CS258526B1 - A method for treating perfluorinated ion exchange copolymers, especially their surface - Google Patents
A method for treating perfluorinated ion exchange copolymers, especially their surface Download PDFInfo
- Publication number
- CS258526B1 CS258526B1 CS865110A CS511086A CS258526B1 CS 258526 B1 CS258526 B1 CS 258526B1 CS 865110 A CS865110 A CS 865110A CS 511086 A CS511086 A CS 511086A CS 258526 B1 CS258526 B1 CS 258526B1
- Authority
- CS
- Czechoslovakia
- Prior art keywords
- copolymers
- salts
- ion exchange
- perfluorinated ion
- sulfonated
- Prior art date
Links
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
Abstract
Řešení se týká způsobu úpravy perfluorovaných iontoměničových kopolymerů, sulfonovaných a/nebo karboxylovaných a jejich solí, zejména potom jejich povrchu. Předmět řešení umožňuje upravit chemicky nebo fyzikálně povrch těchto kopolymerů a jejich solí do požadované hloubky na kompaktní křehkou vrstvu, mající elektrickou vodivost, vysoký specifický povrch okolo 3 000 m^/g, na který mohou být naadsorbovány katalyticky účinné látky, vysokou chemickou reaktivitu a iontoměničové schopnosti. Oprava se provádí reakcí těchto kopolymerů a jejich solí s amalgamy alkalických kovů při teplotě do 200 °C v inertním prostředí. Pro své vlastnosti jsou tyto upravené kopolyméry a jejich soli používány především jako elektrody pro účely elektrokatalýzyThe solution relates to a method for treating perfluorinated ion-exchange copolymers, sulfonated and/or carboxylated and their salts, especially their surface. The subject of the solution makes it possible to chemically or physically treat the surface of these copolymers and their salts to the required depth into a compact, brittle layer having electrical conductivity, a high specific surface area of about 3,000 m^/g, onto which catalytically active substances can be adsorbed, high chemical reactivity and ion-exchange capabilities. The repair is carried out by reacting these copolymers and their salts with alkali metal amalgams at temperatures up to 200 °C in an inert environment. Due to their properties, these treated copolymers and their salts are used primarily as electrodes for electrocatalysis purposes
Description
Předmětem vynálezu je způsob úpravy perfluorovaných iontoměničových kopolymerů, sulfonovanýoh a/nebo karboxylovanýoh a jejich solí, zejména pak jejich povrchu.It is an object of the present invention to provide a process for treating perfluorinated ion exchange copolymers, sulfonated and / or carboxylated copolymers, and salts thereof, particularly their surface.
Tyto sulfonované a/nebo karboxylované perfluorované kopolymery a jejich soli (obchodní název firmy Du Pont de Nemours and Co., USA = Nafion) jsou chemicky velmi stálé ionomery čili polymery obsahující iontové skupiny, které jsou v elektrochemii využívány zejména jako separátory v elektrolyzérech solanky, v kyslíkovodíkových palivových článcích jako pevný elektrolyt, při úpravách lázni pro galvanické chromování a k přípravě chemicky modifikovaných elektrod.These sulfonated and / or carboxylated perfluorinated copolymers and their salts (trade name of Du Pont de Nemours and Co., USA = Nafion) are chemically very stable ionomers or polymers containing ionic groups which are used in electrochemistry in particular as separators in brine electrolysers, in hydrogen-hydrogen fuel cells as a solid electrolyte, in galvanic chrome bath treatments, and in preparation of chemically modified electrodes.
V řadě případů aplikací je třeba na povrch membrány z těchto kopolymerů nanést katalyticky účinné vrstvy nebo elektronově vodivé povlaky. To se až dosud řešilo převážně vakuovým napařováním kovů. Tim vznikají povlaky sice dobře vodivé, ale o poměrně malém specifickém povrchu, což je pro účely katalýzy nevýhodné. Rovněž výběr materiálů vhodných k nanášení povlaků touto technologií je omezen.In many applications, catalytically active layers or electronically conductive coatings need to be applied to the membrane surface of these copolymers. Until now, this has been solved mainly by vacuum metal vapor deposition. This results in coatings that are well conductive, but with a relatively small specific surface area, which is disadvantageous for catalysis purposes. Also, the choice of materials suitable for coating with this technology is limited.
