RU2671812C1 - Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes - Google Patents

Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes Download PDF

Info

Publication number
RU2671812C1
RU2671812C1 RU2018122550A RU2018122550A RU2671812C1 RU 2671812 C1 RU2671812 C1 RU 2671812C1 RU 2018122550 A RU2018122550 A RU 2018122550A RU 2018122550 A RU2018122550 A RU 2018122550A RU 2671812 C1 RU2671812 C1 RU 2671812C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
perfluoro
fluoride
copolymer
microemulsion
oxapentenesulfonyl
Prior art date
Application number
RU2018122550A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Степанович Иванчев
Алексей Сергеевич Одиноков
Олег Николаевич Примаченко
Валерий Петрович Тюльманков
Елена Анатольевна Мариненко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук
Priority to RU2018122550A priority Critical patent/RU2671812C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2671812C1 publication Critical patent/RU2671812C1/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
    • C08F214/26Tetrafluoroethene

Landscapes

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

Abstract

FIELD: chemistry.SUBSTANCE: invention relates to the field of the chemistry of high-molecular compounds. Method of obtaining a perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as a precursor of perfluorinated proton-conducting membranes by emulsion copolymerization consists in preparing an aqueous microemulsion of the first comonomer – perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride with an average particle size of 1,000 nm by the method of ultrasonic dispersion in an atmosphere of inert gas at a temperature of 20 °C with the volume ratio of the phases of comonomer: water 1:6–1:12 (monomer concentration of perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride 22.2–12.8 wt.%, 13.5–7.8 % by volume) in the presence of an emulsifier – perfluorinated surfactant in an amount of 2–3 wt. % relative to the comonomer perfluoro-3-oxapentenesulfonyl, component of the water-soluble redox system – potassium or ammonium persulfate in the amount of 0.85–1.2 wt. % relative to perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride and pH regulator to pH 7–8, then the microemulsion is loaded into the reactor in an inert gas atmosphere, the reactor is flushed with a second comonomer – tetrafluoroethylene to a pressure of 0.1 MPa, the microemulsion is stirred at 100 rpm and heated to an operating temperature of 40–50 °C, add another component of a water-soluble redox system – sodium metabisulfite in the amount of 0.26–0.30 wt. % relative to perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride, a redox system of two components is formed in a microemulsion, the stirring speed is set to 450 rpm and the copolymerization is carried out by feeding tetrafluoroethylene directly into the microemulsion by bubbling at a working pressure of tetrafluoroethylene 0.9–1.1 MPa with constant stirring of the reaction medium for 4.5–6.5 h with the formation of latex, the copolymerization process is completed with the conversion of perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride of 90–92 %, the latex is subjected to coagulation by freezing, followed by separation of the target copolymer from the liquid phase by filtration, the copolymer is washed from the starting materials with deionized water at 80–90 °C and dry under vacuum. Proposed technology allows to carry out the process of copolymerization to deep degrees of transformation of the first comonomer (more than 90 %) while maintaining the constancy of the composition of the resulting copolymer, regardless of the degree of conversion of the comonomer.EFFECT: mechanical properties of the resulting sulfonic acid membranes are not inferior to the mechanical properties of extruded unmodified Aquivion E-87membranes of Solvay Solexis brand.5 cl, 7 ex

Description

Заявляемое изобретение относится к области химии высокомолекулярных соединений, конкретно к получению прекурсоров протонопроводящих мембран - перфторированных сополимеров с укороченной длиной боковых цепей, содержащих сульфонилфторидные группы, с улучшенными эксплуатационными свойствами. Мембраны на основе сополимеров этого типа отличаются повышенной кристалличностью, химической и термической стойкостью, хорошими прочностными и повышенными электрохимическими свойствами и могут применяться в водородных топливных элементах с более высокой температурой эксплуатации, чем стандартные мембраны Нафион.The claimed invention relates to the field of chemistry of macromolecular compounds, specifically to the preparation of proton conducting membrane precursors — perfluorinated copolymers with shortened side chain lengths containing sulfonyl fluoride groups, with improved performance properties. Membranes based on copolymers of this type are characterized by increased crystallinity, chemical and thermal resistance, good strength and increased electrochemical properties and can be used in hydrogen fuel cells with a higher operating temperature than standard Nafion membranes.

Уровень техникиState of the art

Известен ряд способов получения сополимеров тетрафторэтилена (ТФЭ) с перфтор-3-оксапентенсульфонилфторидом (ПФОПСФ) структуры FSO2CF2CF2OCF=CF2 при проведении процесса в водной эмульсии сульфонилфторидного мономера.A number of methods are known for producing copolymers of tetrafluoroethylene (TFE) with perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride (PFOPSF) of the structure FSO 2 CF 2 CF 2 OCF = CF 2 during the process in an aqueous emulsion of sulfonyl fluoride monomer.

Согласно известному способу эмульсионной сополимеризации ПФОПСФ с ТФЭ [US Pat. 4940525, С25В 13/08, 10.07.1990] в приготовленный водный раствор эмульгатора перфтороктаноата аммония и регуляторов рН - смеси одно- и двузамещенных фосфатов натрия при температуре 45°С и перемешивании турбинной мешалкой со скоростью 800 об/мин загружают ПФОПСФ, получая эмульсионную систему, добавляют водный раствор радикального инициатора персульфата аммония и проводят процесс сополимеризации ТФЭ с ПФОПСФ при температуре 45°С и под давлением ТФЭ в диапазоне 0,88-1,06 МПа в течение 4 ч (пример №1 из описания изобретения в патенте). Из полученного латекса выделяют сополимер коагуляцией при добавке концентрированной соляной кислоты. На отмывку сополимера от эмульгатора и растворов солей используют 31,4 мл воды/г сополимера и 31,4 мл метилового спирта/г сополимера. Сушку сополимера осуществляют под вакуумом при 110°С.According to a known method for emulsion copolymerization of PFOPSF with TFE [US Pat. 4940525, С25В 13/08, 07/10/1990] in the prepared aqueous solution of an emulsifier of ammonium perfluorooctanoate emulsifier and pH regulators - a mixture of mono- and disubstituted sodium phosphates at a temperature of 45 ° C and stirred with a turbine stirrer at a speed of 800 rpm, PFOPSF is obtained, obtaining an emulsion system , add an aqueous solution of a radical initiator of ammonium persulfate and carry out the process of copolymerization of TFE with PFOPSF at a temperature of 45 ° C and under a pressure of TFE in the range of 0.88-1.06 MPa for 4 hours (example No. 1 from the description of the invention in the patent). The copolymer is isolated from the obtained latex by coagulation with the addition of concentrated hydrochloric acid. To wash the copolymer from the emulsifier and salt solutions, 31.4 ml of water / g of the copolymer and 31.4 ml of methyl alcohol / g of the copolymer are used. The copolymer is dried under vacuum at 110 ° C.

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

1. Очень низкая степень превращения ПФОПСФ (15%), приводящая к потере нерегенерируемого дорогостоящего мономера.1. A very low degree of conversion of PFOPSF (15%), leading to the loss of unregenerated expensive monomer.

2. Очень высокое водосодержание мембран, полученных по данному способу: при эквивалентной массе (ЭМ), равной 564 г/экв, - 646 мас. %, при ЭМ, равной 675 г/экв, - 103,2 мас. % (примеры №№2 и 6), что приводит к потере механических свойств при эксплуатации мембран.2. A very high water content of the membranes obtained by this method: with an equivalent mass (EM) of 564 g / eq, 646 wt. %, with an EM equal to 675 g / eq, 103.2 wt. % (examples Nos. 2 and 6), which leads to the loss of mechanical properties during operation of the membranes.

Согласно известному способу эмульсионной сополимеризации ПФОПСФ с ТФЭ [US Pat. 8357725, B01J 39/20, 22.01.2013] процесс проводят под давлением ТФЭ 13,5 бар при инициировании персульфатом калия и температуре 60°С с использованием в качестве эмульгатора перфторполиоксиалкилена с концевой карбоксилатной группой в калиевой форме CF2ClO(CF2CF(CF3)O)n(CF2O)mCFCOOK и дробной подачей мономера ПФОПСФ по ходу процесса (пример №1 из описания изобретения в патенте).According to a known method for emulsion copolymerization of PFOPSF with TFE [US Pat. 8357725, B01J 39/20, 01/22/2013] the process is carried out under a TFE pressure of 13.5 bar with potassium persulfate initiation at a temperature of 60 ° C using perfluoropolyoxyalkylene with a terminal carboxylate group in potassium form CF 2 ClO (CF 2 CF ( CF 3 ) O) n (CF 2 O) m CFCOOK and fractional supply of PFOPSF monomer during the process (example No. 1 from the description of the invention in the patent).

Сополимер ПФОПСФ с ТФЭ выделяется из образовавшегося латекса методам вымораживания, отмывается от ПАВ водой и сушится в вакууме при 40-150°С. После щелочного гидролиза сополимера и перевода его в мембранную форму ЭМ сополимера составляет 890 г/экв.A copolymer of PFOPSF with TFE is isolated from the formed latex by freezing methods, washed from surfactant with water and dried in vacuum at 40-150 ° C. After alkaline hydrolysis of the copolymer and its translation into the membrane form, the EM copolymer is 890 g / equiv.

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

1. Использование значительных количеств эмульгатора (4,3% от массы загруженного ПФОПСФ), что требует увеличенного количества воды для отмывки сополимера от эмульгатора.1. The use of significant quantities of emulsifier (4.3% by weight of loaded PFOPSF), which requires an increased amount of water to wash the copolymer from the emulsifier.

