UA150344U - Process for the synthesis of sulfo-containing polymeric material with ionic conductivity - Google Patents
Process for the synthesis of sulfo-containing polymeric material with ionic conductivity Download PDFInfo
- Publication number
- UA150344U UA150344U UAU202105007U UAU202105007U UA150344U UA 150344 U UA150344 U UA 150344U UA U202105007 U UAU202105007 U UA U202105007U UA U202105007 U UAU202105007 U UA U202105007U UA 150344 U UA150344 U UA 150344U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- polymerization
- synthesis
- sulfon
- sodium
- ionic conductivity
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 title abstract description 19
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title abstract description 15
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 title abstract description 13
- 125000000020 sulfo group Chemical group O=S(=O)([*])O[H] 0.000 title abstract description 4
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N acrylic acid group Chemical group C(C=C)(=O)O NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000003999 initiator Substances 0.000 claims abstract description 8
- XFTALRAZSCGSKN-UHFFFAOYSA-M sodium;4-ethenylbenzenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C1=CC=C(C=C)C=C1 XFTALRAZSCGSKN-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 8
- RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N Sulphur dioxide Chemical compound O=S=O RAHZWNYVWXNFOC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 2-prop-2-enoyloxyethyl prop-2-enoate Chemical compound C=CC(=O)OCCOC(=O)C=C KUDUQBURMYMBIJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N Acrylonitrile Chemical compound C=CC#N NLHHRLWOUZZQLW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 claims description 7
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 claims description 5
- SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 2-(2-methoxy-5-methylphenyl)ethanamine Chemical compound COC1=CC=C(C)C=C1CCN SMZOUWXMTYCWNB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 2,2-dimethoxy-2-phenylacetophenone Chemical compound C=1C=CC=CC=1C(OC)(OC)C(=O)C1=CC=CC=C1 KWVGIHKZDCUPEU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 18
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 5
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N dimethylformamide Substances CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 2-phenylethenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 AGBXYHCHUYARJY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N ether Substances CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010526 radical polymerization reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- MAGFQRLKWCCTQJ-UHFFFAOYSA-N 4-ethenylbenzenesulfonic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C1=CC=C(C=C)C=C1 MAGFQRLKWCCTQJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N Methacrylic acid Chemical compound CC(=C)C(O)=O CERQOIWHTDAKMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 2
- -1 poly(ether sulfones Chemical class 0.000 description 2
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 2
- MNCGMVDMOKPCSQ-UHFFFAOYSA-M sodium;2-phenylethenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C=CC1=CC=CC=C1 MNCGMVDMOKPCSQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000012956 1-hydroxycyclohexylphenyl-ketone Substances 0.000 description 1
- XMLYCEVDHLAQEL-UHFFFAOYSA-N 2-hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan-1-one Chemical compound CC(C)(O)C(=O)C1=CC=CC=C1 XMLYCEVDHLAQEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DBCAQXHNJOFNGC-UHFFFAOYSA-N 4-bromo-1,1,1-trifluorobutane Chemical compound FC(F)(F)CCCBr DBCAQXHNJOFNGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MAGFQRLKWCCTQJ-UHFFFAOYSA-M 4-ethenylbenzenesulfonate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)C1=CC=C(C=C)C=C1 MAGFQRLKWCCTQJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000004971 Cross linker Substances 0.000 description 1
- VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N Methyl methacrylate Chemical compound COC(=O)C(C)=C VVQNEPGJFQJSBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002029 aromatic hydrocarbon group Chemical group 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MQDJYUACMFCOFT-UHFFFAOYSA-N bis[2-(1-hydroxycyclohexyl)phenyl]methanone Chemical compound C=1C=CC=C(C(=O)C=2C(=CC=CC=2)C2(O)CCCCC2)C=1C1(O)CCCCC1 MQDJYUACMFCOFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000007334 copolymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 239000003431 cross linking reagent Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000010612 desalination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000005886 esterification reaction Methods 0.000 description 1
- STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N ethylene glycol dimethacrylate Substances CC(=C)C(=O)OCCOC(=O)C(C)=C STVZJERGLQHEKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003301 hydrolyzing effect Effects 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002576 ketones Chemical group 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 229920001643 poly(ether ketone) Polymers 0.000 description 1
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 1
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 1
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 239000013535 sea water Substances 0.000 description 1
- XESUCHPMWXMNRV-UHFFFAOYSA-M sodium;2-ethenylbenzenesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C1=CC=CC=C1C=C XESUCHPMWXMNRV-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 229920001059 synthetic polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001897 terpolymer Polymers 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012719 thermal polymerization Methods 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 description 1
- 239000002351 wastewater Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Polymerisation Methods In General (AREA)
Abstract
Description
Корисна модель належить до хімії високомолекулярних сполук і може бути використана у виробництві іоно-обмінних мембран та протонопровідних мембран для паливних елементів та електрохімічних пристроїв.A useful model belongs to the chemistry of high molecular compounds and can be used in the production of ion-exchange membranes and proton-conducting membranes for fuel cells and electrochemical devices.