Ukázalo se proto prospěšné a výhodné, aby byl vyřešen pracovní postup, který odstraní zmíněné nevýhody, zejména který umožní, aby povrch těchto kopolymerů byl chemicky a/nebo fyzikálně změněn do požadované hloubky tak, aby bylo možné ziskat povlaky elektronicky vodivé, katalyticky účinné, případně o velkém specifickém povrchu.It has therefore proven beneficial and advantageous to solve a process which overcomes the above-mentioned disadvantages, in particular allowing the surface of these copolymers to be chemically and / or physically altered to the required depth so as to obtain electronically conductive, catalytically active or of a large specific surface.
Uvedených cílů bylo dosaženo tímto vynálezem způsobu úpravy perfluorovaných iontoměničových kopolymerů, sulfonovaných a/nebo karboxylovanýoh a jejich solí, zajména pak jejich povrchu.These objects have been achieved by the present invention of a process for the treatment of perfluorinated ion exchange copolymers, sulfonated and / or carboxylated, and their salts, in particular their surface.
Obdobný typ reakce ze jiných podmínek byl popsán pro polytetrafluoretylen v AO 173 786 z 3.10.1973 autory Janstou a Douškem.A similar type of reaction from other conditions was described for polytetrafluoroethylene in AO 173 786, dated October 3, 1973 by Jansta and Doušek.
Bylo zjištěno, že úprava povrchu je možná i u perfluorovaných iontoměničových kopolymerů, sulfonovaných a/nebo karboxylovanýoh a jejich soli reakcí s amalgamy alkalických kovů a to i se zředěnými, např. při teplotě 20 °C, přičemž reakce mající elektrochemický 1/2 charakter, proniká s časem do hloubky membrány podle parabolického zákona d - k.t , kde d je tlouštka zreagované vrstvy polymeru v čase t, k je konstanta závislá jen na teplotě a druhu alkalického kovu.It has been found that surface treatment is also possible for perfluorinated ion-exchange copolymers, sulfonated and / or carboxylated and their salts by reaction with alkali metal amalgams, even with dilutions, e.g. at 20 ° C, where the reaction having an electrochemical 1/2 character penetrates With time to the depth of the membrane according to the parabolic law d - kt, where d is the thickness of the reacted polymer layer at time t, k the constant depends only on the temperature and type of alkali metal.
Na základě této zákonitosti a experimentálně zjištěné konstanty k pro dané podmínky je možné řízené proreagovat kopolymer do předem zjištěné žádané hloubky. Polymer na povrchu membrány se tak reakci změní na kompaktní, pevně lpící vrstvu reakčních produktů, obsahující polymerni, elektronicky vodivý uhlík ve směsi s fluoridem alkalického kovu, polymerni uhlík, tvořící samostatný skelet v reakčních produktech, se kromě elektrické vodivosti dále vyznačuje vysokým specifickým povrchem okolo 3 000 m /g, na který mohou být naadsorbovány např. katalyticky účinné látky, dále vysokou chemickou reaktivitou, která umožňuje jeho další chemické úpravy za účelem získání žádaných katalytických vlastností.Based on this law and the experimentally determined constant k for a given condition, it is possible to control the copolymer to a predetermined desired depth in a controlled manner. The polymer on the membrane surface thus turns the reaction into a compact, adhering layer of reaction products containing polymeric, electronically conductive carbon mixed with an alkali metal fluoride, the polymeric carbon constituting a separate skeleton in the reaction products is further characterized by a high specific surface area in addition to electrical conductivity. 3000 m / g, to which, for example, catalytically active substances can be adsorbed, as well as high chemical reactivity which allows its further chemical treatment in order to obtain the desired catalytic properties.