2. Наличие в получаемом сополимере нестабильных COF-групп в количестве 14 ммоль/кг (пример №1). Для снижения содержания нестабильных групп в сополимере в 3 раза требуется после стандартной процедуры выделения и сушки сополимера дополнительная сушка при 100°С в токе сухого гелия с последующей обработкой (продувкой) смесью азот/фтор в объемном соотношении 1:1 при 80°С в течение 12 ч, что позволяет снизить содержание COF-групп до 4,5 ммоль/кг. Применение высокоагрессивного фтора предъявляет особые требования к материалам в аппаратуре используемых установок, требует повышения систем безопасности, утилизации непрореагировавшего фтора, что сильно затрудняет технологию.2. The presence in the resulting copolymer of unstable COF groups in an amount of 14 mmol / kg (example No. 1). To reduce the content of unstable groups in the copolymer by a factor of 3, additional drying at 100 ° C in a stream of dry helium is required after the standard procedure for isolating and drying the copolymer, followed by treatment (purging) with a nitrogen / fluorine mixture in a volume ratio of 1: 1 at 80 ° C for 12 h, which reduces the content of COF groups to 4.5 mmol / kg. The use of highly aggressive fluorine imposes special requirements on the materials in the equipment of the used plants, requires an increase in safety systems, and disposal of unreacted fluorine, which greatly complicates the technology.

Известен способ сополимеризации ПФОПСФ с ТФЭ [Pat. ЕР 1172382, C08F 14/18, C08F 2/16, 16.01.2002], где в качестве эмульгаторов для получения микроэмульсии используют смесь перфторполиоксиалкилена с концевой карбоксилатной группой в калиевой форме CF2CIO(CF2CF(CF3)O)n(CF2O)mCF2COOK и перфторполиэфира Galden® D02 формулы CF3O(CF2CF(CF3)O)n(CF2O)mCF3. Микроэмульсию получают при простом перемешивании вышеуказанных эмульгаторов. Процесс сополимеризации ТФЭ с ПФОПСФ проводят в автоклаве при разбавлении полученной микроэмульсии водой, добавлении мономера ПФОПСФ, раствора инициатора, перемешивании при 700 об/мин, давлении ТФЭ в пределах 0,3-1,1 МПа, температуре 50-75°С, рН реакционной среды в пределах 4-7, используя в качестве радикального инициатора персульфат калия и получая при этом сополимер с ЭМ в пределах 494-768 г/экв. Сополимеризацию в эмульсии ведут с постоянной подпиткой мономера ПФОПСФ по ходу процесса.A known method of copolymerization of PFOPSF with TFE [Pat. EP 1172382, C08F 14/18, C08F 2/16, 01/16/2002], where a mixture of a perfluoropolyoxyalkylene with a terminal carboxylate group in the potassium form CF 2 CIO (CF 2 CF (CF 3 ) O) n (emulsifiers is used to obtain a microemulsion) CF 2 O) m CF 2 COOK and Galden ® D02 perfluoropolyether of the formula CF 3 O (CF 2 CF (CF 3 ) O) n (CF 2 O) m CF 3 . The microemulsion is obtained by simple mixing of the above emulsifiers. The process of copolymerizing TFE with PFOPSF is carried out in an autoclave by diluting the resulting microemulsion with water, adding PFOPSF monomer, initiator solution, stirring at 700 rpm, TFE pressure within 0.3-1.1 MPa, temperature 50-75 ° С, reaction pH medium in the range of 4-7, using potassium persulfate as a radical initiator, and thereby obtaining a copolymer with EM in the range of 494-768 g / equiv. The emulsion is copolymerized with constant feed of PFOPSF monomer during the process.

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

1. Использование сложной и малодоступной смеси перфторированных полиэфиров в качестве стабилизатора получаемой микроэмульсии ПФОПСФ.1. The use of a complex and inaccessible mixture of perfluorinated polyesters as a stabilizer for the resulting PFOPSF microemulsion.

2. Необходимость дозирования жидких агрессивных компонентов (ПФОПСФ) по ходу процесса, проходящего под давлением, что усложняет технологию.2. The need for dosing of liquid aggressive components (PFOPSF) during the process under pressure, which complicates the technology.

3. При получении сополимеров с ЭМ 496-494 г/экв (примеры №№1 и 2), мембраны отличаются очень высоким водосодержанием (более 500 мас. %.) и низкой механической прочностью.3. Upon receipt of copolymers with EM 496-494 g / equiv (Examples Nos. 1 and 2), the membranes are characterized by very high water content (more than 500 wt.%.) And low mechanical strength.

Известен разработанный ранее соавторами заявляемого избретения способ проведения эмульсионной сополимеризации ПФОПСФ и ТФЭ в водной микроэмульсии ПФОПСФ [РФ 2545182, C08F 2/24, C08F 214/26, C08F214/18, 19.02.2015], проводимый методом предэмульгированной эмульсионной сополимеризации в водной микроэмульсии ПФОПСФ, стабилизированной перфторированным ПАВ с использованием окислительно-восстановительной системы и регуляторов рН при применении модифицирующей добавки - перфторированного углеводорода С610 для регулирования состава (эквивалентной массы) образующегося сополимера. Конверсия сополимера - до 80%, ЭМ - до 800, содержание воды в мембране - 40-60%, уд. электропроводность - 0,14 См/см, данные по механическим свойствам в описании отсутствуют.A known method of emulsion copolymerization of PFOPSF and TFE in an aqueous microemulsion of PFOPSF [RF 2545182, C08F 2/24, C08F 214/26, C08F214 / 18, 02/19/2015], carried out by the method of pre-emulsified emulsion copolymerization of PFOPF, in aqueous microFEMP perfluorinated surfactant stabilized using a redox system and pH regulators when applying builder - perfluorinated hydrocarbon C 6 -C 10 for controlling the composition (the equivalent weight) the image yuschegosya copolymer. The copolymer conversion is up to 80%, EM is up to 800, the water content in the membrane is 40-60%, beats. electrical conductivity - 0.14 S / cm, data on mechanical properties are not in the description.

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

1. Использование модифицирующей добавки - перфторированного углеводорода С610 для регулирования ЭМ или состава образующегося сополимера, которое требует дополнительной стадии обработки для очистки получаемого сополимера от модификатора.1. The use of a modifying additive — perfluorinated C 6 -C 10 hydrocarbon to control the EM or composition of the resulting copolymer, which requires an additional processing step to purify the resulting copolymer from the modifier.

2. Подачу ТФЭ осуществляют в газовую фазу реакционной системы, что позволяет вести процесс при повышенном давлении ТФЭ в пределах 1,1-1,3 МПа для получения сополимера необходимого состава или ЭМ.2. The supply of TFE is carried out in the gas phase of the reaction system, which allows the process to be carried out at an elevated pressure of TFE in the range 1.1-1.3 MPa to obtain a copolymer of the required composition or EM.

3. Процесс сополимеризации ТФЭ с ПФОПСФ проводят при температурах 40-50°С, что требует использования низкотемпературной окислительно-восстановительной системы для инициирования сополимеризации.3. The process of copolymerization of TFE with PFOPSF is carried out at temperatures of 40-50 ° C, which requires the use of a low-temperature redox system to initiate copolymerization.

Анализ известных аналогов свидетельствует о том, что проблема разработки эффективной технологии получения сополимеров перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида и тетрафторэтилена как прекурсоров протонопроводящих мембран остается актуальной.An analysis of known analogues indicates that the problem of developing an effective technology for the preparation of copolymers of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride and tetrafluoroethylene as precursors of proton-conducting membranes remains relevant.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявляемого изобретения является создание эффективной с точки зрения оптимизации параметров процесса технологии получения перфторированного сополимера перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида и тетрафторэтилена методом эмульсионной сополимеризации с возможностью регулирования характеристик получаемого сополимера (химического состава, степени конверсии мономера - перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида, эквивалентной массы, выхода целевого продукта.The objective of the invention is to create effective from the point of view of optimizing process parameters technology for producing perfluorinated copolymer of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride and tetrafluoroethylene by emulsion copolymerization with the ability to control the characteristics of the resulting copolymer (chemical composition, degree of conversion of the monomer - perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride, equivalent weight, equivalent mass target product.

Эта задача решается заявляемым изобретением - способом получения сополимера тетрафторэтилена и перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида в качестве прекурсора перфторированных протонопроводящих мембран путем эмульсионной сополимеризации.This problem is solved by the claimed invention - a method for producing a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride as a precursor of perfluorinated proton conducting membranes by emulsion copolymerization.