Полімерні матеріали, функціоналізовані різноманітними функцій ним и групами, широко використовуються у мембранних технологіях. Зокрема, за наявності у складі матеріалу карбоксильних або сульфогруп полімери можуть бути застосовані для виготовлення протонопровідних та іоно-обмінних мембран.Polymeric materials functionalized with various functions and groups are widely used in membrane technologies. In particular, if the material contains carboxyl or sulfo groups, polymers can be used for the production of proton-conducting and ion-exchange membranes.
Протонопровідні мембрани застосовуються у технології паливних елементів, яка набуває стрімкого розвитку завдяки своїй економічності, екологічній безпеці, надійності та простоті.Proton-conducting membranes are used in fuel cell technology, which is rapidly developing due to its cost-effectiveness, environmental safety, reliability and simplicity.
Ефективність функціонування протонопровідної мембрани, що забезпечує рух протонів від анода до катода та ізолює потоки палива і окиснювача, визначає продуктивність паливного елемента в цілому. Найбільш успішною у даний час є мембрана Маїйоп (би Ропі) - сульфований фторкополімер на основі тетрафторетилену. Вона володіє високою протонною провідністю, механічною та хімічною стійкістю, однак, має суттєвий недолік: при низькій вологості провідність мембрани суттєво знижується. Крім того, ця мембрана є дорогою, а її виробництво є складним і токсичним.The efficiency of the proton-conducting membrane, which ensures the movement of protons from the anode to the cathode and isolates the fuel and oxidizer flows, determines the performance of the fuel cell as a whole. The most successful at the moment is the Maiyop (or Ropi) membrane - a sulfonated fluorocopolymer based on tetrafluoroethylene. It has high proton conductivity, mechanical and chemical resistance, however, it has a significant drawback: at low humidity, the conductivity of the membrane decreases significantly. In addition, this membrane is expensive, and its production is difficult and toxic.
Іоно-обмінні та іоно-адсорбуючі мембрани знаходять застосування для очистки стічних вод від забруднювачів, якими найчастіше є солі металів, а також для опріснення морської води та ін.Ion-exchange and ion-adsorbing membranes are used for cleaning wastewater from pollutants, which are most often metal salts, as well as for desalination of sea water, etc.
З метою створення альтернативних мембран випробовуються різноманітні матеріали, у тому числі успішно досліджуються ароматичні полімери та кополімери. Для посилення стабільності при високих температурах ароматичні вуглеводневі групи можуть бути впроваджені безпосередньо у головний ланцюг полімера. Ароматичні вуглеводні володіють також значною хімічною стійкістю, оскільки міцність зв'язку С-Н бензенового кільця співставна з міцністю аліфатичного С-Н зв'язку.In order to create alternative membranes, various materials are being tested, including aromatic polymers and copolymers, which have been successfully investigated. To increase stability at high temperatures, aromatic hydrocarbon groups can be introduced directly into the main chain of the polymer. Aromatic hydrocarbons also have significant chemical stability, since the strength of the C-H bond of the benzene ring is comparable to the strength of the aliphatic C-H bond.
