in aqueous solution of a perfluorinated surfactant, which is carried out, preferably, through ultrasonic exposure in a current of inert gas with volume ratio monomer/water phases equal to, preferably, 1:1, with subsequent transfer of the emulsion in the inert gas medium into an autoclave containing water with dissolved components of the initiator pH regulator, after which tetrafluoroethylene is fed, an anchor mixer is switched on and copolymerisation is carried out with formation of latex, which is then subjected to coagulation.
EFFECT: simple technique, constant copolymer composition, as well as formation of copolymer with optimum electrochemical and physical-mechanical properties.
6 cl, 2 tbl, 7 ex

Description

Изобретение относится к получению перфторированного функционализированного сополимера, содержащего функциональные, а именно сульфонилфторидные, группы методом эмульсионной сополимеризации. Такие сополимеры (например, Нафион, Флемион, Асиплекс и другие) являются основой для изготовления ионообменных мембран для топливных элементов, в различных электролизерах, а также в качестве мембранных катализаторов различных химических реакций.The invention relates to the production of a perfluorinated functionalized copolymer containing functional, namely sulfonyl fluoride, groups by emulsion copolymerization. Such copolymers (for example, Nafion, Flemion, Asiplex and others) are the basis for the manufacture of ion-exchange membranes for fuel cells in various electrolyzers, as well as membrane catalysts for various chemical reactions.

Мембраны на основе этого типа сополимеров отличаются высокой химической и термической стойкостью, хорошими прочностными и электрохимическими свойствами.Membranes based on this type of copolymers are characterized by high chemical and thermal resistance, good strength and electrochemical properties.

Известен ряд способов получения сополимеров ТФЭ (тетрафторэтилена) и ПФЭПВЭ (перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира) при проведении сополимеризации в среде галогенсодержащих углеводородов, например, таких как трифторхлорэтан (хладон 113) [Патенты США 3528954, C08F 15/06, 15.09.1970; 3642742, C08F 16/00, 15.02.1972]. Эти способы имеют недостатки, связанные с необходимостью прекращения сополимеризации на низких глубинах превращения ПФЭПВЭ (не более 20-25%) из-за существенного нарастания вязкости реакционной массы, что затрудняет перемешивание системы, приводит к ее перегреву и возможности возникновения в получаемом сополимере локальных неоднородностей и, соответственно, изменению однородности состава сополимера. Невысокий выход сополимера усложняет технологию, приводит к необходимости введения в технологию дополнительных стадий, связанных с регенерацией дорогостоящего ПФЭПВЭ и растворителя, что приводит к повышению себестоимости получаемого сополимера. Попытка увеличения конверсии ПФЭПВЭ выше 25% делает невозможным получение сополимера постоянного состава и с необходимой эквивалентной массой (ЭМ). К тому же известно, что процессы, в которых все компоненты являются фтор- или галогенсодержащими, являются потенциально опасными, в том числе экологически.A number of methods are known for producing copolymers of TFE (tetrafluoroethylene) and PFEPVE (perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether) during copolymerization in a medium of halogen-containing hydrocarbons, for example, such as trifluorochloroethane (freon 113) [US Patents 3528954, C08.09.19/06; 3642742, C08F 16/00, 02/15/1972]. These methods have disadvantages associated with the need to stop copolymerization at low conversion depths of PFEPVE (not more than 20-25%) due to a significant increase in the viscosity of the reaction mass, which complicates the mixing of the system, leads to its overheating and the possibility of local inhomogeneities in the resulting copolymer and , respectively, a change in the uniformity of the composition of the copolymer. The low yield of the copolymer complicates the technology, leads to the need for the introduction of additional stages in the technology associated with the regeneration of expensive PFEPVE and solvent, which leads to an increase in the cost of the resulting copolymer. An attempt to increase the conversion of PFEPVE above 25% makes it impossible to obtain a copolymer of constant composition and with the required equivalent mass (EM). In addition, it is known that processes in which all components are fluorine or halogen-containing are potentially hazardous, including environmentally.

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 с точки зрения 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 terms of reducing the cost of regeneration of products that have not reacted.

Известен способ проведения эмульсионной сополимеризации ТФЭ и ПФЭПВЭ [Патент США 5608022, C08F 2/16, 04.03.1997, пример 15], в котором в качестве стабилизатора эмульсии и инициатора использовались перфторкаприлат аммония и персульфат аммония соответственно, а процесс проводился при 60°С и давлении ТФЭ 1,6 МПа. Отличительным признаком данного способа является эмульгирование в воде ПФЭПВЭ в присутствии перфторкаприлата аммония в течение 30 мин на биомиксере АВМ-4 производства фирмы Nippon Seiki K.K. со скоростью перемешивания 20000 об/мин. Другой отличительный признак рассматриваемого способа заключается в использовании в рецептуре 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 Patent 5608022, C08F 2/16, 03/04/1997, example 15], in which ammonium perfluorocaprylate and ammonium persulfate were used as stabilizer of the emulsion and initiator, respectively, and the process was carried out at 60 ° C and TFE pressure 1.6 MPa. A distinctive feature of this method is the emulsification in water of PFEPVE in the presence of ammonium perfluorocaprylate for 30 minutes on an AVM-4 biomixer manufactured by Nippon Seiki K.K. with a stirring speed of 20,000 rpm Another distinguishing feature of the method under consideration is the use of alcohol as a chain transfer agent in the formulation. The result is a copolymer 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, 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.

Близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ проведения эмульсионной полимеризации ТФЭ и ПФЭПВЭ, описанный в патенте [Патент США 6602968, C08F 214/22, 05.08.2003, примеры 7 и 8]. В данном способе также используется прием предварительного эмульгирования ПФЭПВЭ в воде в присутствии перфтороктаноата аммония при использовании гомогенизатора MicroFluidizer. В качестве инициатора применяется персульфат аммония или окислительно-восстановительная инициирующая система персульфат аммония - сульфит натрия. В зависимости от типа инициирующей системы процесс проводится либо при 60°С, либо при 35°С. Давление ТФЭ варьируется от 0,34 до 1,38 МПа.Close in technical essence to the claimed invention is a method for the emulsion polymerization of TFE and PFEPVE described in the patent [US Patent 6602968, C08F 214/22, 08/05/2003, examples 7 and 8]. This method also uses the method of preliminary emulsification of PFEPVE in water in the presence of ammonium perfluorooctanoate using the MicroFluidizer homogenizer. Ammonium persulfate or the redox initiating system of ammonium persulfate - sodium sulfite is used as an initiator. Depending on the type of initiating system, the process is carried out either at 60 ° C or at 35 ° C. TFE pressure varies from 0.34 to 1.38 MPa.

Перед проведением сополимеризации реактор объемом 4 л подвергают специальной обработке водным раствором персульфата аммония и перфтороктаноата аммония.Before copolymerization, a 4 liter reactor is subjected to special treatment with an aqueous solution of ammonium persulfate and ammonium perfluorooctanoate.

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 ПФЭПВЭ 80%.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 of PFEPVE is 80%.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

1. Очень сложная технология, предполагающая необходимость применения дорогостоящего и сложного оборудования (MicroFluidizer, дозаторы жидких компонентов, 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 working under pressure) and special preparation of the polymerization reactor.