Заявляемый способ характеризуется следующей совокупностью существенных признаков:The inventive method is characterized by the following set of essential features:

1. Способ получения сополимера перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида и тетрафторэтилена в качестве прекурсора перфторированных протонопроводящих мембран путем эмульсионной сополимеризации, заключающейся в том, что предварительно приготавливают водную микроэмульсию первого сомономера - перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида со средним размером частиц 1000 нм методом ультразвукового диспергирования в атмосфере инертного газа при температуре 20°С при объемном соотношении фаз сомономер : вода 1:6-1:12 (концентрация мономера перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида 22,2-12,8 мас. %, 13,5-7,8 об. %) в присутствии эмульгатора - перфторированного поверхностно-активного вещества в количестве 2-3 мас. % по отношению к сомономеру перфтор-3-оксапентенсульфонил фториду, компонента водорастворимой окислительно-восстановительной системы - персульфаа калия или аммония в количестве 0,85-1,2 мас. % по отношению к перфтор-3-оксапентенсульфонилфториду и регулятора рН среды до значений рН 7-8, затем микроэмульсию загружают в реактор в атмосфере инертного газа, продувают реактор вторым сомономером - тетрафторэтиленом до давления 0,1 МПа, начинают перемешивать микроэмульсию при 100 об/мин и нагревают ее до рабочей температуры 40-50°С, добавляют другой компонент водорастворимой окислительно-восстановительный системы - метабисульфит натрия в количестве 0,26-0,3 мас. % по отношению к перфтор-3-оксапентенсульфонилфториду, при этом в микроэмульсии образуется окислительно-восстановительная система из двух компонентов, устанавливают скорость перемешивания 450 об/мин и осуществляют сополимеризацию подачей тетрафторэтилена непосредственно в микроэмульсию барботированием при рабочем давлении тетрафторэтилена 0,9-1,1 МПа при постоянном перемешивании реакционной среды в течение 4,5-6,5 ч с образованием латекса, процесс сополимеризации заканчивают при конверсии перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида 90-92%, латекс подвергают коагуляции замораживанием с последующим отделением целевого сополимера от жидкой фазы фильтрованием, сополимер отмывают от исходных веществ деионизированной водой при 80-90°С и сушат под вакуумом.1. A method of obtaining a copolymer of perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride and tetrafluoroethylene as a precursor of perfluorinated proton conducting membranes by emulsion copolymerization, which consists in preliminarily preparing an aqueous microemulsion of the first comonomer - perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride with an average particle size of 1000 nm atm inert gas at a temperature of 20 ° C with a volumetric phase ratio comonomer: water 1: 6-1: 12 (concentration of perfluoro-3-oxapente monomer nsulfonyl fluoride 22.2-12.8 wt.%, 13.5-7.8 vol.%) in the presence of an emulsifier - perfluorinated surfactant in an amount of 2-3 wt. % with respect to the comonomer of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride, a component of a water-soluble redox system - persulfa potassium or ammonium in an amount of 0.85-1.2 wt. % with respect to perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride and a pH regulator to pH 7-8, then the microemulsion is loaded into the reactor in an inert gas atmosphere, the reactor is blown with the second comonomer - tetrafluoroethylene to a pressure of 0.1 MPa, the microemulsion is stirred at 100 rpm min and heat it to a working temperature of 40-50 ° C, add another component of the water-soluble redox system - sodium metabisulfite in an amount of 0.26-0.3 wt. % with respect to perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride, while a redox system of two components is formed in the microemulsion, the mixing speed is set at 450 rpm and copolymerization is carried out by feeding tetrafluoroethylene directly into the microemulsion by bubbling at a working pressure of tetrafluoroethylene of 0.9-1.1 MPa with constant stirring of the reaction medium for 4.5-6.5 hours with the formation of latex, the copolymerization process is completed with the conversion of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride 90-92%, latex subjected to coagulation by freezing, followed by separation of the target copolymer from the liquid phase by filtration, the copolymer is washed from the starting materials with deionized water at 80-90 ° C and dried under vacuum.

2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что для приготовления водной микроэмульсии перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида используют обескислороженную деионизированную воду.2. The method according to p. 1, which consists in the fact that for the preparation of an aqueous microemulsion of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride, deoxygenated deionized water is used.

3. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве эмульгатора используют перфторированное поверхностно-активное вещество из ряда: перфторнонаат аммония, перфтороктаноат аммония, аммонийная соль тетрамера оксида гексафторэтилена.3. The method according to p. 1, which consists in the use of a perfluorinated surfactant from the series: ammonium perfluorononate, ammonium perfluorooctanoate, ammonium salt of tetramer of hexafluoroethylene oxide.

4. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве регулятора рН среды используют фосфатный буфер из двузамещенного и однозамещенного фосфатов натрия, достигая рН 7-8.4. The method according to p. 1, which consists in the fact that a phosphate buffer of disubstituted and monosubstituted sodium phosphates is used as a pH regulator, reaching a pH of 7-8.

5. Способ по п. 1, заключающийся в том, что ультразвуковое диспергирование осуществляют в ультразвуковой ванне мощностью 250 Вт при перемешивании фаз мономер перфтор-3-оксапентенсульфонилфторид - вода при 600 об/мин и одновременном ультразвуковом воздействии в течение 30 мин при термостатировании системы для поддержания постоянной температуры диспергирования 20°С.5. The method according to p. 1, which consists in the fact that the ultrasonic dispersion is carried out in an ultrasonic bath with a power of 250 W while mixing the phases, the monomer perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride - water at 600 rpm and simultaneous ultrasonic exposure for 30 minutes when thermostatic system for maintaining a constant dispersion temperature of 20 ° C.

Таким образом, задача решается способом получения сополимера тетрафторэтилена и перфтор-3-оксапентенсульфонилфторидом - прекурсора протонопроводящих мембран, методом эмульсионной сополимеризации в водной микроэмульсии, стабилизированной перфторированным поверхностно-активным веществом с использованием водорастворимого инициатора, в том числе окислительно-восстановительной инициирующей системы и регуляторов рН, в котором для регулирования состава получаемых сополимеров подачу тетрафторэтилена осуществляют его барботированием в реакционную массу, при этом рабочее давление тетрафторэтилена не превышает 1,1 МПа.Thus, the problem is solved by the method of producing a copolymer of tetrafluoroethylene and perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride, a precursor of proton conducting membranes, by the method of emulsion copolymerization in an aqueous microemulsion stabilized with a perfluorinated surfactant using a water-soluble initiator, including a redox initiating system, and a redox initiating system and in which to control the composition of the obtained copolymers, the supply of tetrafluoroethylene is carried out by bubbling it into the reaction mass, while the working pressure of tetrafluoroethylene does not exceed 1.1 MPa.

Совокупность существенных признаков заявляемого устройства обеспечивает получение технического результата - получение сополимера с сохранением постоянного состава образующегося сополимера (ЭМ) независимо от конверсии ПФОПСФ при повышенном выходе целевого продукта с помощью эффективной технологии (более простой - не применяются модифицирующие добавки, менее энергозатратной - меньшее рабочее давление ТФЭ, экологичной и с высоким выходом целевого продукта).The set of essential features of the claimed device provides a technical result - obtaining a copolymer while maintaining a constant composition of the resulting copolymer (EM) regardless of the conversion of PFOPSF with an increased yield of the target product using effective technology (simpler - no modifying additives are used, less energy-intensive - lower working pressure TFE , environmentally friendly and with a high yield of the target product).

Заявляемый способ отличается тем, что подачу ТФЭ осуществляют барботированием в микроэмульсию при давлении 0,9-1,1 МПа. Барботирование приводит к проникновению и контакту мономера с реагентами непосредственно в объеме реакционной массы и к дополнительному ее перемешиванию.The inventive method is characterized in that the TFE supply is carried out by bubbling into the microemulsion at a pressure of 0.9-1.1 MPa. Sparging leads to the penetration and contact of the monomer with the reagents directly in the volume of the reaction mass and to its additional mixing.

Анализ известного уровня техники не позволил обнаружить решение, полностью совпадающее по совокупности существенных признаков с заявляемым, что может указывать на его новизну.The analysis of the prior art did not allow to find a solution that completely coincides in the totality of essential features with the claimed, which may indicate its novelty.

Только совокупность существенных признаков заявляемого устройства позволяет достичь указанного технического результата. Совершенно неожиданным оказался факт, что применение известного в химии приема - барботирования газообразного реагента в реакционную массу - приведет к такому значительному положительному результату: увеличению конверсии мономера ПФОПСФ на 20% (выше 90%), возможности регулирования ЭМ сополимера в пределах 800-900 без использования специальных модифицирующих добавок, улучшению свойств мембран - сохранения на высоком уровне удельной электропроводности мембран в диапазоне 0,133-0,165 См/см, увеличению значений механических характеристик. При этом удалось снизить максимальное рабочее давление ТФЭ до 1,1 МПа для получения мембран с оптимальным комплексом электрохимических и механических свойств. Заранее предполагать такой эффект было нельзя. Возможно, что в данном случае барботирование помимо традиционного эффекта увеличения поверхности соприкосновения мономеров в реакционном объеме производит еще какой-либо дополнительный положительный эффект в отношении этой сложной полимеризационной системы, например при образовании латекса. Этот эффект также неочевиден. Это позволяет утверждать о соответствии заявляемого способа условию охраноспособности «изобретательский уровень» («неочевидность»).Only the set of essential features of the claimed device allows to achieve the specified technical result. It turned out to be completely unexpected that the use of a technique known in chemistry - sparging a gaseous reagent into the reaction mass - will lead to such a significant positive result: an increase in the conversion of PFOPSF monomer by 20% (above 90%), the possibility of controlling the EM copolymer within 800-900 without using special modifying additives, improving the properties of membranes - maintaining a high level of electrical conductivity of the membranes in the range of 0.133-0.165 S / cm, increasing the values of mechanical characteristics. At the same time, it was possible to reduce the maximum working pressure of TFE to 1.1 MPa to obtain membranes with an optimal complex of electrochemical and mechanical properties. It was impossible to predict such an effect in advance. It is possible that in this case, bubbling, in addition to the traditional effect of increasing the contact surface of the monomers in the reaction volume, produces another additional positive effect with respect to this complex polymerization system, for example, in the formation of latex. This effect is also not obvious. This allows us to confirm the compliance of the proposed method with the eligibility condition "inventive step" ("non-obviousness").

