DD283637A5 - IONENAUSTAUSCHMEBRAMEN - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft Ionenaustauschmembranen, die aus einem organischen Polymermaterial hergestellt werden, das vorzugsweise perfluoriert ist und eine polymere Kette und mindestens eine von der Kette abzweigende Gruppe enthaelt, wobei die von der Kette abzweigende Gruppe eine gesaettigte cyclische Gruppe und mindestens eine Ionenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in eine solche umwandeln laeszt, enthaelt und wobei die Ionenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in eine solche umwandeln laeszt, ueber die cyclische Gruppe an die polymere Kette gebunden ist. Die Ionenaustauschermembran ist fuer eine elektrolytische Zelle, speziell eine Chloralkalizelle, geeignet.{Ionenaustauschermembran; organisches Polymermaterial; elektrolytische Zelle; polymere Kette}The invention relates to ion exchange membranes prepared from an organic polymeric material which is preferably perfluorinated and contains a polymeric chain and at least one chain branching from the chain, the chain branching from the chain being a saturated cyclic group and at least one ion exchange group or group can be converted to one containing and containing the ion exchange group or group which converts to such is attached via the cyclic group to the polymeric chain. The ion exchange membrane is suitable for an electrolytic cell, especially a chloralkali cell. organic polymer material; electrolytic cell; polymeric chain}
Description
Die Erfindung betrifft lonenaustauschermembranen, die ein organisches Polymermaterial enthalten, speziell eine Ionenaustauschermembran fur eine elektrolytische Zelle, speziell eine Chloralkalizelle.The invention relates to ion exchange membranes containing an organic polymer material, especially an ion exchange membrane for an electrolytic cell, especially a chloroalkali cell.
lonenaustauschermembranen, die aus organischen Polymermsrterialien mit lonenaustauschereigenschaften hergestellt werden, werden in einer immer weiter steigenden Vielzahl von Anwendungsbereichen verwendet Diese Polymermaterialien und Membranen tonnen fixierte anionische Gruppen und die zugeordneten Kationen enthalten und zum Kationenaustausch fähig sein, oder sie können fixierte kationische Gruppen und die zugeordneten Anionen enthalten und damit zum Anionenaustausch fähig sein, oder die Polymermaterialien und Membranen können sowohl fixierte anionische Gruppen als auch fixierte kationische Gruppen enthaltenIon exchange membranes made from organic polymer materials having ion exchange properties are used in an ever-increasing variety of applications. These polymeric materials and membranes may contain fixed anionic groups and associated cations and be capable of cation exchange, or may have fixed cationic groups and associated anions and thus be capable of anion exchange, or the polymer materials and membranes may contain both fixed anionic groups and fixed cationic groups
lonenaustauschermembranen sindfur Trennprozesse wie umgekehrte Osmose und Ultrafiltration verwendbar Sie finden ζ. Β weite Anwendung bei der Entsalzung von Meerwasser und zur Reinigung von Brackwasser und industriellen Abwassern, lonenaustauschermembranen finden auch weite Anwendungsbereiche in der Industrie, z. B. bei der Anreicherung von Losungen, ζ B. von Fruchtsaften und PharmakaIon exchange membranes are suitable for separation processes such as reverse osmosis and ultrafiltration. You will find ζ. Β Widely used in the desalination of sea water and for the purification of brackish water and industrial wastewater, ion exchange membranes also find wide applications in the industry, eg. B. in the enrichment of solutions, von B. of fruit juices and pharmaceuticals
lonenaustauschermembranen, die im wesentlichen hydraulisch undurchdringlich, jedoch durchlassig fur Kationen oder Anionen oder beides sind, finden wachsende Anwendungsbereiche in elektrochemischen Zellen, z. B. in Brennstoffzellen, in elektrolytischen Zellen, worin ein Elektrolyt elektrolysiert wird, und in elektrolytischen Zellen fur Elektrosynthesen In den letzten Jahren gab es eine bedeutende Entwicklung bei der Verwendung von Kationenaustauschermembranen in Chloralkalizellen, worin Chlor und wäßriges Alkalimetallhydroxid durch Elektrolyse von wäßriger Alkalimetallchloridlösung erzeugt werden In einer solchen Chloialkahzelle wird eine Kationenaustauschermembran zwischen einer Anode und einer angrenzenden Kathode angeordnet, und wahrend der Elektrolyse werden Kationen durch die Membran zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum der Zelle transportiert. Wenn eine wäßrige Alkalimetallchloridlösung in einer solchen elektrolytischen Zelle elektrolysiert wird, wird die Losung Im den Anodenraum der Zelle gegeben, und das bei der Elektrolyse erzeugte Chlor und die verbrauchte Alkalimetallchloridlösung werden aus dem Anodenraum abgezogen, wahrend hydratisierte Alkalimetallionen durch die Membran in den Kathodenraum der Zelle transportiert werden, wo Wasser oder verdünnte Alkalimetallhydroxidlosung vorgelegt wird, und durch die Reaktion von Alkalimetallionen mit Wasser erzeugter Wasserstoff und Alkalimetallhydroxidlosung werden aus dem Kathodenraum der Zelle abgezogen Im allgemeinen ist das Alkalimetallchlorid Natriumchlorid, es kann aber auch Kaliumchlorid seinIon exchange membranes, which are substantially hydraulically impermeable but permeable to cations or anions, or both, find growing applications in electrochemical cells, e.g. In recent years, there has been a significant development in the use of cation exchange membranes in chloroalkali cells wherein chlorine and aqueous alkali metal hydroxide are produced by electrolysis of aqueous alkali metal chloride solution In such a chalice cell, a cation exchange membrane is placed between an anode and an adjacent cathode, and during electrolysis cations are transported through the membrane between the anode compartment and the cathode compartment of the cell. When an aqueous solution of alkali metal chloride is electrolyzed in such an electrolytic cell, the solution Im is added to the anode compartment of the cell and the chlorine produced during the electrolysis and the spent alkali metal chloride solution are withdrawn from the anode compartment while hydrated alkali metal ions pass through the membrane into the cathode compartment of the cell where water or dilute alkali metal hydroxide solution is charged, and hydrogen and alkali metal hydroxide solution produced by the reaction of alkali metal ions with water are withdrawn from the cathode compartment of the cell. In general, the alkali metal chloride is sodium chloride, but it may also be potassium chloride
Obwohl viele organische Polymermaterialien als Membranen fur solche elektrochemischen Zellen vorgeschlagen wurden, wurden in den letzten Jahren perfluororganische Polymere, die lonenaustauschergruppen enthalten, speziell fixierte Sulfonyl- und Carboxygruppen, vorzugsweise fur Chloralkalizellen verwendet, weil solche perfluororganischen Polymere gegen chemische Zersetzung in der Zelle widerstandsfähig sind.Although many organic polymeric materials have been proposed as membranes for such electrochemical cells, perfluoroorganic polymers containing ion exchange groups, especially fixed sulfonyl and carboxy groups, have been used in recent years, preferably for chloroalkali cells, because such perfluoroorganic polymers are resistant to chemical degradation in the cell.
Ein Beispiel fur ein perfluororganisches Polymer, das lonenaustauschergruppen enthalt, und das als Ionenaustauschermembran vorgeschlagen wurde, ist das im Britischen Patent 1034197 beschriebene perfluororganische Polymer, das Sulfogruppen enthalt. Das perfluororganische Polymer kann ζ B Einheiten der StrukturAn example of a perfluoroorganic polymer containing ion exchange groups and proposed as an ion exchange membrane is the perfluoroorganic polymer containing sulfo groups described in British Patent 1034197. The perfluoroorganic polymer can be ζ B units of the structure
-CF2-CF7- und-CF 2 -CF 7 - and
-CF2-CF--CF 2 -CF-
(OCF2CFY)nOCF2CFR(SO2M(OCF 2 CFY) n OCF 2 CFR (SO 2 M
enthalten, worin Rf Fluor oder eine Perfluoralkylgruppe mit 1-10 Kohlenstoffatomen ist, ζ B eine Perfluormethylgruppe, η 1,2 oder 3 ist, Y Fluor oder eineTrifluormethylgruppe ist, und M Fluor, eine Hydroxygruppe, eine Aminogruppe oder eine Gruppe derwherein Rf is fluorine or a perfluoroalkyl group having 1-10 carbon atoms, ζ B is a perfluoromethyl group, η is 1,2 or 3, Y is fluorine or a trifluoromethyl group, and M is fluorine, a hydroxy group, an amino group or a group of
Formel OMet ist, worin Met ein Alkalimetall oder einesubstituierteoderunsubstituierte Ammoniumgruppe ist Die Verwendung eines solche η perfluororganischen Polymers als Ionenaustauschermembran in einer Chloralkahzelle wird im Britischen Patent 1402920 beschrieben Polymere des beschriebenen Typs werden als Membranen unter dem Handelsnamen „Nafion" von E. I. DuPont de Nemours Inc. verkauft. Bei einem bevorzugten perfluororganischen Polymer der obigen Struktur ist Y CF3, η 1 und Rf F.Formula OMet is wherein Met is an alkali metal or a substituted or unsubstituted ammonium group The use of such a perfluoroorganic polymer as an ion exchange membrane in a chloroalkah cell is described in British Patent 1402920. Polymers of the type described are described as membranes under the tradename "Nafion" by EI DuPont de Nemours Inc. In a preferred perfluoroorganic polymer of the above structure, Y is CF 3 , η 1 and Rf F.