Серед різних типів ароматичних вуглеводнів для виготовлення мембран полі(етер сульфони), полі(етеркетони) з різним числом етер- і кетон-функційностей (РЕЕК, РЕКК, РЕКЕКК і т.д.), полі(ариленетери) (РАН) і полі(іміди) (РІ), суттєвий інтерес викликали полімери і кополімери на основі стиренсульфонової кислоти. Цей мономер є вдалим вибором як матеріал для синтезу протонопровідних та іоно-обмінних мембран, оскільки є дешевим і має відносноAmong the various types of aromatic hydrocarbons for the manufacture of membranes are poly(ether sulfones), poly(ether ketones) with a different number of ether and ketone functionalities (REEK, REKK, REKEKK, etc.), poly(arylene ethers) (RAN) and poly( imides) (RI), polymers and copolymers based on styrenesulfonic acid have attracted significant interest. This monomer is a good choice as a material for the synthesis of proton-conducting and ion-exchange membranes, because it is cheap and has relatively
Зо велику іонну провідність. Головним недоліком полістиренсульфонової кислоти є її низька стійкість у водному середовищі. Щоб вирішити проблему гідролітичної нестабільності, необхідно синтезувати кополімери, поєднуючи мономери, які забезпечують механічну міцність і необхідний рівень водопоглинання мембрани. Таким мономером часто служить акрилонітрил, який утворює полімер з доброю хімічною та механічною міцністю; використовують і ряд інших мономерів.Because of the large ionic conductivity. The main disadvantage of polystyrene sulfonic acid is its low stability in an aqueous environment. To solve the problem of hydrolytic instability, it is necessary to synthesize copolymers by combining monomers that provide mechanical strength and the required level of water absorption of the membrane. Such a monomer is often acrylonitrile, which forms a polymer with good chemical and mechanical strength; a number of other monomers are also used.
Відомі способи синтезу кополімерних матеріалів на основі акрилових мономерів і стиренсульфонату натрію або стиренсульфонової кислоти, як правило, здійснюють шляхом термічної полімеризації мономерів у розчині. Так, синтез матеріалу на основі акрилонітрилу і стиренсульфонової кислоти (РАМ-со-РОБА) (| відбувається шляхом вільно-радикальної полімеризації мономерів акрилонітрилу (АМ) ії натрієвої солі 4-стиренсульфонової кислоти (55Ма), взятих у співвідношенні 10: 1. Процес проходить у водному розчині в атмосфері азоту протягом 40 хв. за температури 70 "С, ініціатором полімеризації служить персульфат калію (2 моль 95). Після полімеризації суміш вносять в 0,1 ТМ НСЇ і перемішують протягом 12 год. для заміни іонів Мах на іони Ну центрифугують, промивають дистильованою водою і піддають ліофільній сушці. Мембрани формують методом лиття з розчину в М,М'-диметилформаміді.Known methods of synthesis of copolymer materials based on acrylic monomers and sodium styrene sulfonate or styrene sulfonic acid are usually carried out by thermal polymerization of monomers in solution. Thus, the synthesis of a material based on acrylonitrile and styrenesulfonic acid (RAM-co-ROBA) (| occurs by free-radical polymerization of monomers of acrylonitrile (AM) and the sodium salt of 4-styrenesulfonic acid (55Ma), taken in a ratio of 10: 1. The process takes place in an aqueous solution in a nitrogen atmosphere for 40 min. at a temperature of 70 "С, the initiator of polymerization is potassium persulfate (2 mol 95). After polymerization, the mixture is added to 0.1 TM of HCSO and stirred for 12 h to replace Mach ions with Nu ions centrifuged, washed with distilled water and lyophilized.Membranes are formed by casting from a solution in M,M'-dimethylformamide.