2. Большой расход дорогостоящего перфторированного ПАВ (12-16% от массы загруженного в реактор ПФЭПВЭ).2. High consumption of expensive perfluorinated surfactant (12-16% of the mass of PFEPVE loaded into the reactor).

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.

Наиболее близким по технической сущности является способ [Патент РФ 2348649, C08F 2/24; C08F 2/34, 10.03.2009] получения перфторированного сополимера, содержащего функциональные группы, эмульсионной сополимеризацией ТФЭ и ПФЭПВЭ в присутствии радикального инициатора и стабилизатора эмульсии - соли перфторкарбоновой кислоты, включающий стадию предварительного эмульгирования ПФЭПВЭ в водной среде, причем эмульсионную сополимеризацию ТФЭ и ПФЭПВЭ проводят при постоянном давлении тетрафторэтилена 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 CnFn+1COONH4, где: n=7-9, и эмульгирование осуществляют в среде инертного газа. При этом аммониевую соль перфторкарбоновой кислоты CnFn+1COONH4 применяют в количестве 2,5-3,5% от массы ПФЭПВЭ, эмульгирование осуществляют при массовом отношении ПФЭПВЭ/вода 0,141-0,152.The closest in technical essence is the method [RF Patent 2348649, C08F 2/24; C08F 2/34, 03/10/2009] the preparation of a perfluorinated copolymer containing functional groups by emulsion copolymerization of TFE and PFEPVE in the presence of a radical initiator and stabilizer of the emulsion — the perfluorocarboxylic acid salt, which includes the stage of preliminary emulsification of PFEPVE in an aqueous medium, and the emulsion copolymerization of TPVPE and TPVP and TPVE at a constant pressure of tetrafluoroethylene 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 as a dis ergatora type homogenizer using a rotor-stator with a rotor speed 8000-12000 rev / min, to stabilize the emulsion applying C n F n + 1 COONH 4 perfluorocarboxylic acid ammonium salt thereof, wherein: n = 7-9, and emulsification is carried out in an inert gas atmosphere . In this case, the ammonium salt of perfluorocarboxylic acid C n F n + 1 COONH 4 is used in an amount of 2.5-3.5% by weight of PFEPVE, emulsification is carried out with a mass ratio of PFEPVE / water of 0.141-0.152.

Несмотря на существенные преимущества этого решения по сравнению с другими патентными решениями оно также не лишено недостатков.Despite the significant advantages of this solution compared to other patent solutions, it is also not without drawbacks.

Недостатками данного способа являются:The disadvantages of this method are:

1. Недостаточная производительность процесса из-за использования низкого массового отношения фаз ПФЭПВЭ/вода 0,141-0,152, что позволяет получать латекс с содержанием сополимера не выше 20 мас.%.1. The lack of process performance due to the use of a low mass ratio of the phases PFEPVE / water 0.141-0.152, which allows to obtain latex with a copolymer content of not higher than 20 wt.%.

2. Сложность использования высокоскоростного диспергатора типа ротор-статор в реакторах большого объема 5-25 л, работающих под давлением, требующих изменений в конструкции реактора для встраивания диспергатора.2. The complexity of using a high-speed disperser of the rotor-stator type in high-pressure reactors of 5-25 l, operating under pressure, requiring changes in the design of the reactor for incorporating the dispersant.

3. Сильное вспенивание реакционной смеси при проведении стадии предэмульгирования ПФЭПВЭ.3. Strong foaming of the reaction mixture during the pre-emulsification stage of PFEPVE.

Изобретение решает задачи улучшения технологии получения перфторсополимера ТФЭ-ПФЭПВЭ с использованием метода эмульсионной сополимеризации, в направлении увеличения конверсии ПФЭПВЭ (до 80% и выше), повышения производительности реактора за счет увеличения массового отношения ПФЭПВЭ/вода в пределах 0,29-0,30 (по объему 0,16-0,17) при сохранении оптимальных характеристик получаемого сополимера (эквивалентная масса 825-1100, показатель текучести расплава 3,6-100 г/10 мин) и повышения скорости сополимеризации ТФЭ с ПФЭПВЭ.The invention solves the problem of improving the technology for producing the TFE-PFEPVE perfluoropolymer using the emulsion copolymerization method, in the direction of increasing the conversion of PFEPVE (up to 80% and higher), increasing the productivity of the reactor by increasing the mass ratio of PFEPVE / water in the range 0.29-0.30 ( by volume 0.16-0.17) while maintaining the optimal characteristics of the resulting copolymer (equivalent weight 825-1100, melt flow rate 3.6-100 g / 10 min) and increasing the rate of copolymerization of TFE with PFEPVE.

Процесс позволяет снизить расход воды в процессе отмывки сополимера (уменьшение количества сточных вод).The process allows to reduce water consumption in the process of washing the copolymer (reducing the amount of wastewater).

Задача решается способом получения перфторированного сополимера, содержащего функциональные группы, эмульсионной сополимеризацией тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира с использованием радикального инициатора и соли перфторкарбоновой кислоты в качестве стабилизатора эмульсии, включающим стадию предварительного эмульгирования, стадию предварительного эмульгирования перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира в водном растворе перфторированного поверхностно-активного вещества проводят предпочтительно методом ультразвукового воздействия в токе инертного газа при повышенном объемном соотношении фаз мономер/вода до определенной степени дисперсности частиц эмульсии, с последующим переводом эмульсии в среде инертного газа в автоклав, содержащий воду с растворенными компонентами инициатора и регулятора рН, после чего включают подачу тетрафторэтилена и проводят сополимеризацию.The problem is solved by a method for producing a perfluorinated copolymer containing functional groups by emulsion copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether using a radical initiator and a salt of perfluorocarboxylic acid as an emulsion stabilizer, including a preliminary emulsification step-emulsifier-2-fluorofluorofluorofluorofluorofluorofluoro perfluorinated surfactant solution wire preferably by ultrasonic treatment in an inert gas stream with an increased volume ratio of monomer / water phases to a certain degree of dispersion of the particles of the emulsion, followed by transfer of the emulsion in an inert gas medium to an autoclave containing water with dissolved components of the initiator and pH regulator, after which tetrafluoroethylene is fed and carry out copolymerization.

Объемное соотношение фаз мономер/вода составляет предпочтительно 1:1.The volume ratio of the monomer / water phases is preferably 1: 1.

Воду с растворенными компонентами инициатора и регулятора рН берут в количестве, позволяющем достичь соотношения фаз перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвиниловый эфир: вода в реакторе предпочтительно до 1:6 по объему.The water with the dissolved components of the initiator and the pH regulator is taken in an amount that makes it possible to achieve a phase ratio of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether: water in the reactor, preferably up to 1: 6 by volume.

Сополимеризацию тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира проводят при постоянном давлении тетрафторэтилена, выбранном в интервале 0,5-0,7 МПа в течение 190-280 мин и постоянной температуре, выбранной в интервале 45-55°С.The copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether is carried out at a constant pressure of tetrafluoroethylene selected in the range of 0.5-0.7 MPa for 190-280 min and a constant temperature selected in the range of 45-55 ° C.