Ein weitere« Beispiel eines perfluororganischen Polymers, das lonenaustauschergruppen enthalt und ebenfalls als Ionenaustauschermembran vorgeschlagen wurde, ist ein perfluororganisches Polymer, das Carboxygruppen enthalt und ζ B. in den Britischen Patenten 1516048und 1518387 beschrieben ist BeispielesolcherperfluororganischerPolymere sind Copolymere von TetraflLorethylen undAnother example of a perfluoroorganic polymer containing ion exchange groups and also proposed as an ion exchange membrane is a perfluoroorganic polymer containing carboxy groups and described in British Patent Nos. 1516048 and 1518387. Examples of such perfluoroorganic polymers are copolymers of tetrafluoroethylene and
worin X z. B. Fluor, eine Hydroxygruppe, eine Alkoxygruppe oder eine Gruppe der Formel OM ist, worin M ein Alkalimetall oder eine quartaie Ammoniumgruppe ist Polymere des beschriebenen Typs werden unter dem Handelsnamen „Flemion" von Asahi Glass Co. Ltd. verkauft.wherein X z. Fluorine, a hydroxy group, an alkoxy group or a group of the formula OM wherein M is an alkali metal or a quaternary ammonium group. Polymers of the type described are sold under the tradename "Flemion" by Asahi Glass Co. Ltd.
Es wurden bereits viele verschiedene Typen perfluororganischer Polymere und Kombinationen derselben als lonenaustaijschermembranen in Chloralkalizellen vorgeschlagen, und die oben beschriebenen sind lediglich als Beispiel erwähnt Sei wurden Membranen aus Polymeren vorgeschlagen, die sowohl Carboxy- als auch Sulfogruppen enthalten, sowie Membranen, die aus Laminaten aus zwei oder mehreren Filmen verschiedener Polymere bestehen, ζ B ein Laminat eines Films aus einem perfluororganischen Polymer, das Sulfogruppen enthalt, und eines Films aus einem perfluororganischen Polymer, das Carbox/gruppen enthalt.Many different types of perfluoroorganic polymers and combinations thereof have been proposed as ion-exchange membranes in chloroalkali cells, and those described above are given by way of example only. Membranes of polymers containing both carboxy and sulfo groups have been proposed as well as membranes composed of laminates of two or a plurality of films of different polymers, ζ B is a laminate of a film of a perfluoroorganic polymer containing sulfo groups and a film of a perfluoroorganic polymer containing carboxy / groups.
Die meisten Polymermatenalien, die als lonenaustauschermembranen fur Chloralkalizellen vorgeschlagen wurden, und alle Polymermatenalien, die kommerziell in solchen Zellen verwendet werden, sind perfluororganische Polymere, d. h Polymere, die lonenaustauschergruppen enthalten, bei denen das Polymer vollständig fluoriert ist, so daß das organische Polymer keine an Kohlenstoff atome gebundenen Wasserstoffatome enthalt Es erwies sich als sehr erwünscht, daß das Polymermaterial ein perfluoriertes Polymer ist, wenn es ausreichende Stabilität und Widerstandsfähigkeit gegen chemischen Abbau in der Umgebung einer Chloralkalizelle haben soll, speziell in Gegenwart von feuchtem Chlor, chlorhaltiger wäßriger Alkalimetallhalogenidlosung und wäßriger Alkalimetallhydroxidlosung. Im allgemeinen waren die vorgeschlagenen perfluororganischen Polymere Copolymere von Tetrafluorethylen und einem Perfluorvinylether, der eine oder mehrere lonenaustauschergruppen enthielt.Most polymeric materials proposed as ion-exchange membranes for chlor-alkali cells and all polymer materials used commercially in such cells are perfluoroorganic polymers, i. h Polymers containing ion exchange groups in which the polymer is fully fluorinated so that the organic polymer does not contain carbon atoms bonded hydrogen atoms. It has been found very desirable that the polymer material be a perfluorinated polymer if it has sufficient stability and resistance to chemical attack Degradation in the environment of a chloralkali cell, especially in the presence of wet chlorine, chlorine-containing aqueous alkali metal halide solution and aqueous alkali metal hydroxide solution. In general, the proposed perfluoroorganic polymers were copolymers of tetrafluoroethylene and a perfluorovinyl ether containing one or more ion exchange groups.
Die Erfindung stellt eine Ionenaustauschermembran, die ein neues organisches Polymermaterial enthalt, bereit, die speziell in einer elektrolytischen Zelle Anwendung findetThe invention provides an ion exchange membrane containing a novel organic polymeric material which finds particular application in an electrolytic cell
lonenaustauschergruppen enthalt und zur Verwendung als Ionenaustauschermembran geeignet ist.containing ion exchange groups and is suitable for use as an ion exchange membrane.
eine von dor Kette abgehende Gruppe enthält, worin die von der Kette abgehende Gruppe eine gesattigte cyclische Gruppe undmindesten з eine lonenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in diese umwandeln laßt, enthalt, und worin dielonenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in diese umwandeln laßt, über die cyclische Gruppe an die polymere Kettegebunden ist.contains a group leaving the chain, wherein the group leaving the chain contains a saturated cyclic group and at least one of an ion exchange group or group which converts to it, and wherein the one or more groups of the ion exchange group or group which can be converted thereto cyclic group is attached to the polymeric chain.
weiteren Verkörperung der Erfindung wird eine Ionenaustauschermembran vorgestellt, die ein organisches Polymermaterialwie beschrieben in Form einer nahezu hydraulisch undurchdringlichen Folie oder Film enthalt Die Ionenaustauschermembranist durchlässig fur Ionen, die solvatisiert sein können, z. B. hydratisiert, jedoch hydraulisch nahezu undurchdringlich.In another embodiment of the invention, an ion exchange membrane is disclosed which contains an organic polymer material as described in the form of a near hydraulic impermeable film or film. The ion exchange membrane is permeable to ions which may be solvated, e.g. B. hydrated, but hydraulically almost impenetrable.
und einer benachbarten Kathode liegt, und damit die Zelle in separate Anoden- und Kathodenraume teiltand a neighboring cathode, thus dividing the cell into separate anode and cathode spaces
gesättigten cyclischen Gruppe und einer lonenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in eine solche umwandeln laßt, und dieüber die cyclische Gruppe an die Viny!gruppe gebunden ist, oder durch Copolymerisation mindestens eines solchensaturated cyclic group and an ion exchange group or group which can be converted into such and which is bonded via the cyclic group to the vinyl group, or by copolymerization of at least one of them
eine solch«; umwandeln laßt, enthalt, und/oder mit mindestens einem Vinylmonomer, das eine lonenaustauschergruppe odersuch a "; and / or with at least one vinyl monomer containing an ion exchange group or
ist, erhalten werden.is to be received.
die zur Modifizierung der Eigenschaften des organischen Polymermaterials und der daraus hergestellten Membranen dienenkann, speziell der physikalischen und/oder mechanischen Eigenschaften der Membran und der lonenaustauscherkapazitatderselben.which may serve to modify the properties of the organic polymer material and the membranes made therefrom, especially the physical and / or mechanical properties of the membrane and the ion exchange capacity thereof.
Das erfindungsgemaße organische polymere Material, speziell in Form einer Ionenaustauschermembran, besitzt eine Reihe von Vorteilen und Vorzügen. Zum Beispiel ist es möglich, mehr als eine lonenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in eine solche umwandeln laßt, als Teil einer Seitengruppe oder jeder an das Polymermatenal gebundenen Seitengruppe zu haben, wodurch es möglich ist, die lonenaustauscherkapazttät des organischen PolymermateriaIs zu variieren, insbesondere zu erhohen, ohne den Anteil der Einheiten in dem organischen Polymermatenal, die von dem Vinylmonomer abgehen und die lonenaustauschergruppe oder Gruppen, die sich in diese umwandeln lassen, enthalten, zu variieren, insbesondere zu erhohen Speziell ist es möglich, eine relativ hohe lonenaustausc herkapazitat an einem organischen Polymermatenal zu erreichen, das einen relativ geringen Anteil von Einheiten enthalt, die von dem vorgenannten Vinylmonomer abgehen Darüber hinaus sind bei dem organischen Polymermaterial die lonenaustauschergruppen oder Gruppen, die sich in solche umwandeln lassen, über eine cyclischeGruppe an die Polymerkette gebunden, und es ist möglich, durch geeignete Anordnung der lonenaustauschergruppen oder Gruppen, die sich in diese umwandeln lassen, welche an die cyclischen Gruppen gebunden sind, und durch geeignete Anordnung änderet Substituenten, die keine lonenaustauschergruppen sind und an die cyclischen Gruppen gebunden sind, die lonenaustauscheraktivitat der erstgenannten Gruppen zu variieren. Wenn beispielsweise die cyclische Gruppe die Cyclohexylstruktur hat und eine einzige lonenaustauschergruppe oder Gruppe, die sich in eine solche umwandeln laßt, ti agt, so kann diese Gruppe in 2-, 3- oder 4-Stellung angeordnet sein, wodurch die Aktivität einer bestimmten derartigen Gruppe variiert werden kann.The organic polymeric material according to the invention, especially in the form of an ion exchange membrane, has a number of advantages and advantages. For example, it is possible to have more than one ion exchange group or group that can be converted into such as part of a side group or each side group attached to the polymer material, thereby making it possible to vary the ion exchange capacity of the organic polymer material, especially Increase, in particular, increase the proportion of units in the organic polymer material which are derived from the vinyl monomer and contain the ion exchange group or groups which can be converted into these. Specifically, it is possible to have a relatively high ion exchange capacity at one In addition, in the organic polymer material, the ion exchange groups or groups which can be converted into those are bonded to the polymer chain via a cyclic group, and it isby suitable arrangement of the ion exchange groups or groups which can be converted into those bonded to the cyclic groups, and by suitable arrangement, substituents other than ion exchange groups and bonded to the cyclic groups change the ion exchange activity of the former groups vary. For example, if the cyclic group has the cyclohexyl structure and has a single ion exchange group or group that converts to one such group, then that group can be located in the 2-, 3- or 4-position, thereby increasing the activity of a particular such group can be varied.