Синтезований матеріал володіє протонною провідністю 7,1:103 См/см. Автори |2| синтезували іоно-адсорбційний зшитий кополімер полі(4-стиренсульфонат натрію-ко-акрилова кислота) (РЗЗМа-со-АА) методом радикальної полімеризації в розчині з ініціатором персульфатом амонію і зшивачем М,М'-метилен-біс-акриламідом (2-8 моль 95). Співвідношення мономерів складало 1:1. Синтез проходив в атмосфері азоту за температури 70 "С протягом 4 год. Потім продукт відфільтровували, промивали і сушили при 40 "С до постійної ваги. Синтетичний полімерний матеріал для іоно-обмінної мембрани, що складається з 4-стиренсульфонату натрію (Мабзб5), метакрилової кислоти (МАА) і метилметакрилату (ММА) у різних співвідношеннях, одержаних |З| методом полімеризації в розчині. Мембрани були приготовані зшиванням при нагріванні та реакціях етерифікації. Іоно-обмінна ємність матеріалу складає 0,51-0,99 мекв/г.The synthesized material has a proton conductivity of 7.1:103 cm/cm. Authors |2| synthesized the ion-adsorption crosslinked copolymer poly(4-styrenesulfonate sodium-co-acrylic acid) (RZZMa-co-AA) by the method of radical polymerization in a solution with the initiator ammonium persulfate and the crosslinker M,M'-methylene-bis-acrylamide (2-8 mole 95). The ratio of monomers was 1:1. The synthesis took place in a nitrogen atmosphere at a temperature of 70 "C for 4 hours. Then the product was filtered, washed and dried at 40 "C to a constant weight. Synthetic polymer material for an ion-exchange membrane, consisting of sodium 4-styrenesulfonate (Mabzb5), methacrylic acid (MAA) and methyl methacrylate (MMA) in different ratios, obtained |З| by the method of polymerization in solution. Membranes were prepared by heat crosslinking and esterification reactions. The ion-exchange capacity of the material is 0.51-0.99 meq/g.
Однак, цей спосіб синтезу має недоліки: довготривалість, енергозатратність, використання агресивних розчинників, що небезпечно для екології.However, this method of synthesis has disadvantages: long duration, energy consumption, use of aggressive solvents, which is dangerous for the environment.
Найбільш близьким до пропонованого способу синтезу сульфовмісного полімерного бо матеріалу з іонною провідністю є спосіб, описаний в |4), за яким здійснюють полімеризацію акрилових мономерів та сульфовмісного мономеру 4-вінілбензенсульфонату натрію (Ма5з5): тер полімер акрилонітрилу (АМ), стиренсульфонату натрію (Мабз5) і М-бутилакрилату (ВА) для виготовлення іоно-обмінної мембрани. Необхідні властивості матеріалу були досягнуті підбором складу вихідної композиції: АМ: 55Ма: ВА-75:15: 10 ваг. 95. Одержана мембрана володіє іоно- обмінною ємністю 1,50 мекв/г і іонною провідністю 1,37 мСм/см.The closest to the proposed method of synthesizing a sulfon-containing polymer material with ionic conductivity is the method described in |4), by which the polymerization of acrylic monomers and the sulfon-containing monomer sodium 4-vinylbenzenesulfonate (Ma5z5) is carried out: ter polymer of acrylonitrile (AM), sodium styrene sulfonate (Mabz5 ) and M-butyl acrylate (BA) for the manufacture of an ion-exchange membrane. The necessary properties of the material were achieved by selecting the composition of the original composition: АМ: 55Ма: ВА-75:15: 10 wt. 95. The resulting membrane has an ion-exchange capacity of 1.50 meq/g and an ionic conductivity of 1.37 mS/cm.