Регулирование эквивалентной массы и показателя текучести расплава сополимера достигается изменением давления тетрафторэтилена и температуры сополимеризации.The equivalent mass and melt flow rate of the copolymer are controlled by changing the pressure of tetrafluoroethylene and the copolymerization temperature.

Процесс сополимеризации тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира проводят до степени превращения перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира ПФЭПВЭ не выше 90%, предпочтительно 75-90%, сохраняя постоянство состава сополимера, т.е. его эквивалентную массу (ЭМ).The process of copolymerizing tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether is carried out to the degree of conversion of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether PFEPVE not higher than 90%, preferably 75-90%, keeping the composition of the copolymer constant, i.e. its equivalent mass (EM).

Полученный латекс коагулируют методом вымораживания, полимер отмывают от эмульгатора и непрореагировавшего мономера ПФЭПВЭ дистиллированной водой с температурой 80-90°С до отсутствия в промывных водах перфторированного ПАВ.The obtained latex is coagulated by freezing, the polymer is washed from the emulsifier and unreacted PFEPVE monomer with distilled water at a temperature of 80-90 ° C until there is no perfluorinated surfactant in the washings.

Технический результат - отсутствие вспенивания эмульсии, что обеспечивает неизменность состава реагентов в полимеризующейся системе, возможность проведения сополимеризации при больших объемных соотношениях фаз ПФЭПВЭ -вода порядка 1:6 (в прототипе 1:12), более полное использования дорогого сомономера ПФЭПВЭ - (75-90%) с сохранением постоянного состава образующегося сополимера независимо от конверсии ПФЭПВЭ. При этом получаемый сополимер имеет хорошие электрохимические и физико-механические свойства и, соответственно, способность к переработке в мембрану традиционными способами.The technical result is the absence of foaming of the emulsion, which ensures a constant composition of the reactants in the polymerizable system, the possibility of copolymerization at large volume ratios of the phases of PFEPVE-water of the order of 1: 6 (in the prototype 1:12), more complete use of the expensive comonomer PFEPVE - (75-90 %) with maintaining a constant composition of the resulting copolymer, regardless of the conversion of PFEPVE. In this case, the resulting copolymer has good electrochemical and physico-mechanical properties and, accordingly, the ability to process into the membrane by traditional methods.

Свойства полученных сополимеров определяли следующим образом.The properties of the obtained copolymers were determined as follows.

1. Показатель текучести расплава (ПТР) определяли по ГОСТ 11645-73 на пластометре типа ИИРТ-М при 270±0,5°С, нагрузке 2,16 кг, диаметре капилляра 2,095±0,005 мм при времени выдержки образца в экструзионной камере в течение 5 мин.1. The melt flow rate (MFR) was determined according to GOST 11645-73 on an IIRT-M plastometer at 270 ± 0.5 ° C, a load of 2.16 kg, a capillary diameter of 2.095 ± 0.005 mm with a sample holding time in the extrusion chamber for 5 minutes.

2. Эквивалентную массу сополимера (ЭМ) определяли методом ИК Фурье-спектроскопии на образцах прессованных пленок толщиной 0,20±0,05 мм в сульфонилфторидной форме. Измеряли интегральные интенсивности А полос поглощения 2704 см-1 (комбинированная частота колебаний -SO2F-группы) и 2363 см-1 (обертон колебаний -CF2-группы).2. The equivalent mass of the copolymer (EM) was determined by IR Fourier spectroscopy on samples of extruded films with a thickness of 0.20 ± 0.05 mm in sulfonyl fluoride form. The integrated intensities A of the absorption bands of 2704 cm -1 (combined vibration frequency of the -SO 2 F group) and 2363 cm -1 (overtone of vibration of the -CF 2 group) were measured.

ЭМ вычисляли по формуле:EM was calculated by the formula:

ЭМ=446[1+k(А23632704)/А2704],EM = 446 [1 + k (A 2363 -A 2704 ) / A 2704 ],

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

3. Конверсию ПФЭПВЭ вычисляли исходя из величин ЭМ, выхода сополимера (W), количества ПФЭПВЭ, загруженного в реакционную смесь (W1), по формуле:3. The conversion of PFEPVE was calculated based on the values of EM, the yield of the copolymer (W), the amount of PFEPVE loaded into the reaction mixture (W 1 ), according to the formula:

Конверсия ПФЭПВЭ (%)=[446·W·100]/[W1·ЭМ],Conversion of PFEPVE (%) = [446 · W · 100] / [W 1 · EM],

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

4. Мембранный пленочный материал получали из сополимера в сульфофторидной форме методом прессования и экструзии.4. The membrane film material was obtained from the copolymer in sulfofluoride form by pressing and extrusion.

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

G=V·ρ·K,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

K - 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 высыпали на пластину из нержавеющей стали Х18Н10Т с прокладкой из алюминиевой фольги толщиной 100 мкм, разравнивали порошок по ограничителю формы размерами 70×130×0,1 мм, закрывали прокладкой из алюминиевой фольги и массивной пластиной из нержавеющей стали. Форму с сополимером выдерживали при температуре прессования (230-250°С) в течение 15 мин, задавали удельное давление 20,0-23,0 МПа и выдерживали форму под давлением в течение 5 мин. После этого форму с сополимером охлаждали под давлением, сбрасывали давление, вынимали ограничитель с пленкой из формы, охлаждали до комнатной температуры. Получали 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 portion of the copolymer in the form of a powder was poured onto a X18H10T stainless steel plate with a 100 μm thick aluminum foil gasket, the powder was leveled according to the shape limiter with dimensions 70 × 130 × 0.1 mm, and closed with an aluminum foil gasket and a massive stainless steel plate. The form with the copolymer was kept at a pressing temperature (230-250 ° С) for 15 minutes, the specific pressure was set at 20.0-23.0 MPa and the mold was kept under pressure for 5 minutes. After that, the form with the copolymer was cooled under pressure, the pressure was released, the limiter with the film was removed from the mold, cooled to room temperature. A film was 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 difference of not more than 10%.

Методом экструзии пленочный материал получали на лабораторной установке фирмы Scamex (Франция) для переработки фторполимеров с производительностью 0,5-5,0 кг/час. Порошок полученного сополимера сначала перерабатывали в гранулы при 250-270°С и скорости подачи порошка 0,5-1,0 кг/час с использованием съемной фильеры на 1 стренгу. Проводили две повторные грануляции для получения однородных гранул. Были получены гранулы размерами: диаметр гранул 2 мм, длина гранул 2-4 мм. Из гранулированного сополимера Ф-4СФ на этой установке был получен пленочный материал толщиной 200 мкм и шириной 250-300 мм.By extrusion, the film material was obtained at a laboratory installation of Scamex (France) for processing fluoropolymers with a productivity of 0.5-5.0 kg / h. The powder of the obtained copolymer was first processed into granules at 250-270 ° C and a powder feed rate of 0.5-1.0 kg / h using a removable die on 1 strand. Two repeated granulations were performed to obtain uniform granules. Granules were obtained with dimensions: granule diameter 2 mm, granule length 2-4 mm. A film material 200 microns thick and 250-300 mm wide was obtained from the granulated copolymer F-4SF at this installation.