Vorzugsweise ist das organische Polymermatenal ein Fluorpolymermaterial, da solche Materialien allgemein widerstandsfähiger gegen Chemikalien, ζ B Sauren und Alkalien, sind, mit denen sie beim Gebrauch in Kontakt kommen können. Tatsächlich wird fur viele Zwecke als organisches Polymermatenal ein Perfluorpolymermaterial bevorzugt So wird in einer Chloralkalizelle, wo Chlor und wäßrige Alkalimetallhydroxidlosung erzeugt werden durch Elektrolys von wäßrigen Alkalimetallchloridlosungen, eine Ionenaustauschermembran aus Perfluorpolymermaterial bevorzugt, da solche Membran gegen chemischen Angriff durch den Elektrolyt und die Elektrolyseprodukte besonders widerstandsfähig ist In der Seitengruppe oder den Seitengruppen des organischen Polymermaterials ist die cyclische Gruppe gesattigt, d h sie enthalt keine ethylenische Unsattigung Obwohl wir die Möglichkeit nicht ausschließen, daß das organische Polymermatenal einige Seitengruppen enthalt, die ungesättigte Gruppen enthalten, z. B ungesättigte cyclische Gruppen, kann das Vorhandensein solcher ungesättigten Gruppen nachteilig sein, speziell wenn das organische Polymermaterial als Ionenaustauschermembran in einer Chloralkalizelle verwendet wird» Bei Verwendung als Membran in einer Chloralkalizelle können solche ungesättigten Gruppen einem chemischen Angriff unterliegen, z.B. Chlorierung der ungesättigten Gruppe und artschließender chemischer Angriff durch Alkali. Daher sollen die cyclischen Gruppen in dem organischen Polymermatenal vorzugsweise aus gesattigten Gruppen bestehen.Preferably, the organic polymer material is a fluoropolymer material because such materials are generally more resistant to chemicals, acids and alkalis, with which they may come into contact in use. Indeed, as a polymeric organic material, a perfluoropolymer material is preferred for many purposes. Thus, in a chloroalkali cell where chlorine and aqueous alkali metal hydroxide solution are produced by electrolyzing aqueous alkali metal chloride solutions, an ion exchange membrane of perfluoropolymer material is preferred because such membrane is particularly resistant to chemical attack by the electrolyte and electrolysis products In the side group or side groups of the organic polymer material, the cyclic group is saturated, ie it does not contain ethylenic unsaturation. Although we do not exclude the possibility that the organic polymer material contains some side groups containing unsaturated groups, e.g. B unsaturated cyclic groups, the presence of such unsaturated groups may be detrimental, especially when the organic polymer material is used as an ion exchange membrane in a chloroalkali cell. When used as a membrane in a chloroalkali cell, such unsaturated groups may undergo chemical attack, e.g. Chlorination of the unsaturated group and species-closing chemical attack by alkali. Therefore, the cyclic groups in the organic polymer material should preferably consist of saturated groups.
Das organische Polymermaterial kann eine fixierte kationische Gruppe enthalten, d. h eine kationische Gruppe, die an die von der Polymerkette abgehende Gruppe^gebunden ist, und ein zugeordnetes Anion, wodurch das Polymermatenal ein Anionenaustauschermaterial ist. Andererseits kann das organische Polymermatenal eine fixierte anionische Gruppe und ein zugeordnetes Kation enthalten, wodurch das Polymermatenal ein Kationenaustauschermaterial ist. Materialien des letzteren Typs haben allgemein einen größeren Anwendungsbereich, speziell als Ionenaustauschermembran fur elektrolytische Zellen Es ist ebenfalls möglich, daß das organische Polymermatenal sowohl fixierte kationische Gruppen als auch fixierte anionische Gruppen enthalt, sowie die zugeordneten Anionen und Kationen, so daß das Polymermatenal sowohl als Anionenaustauschermaterial als auch als Kationenaustauschermaterial wirkt.The organic polymer material may contain a fixed cationic group, i. h is a cationic group bonded to the group leaving the polymer chain and an associated anion, whereby the polymer material is an anion exchange material. On the other hand, the organic polymer material may contain a fixed anionic group and an associated cation, whereby the polymer material is a cation exchange material. Materials of the latter type generally have broader applications, especially as an ion exchange membrane for electrolytic cells. It is also possible for the organic polymer material to contain both fixed cationic groups and fixed anionic groups, as well as the associated anions and cations, such that the polymeric material acts both as an anion exchange material as well as a cation exchange material acts.
Wenn das Polymermaterial ein Kationenaustauschermaterial ist, sind geeignete fixierte anionische Gruppen solche vom Typ der Sulfogruppen, Carboxygruppen und PhosphonsauregruppenWhen the polymeric material is a cation exchange material, suitable fixed anionic groups are those of the sulfo, carboxy and phosphonic acid type
Beispielsweise kann die Gruppe die Struktur-SO2X haben, worin X OM ist und worin M H oder ein Alkalimetall ist, ζ. Β Natrium oder Kalium, oder eine Ammonium- oderquartare Ammoniumgruppe ist X kann aber auch Halogen sein,z. B. Fluor, in welchem Falle die Gruppe-SO,X nicht selbst zum Ionenaustausch fähig ist. Letztere Gruppe kann hydrolysiert werden, bum sie in eine Gruppe umzuwandeln, die selbst zum Ionenaustausch in der Lage ist. Die Gruppe kann die Struktur-COY haben, worin Y OM ist und worin M H oder ein Alkalimetall, z.B Natrium oder Kalium, oder eine Ammonium- oder quartare Ammoniumgruppe ist Y kann jedoch auch Halogen, z. B Fluor, oder Alkoxy sein, in welchem Falle die Gruppe -COY nicht selbst zum Ionenaustausch fähig ist Letztere Gruppe kann hydrolysiert werden, um sie in eine Gruppe umzuwandeln, die selbst zum Ionenaustausch fähig ist.For example, the group may have the structure -SO 2 X, where X is OM and wherein M is H or an alkali metal, ζ. Β is sodium or potassium, or an ammonium or quarternary ammonium group but X can also be halogen, z. Fluorine, in which case the group -SO, X is not itself capable of ion exchange. The latter group can be hydrolyzed to convert it into a group that is itself capable of ion exchange. The group may have the structure COY wherein Y is OM and wherein MH is an alkali metal, eg, sodium or potassium, or an ammonium or quaternary ammonium group. However, Y may also be halogen, e.g. B may be fluorine, or alkoxy, in which case the group -COY is not itself capable of ion exchange. The latter group may be hydrolyzed to convert it to a group which is itself capable of ion exchange.
Geeignete Anionenaustauschergruppen oder in diese umwandelbare Gruppen sind u.a. Gruppen, die quartares Ammonium enthalten, z.B. eine Gruppe-N(AIlCyI)4X, worin X ein Halogen ist, ζ B.-CH2N(CHa)3 +CI" oder-CH2-NH-CH2CH2N(CH3U+Cr. Aus Gründen der Bequemlichkeit wird im folgenden der Begriff „lonenaustauschergruppe" sowohl fur Gruppen, die selbst zum Ionenaustausch fähig sind, als auch fur Gruppen, die nicht selbst zum Ionenaustausch fähig sind, sich jedoch, z. B. durch Hydrolyse, in Gruppen umwandeln lassen, die zum Ionenaustausch fähig sind.Suitable anion exchange groups or groups which can be converted into these are, inter alia, groups which contain quaternary ammonium, for example a group N (AlClI) 4 X, in which X is a halogen, ζB.-CH 2 N (CHa) 3 + Cl "or -CH 2 -NH-CH 2 CH 2 N (CH 3 U + Cr) For convenience, the term "ion exchange group" will be used hereinafter for both ion-exchangeable and ion-exchangeable groups but can be converted, for example, by hydrolysis, into groups capable of ion exchange.
Die cyclische Gruppe in den von der Polymerkette des organischen Polymermaterials abgehenden Gruppen kann eine carbocyclische oder heterocyclische Gruppe sein und kann ζ B 4,5 oder 6 Atome enthalten Geeignete carbocyclische Gruppen sind z. B. Gruppen vom Cyclohexyl- oder Cyclopentyltyp Geeignete heterocyclische Gruppen können sauerstoff- oder stickstoffhaltig sein, Beispiele sind eine Tetrahydrofurangruppe oder eine Piperidylgruppe.The cyclic group in the groups leaving the polymer chain of the organic polymer material may be a carbocyclic or heterocyclic group and may contain 4,5 B of 4.5 or 6 atoms. Suitable carbocyclic groups are e.g. B. Cyclohexyl or Cyclopentyl Type Groups Suitable heterocyclic groups may be oxygen or nitrogen containing, examples being a tetrahydrofuran group or a piperidyl group.