Для подтверждения соответствия заявляемого изобретения требованию «промышленная применимость» приводим примеры конкретной реализации.To confirm the compliance of the claimed invention to the requirement of "industrial applicability" we give examples of specific implementations.

Свойства полученных сополимеров определяют следующим образом:The properties of the obtained copolymers are determined as follows:

1. Эквивалентную массу сополимера (ЭМ) определяют методом ИК Фурье-спектроскопии на образцах прессованных пленок толщиной 0,20±0,05 мм в сульфонилфторидной форме. Измеряют интегральные интенсивности А полос поглощения 2705 см-1 (комбинированная частота колебаний -SO2F-группы) и 2365 см-1 (обертон колебаний -CF2-группы).1. The equivalent mass of the copolymer (EM) is 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 2705 cm −1 (combined vibration frequency of the —SO 2 F group) and 2365 cm −1 (overtone of vibration of the —CF 2 group) are measured.

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

ЭМ=k[А23652705]EM = k [A 2365 / A 2705 ]

где: коэффициент k=18,27 определяли по эталонным образцам с известной обменной емкостью, определенной титрованием.where: coefficient k = 18.27 was determined from reference samples with a known exchange capacity determined by titration.

2. Показатель текучести расплава (ПТР) определяют 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.2. The melt flow rate (MFR) is 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.

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

Конверсия ПФЭВЭ (%)=[280⋅W⋅100]/[W1⋅ЭM],Conversion of PFEVE (%) = [280⋅W⋅100] / [W 1 ⋅EM],

где: 280 - молекулярная масса ПФЭВЭ.where: 280 is the molecular weight of PFEVE.

4. Мембранный пленочный материал получают из разбавленных растворов (2-3% масс) в диметилформамиде сополимера в сульфокислотной форме методом полива при контролируемом испарении растворителя с последующим отжигом сформированных мембран.4. Membrane film material is obtained from dilute solutions (2-3% of the mass) in dimethylformamide copolymer in sulfonic acid form by irrigation by controlled evaporation of the solvent followed by annealing of the formed membranes.

Получают пленку толщиной 30-50 мкм с ровной гладкой поверхностью без включений, раковин и других видимых дефектов размерами 500×300×0,03-0,05 мм с разнотолщинностью не более 10%.Get a film with a thickness of 30-50 microns with a smooth smooth surface without inclusions, shells and other visible defects with dimensions of 500 × 300 × 0.03-0.05 mm with a thickness of not more than 10%.

5. Равновесное содержание воды в мембране (водопоглощение) определяют следующим образом. Мембрану в -SO3H форме выдерживают в дистиллированной воде при 25°С течение 24 ч. Определяют массу влажной мембраны (W2), после чего высушивают ее в вакууме при 70°С до постоянной массы (W3). Определяют влагосодержание мембраны (Cw) по формуле:5. The equilibrium water content in the membrane (water absorption) is determined as follows. The membrane in -SO 3 H form is kept in distilled water at 25 ° C for 24 hours. The mass of the wet membrane is determined (W 2 ), and then it is dried in vacuum at 70 ° C to constant weight (W 3 ). Determine the moisture content of the membrane (C w ) by the formula:

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

6. Удельную электропроводность мембран (σн) в состоянии равновесного насыщения водой при 20°С измеряют методом импендансной спектроскопии на импендансметре Z-3000X фирмы «Элинс» с помощью ячейки с электродами из нержавеющей стали по четырехэлектродной схеме в диапазоне частот 100-100000 Гц. Расчет удельной электропроводности проводят по формуле:6. The electrical conductivity of the membranes (σ n ) in the state of equilibrium saturation with water at 20 ° C is measured by impedance spectroscopy on an Elins Z-3000X impedance meter using a cell with stainless steel electrodes in a four-electrode circuit in the frequency range 100-100000 Hz. The conductivity calculation is carried out according to the formula:

σн=L/(R⋅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 - 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;

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

7. Механические испытания мембран проводили с помощью универсальной установки для механических испытаний AG-100X Plus (Shimadzu Corp., Япония), проведенными в режиме одноосного растяжения образца при рабочей длине образцов - 25 мм и фиксированной скорости растяжения образца - 100 мм/мин. Измерения проводили при фиксированной влажности RH (50%), влияющей на механические свойства сульфокислотных мембран. В процессе испытаний определяли следующие характеристики материала: модуль упругости Е, предел пластичности σп, предел прочности до разрушения σр и предельную деформацию до разрушения εр.7. The mechanical tests of the membranes were carried out using the AG-100X Plus universal mechanical testing facility (Shimadzu Corp., Japan), carried out in the uniaxial tension mode for a specimen with a working length of specimens of 25 mm and a fixed specimen stretching speed of 100 mm / min. The measurements were carried out at a fixed humidity RH (50%), which affects the mechanical properties of sulfonic acid membranes. In the process of testing, the following characteristics of the material were determined: elastic modulus E, plasticity limit σ p , tensile strength to fracture σ p and ultimate strain to fracture ε p .

Пример 1.Example 1

В стеклянную колбу, снабженную мешалкой, загружают раствор 0,87 г (2,54 мас. % по отношению к перфтор-3-оксапентенсульфонилфториду (ПФОПСФ)) перфторнонаата аммония, 1,15 г двузамещенного фосфата натрия, 0,57 г однозамещенного фосфата натрия, 0,29 г персульфата калия (0,85 мас. % по отношению к ПФОПСФ) в 200 г обескислороженной деионизированной воды, вакуумируют колбу с реагентами в течение 1 мин, после чего продувают аргоном. Процедуру повторяют еще 2 раза. В полученный раствор добавляют 34,2 г перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида (ПФОПСФ), рН=7-8. Колбу погружают в ультразвуковую ванну (размеры 150×160×200 мм, мощность 250 Вт), наполненную водой. Колбу погружают в ванну ниже уровня воды. Диспергирование проводят с работающей фрезерной фторопластовой мешалкой при n=600 об/мин и одновременным ультразвуковым воздействием в течение 30 мин при постоянно поддерживаемой температуре 20°С. Получают устойчивую во время процесса микроэмульсию мономера ПФОПСФ со средним размером частиц 1000 нм.In a glass flask equipped with a stirrer, a solution of 0.87 g (2.54 wt% with respect to perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride (PFOPSF)) of ammonium perfluorononate, 1.15 g of disubstituted sodium phosphate, 0.57 g of monosubstituted sodium phosphate is loaded 0.29 g of potassium persulfate (0.85 wt.% With respect to PFOPSF) in 200 g of deoxygenated deionized water, vacuum the flask with reagents for 1 min, and then purge with argon. The procedure is repeated 2 more times. To the resulting solution was added 34.2 g of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride (PFOPSF), pH = 7-8. The flask is immersed in an ultrasonic bath (dimensions 150 × 160 × 200 mm, power 250 W) filled with water. The flask is immersed in a bath below the water level. Dispersion is carried out with a working milling fluoroplastic mixer at n = 600 rpm and simultaneous ultrasonic action for 30 min at a constantly maintained temperature of 20 ° C. A microemulsion of PFOPSF monomer stable with an average particle size of 1000 nm is obtained during the process.

После этого в подготовленный реактор объемом 450 см3, обработанный 3% пероксидом водорода, высушенный и продутый аргоном, загружают приготовленную микроэмульсию и промывают колбу 2 порциями по 10 мл воды, добавляя ее в реактор. Содержимое реактора продувают аргоном. Проводят трехкратную продувку реактора тетрафторэтиленом (ТФЭ) до давления 0,1 МПа. Включают перемешивание реактора 100 об/мин. и осуществляют нагрев реактора до рабочей температуры 50°С, включая подачу воды в рубашку через термостат. Продолжительность нагрева 15 мин. После достижения рабочей температуры загружают в реактор раствор 0,09 г метабисульфита натрия (0,26 мас. % по отношению к ПФОПСФ) в 10 г воды. Объемное отношение мономер ПФОПСФ - водная фаза = 1:12 (концентрация ПФОПСФ 12,8 мас. %, 7,8 об. %). Включают мешалку реактора на рабочее число оборотов 450 об/мин и устанавливают рабочее давление ТФЭ 1,1 МПа и проводят процесс сополимеризации в течение 269 мин, поддерживая постоянное давление ТФЭ 1,1 МПа. ТФЭ подается непосредственно в эмульсию ПФОПСФ через капиллярную трубку внутренним диаметром 3 мм. Постоянное давление ТФЭ в реакционной зоне поддерживается автоматически с помощью редуктора давления. После окончания процесса сополимеризации захолаживают реактор до 20°С, одновременно стравливая давление ТФЭ. В процессе сополимеризации израсходовано 40 г ТФЭ. Выгружено 297,9 г. латекса. Латекс прозрачный опалесцирующий.After that, in the prepared reactor with a volume of 450 cm 3 , treated with 3% hydrogen peroxide, dried and purged with argon, the prepared microemulsion is loaded and the flask is washed with 2 portions of 10 ml of water, adding it to the reactor. The contents of the reactor are purged with argon. The reactor was purged three times with tetrafluoroethylene (TFE) to a pressure of 0.1 MPa. The reactor was stirred at 100 rpm. and heating the reactor to an operating temperature of 50 ° C, including supplying water to the jacket through a thermostat. Duration of heating 15 minutes After reaching the operating temperature, a solution of 0.09 g of sodium metabisulfite (0.26 wt.% With respect to PFOPSF) in 10 g of water is loaded into the reactor. The volumetric ratio of PFOPSF monomer to water phase = 1:12 (concentration of PFOPSF 12.8 wt.%, 7.8 vol.%). Turn on the reactor stirrer at a working speed of 450 rpm and set the working pressure of TFE 1.1 MPa and conduct the copolymerization process for 269 minutes, maintaining a constant pressure of TFE 1.1 MPa. TFE is fed directly to the PFOPSF emulsion through a capillary tube with an inner diameter of 3 mm. The constant pressure of TFE in the reaction zone is maintained automatically by a pressure reducer. After the copolymerization process is completed, the reactor is cooled down to 20 ° С, while the pressure of TFE is vented. In the copolymerization process, 40 g of TFE was consumed. Unloaded 297.9 g of latex. Latex is transparent opalescent.