5. Перевод мембранного пленочного сополимера в сульфокислотную форму.5. Translation of the membrane film copolymer into sulfonic acid form.

Пленку из сополимера в сульфофторидной форме, полученную методами прессования или экструзии (толщина 100-200 мкм), помещали в сосуд с 15% раствором гидроксида калия (натрия) в смешанном растворителе диметилсульфоксид (ДМСО) - дистиллированная вода (массовое отношение ДМСО - вода=35:50) и подвергали гидролизу при 80°С в течение 5 ч. Массовое отношение сополимер - раствор щелочи = 1:10. После гидролиза удаляли раствор щелочи, мембрану промывали порциями деионизированной воды (из расчета 100 мл воды на 1 г сополимера) в течение 30 мин после каждой промывки. Процесс повторяли до нейтральной реакции промывных вод, получая мембрану в щелочной форме.A copolymer film in sulfofluoride form, obtained by pressing or extrusion (thickness 100-200 μm), was placed in a vessel with a 15% solution of potassium hydroxide (sodium) in a mixed solvent dimethyl sulfoxide (DMSO) - distilled water (mass ratio DMSO - water = 35 : 50) and subjected to hydrolysis at 80 ° C for 5 hours. Mass ratio copolymer - alkali solution = 1:10. After hydrolysis, the alkali solution was removed, the membrane was washed with portions of deionized water (based on 100 ml of water per 1 g of copolymer) for 30 min after each washing. The process was repeated until the washings were neutral, obtaining the membrane in an alkaline form.

Полноту гидролиза сульфонилфторидных групп сополимера проверяли методом FTIR-спектроскопии на приборе Bruker Tensor 27 по исчезновению полосы поглощения -SO2F-групп в области 1470 см-1.The completeness of the hydrolysis of the sulfonyl fluoride groups of the copolymer was checked by FTIR spectroscopy on a Bruker Tensor 27 instrument by the disappearance of the absorption band of -SO 2 F groups in the region of 1470 cm -1 .

Перевод щелочных групп сополимера в кислотную форму -SO3H проводят путем обработки мембраны 2-3 порциями 10-15% раствора азотной кислоты в течение 2 ч при комнатной температуре. После каждой обработки кислотой проводят промывку мембраны 2-3 порциями дистиллированной воды до нейтральной реакции промывных вод. В результате получают катионообменную мембрану в -SO3H форме.The alkali groups of the copolymer are converted into the -SO 3 H acid form by treating the membrane with 2-3 portions of a 10-15% nitric acid solution for 2 hours at room temperature. After each acid treatment, the membrane is washed with 2-3 portions of distilled water until the washings are neutral. The result is a cation exchange membrane in -SO 3 H form.

6. Равновесное содержание воды в мембране (водопоглощение) определяли следующим образом. Мембрану в -SO3H форме выдерживали в дистиллированной воде при 25°С в течение 24 ч. Определяли массу влажной мембраны (W2), после чего высушивали ее в вакууме при 70°С до постоянной массы (W3). Определяли влагосодержание мембраны (Cw) по формуле:6. The equilibrium water content in the membrane (water absorption) was determined as follows. The membrane in the -SO 3 H form was kept in distilled water at 25 ° C for 24 hours. The mass of the wet membrane (W 2 ) was determined, and then it was dried in vacuum at 70 ° C to constant weight (W 3 ). Determined the moisture content of the membrane (C w ) by the formula:

Cw(%)=(W2-W3)·100/W2.C w (%) = (W 2 -W 3 ) 100 / W 2 .

7. Испытание механических свойств гидратированных мембран в условиях равновесного набухания (выдержка мембраны в -SO3H форме в дистиллированной воде при 25°С в течение 24 ч) проводили на универсальной установке для механических испытаний UTS 10 (Германия) на образцах, представляющих собой лопаточки размерами рабочей части 20×3,5 мм толщиной 0,1 или 0,2 мм, при скорости растяжения образцов 10 мм/мин. Испытания проводили при температуре 25°С, измеряя предел прочности при растяжении (σp), модуль упругости (Е) и относительное удлинение при разрыве (ε).7. Testing the mechanical properties of hydrated membranes under conditions of equilibrium swelling (holding the membrane in -SO 3 H form in distilled water at 25 ° C for 24 hours) was carried out on a universal mechanical testing machine UTS 10 (Germany) on samples representing spatulas the dimensions of the working part are 20 × 3.5 mm with a thickness of 0.1 or 0.2 mm, with a tensile speed of the samples of 10 mm / min. The tests were carried out at a temperature of 25 ° C, measuring tensile strength (σ p ), elastic modulus (E) and elongation at break (ε).

8. Удельную электропроводность мембран (σн) в состоянии равновесного насыщения водой при 20°С измеряли методом импендансметрии на импендансметре Z-3000Х фирмы «Элинс» с помощью ячейки с электродами из нержавеющей стали по четырехэлектродной схеме в диапазоне частот 100-100000 Гц. Расчет удельной электропроводности проводили по формуле:8. The electrical conductivity of the membranes (σ n ) in the state of equilibrium saturation with water at 20 ° С was measured by the impendance method on an Elins impedance meter Z-3000X using a cell with stainless steel electrodes according to a four-electrode circuit in the frequency range 100-100000 Hz. The conductivity was calculated using the formula:

σн=L/(Rcp·h·b),σ n = L / (R cp · h · b),

где: L - расстояние между электродами напряжения измерительной ячейки, см (L=1,77 см - паспортные данные измерительной ячейки);where: L is the distance between the voltage electrodes of the measuring cell, cm (L = 1.77 cm is the passport data of the measuring cell);

h - средняя толщина мембраны, см;h is the average thickness of the membrane, cm;

b - средняя ширина мембраны, см;b is the average width of the membrane, cm;

Rcp - сопротивление мембраны, Ом.R cp is the membrane resistance, Ohm.

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

Пример 1.Example 1

Стадию предварительного эмульгирования ПФЭПВЭ в воде, содержащей перфторированное поверхностно-активное вещество (ПАВ), проводят в реакторе (колбе) объемом 2 л, снабженном якорной мешалкой. В реактор загружают 25,7 г (2,58% от массы ПФЭПВЭ) перфторнонаата аммония, растворенного в 558 г воды, и добавляют 558 мл (995,8 г) ПФЭПВЭ. Объемное соотношение ПФЭПВЭ: вода составляет 1: 1 (массовое соотношение ПФЭПВЭ: вода составляет 1,78: 1). Реактор вакуумируют, продувают аргоном и производят диспергирование ПФЭПВЭ при скорости перемешивания 450 об/мин при одновременном ультразвуковом воздействии в течение 30 мин.The stage of preliminary emulsification of PFEPVE in water containing a perfluorinated surface-active substance (surfactant) is carried out in a 2 L reactor (flask) equipped with an anchor mixer. 25.7 g (2.58% by weight of PFEPVE) of ammonium perfluorononate dissolved in 558 g of water are charged to the reactor, and 558 ml (995.8 g) of PFEPVE are added. The volume ratio of PFEPVE: water is 1: 1 (the mass ratio of PFEPVE: water is 1.78: 1). The reactor is evacuated, purged with argon, and PFEPVE is dispersed at a stirring speed of 450 rpm with simultaneous ultrasonic action for 30 minutes.