Die lonenaustauschergruppe kann direikt an die cyclische Gruppe gebunden sein, die Bestandteil der von der polymeren Kette desorganischen Polymermaterials abgehenden Gruppe ist, oder sie kann indirekt über eine zweiwertige Gruppe an diecyclische Gruppe gebunden sein. Die direkte Bindung der lonenaustauschergruppe an die cyclische Gruppe gewahrt einen größeren Spielraum zur Variation der Aktivität der lonenaustauschergruppe, ζ B durch Veränderung der Bindesteile der lonenaustauschergruppe an der cyclischen Gruppe und/oder durch die Bindung anderer Gruppen an die cyclische Gruppe, deren Vorhandensein 2-u einer gewissen stenschen Hinderung der lonenaustauschergruppe und demzufolge einer Veränderung der Aktivität dieser Gruppe fuhren kann, Wenn jedoch die lonenaustauschergruppe vom Carboxy-Typ ist, ist die direkte Bindung der lonenaustauschergruppe an die cyclische Gruppe nicht bevorzugt, speziell wenn das organische Polymermatenal mit Ätzalkali in Berührung kommt, ζ B. wenn es als Ionenaustauschermembran in einer Chloralkalizelle dient, da das Atzalkali dazu neigen kann, das Polymermatenal zu decarboxylieren. Die indirekte Bindung der Carboxygruppe an die cyclische Gruppe ist bevorzugt, da Polymermaterialien, die solche indirekt gebundenen Gruppen enthalten, weniger empfindlich gegen Decarboxylierung sind.The ion exchange group may be directly bonded to the cyclic group which is part of the group leaving the polymer chain of the organic polymer material, or it may be indirectly linked to the cyclic group via a divalent group. Direct attachment of the ion exchange group to the cyclic group provides more latitude for varying the activity of the ion exchange group, ζ B by altering the binding portions of the ion exchange group on the cyclic group and / or by attaching other groups to the cyclic group whose presence is 2-u However, if the ion exchange group is of the carboxy type, the direct attachment of the ion exchange group to the cyclic group is not preferred, especially if the organic polymer material comes in contact with caustic alkali , B. when serving as an ion exchange membrane in a chloroalkali cell, since the alkali metal may tend to decarboxylate the polymer material. Indirect bonding of the carboxy group to the cyclic group is preferred because polymeric materials containing such indirectly bonded groups are less susceptible to decarboxylation.
einer Vielzahl von Typen enthalten. So kann die Polymerkette des organischen Polymermaterials Seitengruppen enthalten, dieeine lonenaustauschergruppe des einen Typs enthalten, und Seitengruppen, die eine lonenaustauschergruppe des anderena variety of types included. Thus, the polymer chain of the organic polymer material may contain side groups containing an ion exchange group of one type, and side groups containing one ion exchange group of the other
lonenaustaii schergruppen enthalten, die verschieden oder gleich sein können Dadurch, daß sich mehrereContains ionic shear groups that may be different or the same
lonenaustai schergruppen an derselben Sertengruppe befinden können, wird eine hohe lonenaustauscherkapazitat desion exchanger groups can be located at the same group of sands, a high ion exchange capacity of the
organischen Polymermaterials erreicht, ohne daß ein hoher Anteil von Gruppen erforderlich ist, die vom Vinylmonomer abgehenund die lonenaustauschergruppen enthaltenorganic polymer material is achieved without requiring a high proportion of groups derived from the vinyl monomer and containing the ion exchange groups
-CA2-CA2- und Einher en der Struktur-CA 2 -CA 2 - and ethers of the structure
-CA2-CA-B-CA 2 -CA-B
enthalten, worin A Wasserstoff, Halogen oder Alkyl ist und worin die Gruppen A gleich oder verschieden sein können, und worin die Gruppo B eine Gruppe ist, die eine gesattigte cyclische Gruppe und eine lonenaustauschergruppe enthalt und worin die lonenaustauschergruppe über die cyclische Gruppe an die Polymerkette gebunden ist. Aus bereits früher dargelegten Gründen ist vorzugsweise mindestens ein Teil der Gruppen A F, und es ist mehr bevorzugt, daß alle Gruppen A F sind und daß die Gruppe B ebenfalls fluoriert, vorzugsweise perfluoriert ist Beispiele für die Gruppe B sind folgende.wherein A is hydrogen, halogen or alkyl and wherein the groups A may be the same or different, and wherein the group B is a group containing a saturated cyclic group and an ion exchange group and wherein the ion exchange group via the cyclic group to the polymer chain is bound. For reasons already stated above, preferably at least a portion of the groups A is F, and it is more preferred that all groups A are F and that group B is also fluorinated, preferably perfluorinated. Examples of group B are as follows.
worin dieoyclische Gruppe gesattigt ist, worin D und E gleich oderverschieden sein können und zweiwertige Gruppen oder eine Einfachbindung darstellen, worin die cyclische Gruppe ein Kohlenwasserstoff sein kann oder teilweise oder vollständig fluoriert sein kann, und worin η eine ganze Zahl von mindestens 1 ist. Beispielsweise kann η 1 oder 2 sein.wherein the cyclic group is saturated, wherein D and E may be the same or different and represent divalent groups or a single bond, wherein the cyclic group may be a hydrocarbon or may be partially or fully fluorinated, and wherein η is an integer of at least 1. For example, η may be 1 or 2.
Die Gruppe B kann eine Gruppe mit ähnlicher Struktur sein, in der jedoch die Gruppe-DSO2X durch die Gruppe-(DCOY)„ ersetzt ist,d h.The group B may be a group of similar structure, but in which the group DSO 2 X is replaced by the group (DCOY) n, that is.
-в. - {ШУ)· -в. - {ШУ) ·
Die cyclische Gruppe kann auch eine oder mehrere Gruppen -(DSO2X)n und eine oder mehrere Gruppen -(DCOY)n enthalten, d h. daß die Gruppe B die StrukturThe cyclic group may also contain one or more groups - (DSO 2 X) n and one or more groups - (DCOY) n , ie. that group B is the structure
•DCOy• DCOy
lonenaustauschergruppe vom Carboxy-Typ ist die Gruppe D vorzugsweise eine zweiwertige Gruppe aus den oben angegebenenGründen.Preferably, the group D is a divalent group for the reasons given above for the carboxy-type ion exchange group.
Cf1SO1XCf 1 SO 1 X
-в-Г)-в-Г)
oder wie inor as in
-о-о
- S - p
Strukturstructure
worin Z O oder IM ist und D und E wie oben definiert sind, und die cyclische Gruppe teilweise oder vollständig fluoriert ist, sowie Gruppen, in denen-DSO2X durch-DCOY ersetzt ist Beispiele solcher Gruppen sindwherein Z is O or IM and D and E are as defined above and the cyclic group is partially or fully fluorinated, as well as groups in which -DSO 2 X is replaced by-DCOY are examples of such groups
worm R eine Alkylgruppe ist, die perfluoriert sein kannworm R is an alkyl group which may be perfluorinated
lonenaustauschergruppen an den cyclischen Gruppen variiert werden. Geeignete solche Nichtionenaustauschergruppen sindz.B. Alkylcfruppen,speziell Perfluoralkylgruppen Die relative Stellung der Nicht-Ionenaustauschergruppen zu denlonenaustauschergruppen an der cyclischen Gruppe hat eine Auswirkung auf die lonenaustauscheraktivitat derlonenaustauschergruppe.Can be varied ion exchange groups on the cyclic groups. Suitable such nonionic exchange groups are e.g. Alkyl Cities, Especially Perfluoroalkyl Groups The relative position of the non-ion exchange groups to the ion exchange groups on the cyclic group has an effect on the ion exchange activity of the ion exchange group.
welche eine cyclische Gruppe und eine daran gebundene lonenaustauschergruppe enthalten, durch Polymerisation eineswhich contain a cyclic group and an ion exchange group bonded thereto by polymerization of a
kann die Struktur CA2=CA-B haben, worin A und B die oben beschriebenen Strukturen haben.For example, the structure may have CA 2 = CA-B, where A and B have the structures described above.
CA2=CA2 CA 2 = CA 2
mit einem Vinyimonomer wie oben beschrieben mit der Struktur CA2=CA-Bwith a vinyl monomer as described above with the structure CA 2 = CA-B
Das organische Polymermaterial kann nach bekannten Polymerisationsverfahren dargestellt werden, ζ Β durch Losungspolymerisation oder Dispersionspolymensation. Die Polymerisation kann unter erhöhtem Druck erfolgen, tatsächlich kann die Verwendung von erhöhtem Druck entscheidend sein, wenn ein gasformiges Olefin copolymerisiert werden soll, z. B. Tetrafluorethylen, bei dem in dem Olefin CA2=CA2 A F ist, und die Polymerisation kann nach bekannten Verfahren eingeleitet werden, ζ B durch einen Radikalbildner, ζ B. ein Perioxid. Die Polymerisation kann bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden. Die genauen Bedingungen, unter denen die Polymerisation durchgeführt werden muß, hangen zumindest teilweise von der genauen Art der zu polymerisierenden Monomeren ab.The organic polymer material may be prepared by known polymerization methods, by solution polymerization or dispersion polymerization. The polymerization may be under elevated pressure, in fact, the use of increased pressure may be critical if a gaseous olefin is to be copolymerized, e.g. For example, tetrafluoroethylene wherein CA 2 = CA 2 AF in the olefin, and the polymerization can be initiated by known methods, ζ B by a radical generator, ζ B. a peroxide. The polymerization can be carried out at elevated temperature. The precise conditions under which the polymerization must be carried out depend, at least in part, on the precise nature of the monomers to be polymerized.
Lediglich als Beispiel werden im folgenden einige Vinylether-Monomere vorgestellt, die eine cyclische Gruppe und eine daran gebundene lonenaustauschergruppe enthalt und die unter Bildung von Einheiten in dem erfindungsgemaßen organischen Polymermaterial polymerisiert werden tonnen.By way of example only, some vinyl ether monomers containing a cyclic group and an ion exchange group attached thereto are presented below and which are polymerized to form units in the organic polymer material of the present invention.