Спосіб синтезу відомого сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністю включає наступні операції: АМ, ВА, Маб55, ЮОМЕ, Н2О поміщають в круглодонну колбу з конденсатором. Туди ж додають ініціатор 2,2-азо-б/с-ізобутиронітрил (АІВМ). Реакційна суміш продувається азотом протягом 10 хе, після чого колбу поміщають в олійну баню. Процес вільно- радикальної полімеризації проходить за температури 85 "С протягом 4 год. Після завершення процесу кополімер висаджують в метанол і сушать у вакуумі при 80 "С 48 год. Конверсія складає 8095. Приготування мембран включає розчинення кополімера у ОМЕ, нанесення прозорого розчину на тонку скляну пластину і витримування протягом З год. при 50 "С. Після цього мембрану відділяють і занурюють у воду, щоб видалити залишковий ОМЕ. Товщина мембран складає 0,2 мм.The method of synthesis of the known sulfon-containing polymer material with ionic conductivity includes the following operations: AM, BA, Mab55, ЮОМЕ, Н2О are placed in a round-bottomed flask with a condenser. The initiator 2,2-azo-b/s-isobutyronitrile (AIBM) is added there. The reaction mixture is purged with nitrogen for 10 h, after which the flask is placed in an oil bath. The process of free-radical polymerization takes place at a temperature of 85 "C for 4 hours. After the completion of the process, the copolymer is immersed in methanol and dried in a vacuum at 80 "C for 48 hours. The conversion is 8095. The preparation of the membranes includes dissolving the copolymer in OME, applying a transparent solution to a thin glass plate and keeping it for 3 hours. at 50 "C. After that, the membrane is separated and immersed in water to remove residual OME. The thickness of the membranes is 0.2 mm.
Однак відомий спосіб синтезу сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністю має недоліки: використання під час синтезу агресивного розчинника диметилформаміду (ОМЕ), що небезпечно для екології, енергозатратний процес виготовлення.However, the known method of synthesizing sulfon-containing polymeric material with ionic conductivity has drawbacks: the use during synthesis of an aggressive solvent, dimethylformamide (OME), which is dangerous for the environment, and an energy-consuming manufacturing process.
В основу корисної моделі поставлена задача створити спосіб синтезу сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністю, який за рахунок підбору складу і співвідношення вихідних компонентів і використання нових дій, дозволив би значно скоротити час виготовлення матеріалу, здешевити продукт, зробити синтез більш екологічним, не використовувати агресивних розчинників.The basis of a useful model is the task of creating a method of synthesizing sulfon-containing polymeric material with ionic conductivity, which, due to the selection of the composition and ratio of the initial components and the use of new actions, would allow to significantly reduce the time of manufacturing the material, make the product cheaper, make the synthesis more ecological, and not use aggressive solvents .
Поставлена задача вирішується тим, що спосіб синтезу сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністю, за яким здійснюють полімеризацію акрилових мономерів та сульфовмісного мономеру 4-вінілбензенсульфонату натрію в присутності ініціатора.The problem is solved by the fact that the method of synthesizing a sulfon-containing polymer material with ionic conductivity, which involves the polymerization of acrylic monomers and the sulfon-containing monomer sodium 4-vinylbenzenesulfonate in the presence of an initiator.
Полімеризацію здійснюють УФф-ініційованою полімеризацією у присутності фотоініціатора, акрилові мономери та сульфовмісний мономер 4-вінілбензенсульфонату натрію вибирають у наступному співвідношенні, ваг. част: оакрилонітрил - 44, акрилова кислота - 20,Polymerization is carried out by UV-initiated polymerization in the presence of a photoinitiator, acrylic monomers and sulfon-containing monomer of sodium 4-vinylbenzenesulfonate are selected in the following ratio, wt. parts: acrylonitrile - 44, acrylic acid - 20,
Зо етиленглікольдіакрилат - 20, 4-вінілбензенсульфонат натрію - 14, а як ініціатор використовують фотоініціатор ІКСАСИКЕ 651 в кількості 2 ваг. част.Of ethylene glycol diacrylate - 20, sodium 4-vinylbenzenesulfonate - 14, and as an initiator, photoinitiator IKSASIKE 651 is used in the amount of 2 kg. often