Далее в предварительно обработанный 3% водным раствором пероксида водорода при 90°С автоклав из нержавеющей стали объемом 5 л загружают расчетное количество растворенных в воде компонентов инициирующей системы и регуляторов рН. Количество воды определяется соответствующим модулем ванны (порядка 1:5, 1:6 по объему). Автоклав продувают аргоном, перегружают в него приготовленную предэмульгированием эмульсию ПФЭПВЭ, продувают реактор последовательно аргоном и ТФЭ.Next, in a pre-treated with a 3% aqueous hydrogen peroxide solution at 90 ° C, a 5 liter stainless steel autoclave is charged with the calculated amount of the components of the initiating system and pH regulators dissolved in water. The amount of water is determined by the corresponding module of the bath (about 1: 5, 1: 6 by volume). The autoclave is purged with argon, the emulsion PFEPVE prepared by pre-emulsification is loaded into it, the reactor is purged sequentially with argon and TFE.

После завершения загрузки и продувок нагревают реактор до рабочей температуры 50°С и одновременно повышают давление ТФЭ до рабочего (0,7 МПа), проводя процесс при скорости вращения мешалки реактора 300 об/мин.After loading and purging is completed, the reactor is heated to a working temperature of 50 ° C and at the same time the TFE pressure is increased to a working pressure (0.7 MPa), carrying out the process at a reactor stirrer speed of 300 rpm.

Далее проводят процесс сополимеризации ТФЭ с ПФЭПВЭ, поддерживая постоянное давление в реакторе 0,7 МПа. Одновременно фиксируют падение давления в баллоне ТФЭ объемом 40 л.Next, the process of copolymerization of TFE with PFEPVE is carried out, maintaining a constant pressure in the reactor of 0.7 MPa. At the same time, a pressure drop is recorded in a TFE cylinder with a volume of 40 liters.

Время сополимеризации составляло 264 мин.The copolymerization time was 264 minutes.

За время реакции израсходовано 1034,4 г ТФЭ.During the reaction spent 1034.4 g of TFE.

Получено 5547 г латекса.Received 5547 g of latex.

Полимер из латекса вымораживали, выделившийся сополимер многократно промывали водой при температуре 90°С до отсутствия в промывных водах перфторированного ПАВ, определяемого спектрометрически. Расход воды на промывку составлял 39,9 л на 1 кг полученного сополимера.The latex polymer was frozen, the copolymer released was repeatedly washed with water at a temperature of 90 ° C until there was no perfluorinated surfactant in the wash water, which was determined spectrometrically. The water consumption for washing was 39.9 l per 1 kg of the obtained copolymer.

Масса сухого сополимера -1838 г.The mass of the dry copolymer -1838

Эквивалентная масса сополимера - 990.The equivalent weight of the copolymer is 990.

Конверсия по ПФЭПВЭ - 83,2%.Conversion by PFEPVE - 83.2%.

ПТР (270°С, 21,2 Н, 2,095 мм) - 3,6 г/10 мин.MFI (270 ° C, 21.2 N, 2.095 mm) - 3.6 g / 10 min.

Характеристики полученной из сополимера мембраны в сульфокислотной форме при 20°С:Characteristics of a sulfonic acid-derived membrane obtained from a copolymer at 20 ° C:

- содержание воды 17,5%;- water content of 17.5%;

- удельная электропроводность 0,105 См/см;- specific conductivity 0.105 S / cm;

- предел прочности при растяжении 17,5 МПа;- tensile strength 17.5 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 75%;- elongation at break 75%;

- модуль упругости 135 МПа.- modulus of elasticity 135 MPa.

Пример 2.Example 2

Отличается от примера 1 тем, что процесс вели при постоянном давлении ТФЭ в реакторе, равном 0,5 МПа.It differs from example 1 in that the process was conducted at a constant pressure of TFE in the reactor equal to 0.5 MPa.

Время сополимеризации составляло 253 мин.The copolymerization time was 253 minutes.

За время реакции израсходовано 652,6 г ТФЭ.During the reaction, 652.6 g of TFE was consumed.

Получено 5165,2 г латекса.Received 5165.2 g of latex.

Расход воды на промывку составлял 40,1 л на 1 кг полученного сополимера.The water consumption for washing was 40.1 l per 1 kg of the obtained copolymer.

Масса сухого сополимера - 1400 г.The dry weight of the copolymer is 1400 g.

Эквивалентная масса сополимера - 825.The equivalent weight of the copolymer is 825.

Конверсия по ПФЭПВЭ - 76%.Conversion by PFEPVE - 76%.

ПТР (270°С, 21,2 Н, 2,095 мм) - более 100 г/10 мин.MFI (270 ° C, 21.2 N, 2.095 mm) - more than 100 g / 10 min.

Характеристики мембраны при 20°С:Membrane characteristics at 20 ° С:

- содержание воды 20,5%;- water content of 20.5%;

- удельная электропроводность 0,12 См/см;- specific conductivity 0.12 S / cm;

- предел прочности при растяжении 11,0 МПа;- tensile strength 11.0 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 120%;- elongation at break of 120%;

- модуль упругости 95 МПа.- modulus of elasticity 95 MPa.

Пример 3.Example 3

Отличается от примера 1 тем, что процесс вели при постоянном давлении ТФЭ в реакторе, равном 0,6 МПа.It differs from example 1 in that the process was conducted at a constant TFE pressure in the reactor equal to 0.6 MPa.

Время сополимеризации составляло 268 мин.The copolymerization time was 268 minutes.

За время реакции израсходовано 931,3 г ТФЭ.During the reaction, 931.3 g of TFE was consumed.

Получено 5448 г латекса.Received 5448 g of latex.

Расход воды на промывку составлял 39,8 л на 1 кг полученного сополимера.The flushing water flow rate was 39.8 L per 1 kg of the obtained copolymer.

Масса сухого сополимера - 1801 г.The mass of the dry copolymer - 1801

Эквивалентная масса сополимера - 925.The equivalent weight of the copolymer is 925.

Конверсия по ПФЭПВЭ - 87,3%.Conversion by PFEPVE - 87.3%.

ПТР (270°С, 21,2 Н, 2,095 мм) - 25,6 г/10 мин.MFI (270 ° C, 21.2 N, 2.095 mm) - 25.6 g / 10 min.

Характеристики мембраны при 20°С:Membrane characteristics at 20 ° С:

- содержание воды 18,5%;- water content of 18.5%;

- удельная электропроводность 0,11 См/см;- specific conductivity 0.11 S / cm;

- предел прочности при растяжении 14,0 МПа;- tensile strength 14.0 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 85%;- elongation at break of 85%;

- модуль упругости 120 МПа.- modulus of elasticity 120 MPa.