Ausfuhrungsbeispiele Solche Beispiele sindExemplary embodiments Such examples are
und CF2«CF-(OCF2-CF)n-O-CF2 and CF 2 CF- (OCF 2 -CF) n -O-CF 2
worin die -SO2-X-GrUppe in 2-, 3- oder 4-Stellung stehen kann, die cyclische Gruppe voll fluoriert und gesattigt ist und η eine ganze Zahl von 1 bis> 3 ist (F innerhalb der cyclischen Gruppe bedeutet, daß die Gruppe perfluoriert ist) Bei anderen speziellen Beispielen geeigneter Vinylether-Monomere kann die-SO^X-Gruppe durch die Gruppe-CF2COY ersetztwherein the -SO 2 -X group may be in the 2-, 3- or 4-position, the cyclic group is fully fluorinated and saturated and η is an integer of 1 to> 3 (F within the cyclic group means the group is perfluorinated) In other specific examples of suitable vinyl ether monomers, the -SO ^ X group can be replaced by the group-CF 2 COY
Beispiele von Vinylethermonomeren, die eine cyclische Gruppe und mehrere daran gebundene lonenaustauschergruppen enthalten, sindExamples of vinyl ether monomers containing a cyclic group and a plurality of ion exchange groups attached thereto are
CP0=CP-(O-CP0-CP)-O-C?^CP 0 = CP- (O-CP 0 -CP) -OC? ^
worin η eine ganze Zahl von 1 bis 3 ist und die cyclische Gruppe voll fluoriert ist und gesattigt ist, sowie die Isomere, in denen die -SOr-X-Gruppen in 2,6- und 3,5-Stellung stehenwherein η is an integer of 1 to 3 and the cyclic group is fully fluorinated and saturated, and the isomers in which the -SOr-X groups are in the 2,6- and 3,5-position
Andere Beispiele sind Other examples are
w— 0 — ν L KJ OjJw- 0 - ν L KJ OjJ
worin die cyclische Gruppe voll fluoriert und gesattigt ist Die Darstellungsmethode des Vinylmonomers, das eine cyclische Gruppe mit daran gebundener lonenaustauschergruppe enthalt, hangt von der Art des darzustellenden Vinylmonomers ab Die Darstellung verschiedener Vinylmonomere, die zu dem erfindungsgemaßen organischen Polymermaterial polymerisiert werden können, werden nun an Hand von Beispielen besc hrieben Einige der Vinylmonomere und der Zwischenprodukte bei der Darstellung der Monomere sind neu und eigenständige erfundene Materialien und stellen einen Teil der vorliegenden Erfindung dar In jedem Falle wii d die Darstellung des Vinylmonomers aus einem bekannten Ausgangsmatenal beschrieben. A Darstellung eines perfluorierten Monomers der Strukturwherein the cyclic group is fully fluorinated and saturated The method of preparation of the vinyl monomer containing a cyclic group having an ion exchange group bonded thereto depends on the kind of the vinyl monomer to be represented. The illustration of various vinyl monomers which can be polymerized into the organic polymer material of the present invention will now be described Examples of some of the vinyl monomers and intermediates in the preparation of the monomers are novel and stand-alone invented materials and form part of the present invention. In each case, the preparation of the vinyl monomer from a known starting material will be described. A Representation of a perfluorinated monomer of the structure
SO2PSO 2 P
aus Pentafluorbenzoesaure, worin η Null oder eine ganze Zahl ist. COOH wird mit einer Lösun? von NaSH in wäßrigem NaOHfrom pentafluorobenzoic acid, wherein η is zero or an integer. COOH comes with a solution? of NaSH in aqueous NaOH
bei70°Czu70 ° C into
COOHCOOH
umgesetzt.implemented.
2. Die Thiölgruppe in COOH2. The thiol group in COOH
wird dann durch Umsetzung mit einer Losung von Wasserstoffperoxid in Essigsaure zu COOH oxydiert.is then oxidized to COOH by reaction with a solution of hydrogen peroxide in acetic acid.
3. COOH wird dann zu dem Disaurefluorid durch Reaktion3. COOH is then added to the disourefluoride by reaction
SO3H mit SP, zu COPSO 3 H with SP, to COP
!KTi! KT
SO2PSO 2 P
umgesetzt.implemented.
4. CO? v,'ird da in durch Pluorierunc von CO?4. CO? v, 'is there in by Pluorierunc of CO?
SO2P mit einem Gasgemisch von F2/N2 in einem Fluorkohlenstoff-Losungsmittel dargestelltSO 2 P with a gas mixture of F 2 / N 2 in a fluorocarbon solvent
Alternativ kann COP auch durch elektrochemische PluorierungAlternatively, COP can also be obtained by electrochemical pluoring
SO2P von COCl dargestellt werden.SO 2 P are represented by COCl.
SO2ClSO 2 Cl
5. COP wird dann mit Hexai'luorpropylenoxid zu5. COP is then added with hexafluoropropylene oxide
SO2PSO 2 P
CP2O(CP(CP3)CPpO)nCPCO? umgesetzt, -тогin η O oder eineCP 2 O (CP (CP 3 ) CPpO) n CPCO? implemented, -togin η O or one
SO2PSO 2 P
ganze Zahl ist, oderzu einem Gemisch, worin η 0 und eine ganze Zahl ist η ist allgemein 0,1,2 oder 3, je nach dem Verhältnis der Reaktionspartneris an integer, orto a mixture wherein η is 0 and an integer η is generally 0,1,2 or 3, depending on the ratio of the reactants
6. СЖ1 (C?(CP-.)CPpO) CP=CPp v/ird dann durc-i Pyrolyse von6. СЖ1 (C? (CP -.) CPpO) CP = CPp v / ied then by pyrolysis of
С?о0(СР(С?т)С?р0)„СРС0Р bei 240-400 0C in der D-rrof phaseС? о 0 (СР (С? т) С? р0) "СРС0Р at 240-400 0 C in the D-rrof phase
J 2 3 2 n| J 2 3 2 n |
SOp?SOP?
oder bei 120-18OX in flussiger Phase erhalten.or at 120-18OX in the liquid phase.
B. Darstellung eines perfluorierten Monomers der StrukturB. Representation of a perfluorinated monomer of the structure
?(GFj)CF? (GFj) CF
aus Perfluorbenzaldehyd, worinfrom perfluorobenzaldehyde, wherein
η O oder eine ganze Zahl ist. 1. ОНО wird mit Rhodanin zuη is O or an integer. 1. ОНО becomes with rhodanine too
umgesetzt.implemented.
Il j*Il j *
2 Das Produkt von Stufe 1 wird dann durch Reaktion mit einer Losung von Kaliumpermanganat in Wasser zu ,CCOH2 The product from Step 1 is then added by reaction with a solution of potassium permanganate in water, CCOH
umgesetzt.implemented.
3. Das Produkt von Stufe 2 wird dann mit SF4 zu dem Disauref luorid „COP fluoriert.3. The product of step 2 is then fluorinated with SF 4 to the disulfur fluoride "COP.
"SO2P"SO 2 P
•COP wird dann mit einen Fp/Np-Gasgenisch in• COP is then mixed with a Fp / Np gasgenically
einem Fluorkohlenstoff-Lösun^-mitbei zua fluorocarbon solution with too
COP fluoriertCOP fluorinated
Alternativ kannAlternatively, you can
ѲСѲС
O? auch durch Umsetzung vonO? also by implementation of
SO2P ООН mit SP. zuSO 2 P ООН with SP. to
CO? und anschlie?endeCO? and then
SO2?SO 2 ?
elektrochemische Fluorieren? dargestellt werden. 5. л/ч ^COF ".vird dann mit Hexafluorpropylenoxid oder Chlor=electrochemical fluorination? being represented. 5. л / ч ^ COF "is then mixed with hexafluoropropylene oxide or chlorine
pent'afluorpropylenoxid zupentafluoropropylene oxide too
2O)nCP 2 O) n CP
RfRf
итдевеШ, worin Rf-CFe oder-Ch^CI ist und η 0 oder eine ganze Zahl ist, oder zu einem Gemisch, worin η 0 und eine ganze Zahl ist η ist .allgemein 0,1,2 oder 3, je nach dem Verhältnis der Reaktionspartner.итдевеШ, wherein Rf-CFe or-Ch ^ Cl and η is 0 or an integer, or to a mixture wherein η is 0 and an integer η is generally 0,1,2 or 3, depending on the ratio the reaction partner.
-14- 283 637 !CP(Rf)CP2O) CP=CP2 wird da1^ djrch Pyrolyse-14- 283637! CP (Rf) 2 O CP) CP = CP 2 is da 1 ^ djrch pyrolysis
CP-CO? unter den oben beschriebenenCP-CO? under the ones described above
Bedingungen dargestelltConditions shown
Einige derVinylmonomere und der zu ι Darstellung dieser Monomere benutzten Zwischenprodukte sind ein Teil der vorliegenden Erfindung, und bei einer Verkörperung der Erfindung wird ein Zwischenprodukt vorgestellt, das einen perfluorierten sechsgliedrigen carbocyclischen Ring mit 2 oder mehr acidischen Gruppen oder Derivaten davon enthalt, von denen mindestens zwei eine unterschiedliche Struktur haben Der sechsgliedrige Ring kann gesattigt oder ungesättigt sein und kann ζ B dieSome of the vinyl monomers and the intermediates used to form these monomers are part of the present invention, and in one embodiment of the invention, there is presented an intermediate containing a perfluorinated six membered carbocyclic ring having two or more acidic groups or derivatives thereof, at least two of which have a different structure The six-membered ring can be saturated or unsaturated and can ζ B the
Strukturstructure
COYCOY
haben oder ein gesättigtes Derivat davon sein, worin XOM ist, worin M H oder Alkalimetall, Ammonium oder quartares Ammonium oder X Halogen ist, und worin Y OM ist, worin MH oder Alkalimetall, Ammonium oderquartares Ammonium, oder Y Halogen oder Alkoxy ist Spezielle Beispiele dieser Struktur sindor is a saturated derivative thereof, wherein X is O, wherein M is H or alkali metal, ammonium or quaternary ammonium or X is halogen, and Y is OM, wherein M is H or alkali metal, ammonium or quaternary ammonium, or Y is halogen or alkoxy Structure are
SO0XSO 0 X
SO2XSO 2 X
COY und gesattigte Derivate davon ζ B.COY and saturated derivatives thereof ζ B.