Для синтезу сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністю використовують акрилові мономери акрилонітрил (АМ) СН2-СН-СМ, акрилову кислоту (АХА) СН.:СН-СООН, етиленглікольдиметакрилат (НООМА) етиленгліколь діакрилат (НгСс-СнН-СОСН»-|, та сульфовмісний мономер вінілбензолсульфонат натрію (натрієву сіль стирен-4-сульфонової кислоти) (Маб55) СвіН7МаОз5. Етиленглікольдіакрилат виступає також в ролі зшивального агента для додаткового формування сітчатої структури кополімера. Для ініціювання процесу фотополімеризації використовують фотоініціатор (ФІ) (наприклад, 2,2-диметокси-1,2- дифенілетан-1-он СеНь-СО-С(ОСНЗз)2-СвіН5 (Сіба ІВЯОААСИОВЕ 651), 1- гідроксициклогексилфенілкетон НОСеНіоСОСеН5 (Сіра ІНСАСИОВЕ 184), 2-гідрокси-2-метил-1- фенілпропан-1-он (Сіра ОАКОСИЕ 1173).Acrylic monomers acrylonitrile (AM) CH2-CH-CM, acrylic acid (AHA) CH.:CH-COOH, ethylene glycol dimethacrylate (NOOMA), ethylene glycol diacrylate (НгСс-СнН-СОСН»-|, and sulfon-containing monomer sodium vinylbenzenesulfonate (sodium salt of styrene-4-sulfonic acid) (Mab55) СviН7МаОз5. Ethylene glycol diacrylate also acts as a crosslinking agent for additional formation of the network structure of the copolymer. To initiate the photopolymerization process, a photoinitiator (FI) is used (for example, 2,2-dimethoxy -1,2- diphenylethan-1-one SeHn-CO-C(OSNHz)2-SviH5 (Siba IVYAOAASIOVE 651), 1- hydroxycyclohexylphenylketone NOSeNioSOSeH5 (Sira INSASIOVE 184), 2-hydroxy-2-methyl-1- phenylpropane-1 -on (Sira OAKOSIE 1173).
Синтез сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністю здійснюють способомThe synthesis of sulfon-containing polymer material with ionic conductivity is carried out by the method
УФ-ініційованої радикальної кополімеризації мономерів, за яким готують водний розчин мономерів розчиненням водорозчинних реагентів: мономерів Маз5, АА та ЕСОМА. Потім розчин змішують з відповідною кількістю АМ, що містить фотоініці«атор ІКСАСИКЕ 651 (2 ваг. част.), при постійному перемішуванні (500 об/хв) протягом 30 хв. Співвідношення між мономерами у полімерній матриці складає АМ:. АА: ЕСОМА: Маз5-44:20:20:14 ваг. част.UV-initiated radical copolymerization of monomers, after which an aqueous solution of monomers is prepared by dissolving water-soluble reagents: monomers Maz5, AA and ESOMA. Then the solution is mixed with the appropriate amount of AM containing the photoinitiator IKSASIKE 651 (2 parts by weight), with constant stirring (500 rpm) for 30 minutes. The ratio between monomers in the polymer matrix is AM:. AA: ESOMA: Maz5-44:20:20:14 wt. often
Гомогенізовану суміш заливають у скляну форму (50 мм х 20 мм х 0,15 мм) і витримують приThe homogenized mixture is poured into a glass mold (50 mm x 20 mm x 0.15 mm) and kept at
Уф-опроміненні (365 нм) протягом 15-25 хв, до утворення плівки. Для запобігання інгібуючого впливу кисню на процес полімеризації форми покривають предметним склом. Після УФ- опромінення отримані плівки із середньою товщиною 100-150 мкм виймають з форми, промивають великим надлишком розчинників для видалення непрореагованих сполук. Зразки плівок сушать у сушильній шафі при температурі 50 "С до постійної ваги.UV-irradiated (365 nm) for 15-25 minutes, until the formation of a film. To prevent the inhibitory effect of oxygen on the polymerization process, the forms are covered with a glass slide. After UV irradiation, the obtained films with an average thickness of 100-150 μm are removed from the mold, washed with a large excess of solvents to remove unreacted compounds. Samples of the films are dried in a drying cabinet at a temperature of 50 °C to a constant weight.
Приклад конкретного виконання способу синтезу полімерного сульфовмісного матеріалу:An example of a specific implementation of the method of synthesis of polymeric sulfon-containing material:
У 0,45 мл дистильованої води розчиняють 0,22 г Маз5, після цього додають 0,35 мл ЕВОМА і 0,3 мл АА і перемішують 30 хв. Розчиняють при перемішуванні 0,04 г фотоініціатораDissolve 0.22 g of Maz5 in 0.45 ml of distilled water, then add 0.35 ml of EVOMA and 0.3 ml of AA and mix for 30 minutes. Dissolve with stirring 0.04 g of photoinitiator
ІКОАСИОКЕ 651 у 0,86 мл АМ. Розчини зливають, після перемішування протягом 30 хв. поміщають у скляну форму, піддають УФ-опроміненню протягом 20 хв., після чого промивають і висушують при температурі 50 "С протягом 12 год.IKOASIOKE 651 in 0.86 ml AM. The solutions are drained, after stirring for 30 min. placed in a glass mold, exposed to UV radiation for 20 minutes, then washed and dried at a temperature of 50 "C for 12 hours.