Пример 4.Example 4

Отличается от примера 1 тем, что процесс вели при постоянном давлении ТФЭ в реакторе 0,6 МПа, а рабочая температура составляет 55°С.It differs from example 1 in that the process was conducted at a constant TFE pressure in the reactor of 0.6 MPa, and the operating temperature was 55 ° C.

Время сополимеризации составляло 190 мин.The copolymerization time was 190 minutes.

За время реакции израсходовано 1027 г ТФЭ.During the reaction spent 1027 g of TFE.

Получено 5403 г латекса.Received 5403 g of latex.

Расход воды на промывку составлял 38,9 л на 1 кг полученного сополимера.The water consumption for washing was 38.9 l per 1 kg of the obtained copolymer.

Масса сухого сополимера - 1798 г.The mass of the dry copolymer - 1798

Эквивалентная масса сополимера - 1040.The equivalent weight of the copolymer is 1040.

Конверсия по ПФЭПВЭ - 77,4%.Conversion by PFEPVE - 77.4%.

ПТР (270°С, 21,2 Н, 2,095 мм) - 5,5 г/10 мин.MFI (270 ° C, 21.2 N, 2.095 mm) - 5.5 g / 10 min.

Характеристики мембраны при 20°С:Membrane characteristics at 20 ° С:

- содержание воды 16,5%;- water content of 16.5%;

- удельная электропроводность 0,10 См/см;- specific conductivity 0.10 S / cm;

- предел прочности при растяжении 16,0 МПа;- ultimate tensile strength 16.0 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 83%;- elongation at break 83%;

- модуль упругости 125 МПа. - modulus of elasticity 125 MPa.

Пример 5.Example 5

Отличается от примера 4 тем, что процесс проводили при рабочей температуре в реакторе 45°С.It differs from example 4 in that the process was carried out at a working temperature in the reactor of 45 ° C.

Время сополимеризации составляло 280 мин.The copolymerization time was 280 minutes.

За время реакции израсходовано 1028 г ТФЭ.During the reaction spent 1028 g of TFE.

Получено 5378 г латекса.Received 5378 g of latex.

Расход воды на промывку составлял 38,5 л на 1 кг полученного сополимера.The water consumption for washing was 38.5 l per 1 kg of the obtained copolymer.

Масса сухого сополимера - 1775 г.The mass of the dry copolymer - 1775

Эквивалентная масса сополимера - 1060.The equivalent mass of the copolymer is 1060.

Конверсия по ПФЭПВЭ - 75%.Conversion by PFEPVE - 75%.

ПТР (270°С, 21,2 Н, 2,095 мм) - 17 г/10 мин.MFI (270 ° C, 21.2 N, 2.095 mm) - 17 g / 10 min.

Характеристики мембраны при 20°С:Membrane characteristics at 20 ° С:

- содержание воды 16,4%;- water content of 16.4%;

- удельная электропроводность 0,10 См/см;- specific conductivity 0.10 S / cm;

- предел прочности при растяжении 16,1 МПа;- tensile strength 16.1 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 82%;- elongation at break 82%;

- модуль упругости 126 МПа.- modulus of elasticity 126 MPa.

Пример 6 (три варианта).Example 6 (three options).

Синтез, выделение сополимера из латекса и исследование его свойств проводили так же, как в примере 1, но в отличие от предыдущих примеров процесс останавливали при различных количествах прореагировавшего ТФЭ и в каждом случае определяли выход сополимера, конверсию ПФЭПВЭ и ЭМ сополимера. Другие характеристики измеряли только для сополимера, полученного при максимальной загрузке ТФЭ.The synthesis, isolation of the copolymer from latex and the study of its properties was carried out in the same way as in Example 1, but unlike the previous examples, the process was stopped with various amounts of reacted TFE and in each case the yield of the copolymer, the conversion of PFEPVE and EM copolymer were determined. Other characteristics were measured only for the copolymer obtained at maximum TFE loading.

Рецептура:Recipe:

ПФЭПВЭ 995,8 г.PFEPVE 995.8 g.

ТФЭ: вариант 1 - 288 г, вариант 2 - 708 г, вариант 3 - 1314 г.TFE: option 1 - 288 g, option 2 - 708 g, option 3 - 1314

Процесс проводили при 50°С и давлении ТФЭ 0,7 МПа в течение 60 мин (вариант 1), 150 мин (вариант 2), 270 мин (вариант 3).The process was carried out at 50 ° C and a TFE pressure of 0.7 MPa for 60 min (option 1), 150 min (option 2), 270 min (option 3).

Выход сополимера составлял 487 г (вариант 1), 1206 г (вариант 2), 2210 г (вариант 3).The copolymer yield was 487 g (option 1), 1206 g (option 2), 2210 g (option 3).

Конверсия ПФЭПВЭ 20,1% (вариант 1), 49,9% (вариант 2), 90% (вариант 3).Conversion of PFEPVE 20.1% (option 1), 49.9% (option 2), 90% (option 3).

Характеристики сополимера:Characteristics of the copolymer:

эквивалентная масса: 1090 (вариант 1), 1080 (вариант 2), 1100 (вариант 3);equivalent weight: 1090 (option 1), 1080 (option 2), 1100 (option 3);

ПТР: 3,5 г/10 мин (2,16 кг; 270°С; 2,095 мм).MFI: 3.5 g / 10 min (2.16 kg; 270 ° C; 2.095 mm).

Характеристики мембраны при 20°С:Membrane characteristics at 20 ° С:

- содержание воды 16,5%;- water content of 16.5%;

- удельная электропроводность 100 См/см;- electrical conductivity of 100 S / cm;

- предел прочности при растяжении 17,5 МПа;- tensile strength 17.5 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 70%;- elongation at break 70%;

- модуль упругости 135 МПа.- modulus of elasticity 135 MPa.

Пример 7 (по прототипу).Example 7 (prototype).

В стеклянный стакан емкостью 300 см3 загружали 100 см3 предварительно продутой азотом дистиллированной воды и растворяли 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 загружали 17.9 г ПФЭПВЭ, вводили рабочий элемент гомогенизатора, над поверхностью приготовленной смеси подали ток азота и включили вращение ротора гомогенизатора со скоростью 10000 об/мин. Эмульгирование прекратили через 15 мин и оставили 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 charged 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 was loaded into the resulting solution, a homogenizer working element was introduced, a nitrogen current was applied over the surface of the prepared mixture, and the rotation of the homogenizer rotor was turned on at a speed of 10,000 rpm. Emulsification was stopped after 15 minutes and the resulting emulsion was left under a stream of nitrogen for 30 minutes to settle the foam.