Katalytické účinky této vrstvy jsou ovšem výrazně podporovány zmíněným vysokým specifickým povrchem takto získaného uhlíku. Jelikož zmíněná reakce ponechává sulfoskupiny resp. karboxyskupiny v původním polymeru nedotčené a jelikož tyto jsou rovněž součástí reakčních produktů, získává tak polymerni uhlík další důležitou přednost a to iontoměničové schopnosti.However, the catalytic effects of this layer are strongly supported by the high specific surface area of the carbon thus obtained. Since the reaction leaves the sulfo groups respectively. The carboxyl groups in the original polymer are intact, and since these are also part of the reaction products, polymeric carbon gains an additional important advantage, namely ion-exchange capability.
Jeho elektronická vodivost se pak příznivě projeví při použití této vrstvy jako elektrody, zejména pro účely elektrokatalýzy.Its electronic conductivity then has a favorable effect when this layer is used as an electrode, especially for the purpose of electrocatalysis.
Výhody tohoto řešení jsou zřejmé z následujících příkladů provedení, které objasňují podstatu vynálezu, aniž by jej jakýmkoliv způsobem omezovaly.The advantages of this solution are evident from the following examples which illustrate the invention without limiting it in any way.
Příklad 1Example 1
Sulfonovaný perfluorovaný iontoměničový kopolymer (Nafion 117) ve formě fólie 10x15x0,19 mm byl čištěn po dobu 5 až 10 min v konc. kyselině dusičné za varu, odmaštován 30 min při teplotě 100 °C v roztoku 2N hydroxidu draselného a vysušen při teplotě 180 °C a tlaku 1,3 MPa. Takto upravená fólie byla zatavena do evakuované skleněné ampule spolu se 100 g lithiového amalgamu o koncentraci 0,04 hmot. Ϊ, Li. Teplota látek v ampuli byla udržována na 25 °C. Probíhala elektrochemická redukce sulfonovaného perfluorovaného iontoměničového kopolymeru lithiem podle celkové rovnice C20F39°5SK + 43,1 Li -* C20LÍ4,l(LÍF)39°5SK The sulfonated perfluorinated ion exchange copolymer (Nafion 117) in the form of a 10x15x0.19 mm foil was purified for 5-10 min in conc. nitric acid at boiling, degreased for 30 min at 100 ° C in 2N potassium hydroxide solution and dried at 180 ° C and 1.3 MPa. The treated film was sealed into an evacuated glass vial with 100 g of 0.04 wt.% Lithium amalgam. Li, Li. The temperature of the vials was maintained at 25 ° C. Proceeded electrochemical reduction of sulfonated perfluorinated ion exchange copolymer of lithium by the total formula C 20 ° F 39 5 43.1 SK + Li - C 20 LI 4, l (LIF) SK 39 ° 5
1/2 pronikající rovnoměrně do hloubky podle zmíněného parabolického zákona d = k.t , kde + —1 / 2 k = 0,9,2 - 0,06(jum h a pokrývající povrch membrány pevně lpící, kompaktní křehkou vrstvou výše zmíněných vlastností.1/2 penetrating evenly into the depth according to said parabolic law d = kt, where + -1 / 2 k = 0.9.2 - 0.06 ( jum ha covering the membrane surface firmly adhering, compact brittle layer of the above mentioned properties).
Příklad 2Example 2
Bylo postupováno jako v příkladu 1, avšak s tím rozdílem, že reakce sulfonovaného perfluorovaného iontoměničového kopolymeru s almalganem lithia probíhala při 100 °C. Reakce + “1/2 se řídila stejnými zákonitostmi a její rychlostní konstanta byla k = 6,9 - 0,4 pm h ' .The procedure was as in Example 1, except that the reaction of the sulfonated perfluorinated ion exchange copolymer with lithium almalganate was carried out at 100 ° C. The + 1/2 reaction followed the same laws and its rate constant was k = 6.9 - 0.4 pm h '.