Плотность латекса - 1,166 г/см3.The density of the latex is 1.166 g / cm 3 .

Сухой остаток - 23,5%.The dry residue is 23.5%.

Средний размер частиц латекса - 70 нм.The average particle size of latex is 70 nm.

Латекс коагулируют методом замораживания, выделившийся сополимер отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают 8 порциями воды по 100 мл с температурой 80-90°С до отсутствия следов поверхностно-активного вещества сушат под вакуумом. Получают 77,9 г сополимера. Конверсия по мономеру ПФОПСФ составляет 91,1%.The latex is coagulated by freezing, the precipitated copolymer is filtered off on a Buchner funnel, washed with 8 portions of water in 100 ml each at a temperature of 80-90 ° C and dried under vacuum without drying. 77.9 g of copolymer are obtained. The conversion of the PFOPSF monomer is 91.1%.

ПТР сополимера (270°С, 2,16 кг, 2,095 мм) - 0,13 г/10 мин.MFI of the copolymer (270 ° C, 2.16 kg, 2.095 mm) - 0.13 g / 10 min.

Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 700.The equivalent mass of the copolymer determined by FTIR spectroscopy is 700.

Эквивалентная масса сополимера, определенная по ионообменной емкости мембраны, равна 800.The equivalent mass of the copolymer, determined by the ion-exchange capacity of the membrane, is 800.

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 - 50,5%Water Content - 50.5%

Удельная электропроводность - 0,145 См/см (при 20°С и влажности (RH) 100%):Electrical conductivity - 0.145 S / cm (at 20 ° С and humidity (RH) 100%):

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 285 МПа.The elastic modulus E is 285 MPa.

Предел пластичности σп - 13,6 МПа.The plastic limit σ p - 13.6 MPa.

Предел прочности σр - 30 МПа.The tensile strength σ p - 30 MPa.

Предельная деформация до разрушения εр - 352%.Ultimate deformation to fracture ε p - 352%.

Пример 2.Example 2

Отличается от примера 1 тем, что для получения исходной эмульсии ПФОПСФ используют раствор 1,61 г перфторнонаата аммония (2,57 мас. % по отношению к ПФОПСФ), 2,14 г двузамещенного фосфата натрия, 1,07 г однозамещенного фосфата натрия, 0,54 г персульфата калия (0,86 мас. % по отношению к ПФОПСФ), рН=7-8, 0,17 г метабисульфита натрия (0,275 мас. % по отношению к ПФОПСФ) и 62,5 г ПФОПСФ в 213 г обескислороженной деионизированной воды, а процесс сополимеризации проводят при давлении ТФЭ 1,1 МПа и температуре 50°С.Объемное отношение ПФОПСФ - водная фаза = 1:6 (концентрация ПФОПСФ 22,2 мас. %, 13,5 об. %).. Время сополимеризации составляет 6,5 ч. Израсходовано 88 г ТФЭ. Получено 374,0 г латекса.It differs from example 1 in that to obtain the initial emulsion PFOPSF use a solution of 1.61 g of ammonium perfluorononate (2.57 wt.% In relation to PFOPSF), 2.14 g of disubstituted sodium phosphate, 1.07 g of monosubstituted sodium phosphate, 0 , 54 g of potassium persulfate (0.86 wt.% In relation to PFOPSF), pH = 7-8, 0.17 g of sodium metabisulphite (0.275 wt.% In relation to PFOPSF) and 62.5 g of PFOPSF in 213 g of oxygen-free deionized water, and the copolymerization process is carried out at a TFE pressure of 1.1 MPa and a temperature of 50 ° C. The volumetric ratio of PFOPSF - water phase = 1: 6 (concentration of PFOPSF 22.2 wt.%, 13.5 vol.%) .. The copolymerization time is 6.5 hours. 88 g of TFE are consumed. Received 374.0 g of latex.

Плотность латекса - 1,297 г/см3.The density of the latex is 1.297 g / cm 3 .

Сухой остаток - 41,5%.The dry residue is 41.5%.

Средний размер частиц латекса - 80 нм.The average particle size of latex is 80 nm.

Масса сухого полимера - 145,5 г.The dry weight of the polymer is 145.5 g.

Конверсия по ПФОПСФ - 91%.PFOPSF conversion - 91%.

ПТР сополимера равен 0,18 г/10 мин.The MFI of the copolymer is 0.18 g / 10 min.

Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 765.The equivalent mass of the copolymer, determined by FTIR spectroscopy, is 765.

Эквивалентная масса сополимера, определенная по ионообменной емкости мембраны, равна 880.The equivalent mass of the copolymer, determined by the ion-exchange capacity of the membrane, is 880.

Характеристики мембраны в сульфокислотной форме при 20°С:Characteristics of the membrane in sulfonic acid form at 20 ° C:

Содержание воды - 45,9%Water Content - 45.9%

Удельная электропроводность - 0,137 См/см (при 20°С и влажности (RH) 100%):Electrical conductivity - 0.137 S / cm (at 20 ° С and humidity (RH) 100%):

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 287 МПа.The elastic modulus E is 287 MPa.

Предел пластичности σп - 13,6 МПа.The plastic limit σ p - 13.6 MPa.

Предел прочности σр - 31 МПа.The tensile strength σ p - 31 MPa.

Предельная деформация до разрушения εp - 337%.The ultimate strain to failure ε p - 337%.

Пример 3.Example 3

Отличается от примера 1 тем, что для получения исходной эмульсии ПФОПСФ используют раствор 1,45 г перфторнонаата аммония (3 мас. % по отношению к ПФОПСФ), 1,66 г двузамещенного фосфата натрия, 0,83 г однозамещенного фосфата натрия, 0,58 г персульфата аммония (1,2 мас. % по отношению к ПФОПСФ), рН=7-8, 0,145 г метабисульфита натрия (0,3 мас. % по отношению к ПФОПСФ) и 48,5 г ПФОПСФ в 220 г обескислороженной деионизированной воды, а процесс сополимеризации проводят при давлении ТФЭ 1,1 МПа и температуре 40°С. Объемное отношение ПФОПСФ - водная фаза = 1:8 (концентрация ПФОПСФ 17,8 мас. %, 10,9 об. %). Время сополимеризации составляет 6,5 ч. Израсходовано 72 г ТФЭ. Получено 334 г латекса.It differs from example 1 in that to obtain the initial emulsion PFOPSF use a solution of 1.45 g of ammonium perfluorononate (3 wt.% In relation to PFOPSF), 1.66 g of disubstituted sodium phosphate, 0.83 g of monosubstituted sodium phosphate, 0.58 g of ammonium persulfate (1.2 wt.% in relation to PFOPSF), pH = 7-8, 0.145 g of sodium metabisulfite (0.3 wt.% in relation to PFOPSF) and 48.5 g of PFOPSF in 220 g of deoxygenated deionized water and the copolymerization process is carried out at a TFE pressure of 1.1 MPa and a temperature of 40 ° C. The volumetric ratio of PFOPSF - water phase = 1: 8 (concentration of PFOPSF 17.8 wt.%, 10.9 vol.%). The copolymerization time is 6.5 hours. 72 g of TFE are consumed. Received 334 g of latex.

Плотность латекса - 1,262 г/см3.The density of the latex is 1.262 g / cm 3 .

Сухой остаток - 35,5%.The dry residue is 35.5%.

Средний размер частиц латекса - 70 нм.The average particle size of latex is 70 nm.

Масса сухого полимера - 121,2 г.The mass of dry polymer is 121.2 g.

Конверсия по ПФОПСФ - 92%.PFOPSF conversion - 92%.

ПТР сополимера равен 0,59 г/10 мин.The MFI of the copolymer is 0.59 g / 10 min.

Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 762.The equivalent mass of the copolymer, determined by FTIR spectroscopy, is 762.

Эквивалентная масса сополимера, определенная по ионообменной емкости мембраны, равна 877.The equivalent mass of the copolymer, determined by the ion exchange capacity of the membrane, is 877.

Характеристики мембраны в сульфокислотной форме при 20°С:Characteristics of the membrane in sulfonic acid form at 20 ° C:

Содержание воды - 45,6%Water Content - 45.6%

Удельная электропроводность - 0,133 См/см (при 20°С и влажности (RH) 100%):Electrical conductivity - 0.133 S / cm (at 20 ° С and humidity (RH) 100%):

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 286 МПа.The modulus of elasticity E is 286 MPa.

Предел пластичности σп - 13,6 МПа.The plastic limit σ p - 13.6 MPa.

Предел прочности σр - 27 МПа.The tensile strength σ p - 27 MPa.

Предельная деформация до разрушения εp - 314%.The ultimate strain to failure ε p - 314%.