SO2OHSO 2 OH
COPCOP
COOHCOOH
und gesattigte Derivate davonand saturated derivatives thereof
Ebenfalls Teil der vorliegenden Erfindung ist ein voll gesättigtes Zwischenprodukt der StrukturAlso part of the present invention is a fully saturated intermediate of the structure
worin Rf F oder Perfluoralkyl ist und worin π 0 oder eine ganze Zahl ist, oder ein Gemisch, worin η 0 und eine ganze Zahl ist und worin X wie oben definiert ist Ein Vinylmonomer der Strukturwherein Rf is F or perfluoroalkyl and wherein π is 0 or an integer, or a mixture wherein η is 0 and an integer, and wherein X is as defined above A vinyl monomer of the structure
worm Rf F о der Perfluoralkyl ist und worin η 0 oder eine ganze Zahl ist, oder ein Gemisch, worin η 0 und eine ganze Zahl ist, und worin X wie oben definiert ist, ist ebenfalls Teil der Erfindungworm Rf F is the perfluoroalkyl and wherein η is 0 or an integer, or a mixture wherein η is 0 and an integer, and wherein X is as defined above, is also part of the invention
C. Darstellung eines perfluorierten Monomers der Struktur C. Representation of a perfluorinated monomer of the structure
CP9O(CF(CFo)CF0OV CF=CF,CP 9 O (CF (CF 2) CF 0 OV CF = CF,
с. j с. η i с. j с.ηi
worin η 0 oder eine ganze Zahl istwherein η is 0 or an integer
Bei der Darstellung dieses Monomers wird folgende Reaktionsfolge verwendet.The following reaction sequence is used in the preparation of this monomer.
COOH PSO2' ^c/ ' COPCOOH PSO 2 ' ^ c / ' COP
COP —Z-> PSO2-^4O '^ CF2O(CF(CF3)CF2O)nCFCOFCOP - Z - > PSO 2 - ^ 4 O '^ CF 2 O (CF (CF 3 ) CF 2 O) n CFCOF
—~> PSO2—v0/^ CP2O(CP(CF3)CP2O)nCP=CP2 ,- ~> PSO 2 - v 0 / ^ CP 2 O (CP (CF 3 ) CP 2 O) n CP = CP 2 ,
worm η 0 oder eine ganze Zahl oder ein Gemisch von Null und einer ganzen Zahl ist, und worin die Reaktionsschritte a bis e folgende sindworm η is 0 or an integer or a mixture of zero and an integer, and wherein the reaction steps a to e are the following
a SF4 bei 80"Ca SF 4 at 80 "C
b F2/N2 in einem Fluorkohlenstoff-Losungsmittel oder elektrochemische Fluorierung с Hexafluorpropylenoxid/CsF in Tetraglymeb F2 / N2 in a fluorocarbon solvent or electrochemical fluorination с hexafluoropropylene oxide / CsF in tetraglyme
d Dampfphasenpyrolysed vapor phase pyrolysis
Die erfindungsgemaße Membran liegt in Form einer dünnen Folie oder Film des organischen Polymermaterials vor Die Folie oder der Film kann nach einer Reihe von verschiedenen Verfahren bekannter Art zur Erzeugung von Folien oder Filmen aus organischem Polymermatenal erzeugt werden Beispielsweise kann eine Membran in Form einer Folie oder eines Films durch Schmelexirusion des Polymermaterials durch eine geeignete Öffnung oder durch Kalandern des Polymermaterials auf einem Paar rotierender Walzen oder durch Niederschlagung einer Losung des organischen Polymermaterials auf einem geeigneten Substrat erzeugt werden Die Dicke der Membran hangt mindestens in gewissem Maße von der Art ab, wie die Membran benutzt werden soll. Jedoch reicht fur viele Zwecke eine Dicke des Films oder der Folie zwischen 50 und 500um aus Die lonenaustauscherkapazitat, d h. die Konzentration der lonenaustauschergruppen in dem organischen Polymermatenal und in der Ionenaustauschermembran kann ebenfalls über einen weiten Bereich variieren Sie wird bestimmt durch die Art und Weise, wie die Membran verwendet werden soll Eine geeignete lonenaustauscherkapazitat des organischen Polymermaterials und der Membran liegt im Bereich von 0,4 bis 4,0 Milliaquivalenten lonenaustauschergruppe je g organisches Polymermatenal oder Ionenaustauschermembran, obwohl die lonenaustauscherkapazitat auch außerhalb dieses Bereichs liegen kann Die Ionenaustauschermembran in Form einer dünnen Folie oder eines Films des organischen Polymermaterials kann auf einer Folie oder einem Film eines ähnlichen oder eines anderen organischen Polymermaterials, das lonenaustauschergruppen enthalt, laminiert sein.The membrane according to the invention is in the form of a thin film or film of the organic polymer material. The film or film can be produced by a number of different methods of known type for producing films or films of organic polymer material. For example, a membrane in the form of a film or a film Films may be formed by melt extrusion of the polymer material through a suitable opening or by calendering the polymer material on a pair of rotating rollers or by precipitating a solution of the organic polymer material onto a suitable substrate. The thickness of the membrane depends at least to some extent on the nature of the membrane should be used. However, for many purposes, a thickness of the film or film is between 50 and 500 μm. The ion exchange capacity, ie. the concentration of ion exchange groups in the organic polymer material and in the ion exchange membrane may also vary over a wide range. It is determined by the way the membrane is to be used. Suitable ion exchange capacity of the organic polymer material and membrane is in the range of 0.4 although ion exchange capacity may also be outside this range, the ion exchange membrane in the form of a thin film or film of the organic polymeric material may be coated on a film or film of a similar or different organic polymeric material, containing the ion exchange groups, be laminated.
Obwohl d>e erfindungsgemaße Ionenaustauschermembran fur eine große Vielzahl von Zwecken verwendet werden kann, ζ B in Brennstoffzellen und bei der Anreicherung von Losungen, ist sie besonders brauchbar als Ionenaustauschermembran in einer elektrolytischen Zelle, und die Erfindung stellt eineZelle vor, die mindestens eine Anode und mindestens eine Kathode und eine lonenausi auschermembran wie beschrieben enthalt, die eine Anode und eine angrenzende Kathode voneinander trennt und somit die elektrolytische Zelle in getrennte Anoden- und Kathodenraume unterteilt Die elektrolytische Zelle kann eine monopol.jre Zelle sein, die mehrere separate Anoden und Kathoden enthalt, oder sie kann eine bipolare Zelle sein, die mehrere Elektroden enthalt, von denen eine Seite als Anode und die andere Seite als Kathode funktioniert Die elektrolytische Zelle kann zur Elektrolyse einer großen Vielzahl verschiedener Materialien verwendet werden, ist jedoch besonders zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchloridlosungen, speziell wäßriger Natriumchloridlosung, geeignet Wenn eine wäßrige Alkalimetallchloridlosung in einer elektrolytischen Zelle mit Ionenaustauschermembran elektrolysiert wird, wird die Losung dem Anodenraum der Zelle zugeführt und das bei der Elektrolyse gebildete Chlor und die verbrauchteAlthough the ion exchange membrane of the present invention may be used for a wide variety of purposes, ζ B in fuel cells and in the enrichment of solutions, it is particularly useful as an ion exchange membrane in an electrolytic cell, and the invention provides a cell comprising at least one anode and comprising at least one cathode and an ion exchanger auschermembran as described, which separates an anode and an adjacent cathode from each other and thus divided the electrolytic cell into separate anode and cathode spaces The electrolytic cell may be a monopol.jre cell containing a plurality of separate anodes and cathodes or it may be a bipolar cell containing a plurality of electrodes, one side functioning as an anode and the other as a cathode. The electrolytic cell may be used for the electrolysis of a wide variety of materials but is particularly useful for the electrolysis of aqueous alkali When an aqueous alkali metal chloride solution in an electrolytic cell with an ion exchange membrane is electrolyzed, the solution is fed to the anode compartment of the cell and the chlorine formed during the electrolysis and the consumed catalyst
Alkalimetallchloridlosung werden aus dem Anodenraum abgeleitet, die Alkalimetallionen werden durch die Membranen in die Kathodenraume der Zellen transportiert, wo Wasser oder verdünnte Alkalimetallhydroxidlosung zugesetzt werden kann und Wasserstoff und die durch Reaktion der Alkalimetallionen mit Wasser gebildete Alkalimetallhydroxidlosung aus den Kathodenraumen der Zellen abgeleitet werdenAlkali metal chloride solutions are derived from the anode compartment, the alkali metal ions are transported through the membranes to the cathode compartments of the cells where water or dilute alkali metal hydroxide solution can be added and hydrogen and the alkali metal hydroxide solution formed by reaction of the alkali metal ions with water are drained from the cathode compartments of the cells
Die Elektroden in der elektrolytischen Zelle bestehen grundsatzlich aus einem Metall oder einer Legierung, deren Art davon abhangt, ob die Elektrode als Anode oder als Kathode verwendet werden soll, und von der Art des in der Zelle zu elektrolysierenden ElektrolytsThe electrodes in the electrolytic cell are basically made of a metal or an alloy, the type of which depends on whether the electrode is to be used as an anode or as a cathode, and on the nature of the electrolyte to be electrolyzed in the cell
Wenn wäßrige Alkalimetallchloncllosung elektrolysiert werden soll und die Elektrode als Anode verwendet werden soll, ist die Elektrode zweckmäßig aus einem filmbildenden Metall oder einer Legierung desselben, ζ B Zirconium, Niobium, Wolfram oder Tantal, vorzugsweise aus Titan, und die Oberflache der Anode tragt zweckmäßig einen Überzug aus einem elektrisch leitenden elektrokatalytisch aktiven Material Der Überzug kann ein oder mehrere Metalle der Platingruppe enthalten, d h Platin, Rhodium, Indium, Ruthenium, Osmium oder Palladium und/oder ein Oxid eines oder mehrerer dieser Metalle Der Überzug des Metalls der Platingruppe und/oder dessen Oxids kann im Gemisch mit einem oder mehreren Oxiden unedler Metalle vorliegen, speziell einem oder mehreien filmbildenden Metalloxiden, z. B Titandioxid. Elektrisch leitende elektrokatalytisch aktive Materialien als Anodenuberzuge in einer elektrolytischen Zelle zur Elektrolyse wäßriger Alkalimetallchloridlosungen und Methoden zur Anwendung solcher Überzüge sind !bekannt.When aqueous alkali metal chloride solution is to be electrolyzed and the electrode is to be used as an anode, the electrode is suitably made of a film-forming metal or an alloy thereof, zirconium, niobium, tungsten or tantalum, preferably of titanium, and the surface of the anode suitably carries one Coating of an Electroconductive Electrocatalytically Active Material The coating may contain one or more platinum group metals, ie, platinum, rhodium, indium, ruthenium, osmium, or palladium, and / or an oxide of one or more of these metals The coating of the platinum group metal and / or the oxide of which may be in admixture with one or more oxides of base metals, especially one or more film-forming metal oxides, e.g. B titanium dioxide. Electrically conductive electrocatalytically active materials as anode excesses in an electrolytic cell for the electrolysis of aqueous alkali metal chloride solutions and methods for the application of such coatings are known.