Příklad 3Example 3
Bylo postupováno jako v přikladu 1, jen s tím rozdílem, že reakce byla provedena se sodnou solí sulfonovaného perfluorovaného iontoměničového kopolymeru (Nafion 125). Reakce se opět řídila stejnými zákonitostmi.The procedure was as in Example 1, except that the reaction was carried out with the sodium salt of a sulfonated perfluorinated ion exchange copolymer (Nafion 125). Again, the reaction followed the same laws.
P ř Ί k 1 a d 4Example 1 a d 4
Bylo postupováno analogicky jako v příkladě 2, jen s tím rozdílem, že reakce byla provedena s draselnou soli sulfonovaného a karboxylovaného perfluorovaného kopolymeru. Membrána byla vyztužena teflonovou sítkou. Reakce se opět řídila stejnými zákonitostmi.The procedure was analogous to Example 2, except that the reaction was carried out with the potassium salts of the sulfonated and carboxylated perfluorinated copolymer. The membrane was reinforced with a Teflon mesh. Again, the reaction followed the same laws.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS865110A CS258526B1 (en) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | A method for treating perfluorinated ion exchange copolymers, especially their surface |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CS865110A CS258526B1 (en) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | A method for treating perfluorinated ion exchange copolymers, especially their surface |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CS511086A1 CS511086A1 (en) | 1987-12-17 |
| CS258526B1 true CS258526B1 (en) | 1988-08-16 |
Family
ID=5395339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CS865110A CS258526B1 (en) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | A method for treating perfluorinated ion exchange copolymers, especially their surface |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CS (1) | CS258526B1 (en) |
-
1986
- 1986-07-04 CS CS865110A patent/CS258526B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CS511086A1 (en) | 1987-12-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FI68067C (en) | KATJONBYTARHARTS DESS FRAMSTAELLNING OCH ANVAENDNING | |
| US4287032A (en) | Process for generating a halogen with novel electrodes | |
| US4169023A (en) | Electrolytic diaphragms, and method of electrolysis using the same | |
| US6723758B2 (en) | Graft polymeric membranes and ion-exchange membranes formed therefrom | |
| RU2143159C1 (en) | Modified cation-exchange membrane for electrochemical cells, its manufacturing process, and electrochemical apparatus | |
| US5654109A (en) | Composite fuel cell membranes | |
| CA1046457A (en) | Electrolytic diaphragms, and method of electrolysis using the same | |
| JPS57131376A (en) | Electrolyzing method for water | |
| EP0065547B1 (en) | Permselective fluoropolymeric membrane and method of its production | |
| HK1005350B (en) | A modified cation exchange membrane for electrochemical cells and method for the preparation of such membrane | |
| US4166014A (en) | Electrolytic diaphragms, and method of electrolysis using the same | |
| Jansta et al. | Quantitative explanation of the mechanism of corrosion of poly (tetrafluoroethylene) caused by active alkali metals | |
| CA2398836C (en) | Graft polymeric membranes and ion-exchange membranes formed therefrom | |
| Aldebert et al. | Preparation and characterization of SPE composites forelectrolyzers and fuel cells | |
| CS258526B1 (en) | A method for treating perfluorinated ion exchange copolymers, especially their surface | |
| JPH0438762B2 (en) | ||
| Fabiani et al. | Filtration coefficient and hydraulic permeability of Nafion 125 membranes in metal alkali solutions | |
| US5853798A (en) | Process for formation of an electrode on an anion exchange membrane | |
| JPS6055033A (en) | Production of cation exchange membrane | |
| US3661648A (en) | Preparation of cuprous chloride electrodes | |
| RU2154655C2 (en) | Method of preparing modifying cation-exchange membrane | |
| Yasuda et al. | Enhancement of monovalent cation perm-selectivity of Nafion by plasma-induced surface modification | |
| GAVACH et al. | 32 Applications of perfluorinated proton conductors (Nafions) | |
| JPS6011932B2 (en) | Method for converting cation exchange groups to acid chloride groups | |
| CS259810B1 (en) | A method of forming tightly bonded thin carbon layers |