Пример 4.Example 4

Отличается от примера 1 тем, что для получения исходной эмульсии ПФОПСФ используют раствор 1,25 г перфтороктаноата аммония (2 мас. % по отношению к ПФОПСФ)), 2,14 г двузамещенного фосфата натрия, 1,07 г однозамещенного фосфата натрия, 0,54 г персульфата калия (0,86 мас. % по отношению к ПФОПСФ), рН=7-8, 0,17 г метабисульфита натрия (0,27 мас. % по отношению к ПФОПСФ) и 62,5 г ПФОПСФ в 213 г обескислороженной деионизированной воды, а процесс сополимеризации проводят при давлении ТФЭ 0,9 МПа и температуре 50°С. Объемное отношение ПФОПСФ - водная фаза = 1:6 (концентрация ПФОПСФ 22,2 мас. %, 13,5 об. %). Вместо перфтороктаноата аммония может быть использована аммонийная соль тетрамера оксида гексафторэтилена.It differs from Example 1 in that, to obtain the initial emulsion PFOPSF, a solution of 1.25 g of ammonium perfluorooctanoate (2 wt% with respect to PFOPSF) is used), 2.14 g of disubstituted sodium phosphate, 1.07 g of monosubstituted sodium phosphate, 0, 54 g of potassium persulfate (0.86 wt.% In relation to PFOPSF), pH = 7-8, 0.17 g of sodium metabisulfite (0.27 wt.% In relation to PFOPSF) and 62.5 g of PFOPSF in 213 g deoxygenated deionized water, and the copolymerization process is carried out at a TFE pressure of 0.9 MPa and a temperature of 50 ° C. The volumetric ratio of PFOPSF - water phase = 1: 6 (concentration of PFOPSF 22.2 wt.%, 13.5 vol.%). Instead of ammonium perfluorooctanoate, the ammonium salt of the tetramer of hexafluoroethylene oxide can be used.

Время сополимеризации составляет 6,5 ч. Израсходовано 86,5 г ТФЭ. Получено 342 г латекса.The copolymerization time is 6.5 hours. 86.5 g of TFE are consumed. Received 342 g of latex.

Плотность латекса - 1,292 г/см3.The density of the latex is 1.292 g / cm 3 .

Сухой остаток - 39%.The dry residue is 39%.

Средний размер частиц латекса - 90 нм.The average particle size of latex is 90 nm.

Масса сухого полимера - 143 г.The mass of dry polymer is 143 g.

Конверсия по ПФОПСФ - 90,3%.PFOPSF conversion - 90.3%.

ПТР сополимера равен 0,53 г/10 мин.The MFI of the copolymer is 0.53 g / 10 min.

Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 710.The equivalent mass of the copolymer, determined by FTIR spectroscopy, is 710.

Эквивалентная масса сополимера, определенная по ионообменной емкости мембраны, равна 800.The equivalent mass of the copolymer, determined by the ion-exchange capacity of the membrane, is 800.

Характеристики мембраны в сульфокислотной форме при 20°С:Characteristics of the membrane in sulfonic acid form at 20 ° C:

Содержание воды - 50,2%Water Content - 50.2%

Удельная электропроводность - 0,150 См/см (при 20°С и влажности (RH) 100%):Electrical conductivity - 0.150 S / cm (at 20 ° С and humidity (RH) 100%):

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 290 МПа.The modulus of elasticity E is 290 MPa.

Предел пластичности σп - 12,6 МПа.The plastic limit σ p - 12.6 MPa.

Предел прочности σр - 28 МПа.The tensile strength σ p - 28 MPa.

Предельная деформация до разрушения εр - 312%.Ultimate deformation to fracture ε p - 312%.

Мембраны из сополимеров, полученных в результате реализации заявляемого изобретения, не уступают механическим свойствам экструдированных немодифицированных мембран Aquivion® Е-87 фирмы Solvay Solexis.Membranes from copolymers obtained by the implementation of the claimed invention are not inferior to the mechanical properties of extruded unmodified membranes Aquivion ® E-87 company Solvay Solexis.

Пример 5 (Контрольный Подача ТФЭ в газовую фазу).Example 5 (Control Supply TFE in the gas phase).

Процесс проводили по примеру 1, подавая ТФЭ через штуцер в крышке реактора в газовую фазу. Процесс сополимеризации проводили при давлении ТФЭ 1,1 МПа и температуре 50°С. Объемное отношение мономер ПФОПСФ - водная фаза = 1:12 (концентрация ПФОПСФ 12,8 мас. %, 7,8 об. %). Время сополимеризации составило 4,5 ч. Израсходовано 22,4 г ТФЭ. Получено 275,6 г латекса. Выделено коагулюма (мокрого в виде геля с мешалки) - 11 г.The process was carried out as in example 1, feeding TFE through a fitting in the lid of the reactor into the gas phase. The copolymerization process was carried out at a TFE pressure of 1.1 MPa and a temperature of 50 ° C. The volumetric ratio of PFOPSF monomer to water phase = 1:12 (concentration of PFOPSF 12.8 wt.%, 7.8 vol.%). The copolymerization time was 4.5 hours. 22.4 g of TFE were consumed. Received 275.6 g of latex. Coagulum (wet in the form of a gel from a mixer) was isolated - 11 g.

Плотность латекса - 1,1447 г/см3.The density of the latex is 1.1447 g / cm 3 .

Сухой остаток - 21,7%.The dry residue is 21.7%.

Средний размер частиц латекса - 90 нм.The average particle size of latex is 90 nm.

Масса сухого полимера - 51 г.The mass of dry polymer is 51 g.

Конверсия по ПФОПСФ - 66,1%.PFOPSF conversion - 66.1%.

ПТР сополимера равен 0,8 г/10 мин.The MFI of the copolymer is 0.8 g / 10 min.

Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 642.The equivalent mass of the copolymer, determined by FTIR spectroscopy, is 642.

Эквивалентная масса сополимера, определенная по ионообменной емкости мембраны, равна 752.The equivalent mass of the copolymer, determined by the ion-exchange capacity of the membrane, is 752.

Характеристики мембраны в сульфокислотной форме при 20°С:Characteristics of the membrane in sulfonic acid form at 20 ° C:

Содержание воды - 72,3%Water Content - 72.3%

Удельная электропроводность - 0,158 См/см (при 20°С и влажности (RH) 100%):Electrical conductivity - 0.158 S / cm (at 20 ° С and humidity (RH) 100%):

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 220 МПа.The modulus of elasticity E is 220 MPa.

Предел пластичности σп - 10,1 МПа.The plastic limit σ p - 10.1 MPa.

Предел прочности σр- 20 МПа.The tensile strength σ p - 20 MPa.

Предельная деформация до разрушения εp - 405%.Ultimate deformation to fracture ε p - 405%.

Пример 6 (Контрольный Подача ТФЭ в газовую фазу).Example 6 (Control Supply TFE in the gas phase).

Процесс проводили по примеру 4, подавая ТФЭ через штуцер в крышке реактора в газовую фазу. Процесс сополимеризации проводили при давлении ТФЭ 1,3 МПа и температуре 50°С. Объемное отношение мономер ПФОПСФ - водная фаза = 1:12 (концентрация ПФОПСФ 12,8 мас. %, 7,8 об. %). Время сополимеризации составило 4,5 ч. Израсходовано 30,4 г ТФЭ. Получено 299,4 г латекса.The process was carried out as in example 4, feeding TFE through a fitting in the lid of the reactor into the gas phase. The copolymerization process was carried out at a TFE pressure of 1.3 MPa and a temperature of 50 ° C. The volumetric ratio of PFOPSF monomer to water phase = 1:12 (concentration of PFOPSF 12.8 wt.%, 7.8 vol.%). The copolymerization time was 4.5 hours. 30.4 g of TFE were consumed. Received 299.4 g of latex.

Плотность латекса - 1,1447 г/см3.The density of the latex is 1.1447 g / cm 3 .

Сухой остаток - 21,7%.The dry residue is 21.7%.

Средний размер частиц латекса - 90 нм.The average particle size of latex is 90 nm.

Масса сухого полимера - 62,5 г.The mass of dry polymer is 62.5 g.

Конверсия по ПФОПСФ - 71%.PFOPSF conversion - 71%.

ПТР сополимера равен 0,1 г/10 мин.The MFI of the copolymer is 0.1 g / 10 min.

Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 721.The equivalent mass of the copolymer, determined by FTIR spectroscopy, is 721.

Эквивалентная масса сополимера, определенная по ионообменной емкости мембраны, равна 807.The equivalent mass of the copolymer, determined by the ion-exchange capacity of the membrane, is 807.

Характеристики мембраны в сульфокислотной форме при 20°С:Characteristics of the membrane in sulfonic acid form at 20 ° C:

Содержание воды - 50,8%.The water content is 50.8%.

Удельная электропроводность - 0,146 См/см (при 20°С и влажности (RH) 100%):Electrical conductivity - 0.146 S / cm (at 20 ° С and humidity (RH) 100%):

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 280 МПа.Elastic modulus E - 280 MPa.

Предел пластичности σп - 13,1 МПа.The plastic limit σ p - 13.1 MPa.

Предел прочности σр - 29 МПа.The tensile strength σ p - 29 MPa.

Предельная деформация до разрушения εр - 355%.Ultimate deformation to fracture ε p - 355%.

В данном примере рабочее давление ТФЭ (1,3 МПа) выше, чем в заявляемом изообретении, но не достигнут результат изобретения, когда используется барботирование.In this example, the working pressure of TFE (1.3 MPa) is higher than in the claimed invention, but the result of the invention is not achieved when sparging is used.