Одновременно провели подготовку реактора объемом 200 см3 для сополимеризации. Реактор последовательно вакуумировали и заполняли ТФЭ до давления 0.05 МПа. Эту операцию проводили три раза. Полученную эмульсию загрузили в реактор и в течение 30 мин продували азотом. В реактор загрузили 0.045 г (0.25% от массы ПФЭПВЭ) метабисульфита натрия, растворенного в 20 см3 дегазированной дистиллированной воды, реактор закрыли и подали ТФЭ до давления 0.1 МПа. Затем давление снизили до атмосферного и снова подали ТФЭ до давления 0.1 МПа. Такую операцию проводили три раза. После этого реакционную массу нагрели до 40°С, установили рабочее давление ТФЭ (0.52 МПа) и вели процесс в течение 5 ч при постоянной подпитке ТФЭ. Подпитки производили при снижении давления ТФЭ на 0.02 МПа. За время реакции поглощено 15.43 г ТФЭ.At the same time, a 200 cm 3 reactor was prepared for copolymerization. The reactor was successively evacuated and filled with TFE to a pressure of 0.05 MPa. This operation was performed three times. The resulting emulsion was loaded into the reactor and purged with nitrogen for 30 minutes. 0.045 g (0.25% by weight of PFEPVE) of sodium metabisulfite dissolved in 20 cm 3 of degassed distilled water was loaded into the reactor, the reactor was closed and TFE was fed to a pressure of 0.1 MPa. Then the pressure was reduced to atmospheric and TFE was applied again to a pressure of 0.1 MPa. This operation was performed three times. After this, the reaction mass was heated to 40 ° С, the working pressure of TFE was established (0.52 MPa), and the process was conducted for 5 hours with constant feeding of TFE. Make-up was carried out with a decrease in TFE pressure of 0.02 MPa. During the reaction, 15.43 g of TFE was absorbed.

После завершения процесса реакционную массу охлаждали до комнатной температуры, производили сдувку ТФЭ, полученный латекс выгрузили, скоагулировали, добавляя 50 мл концентрированной соляной кислоты. Выделившийся сополимер отделяли от жидкой фазы на воронке Бюхнера, несколько раз промывали водой, а затем поместили в стакан и при интенсивном перемешивании промыли смесью (эмульсией) хлороформа и воды, после чего сополимер отделили от жидкой фазы на воронке Бюхнера. Описанные процедуры провели три раза.After completion of the process, the reaction mass was cooled to room temperature, TFE was blown off, the resulting latex was unloaded, coagulated by adding 50 ml of concentrated hydrochloric acid. The released copolymer was separated from the liquid phase on a Buchner funnel, washed several times with water, then placed in a glass and washed with a mixture (emulsion) of chloroform and water with vigorous stirring, after which the copolymer was separated from the liquid phase on a Buchner funnel. The described procedures were performed three times.

Всего на промывку сополимера израсходовали 51 л воды в расчете на 1 кг сополимера.In total, 51 l of water per 1 kg of copolymer was used up for washing the copolymer.

Промытый сополимер сушили на воздухе при комнатной температуре в течение 16 ч, а затем в вакууме при 100°С.The washed copolymer was dried in air at room temperature for 16 hours, and then in vacuo at 100 ° C.

Масса сухого сополимера - 31,3 г.The dry weight of the copolymer is 31.3 g.

Эквивалентная масса сополимера - 1010.The equivalent mass of the copolymer is 1010.

Конверсия по ПФЭПВЭ - 77%.Conversion by PFEPVE - 77%.

ПТР (270°С, 21,2 Н, 2,095 мм) - 27 г/10 мин.MFI (270 ° C, 21.2 N, 2.095 mm) - 27 g / 10 min.

Характеристики мембраны при 20°С:Membrane characteristics at 20 ° С:

- содержание воды 15,2%;- water content of 15.2%;

- удельная электропроводность 0,12 См/см;- specific conductivity 0.12 S / cm;

- предел прочности при растяжении 14,1 МПа;- tensile strength 14.1 MPa;

- относительное удлинение при разрыве 88%;- elongation at break 88%;

- модуль упругости 130 МПа.- modulus of elasticity 130 MPa.

Основные результаты, сведенные в таблицах 1 и 2, и их сопоставление показывают, что предлагаемая технология позволяет достигнуть существенного улучшения основных показателей процесса при сополимеризации ПФЭПВЭ с ТФЭ в эмульсии по сравнению с прототипом.The main results are summarized in tables 1 and 2, and their comparison shows that the proposed technology allows to achieve a significant improvement in the main process indicators during the copolymerization of PFEPVE with TFE in the emulsion compared to the prototype.

Так, например, достигнута более высокая конверсия сульфосодержащего сополимера (примеры 1, 3, 6); повышена производительность реактора практически в два раза за счет увеличения соотношения ПФЭПВЭ/вода в эмульсионной полимеризационной системе; показана возможность нормального ведения процесса эмульсионной сополимеризации при увеличенной доле ПФЭПВЭ в эмульсионной системе в два раза; удается избежать пенообразования в процессе предэмульгирования и сополимеризации, что позволяет избежать осложнений при сополимеризации.So, for example, a higher conversion of sulfonated copolymer is achieved (examples 1, 3, 6); the reactor productivity is almost doubled due to an increase in the PFEPVE / water ratio in the emulsion polymerization system; the possibility of the normal conduct of the process of emulsion copolymerization with an increased proportion of PFEPVE in the emulsion system is doubled; it is possible to avoid foaming during pre-emulsification and copolymerization, which avoids complications during copolymerization.

Удалось снизить количество промывных вод на ~15% при использовании новой технологии и другого способа коагуляции латекса.It was possible to reduce the amount of wash water by ~ 15% when using new technology and another method of coagulation of latex.

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Claims (6)

1. Способ получения перфторированного сополимера, содержащего функциональные группы, эмульсионной сополимеризацией тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира с использованием радикального инициатора и соли перфторкарбоповой кислоты в качестве стабилизатора эмульсии, включающий стадию предварительного эмульгирования, отличающийся тем, что стадию предварительного эмульгирования перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира в водном растворе перфторированного поверхностно-активного вещества проводят, предпочтительно, методом ультразвукового воздействия в токе инертного газа при объемном соотношении фаз мономер/вода, равном, предпочтительно, 1:1, с последующим переводом эмульсии в среде инертного газа в автоклав, содержащий воду с растворенными компонентами инициатора и регулятора рН, после чего включают подачу тетрафторэтилена, якорную мешалку и проводят сополимеризацию с образованием латекса, который затем подвергают коагулированию.1. A method of producing a perfluorinated copolymer containing functional groups by emulsion copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether using a radical initiator and a salt of perfluorocarbic acid as an emulsion stabilizer, comprising a pre-emulsification step, characterized in that the pre-emulsifier is 2 fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether in an aqueous solution of perfluorinated surfactant pr preferably, by ultrasonic treatment in an inert gas stream at a volume ratio of monomer / water phases equal to, preferably, 1: 1, followed by transfer of the emulsion in an inert gas medium into an autoclave containing water with dissolved components of the initiator and pH regulator, after which include the supply of tetrafluoroethylene, an anchor stirrer and copolymerization with the formation of latex, which is then subjected to coagulation. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что воду с растворенными компонентами инициатора и регулятора рН берут в количестве, позволяющем достичь соотношение фаз перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвиниловый эфир : вода в реакторе 1:6 по объему.2. The method according to claim 1, characterized in that the water with the dissolved components of the initiator and the pH regulator is taken in an amount that allows to achieve a phase ratio of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether: water in the reactor 1: 6 by volume. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сополимеризацию тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира проводят при постоянном давлении тетрафторэтилена, выбранном в интервале 0,5-0,7 МПа, в течение 190-280 мин и постоянной температуре, выбранной в интервале 45-55°С.3. The method according to claim 1, characterized in that the copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether is carried out at a constant pressure of tetrafluoroethylene, selected in the range of 0.5-0.7 MPa, for 190-280 minutes and a constant temperature selected in the range of 45-55 ° C. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулирование эквивалентной массы и показателя текучести расплава сополимера достигается изменением давления тетрафторэтилена и температуры сополимеризации.4. The method according to claim 1, characterized in that the regulation of the equivalent mass and melt flow index of the copolymer is achieved by changing the pressure of tetrafluoroethylene and the copolymerization temperature. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс сополимеризации тетрафторэтилена и перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира проводят до степени превращения перфтор-2-фторсульфонилэтоксипропилвинилового эфира не выше 90%, сохраняя постоянство состава сополимера, т.е. его эквивалентную массу.5. The method according to claim 1, characterized in that the copolymerization of tetrafluoroethylene and perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether is carried out to a degree of conversion of perfluoro-2-fluorosulfonylethoxypropyl vinyl ether not higher than 90%, while maintaining the composition of the copolymer constant, i.e. its equivalent mass. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что полученный латекс коагулируют вымораживанием, отмывание фторированного эмульгатора и непрореагировавшего мономера проводят с использованием воды, нагретой до 80-90°С. 6. The method according to claim 1, characterized in that the obtained latex is coagulated by freezing, washing the fluorinated emulsifier and unreacted monomer is carried out using water heated to 80-90 ° C.
RU2011104279/04A 2011-02-07 2011-02-07 Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation RU2454431C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011104279/04A RU2454431C1 (en) 2011-02-07 2011-02-07 Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011104279/04A RU2454431C1 (en) 2011-02-07 2011-02-07 Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2454431C1 true RU2454431C1 (en) 2012-06-27