Запропонований спосіб синтезу сульфовмісного полімерного матеріалу з іонною провідністюThe method of synthesis of sulfon-containing polymer material with ionic conductivity is proposed
АМ-ко-АА-ко-ЕСЮОМА-ко-Мазо5 з покращеними властивостями є швидшим, дешевшим та екологічно безпечним у порівнянні з відомим матеріалом. Одержаний матеріал не поступається властивостями відомому матеріалу, протонна провідність синтезованого матеріалу є високою і складає 1,54х103 С/см, іоно-обмінна становить 1,7 мекв/г. Спосіб може бути використаний для виготовлення мембран паливних елементів та електрохімічних пристроїв та іоно-обмінних мембран.AM-co-AA-co-ESUOMA-co-Mazo5 with improved properties is faster, cheaper and environmentally friendly compared to the known material. The obtained material is not inferior in properties to the known material, the proton conductivity of the synthesized material is high and is 1.54x103 C/cm, the ion-exchange capacity is 1.7 meq/g. The method can be used for the production of membranes of fuel cells and electrochemical devices and ion-exchange membranes.
Джерела інформації: 1. Тнапакогп Запдіпитсенаї, Зційка Моипдте, ЗзигапуоКнапа Магім/зеї. РоїуасгуіопіпПе-базей ргоїоп сопаисіїпд тетбргапев сопіаїпіпуд зиопіс асій апа їеїга?оїє тоіеїйев //Шошгпа! ої АрріїєйSources of information: 1. Tnapakogp Zapdipitsenai, Zciyka Moipdte, ZzygapuoKnapa Magim/zei. RoiiuasguiopipPe-bazei rgoiop sopaisiipd tetbrgapev sopiaipipud ziopis asii apa ieiga?oiye toieiiyev //Shoshgpa! Oi Arriya
Роїутег з5сіепсе, 2017, Мої. 134, 45411 2. Ветабе І. Вімаз5, Сапа Мипо;. Зупіпезіз апі Меїа! Іоп Адзогріюп Ргорепієз ої Роїу(4- зодійт 5іугепе з!йПрпаїе-со-асгуїїс асіа) /Хошитаї! ої Арріїєа Роїутег Зсієпсе, 2009, Мої. 114, Р. 1587-1592.Roiuteg z5siepse, 2017, Moi. 134, 45411 2. Vetabe I. Vimaz5, Sapa Mypo;. Zupipeziz api Meia! Iop Adzogriup Rgorepiez oi Roiu(4- zodiyt 5iugepe z!yPrpaie-so-asguiiis asia) /Hoshitai! oi Arriiea Roiuteg Zsiepse, 2009, Moi. 114, R. 1587-1592.