Пример 7 (Контрольный по патенту РФ 2545182).Example 7 (Control according to the patent of the Russian Federation 2545182).

В стеклянную колбу, снабженную мешалкой, загружают раствор 0,8653 г (2,55 мас. % по отношению к ПФОПСФ) перфторнонаата аммония, 1,15 г двузамещенного фосфата натрия, 0,57 г однозамещенного фосфата натрия, 0,0865 г (0,26 мас. % по отношению к ПФОПСФ) метабисульфита натрия в 200 г обескислороженной деионизированной воды, добавляют 33,9 г ПФОПСФ, 1,7 г перфторированного углеводорода С610 (5 мас. % по отношению к мономеру ПФОПСФ) вакуумируют колбу с реагентами в течение 1 мин, после чего продувают аргоном. Процедуру повторяют еще 2 раза. Колбу погружают в ультразвуковую ванну (размеры 150×160×200 мм, мощность 250 Вт), наполненную водой. Колбу погружают в ванну ниже уровня воды. Диспергирование проводят при n=600 об/мин в течение 30 мин. Получают устойчивую во время процесса микроэмульсию мономера ПФОПСФ (ФС-81) с перфторированным углеводородом С610.In a glass flask equipped with a stirrer, a solution of 0.8653 g (2.55 wt.% With respect to PFOPSF) of ammonium perfluorononate, 1.15 g of disubstituted sodium phosphate, 0.57 g of monosubstituted sodium phosphate, 0.0865 g (0 , 26 wt.% With respect to PFOPSF) sodium metabisulfite in 200 g of deoxygenated deionized water, add 33.9 g PFOPSF, 1.7 g of perfluorinated hydrocarbon C 6 -C 10 (5 wt.% With respect to PFOPSF monomer) vacuum flask with reagents for 1 min, and then purged with argon. The procedure is repeated 2 more times. The flask is immersed in an ultrasonic bath (dimensions 150 × 160 × 200 mm, power 250 W) filled with water. The flask is immersed in a bath below the water level. Dispersion is carried out at n = 600 rpm for 30 minutes A microemulsion of the PFOPSF monomer (FS-81) with a perfluorinated C 6 -C 10 hydrocarbon is stable during the process.

После этого в подготовленный реактор объемом 450 см3, обработанный 3% пероксидом водорода, высушенный и продутый аргоном, загружают приготовленную микроэмульсию и промывают колбу 2 порциями по 10 мл воды, добавляя ее в реактор. Содержимое реактора продувают аргоном. Проводят трехкратную продувку реактора тетрафторэтиленом (ТФЭ) до давления 0,1 МПа. Включают перемешивание реактора 100 об/мин. и осуществляют нагрев реактора до рабочей температуры 50°С, включая электрообогрев. Продолжительность нагрева 15 мин. После достижения рабочей температуры загружают в реактор раствор 0,285 г (0,84 мас. % по отношению к ПФОПСФ) персульфата калия в 10 г воды. Объемное отношение мономер ФС-81+ перфторированный углеводород С610 - водная фаза = 1:11,5. Включают мешалку реактора на рабочее число оборотов 450 об/мин и устанавливают рабочее давление ТФЭ 1,3 МПа и проводят процесс сополимеризации в течение 4,5 мин, поддерживая постоянное давление ТФЭ 1,3 МПа.After that, in the prepared reactor with a volume of 450 cm 3 , treated with 3% hydrogen peroxide, dried and purged with argon, the prepared microemulsion is loaded and the flask is washed with 2 portions of 10 ml of water, adding it to the reactor. The contents of the reactor are purged with argon. The reactor was purged three times with tetrafluoroethylene (TFE) to a pressure of 0.1 MPa. The reactor was stirred at 100 rpm. and heating the reactor to an operating temperature of 50 ° C., including electrical heating. Duration of heating 15 minutes After reaching the operating temperature, a solution of 0.285 g (0.84 wt.% With respect to PFOPSF) potassium persulfate in 10 g of water is loaded into the reactor. The volume ratio of the monomer FS-81 + perfluorinated hydrocarbon With 6 -C 10 the aqueous phase = 1: 11.5. Turn on the reactor stirrer at a working speed of 450 rpm and set the working pressure of TFE to 1.3 MPa and carry out the copolymerization process for 4.5 minutes, maintaining a constant pressure of TFE of 1.3 MPa.

После окончания процесса сополимеризации захолаживают реактор до 20°С, одновременно стравливая давление ТФЭ. В процессе сополимеризации израсходовано 32 г ТФЭ. Выгружено 300,5 г. латекса.After the copolymerization process is completed, the reactor is cooled down to 20 ° С, while the pressure of TFE is vented. In the copolymerization process, 32 g of TFE was consumed. Unloaded 300.5 g of latex.

Латекс коагулируют методом замораживания, выделившийся сополимер отфильтровывают на воронке Бюхнера, промывают 8 порциями воды по 100 мл с температурой 80°С до отсутствия следов поверхностно-активного вещества. Для удаления остатков перфторированного углеводорода С610 сополимер дополнительно промывают 100 мл хлороформа.The latex is coagulated by freezing, the precipitated copolymer is filtered off on a Buchner funnel, washed with 8 portions of 100 ml water at a temperature of 80 ° C until there are no traces of a surfactant. To remove residues of perfluorinated C 6 -C 10 hydrocarbon, the copolymer is additionally washed with 100 ml of chloroform.

Получают 71 г сополимера. Конверсия по мономеру ПФОПСФ составляет 77,7%. Производительность процесса 33,7 г сополимера/л⋅ч. Эквивалентная масса сополимера, определенная методом FTIR-спектроскопии, равна 755.Obtain 71 g of a copolymer. The conversion of the PFOPSF monomer is 77.7%. The performance of the process is 33.7 g of copolymer / l⋅h. The equivalent mass of the copolymer, determined by FTIR spectroscopy, is 755.

ПТР сополимера равен 1,5 г/10 мин.The MFI of the copolymer is 1.5 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 - 46,3%,The water content is 46.3%,

Удельная электропроводность - 0,140 См/см.The conductivity is 0.140 S / cm.

Мембраны, в отличие от заявляемого изобретения получены методом прессования с последующим гидролизом и кислотной обработкой.Membranes, in contrast to the claimed invention, are obtained by pressing followed by hydrolysis and acid treatment.

Механические свойства мембраны, определенные при 20°С и RH=50%:The mechanical properties of the membrane, determined at 20 ° C and RH = 50%:

Модуль упругости Е - 205 МПа.The modulus of elasticity E is 205 MPa.

Предел пластичности σп - 12,3 МПа.The plastic limit σ p - 12.3 MPa.

Предел прочности σр - 27 МПа.The tensile strength σ p - 27 MPa.

Предельная деформация до разрушения εp - 352%.The ultimate strain to failure ε p - 352%.

Реализация заявляемого изобретения не исчерпывается приведенными примерами.The implementation of the claimed invention is not limited to the above examples.

Результаты, приведенные в примерах, показывают, что предлагаемая технология сополимеризации ТФЭ с ПФОПСФ с подачей тетрафторэтилена барботированием его в реакционную массу (примеры 1-4), обеспечивает получение сополимера с оптимальными свойствами (ЭМ по ИОЕ в пределах 800-900, показатель текучести расплава 0,1-0,6 г/10 мин). Обеспечивается возможность снижения рабочего давления ТФЭ до 0,1 МПа по сравнению с методом ввода ТФЭ в газовую фазу, при этом получены мембранные сополимеры с оптимальными электрохимическими и механическими свойствами. Для сравнения: у аналога давление 1,3 МПа и использована модифицирующая добавка, при этом, например по конверсии ПФОПСФ, результат хуже на 20%, не обеспечивается постоянство состава сополимера. Предложенная технология позволяет проводить процесс сополимеризации до глубоких степеней превращения ПФОПСФ (более 90%) с сохранением постоянства состава или ЭМ образующегося сополимера независимо от степени превращения ПФОПСФ. Механические свойства сульфокислотных мембран, полученных методом полива из раствора синтезированного сополимера в сульфощелочной форме в диметилформамиде, не уступают механическим свойствам экструдированных немодифицированных мембран Aquivion® Е-87 фирмы Solvay Solexis.The results given in the examples show that the proposed technology for the copolymerization of TFE with PFOPSF with the supply of tetrafluoroethylene by bubbling it into the reaction mass (examples 1-4), provides a copolymer with optimal properties (EM according to IOE in the range of 800-900, melt flow rate 0 1-0.6 g / 10 min). It is possible to reduce the working pressure of TFE to 0.1 MPa in comparison with the method of introducing TFE into the gas phase, while membrane copolymers with optimal electrochemical and mechanical properties are obtained. For comparison: the analog has a pressure of 1.3 MPa and a modifying additive was used, while, for example, in the conversion of PFOPSF, the result is worse by 20%, the consistency of the composition of the copolymer is not ensured. The proposed technology allows the copolymerization process to deep degrees of PFOPSF conversion (more than 90%) to maintain a constant composition or EM of the resulting copolymer regardless of the degree of PFOPSF conversion. The mechanical properties of sulfonic acid membranes obtained by irrigation from a solution of the synthesized copolymer in sulfo-alkaline form in dimethylformamide are not inferior to the mechanical properties of extruded unmodified Aquivion ® E-87 membranes from Solvay Solexis.