Family

ID=46681883

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011104279/04A RU2454431C1 (en) 2011-02-07 2011-02-07 Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2454431C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771278C2 (en) * 2017-09-01 2022-04-29 ЭйДжиСи Инк. Polymer containing fluorosulfonyl group or sulfonic acid group, its production method and its use

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3528954A (en) * 1967-10-30 1970-09-15 Du Pont Process for homopolymerization of tetrafluoroethylene and copolymerization of same with fluoro co-monomers in the solvent 1,1,2 - trichloro - 1,2,2 - trifluoroethane
US3642742A (en) * 1969-04-22 1972-02-15 Du Pont Tough stable tetrafluoroethylene-fluoroalkyl perfluorovinyl ether copolymers
SU1233804A3 (en) * 1979-05-31 1986-05-23 Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся (Фирма) Method of producing fluorinated copolymer
US5608022A (en) * 1993-10-12 1997-03-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Perfluorocarbon copolymer containing functional groups and a method for producing it
RU2138515C1 (en) * 1997-12-17 1999-09-27 Горбатенко Игорь Викторович Method for production of fluorocarbon polymers with functional sulfonylfluoride groups
US6602968B1 (en) * 1999-03-02 2003-08-05 Paul Gregory Bekiarian Free radical polymerization method for fluorinated copolymers
RU2230075C1 (en) * 2002-12-10 2004-06-10 Открытое акционерное общество "Пластполимер" Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions
RU2348649C1 (en) * 2007-12-20 2009-03-10 Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3528954A (en) * 1967-10-30 1970-09-15 Du Pont Process for homopolymerization of tetrafluoroethylene and copolymerization of same with fluoro co-monomers in the solvent 1,1,2 - trichloro - 1,2,2 - trifluoroethane
US3642742A (en) * 1969-04-22 1972-02-15 Du Pont Tough stable tetrafluoroethylene-fluoroalkyl perfluorovinyl ether copolymers
SU1233804A3 (en) * 1979-05-31 1986-05-23 Асахи Касеи Когио Кабусики Кайся (Фирма) Method of producing fluorinated copolymer
US5608022A (en) * 1993-10-12 1997-03-04 Asahi Kasei Kogyo Kabushiki Kaisha Perfluorocarbon copolymer containing functional groups and a method for producing it
RU2138515C1 (en) * 1997-12-17 1999-09-27 Горбатенко Игорь Викторович Method for production of fluorocarbon polymers with functional sulfonylfluoride groups
US6602968B1 (en) * 1999-03-02 2003-08-05 Paul Gregory Bekiarian Free radical polymerization method for fluorinated copolymers
RU2230075C1 (en) * 2002-12-10 2004-06-10 Открытое акционерное общество "Пластполимер" Method of producing perfluorinated copolymers with sulfonylfluoride functions
RU2348649C1 (en) * 2007-12-20 2009-03-10 Институт катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771278C2 (en) * 2017-09-01 2022-04-29 ЭйДжиСи Инк. Polymer containing fluorosulfonyl group or sulfonic acid group, its production method and its use

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1165624B1 (en) Free radical polymerization method for fluorinated copolymers
US4940525A (en) Low equivalent weight sulfonic fluoropolymers
JP5577411B2 (en) Perfluoro ion exchange resin, its preparation and use
EP1323751B1 (en) Polymerization process of sulphonic monomers
CN113717310B (en) Perfluoro ion exchange resin with high-efficiency ion transmission channel and preparation method thereof
EP2946426B1 (en) Method of fabricating an electrolyte material
US4626553A (en) Cation exchange membrane of a fluorocarbon polymer and a process for preparing the same
CN104877056B (en) Polyvinyl chloride resin preparing method capable of reducing membranes of surfaces of particles and improving porosity
RU2348649C1 (en) Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups
RU2454431C1 (en) Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation
JP5486693B2 (en) High exchange capacity perfluorinated ion exchange resin, method for its preparation and use
RU2450023C1 (en) Method of producing perfluorinated perfluoroethylene copolymer containing sulphonyl fluoride functional groups
CN101328235B (en) Preparation of modified teflon resin
RU2545182C1 (en) Method of producing copolymer of tetrafluoroethylene with 2-fluorosulphonyl perfluoroethylvinyl ether - proton-conducting membrane precursor - by emulsion copolymerisation
CN115991817B (en) Phosphonic acid sulfonic acid copolymer ion exchange membrane and preparation method thereof
EP3643728B1 (en) Methods for producing fluorinated polymer, fluorinated polymer having functional group and electrolyte membrane
CN116284538A (en) Perfluorinated sulfonic acid resin, preparation method and application thereof
RU2820658C1 (en) Obtaining stabilized copolymer for proton-conducting membranes
RU2671812C1 (en) Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes
JP2006083342A (en) Method for producing perfluorocarbon polymer bearing sulfonic acid type functional group and method for producing ion exchanging membrane
RU2138515C1 (en) Method for production of fluorocarbon polymers with functional sulfonylfluoride groups
JPH06199958A (en) Production of perfluorocarbon polymer having sulfonic acid-type functional group
CA2958922A1 (en) Block perfluorosulfonic acid ionomer for improved fuel cell performance
CN116217780A (en) Preparation method of perfluoropolymer and application of perfluoropolymer in ion exchange membrane
CN115677903A (en) High-fluorine rubber sealing material and preparation method thereof

Legal Events

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

Effective date: 20210208