З. Моп-Зеок Кмак, дій Зип Коо, Таеєк Бипа Нмапу, Еип Мі Спої. Зупіпевзів апа еїесігіса ргорепіез ої Ма55-МАА-ММА саїййоп ехспапде тетрбгапев ог тетбгапе сарасіїйме авіопігайоп (МООІ) /Оєзаїіпайіоп, У. 285, 2012, Р. 138-146. 4. Маіїрнауєе Внадіа, Ота СНацепйсе апа Зигтезн! К. Уемла)кКа. Роіу(асгуіопініе-со-5іутепе водішт 5!цТопаїе-со-п-бшу! асгуїаїє) їегроїутег Бразей сайоп ехспапде тетбгапе їог маїег дезаїїпайоп міа єІвсігодіа|узіз /8502 Адмапсев, 2015, Івв. 5, Р. 5, Р. 40026-40035.Z. Mop-Zeok Kmak, Doe Zip Koo, Taeek Bipa Nmapu, Eip Mi Spoi. Zupipevziv apa eyesigisa rgorepiez oi Ma55-MAA-MMA saiyyop ekhspapde tetrbgapev og tetbgape sarasiyime aviopigayop (MOOI) /Oezaiipayiop, U. 285, 2012, R. 138-146. 4. Maiirnauee Vnadia, Ota SNatsepyse apa Zygtezn! K. Uemla)kKa. Roiu(asguiopinie-so-5iutepe vadisht 5!tsTopaie-so-p-bshu! asguiaiye) yegroiuteg Brazei sayop ekhspapde tetbgape yog maieg dezaiipayop mia eIvsigodia|uziz /8502 Admapsev, 2015, Ivv. 5, R. 5, R. 40026-40035.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU202105007U UA150344U (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | Process for the synthesis of sulfo-containing polymeric material with ionic conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU202105007U UA150344U (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | Process for the synthesis of sulfo-containing polymeric material with ionic conductivity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA150344U true UA150344U (en) | 2022-02-02 |
Family
ID=89902187
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU202105007U UA150344U (en) | 2021-09-06 | 2021-09-06 | Process for the synthesis of sulfo-containing polymeric material with ionic conductivity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA150344U (en) |
-
2021
- 2021-09-06 UA UAU202105007U patent/UA150344U/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110903449B (en) | Isatin arene copolymer, preparation method and application | |
| US5985477A (en) | Polymer electrolyte for fuel cell | |
| Smitha et al. | Synthesis and characterization of proton conducting polymer membranes for fuel cells | |
| CA2221813C (en) | Substituted trifluorostyrene compositions | |
| Kim et al. | Single-step synthesis of proton conducting poly (vinylidene fluoride)(PVDF) graft copolymer electrolytes | |
| US20080242750A1 (en) | Polycyclic polymers containing pendant ion conducting moieties | |
| CN110690486A (en) | Preparation method of crosslinking type alkaline anionic membrane based on flexible long-side-chain multi-cation structure | |
| Kim et al. | Synthesis of polyethylene-based proton exchange membranes containing PE backbone and sulfonated poly (arylene ether sulfone) side chains for fuel cell applications | |
| CN103582672A (en) | Hydrophilizing agent composition, hydrophilization method, hydrophilized resin porous body, and method for producing hydrophilized resin porous body | |
| KR101137313B1 (en) | Manufacturing method of copolymer for ion exchange membrane | |
| CN104277216B (en) | A kind of sulfonated perfluorocarbon cyclobutyl polyarylether polymer and its preparation method and application | |
| UA150344U (en) | Process for the synthesis of sulfo-containing polymeric material with ionic conductivity | |
| JP5286646B2 (en) | Method for polymerizing sulfone group-containing monomers | |
| CN105254791A (en) | Branched poly (p-hydroxystyrene) copolymer used for 248nm photoresist | |
| JP2006028414A (en) | Sulfonated polymer and solid polyelectrolyte | |
| CN114160213A (en) | Polystyrene sodium sulfonate/polyvinyl alcohol cation exchange membrane and preparation method thereof | |
| Nielsen et al. | Sulfonated hydrocarbon graft architectures for cation exchange membranes | |
| KR20110117318A (en) | Ion exchange membrane comprising copolymer containing ion exchange group | |
| CN113488688B (en) | Preparation method of cross-linked side chain sulfonated polymer proton exchange membrane for fuel cell | |
| CN107271412B (en) | Method for detecting or comparing mechanical strength of high molecular polymer material | |
| Lee et al. | Alkylated sulfonated poly (arylene sulfone) s for proton exchange membranes | |
| CN1395585A (en) | Process for making graft copolymers | |
| Lee et al. | Synthesis and characterization of crosslinked triblock copolymers for fuel cells | |
| WO2010069277A2 (en) | Polymeric aliphatic ion-exchange materials and their applications | |
| RU2818592C2 (en) | Cross-linked polyvinyl alcohol-polystyrene sulphonic acid copolymers and methods for production thereof |