Claims (5)

1. Способ получения сополимера перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида и тетрафторэтилена в качестве прекурсора перфторированных протонопроводящих мембран путем эмульсионной сополимеризации, заключающийся в том, что предварительно приготавливают водную микроэмульсию первого сомономера - перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида со средним размером частиц 1000 нм методом ультразвукового диспергирования в атмосфере инертного газа при температуре 20°С при объемном соотношении фаз сомономер:вода 1:6-1:12 (концентрация мономера перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида 22,2-12,8 мас. %, 13,5-7,8 об. %) в присутствии эмульгатора - перфторированного поверхностно-активного вещества в количестве 2-3 мас. % по отношению к сомономеру перфтор-3-оксапентенсульфонилфториду, компонента водорастворимой окислительно-восстановительной системы - персульфата калия или аммония в количестве 0,85-1,2 мас. % по отношению к перфтор-3-оксапентенсульфонилфториду и регулятора рН среды до значений рН 7-8, затем микроэмульсию загружают в реактор в атмосфере инертного газа, продувают реактор вторым сомономером - тетрафторэтиленом до давления 0,1 МПа, начинают перемешивать микроэмульсию при 100 об/мин и нагревают ее до рабочей температуры 40-50°С, добавляют другой компонент водорастворимой окислительно-восстановительной системы - метабисульфит натрия в количестве 0,26-0,30 мас. % по отношению к перфтор-3-оксапентенсульфонилфториду, при этом в микроэмульсии образуется окислительно-восстановительная система из двух компонентов, устанавливают скорость перемешивания 450 об/мин и осуществляют сополимеризацию подачей тетрафторэтилена непосредственно в микроэмульсию барботированием при рабочем давлении тетрафторэтилена 0,9-1,1 МПа при постоянном перемешивании реакционной среды в течение 4,5-6,5 ч с образованием латекса, процесс сополимеризации заканчивают при конверсии перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида 90-92%, латекс подвергают коагуляции замораживанием с последующим отделением целевого сополимера от жидкой фазы фильтрованием, сополимер отмывают от исходных веществ деионизированной водой при 80-90°С и сушат под вакуумом.1. A method of obtaining a copolymer of perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride and tetrafluoroethylene as a precursor of perfluorinated proton conducting membranes by emulsion copolymerization, which consists in preliminarily preparing an aqueous microemulsion of the first comonomer — perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride with an average particle size of 1000 nm atomager inert gas at a temperature of 20 ° C with a volumetric phase ratio comonomer: water 1: 6-1: 12 (concentration of monomer perfluoro-3-oxapentene sulfonyl fluoride 22.2-12.8 wt.%, 13.5-7.8 vol.%) in the presence of an emulsifier - perfluorinated surfactant in an amount of 2-3 wt. % with respect to the comonomer of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride, a component of a water-soluble redox system - potassium or ammonium persulfate in an amount of 0.85-1.2 wt. % with respect to perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride and a pH regulator to pH 7-8, then the microemulsion is loaded into the reactor in an inert gas atmosphere, the reactor is blown with the second comonomer - tetrafluoroethylene to a pressure of 0.1 MPa, the microemulsion is stirred at 100 rpm min and heat it to a working temperature of 40-50 ° C, add another component of the water-soluble redox system - sodium metabisulfite in an amount of 0.26-0.30 wt. % with respect to perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride, while a redox system of two components is formed in the microemulsion, the mixing speed is set at 450 rpm and copolymerization is carried out by feeding tetrafluoroethylene directly into the microemulsion by bubbling at a working pressure of tetrafluoroethylene of 0.9-1.1 MPa with constant stirring of the reaction medium for 4.5-6.5 hours with the formation of latex, the copolymerization process is completed with the conversion of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride 90-92%, latex subjected to coagulation by freezing, followed by separation of the target copolymer from the liquid phase by filtration, the copolymer is washed from the starting materials with deionized water at 80-90 ° C and dried under vacuum. 2. Способ по п. 1, заключающийся в том, что для приготовления водной микроэмульсии перфтор-3-оксапентенсульфонилфторида используют обескислороженную деионизированную воду.2. The method according to p. 1, which consists in the fact that for the preparation of an aqueous microemulsion of perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride, deoxygenated deionized water is used. 3. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве эмульгатора используют перфторированное поверхностно-активное вещество из ряда: перфторнонаат аммония, перфтороктаноат аммония, аммонийная соль тетрамера оксида гексафторэтилена.3. The method according to p. 1, which consists in the use of a perfluorinated surfactant from the series: ammonium perfluorononate, ammonium perfluorooctanoate, ammonium salt of tetramer of hexafluoroethylene oxide. 4. Способ по п. 1, заключающийся в том, что в качестве регулятора рН среды используют фосфатный буфер из двузамещенного и однозамещенного фосфатов натрия, достигая рН 7-8.4. The method according to p. 1, which consists in the fact that a phosphate buffer of disubstituted and monosubstituted sodium phosphates is used as a pH regulator, reaching a pH of 7-8. 5. Способ по п. 1, заключающийся в том, что ультразвуковое диспергирование осуществляют в ультразвуковой ванне мощностью 250 Вт при перемешивании фаз мономер перфтор-3-оксапентенсульфонилфторид - вода при 600 об/мин и одновременном ультразвуковом воздействии в течение 30 мин при термостатировании системы для поддержания постоянной температуры диспергирования 20°С.5. The method according to p. 1, which consists in the fact that the ultrasonic dispersion is carried out in an ultrasonic bath with a power of 250 W while mixing the phases, the monomer perfluoro-3-oxapentensulfonyl fluoride - water at 600 rpm and simultaneous ultrasonic exposure for 30 minutes when thermostatic system for maintaining a constant dispersion temperature of 20 ° C.
RU2018122550A 2018-06-19 2018-06-19 Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes RU2671812C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122550A RU2671812C1 (en) 2018-06-19 2018-06-19 Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018122550A RU2671812C1 (en) 2018-06-19 2018-06-19 Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2671812C1 true RU2671812C1 (en) 2018-11-07

Family

ID=64103385

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018122550A RU2671812C1 (en) 2018-06-19 2018-06-19 Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2671812C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820658C1 (en) * 2023-09-27 2024-06-07 Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи") Obtaining stabilized copolymer for proton-conducting membranes

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1172382A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-16 Ausimont S.p.A. Polymerization process of sulphonic monomers
US20120289616A1 (en) * 2006-10-17 2012-11-15 Solvay Solexis S.P.A. Process for stabilizing fluoropolymer having ion exchange groups
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1172382A2 (en) * 2000-06-23 2002-01-16 Ausimont S.p.A. Polymerization process of sulphonic monomers
US20120289616A1 (en) * 2006-10-17 2012-11-15 Solvay Solexis S.P.A. Process for stabilizing fluoropolymer having ion exchange groups
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

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2820658C1 (en) * 2023-09-27 2024-06-07 Общество с ограниченной ответственностью "Инэнерджи" (ООО "Инэнерджи") Obtaining stabilized copolymer for proton-conducting membranes

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3000829B1 (en) Method for producing aqueous polytetrafluoroethylene dispersion
US6602968B1 (en) Free radical polymerization method for fluorinated copolymers
US6025092A (en) Fluorinated ionomers and their uses
EP2500366B2 (en) Aqueous polytetrafluoroethylene emulsion and process for production thereof, aqueous polytetrafluoroethylene dispersion obtained using the emulsion, polytetrafluoroethylene fine powder, and stretch-expanded body
US5595676A (en) Fluorinated polymers
RU2713209C2 (en) Methods of producing aqueous emulsion, fine powder and stretched porous body of modified polytetrafluoroethylene
EP0289869A2 (en) Low equivalent weight sulfonic fluoropolymers
EP3689916B1 (en) Method for producing modified polytetrafluoroethylene, method for producing modified polytetrafluoroethylene powder, and method for producing stretched porous body
EP0053455A1 (en) Preparation of a fluorocarbon cation-exchange membrane and electrolysis process using the membrane
RU2158274C1 (en) Method of preparing elastic copolymer of vinylidene fluoride with 25-30 mole % of hexafluoropropylene
RU2671812C1 (en) Method of obtaining perfluoro-3-oxapentenesulfonyl fluoride copolymer and tetrafluoroethylene as precursor of perfluorinated proton-conducting membranes
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
RU2348649C1 (en) Method of obtaining perfluorated copolymer containing functional groups
RU2545182C1 (en) Method of producing copolymer of tetrafluoroethylene with 2-fluorosulphonyl perfluoroethylvinyl ether - proton-conducting membrane precursor - by emulsion copolymerisation
RU2820658C1 (en) Obtaining stabilized copolymer for proton-conducting membranes
EP1702933B1 (en) Fluoropolymer, process for producing fluoropolymer, electrolyte film, object having immobilized active substance, and solid polymer electrolyte type fuel cell
RU2454431C1 (en) Method of producing perfluorinated functionalised copolymer via emulsion copolymerisation
RU2575009C2 (en) Polytetrafluoroethylene water emulsion and method for obtaining thereof, polytetrafluoroethylene water dispersion, obtained in application of said water emulsion, polytetrafluoroethylene finely disperse powder and stretched porous material
RU2267498C1 (en) Linear statistical tetrafluoroethylene terpolymer with functional perfluorinated co-monomers and method for its preparing
JPS62223210A (en) Production of heat-resistant resin
JP2004018676A (en) Fluorine-containing polymer, producing method of the same, fluorine-containing polymer derivative and fluorine-containing molding
JP2004238488A (en) Method for producing solution composition and the resultant solution composition