Wenn wäßrige Alkalimetallchloridldsungen elektrolysjert werden sollen, wird die Kathode zweckmäßig aus Eisen oder Stahl oder aus einem anderen geeigneten Metall, ζ B Nickel, gefertigt Die Kathode kann mit einem Material überzogen sein, das die Wasserstoffuberspannung bei der Elektrolyse vermindertWhen aqueous alkali metal chloride solutions are to be electrolyzed, the cathode is conveniently made of iron or steel or other suitable metal, ζ B nickel. The cathode may be coated with a material which reduces hydrogen overvoltage during electrolysis
In der elektrolytischen Zelle sind dieAnodenraume mit Vorrichtungen zur Zufuhrung des Elektrolyts, vorzugsweise aus einem gewöhnlichen Sammelrohr, und mit Vorrichtungen zur Ableitung der Elektrolyseprodukte versehen Ähnlich sind die Kathodenraume mit Vorrichtungen zur Ableitung dei Elektrolyseprodukte und gegebenenfalls mit Vorrichtungen zur Zufuhrung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten, vorzugsweise aus einem herkömmlichen Sammelrohr, versehen Beispielsweise wird bei Verwendung der Zelle zur Elektrolyse von wäßriger Alkalimetallchlondlosung der Anodenraum mit Vorrichtungen zur Zufuhrung der wäßrigen Alkalimetallchlondlosung und mit Vorrichtungen zur Ableitung von Chlor und gegebenenfalls mit Vorrichtungen zur Ableitung von verbrauchter Alkalimetallchlondlosung versehen, und der Kathodenraum wird mit Vorrichtungen zur Ableitung von Wasserstoff und Zellflussigkeit, die Alkalimetallhydroxidlosung enthalt, und gegebenenfalls bei Bedarf mit Vorrichtungen zur Zufuhrung von Wasser oder verdünnter Alkalimetallhydroxidlosung versehen,In the electrolytic cell, the anode compartments are provided with means for supplying the electrolyte, preferably from a common collection tube, and with devices for discharging the electrolysis products. Similarly, the cathode compartments are with devices for discharging the electrolysis products and optionally with devices for supplying water or other liquids, preferably For example, using the cell for the electrolysis of aqueous alkali metal chloride solution, the anode compartment is provided with means for supplying the aqueous alkali metal chloride solution and devices for dissipating chlorine and optionally with devices for discharging spent alkali metal chloride solution, and the cathode compartment is provided with devices for the removal of hydrogen and Zellflussigkeit containing Alkalimetallhydroxidlosung, and optionally if necessary with means for supplying water or dilute alkali metal hydroxide solution,
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele illustriertThe invention is illustrated by the following examples
Darstellung von 4-Sulfo-tetrafluorbenzoesaurePreparation of 4-sulfo-tetrafluorobenzoic acid
COOHCOOH
SO-,HSO, H
424g (2,0 Mol) Pentafluorbenzoesaure werden unter Ruhren zu 160g (4,0 Mol) Natriumhydroxid in 21 Wasser zugegeben, wobei eine klare Losung entsteht. Dann werden 200g NaSH (70%ige Schuppen, entsprechend 140g [2,5 Mol] NaSH) zugegeben und das entstehende Gemisch unter Ruhren auf 7O0C erhitzt Nach 2 h Ruhren bei 7O0C wird die gebildete gelbe Losung in Eis gekühlt und mit konzentrierter HCI (etwa 750ml) neutralisiert Die entstehende weiße Aufschlämmung wird mit 4x500 ml Ether extrahiert, der Extrakt über MgSO4 getrocknet und der Ether im Rotationsverdampfer entfernt Das gebildete weiße Pulver wird im Vakuum bei 80°C getrocknet und liefert 407g 4-Mercaptotetrafluorbenzoesaure,424 g (2.0 mol) of pentafluorobenzoic acid are added while stirring to 160 g (4.0 mol) of sodium hydroxide in 2 l of water to give a clear solution. Then 200g NaSH (70% flakes, corresponding to 140g [2.5 mol] NaSH) was added and the resulting mixture was heated with stirring to 7O 0 C After 2 h stirring at 7O 0 C, the formed yellow solution is cooled in ice and washed with neutralized The resulting white slurry is extracted with 4x500 ml of ether, the extract dried over MgSO 4 and the ether removed on a rotary evaporator The white powder formed is dried in vacuo at 80 ° C and provides 407g 4-Mercaptotetrafluorbenzoesaure,
in einer Ausbeute von etwa 90%.in a yield of about 90%.
Die Struktur des Produkts wird durch IR-, NMR- und Massenspektrum bestätigt Die obigen Verfahrensstufen wurden wiederholt, um einen Vorrat von 4-Mercapto-tetrafluorbenzoesaure zu gewinnen, der zur weiteren Umsetzung dienen soll.The structure of the product is confirmed by IR, NMR and mass spectra. The above process steps were repeated to recover a supply of 4-mercapto-tetrafluorobenzoic acid intended for further reaction.
440g 4-Mercapto-tetrafluorbenzoesauie werden in 1700ml Eisessig gelost. Die gebildete Losung wird unter Ruhren im Wasserbad auf 800C erhitzt und innerhalb von 2 h 800 ml einer 30%igen (Gew /VoI) wäßrigen Wasserstoffperoxidlosung tropfenweise zugegeben Die entstehende Losung wird auf 200C abgekühlt und zur Zersetzung überschüssigen Wasserstoffperoxids 68g Natriummetabisulfit zugegeben440 g of 4-mercapto-tetrafluorobenzoic acid are dissolved in 1700 ml of glacial acetic acid. The solution formed is added to heated with stirring in a water bath at 80 0 C and within 2 hours 800 ml of a 30% (w / VoI) aqueous hydrogen peroxide solution was added dropwise The resulting solution is cooled to 20 0 C and to decompose excess hydrogen peroxide 68g of sodium metabisulfite
Die entstehende Losung wird im Rotationsverdampfer bei 80°C im Vakuum eingedampft und liefert einen hellorangefarbenen Feststoff. Der Feststoff wird in 260mlWassergelostund60ml konzentrierte Salzsaure zugegeben Die entstehende Losung wirdThe resulting solution is evaporated in a rotary evaporator at 80 ° C in vacuo and gives a bright orange solid. The solid is added in 260ml water gel and 60ml concentrated hydrochloric acid. The resulting solution is added
mit 1 χ 600 гг I und 3x 250ml Essigester extrahiert, und das isolierte Produkt wird dann durch Schuttein der vereinigten Essigesterextrakte mit 1 x 500ml und 3x 250ml Wasser in Wasser ruckextrahiert.extracted with 1 χ 600 гг I and 3x 250ml ethyl acetate, and the isolated product is then back-extracted by rubbing in the combined ethyl acetate extracts with 1 x 500ml and 3x 250ml water in water.
Das Wasser wird im Rotationsverdampfer entfernt und liefert ein weißliches Pulver, das bei 80°C und 0,7 mbar getrocknet wird und 322g des Produkts 4-Sulfo-tetrafluorbenzoesaure liefert (Ausbeute 66%) Die Struktur des Produkts wird durch Infrarot-, NMR- und Massenspektrum bestätigtThe water is removed on a rotary evaporator to give an off-white powder which is dried at 80 ° C and 0.7 mbar to give 322 g of the product 4-sulfo-tetrafluorobenzoic acid (yield 66%). The structure of the product is determined by infrared, NMR and mass spectrum confirmed
Darstellung von 4-Fluorsulfonyl-perfluorcyclohexancarbonsaurefluoridPreparation of 4-fluorosulfonyl perfluorocyclohexane carboxylic acid fluoride
C07C07
SO9P SO 9 p
100g 4-Sulfo-tetrafluorbenzoesaure, dargestellt wie in Beispiel 1 beschrieben, werden in einem 500 ml-Hasteloy-Autoklaven mit 100 ml Thionylchlorid 1 h auf 8O0C erhitzt. Das überschüssige Thionylchlorid sowie das bei der Reaktion des Thionylchlorids mit Wasser gebildete SO2 und HCI werden im Vakuum entfernt Der Autoklav wird dann mit flussigem Stickstoff gekühlt und 78g SF4 in den Autoklaven destilliert. Der Autoklav wird dann auf 200C erwärmt und das Ruhren begonnen Der Autoklav wird dann 18h auf 800C erhitzt, dann abgekühlt und gelüftet. Das Produkt, eine braune Flüssigkeit, wird beim Stehen fest. Das Produkt wird in CF2CICFCb gelost, zur Entfernung von Spuren von HF mit trockenem NaF behandelt und die Losung filtriert Die Gaschromatographie und Massenspektrographie weist aus, daß die Losung 4-Fluorsulfonyl-tetrafluorbenzoylfluorid und 45-FluorsuH onyl-heptaf luortoluen in Ausbeuten von etwa 70 bzw. 10% enthalt, wie durch Infrarot- und NMR-Analyse bestätigt wird.100 g of 4-sulfo-tetrafluorobenzoic acid, prepared as described in Example 1, are heated to 8O 0 C in a 500 ml Hasteloy autoclave with 100 ml of thionyl chloride for 1 h. The excess thionyl chloride and the SO 2 and HCl formed in the reaction of the thionyl chloride with water are removed in vacuo. The autoclave is then cooled with liquid nitrogen and 78 g of SF 4 are distilled into the autoclave. The autoclave is then heated to 20 0 C and the stirring started the autoclave is then heated to 80 0 C. for 18 h, then cooled and vented. The product, a brown liquid, solidifies on standing. The product is dissolved in CF 2 CICFCb, treated with dry NaF to remove traces of HF, and the solution is filtered. Gas chromatography and mass spectrography indicate that the solution is 4-fluorosulfonyl-tetrafluorobenzoyl fluoride and 45-fluorosulfonyl-heptafluorotoluene in yields of ca. Contains 70 and 10%, respectively, as confirmed by infrared and NMR analysis.
4Qg 4-Fluorsulfonyl-tetrafluorbenzoylfluorid, das aus der obigen Losung durch Destillation abgetrennt wird, und 850ml CFjCICFCfe werden in einen Glasreaktor mit Kuhler, Intensivruhrer und Kuhlbad gegeben Der Reaktorinhalt wird auf -35°C gekühlt, und ein 50/50 Vol. Gemisch von F2/N2 wird in einer Geschwindigkeit von 50 ml/min durch den Reaktor geleitet. Die Temperatui der Losung im Reaktor wird auf -35°C gehalten. Nach 30h zeigt die gaschromatographische Analyse keine Spur von +-Fljjorsulfonyl-tetrafluorbenzoylfluond in der Losung und das Vorhandensein von 4-Fluorsulfonylperfluorcyclohexancarbonsaurefluorid4Qg 4-fluorosulfonyl-tetrafluorobenzoyl fluoride, which is separated from the above solution by distillation, and 850 ml of CFjCICFCfe are placed in a glass reactor with Kuhler, Intensivruhrer and Kuhlbad The reactor contents are cooled to -35 ° C, and a 50/50 Vol. Mixture of F 2 / N 2 is passed through the reactor at a rate of 50 ml / min. The temperature of the solution in the reactor is kept at -35.degree. After 30 hours, gas chromatographic analysis shows no trace of + -fjjorsulfonyl-tetrafluorobenzoyl fluoride in the solution and the presence of 4-fluorosulfonyl perfluorocyclohexanecarboxylic acid fluoride
undPerfluorcyclohexancarbonsaurefluorid COPand perfluorocyclohexane carboxylic acid fluoride COP
Das 4-Fluc rsulfonyl-perfluorcyclohexancarbonsaurefluorid wird durch Destillation aus der Losung abgetrennt, und seine Struktur wird durch Infrarot- udn NMR-Analyse bestätigt.The 4-fluorosulfonyl perfluorocyclohexane carboxylic acid fluoride is separated from the solution by distillation and its structure is confirmed by infrared and NMR analysis.
Darstellung von 4-Fluorsulfonyl-perfluorcyclohexancarbonsaurefluoridPreparation of 4-fluorosulfonyl perfluorocyclohexane carboxylic acid fluoride
CO?CO?
durch elektrochemische Fluorierung von 4-Chlorsulfonyl-benzoylchlorid COClby electrochemical fluorination of 4-chlorosulfonyl-benzoyl chloride COCl
SO2ClSO 2 Cl
Eine 11-Simons-Zelle wird mit 800 g wasserfreiem Fluorwasserstoff beschickt und die Zelle 19 h bei 5,0V betrieben, um den Elektrolyten zu trocknen Zu den trockenen Elektrolyten werden 48g 4-Chlorsulfonyl-benzoylchlorid in einer Portion zugegeben und die Elektrolyse bei 6,0 V und einer Zelltemperatur von 200C fortgesetzt Nach 24h wird die untere Schicht, die aus flussigen Fluorkohlenstoffprodukten (18g) besteht, aus der Zelle abgeleitet und mit festem Natriumfluond behandelt, um überschüssigen Fluorwasserstoff zu entfernen.An 11-Simons cell is charged with 800 g of anhydrous hydrogen fluoride and the cell is operated at 5.0 V for 19 h to dry the electrolyte. To the dry electrolytes 48 g of 4-chlorosulfonylbenzoyl chloride are added in one portion and the electrolysis at 6, 0 continued V and a cell temperature of 20 0 C. After 24 h, the lower layer consisting of flussigen fluorocarbon products (18 g) is derived from the cell and treated with solid Natriumfluond to remove excess hydrogen fluoride. is
0354^0^^71^6^0^010116x31103^x^330^11.10^ wird aus dem flussigen Fluorkohlenstoffgemisch durch Destillation abgetrennt, und seine Struktur wird durch massenspektrographische und NMR-Analyse bestätigt0354 ^ 0 ^^ 71 ^ 6 ^ 0 ^ 010116x31103 ^ x ^ 330 ^ 11.10 ^ is separated from the liquid fluorocarbon mixture by distillation, and its structure is confirmed by mass spectrographic and NMR analysis
Darstellung vondisplay of
С7«0(C?(CF-)CF9O) CFCOFС7 «0 (C? (CF-) CF 9 O) CFCOF
SC2FSC 2 F
17,6g 4-Fluorsulfonyl-perfluorcyclohexancarbonsaurefluorid, dargestellt wie in Beispiel 2 beschrieben, werden zu 2OmI trockenem Tetraglyme, das 0,24g trockenes Caesiumfluorid enthalt, in einen 125 ml-Autoklaven gegeben Das entstehende Gemisch wird eine halbe Stunde unter einer Atmosphäre von trockenem Stickstoff gerührt, dann auf —60°C gekühlt, dann wird der Autoklav evakuiert, und 20g Hexafluorpropylenoxid werden in den Autoklaven destilliert Das Gemisch wird dann auf Raumtemperatur erwarmen gelassen und über Nacht gerührt Die obere Fluorkohlenstoffschicht (20 g) wird gewonnen und erweist sich gemäß gaschromatographischer und massenspektrographischer Analyse hauptsächlich als Gemisch von Produkten der obigen Formel, worin η 0 und 1 im Verhältnis von etwa 5 1 ist. Die Struktur des Produkts wird durch massenspektrographische und Infrarotanalyse bestätigt17.6 g of 4-fluorosulfonyl-perfluorocyclohexanecarboxylic acid fluoride prepared as described in Example 2 are added to 20 ml of dry tetraglyme containing 0.24 g of dry cesium fluoride in a 125 ml autoclave. The resulting mixture is left for half an hour under an atmosphere of dry nitrogen stirred, then cooled to -60 ° C, then the autoclave is evacuated, and 20 g of hexafluoropropylene oxide are distilled in the autoclave. The mixture is then allowed to warm to room temperature and stirred overnight. The upper fluorocarbon layer (20 g) is recovered and found to be gas chromatographic and mass spectrographic analysis mainly as a mixture of products of the above formula wherein η is 0 and 1 in the ratio of about 5: 1. The structure of the product is confirmed by mass spectrographic and infrared analysis
Darstellung vondisplay of
Auf 2000C vorgeheizter Stickstoff als Tragergas wird durch einen im Ölbad auf 2200C erhitzten Verdampfungskolben geleitet. 20g des Produkts aus Beispiel 4 werden tropfenweise mittels einer Einspritzpumpe mit einer Geschwindigkeit von 0,8ml/min in den Verdampfungskolben eingespritzt Der entstehende Gasstrom wird vom Boden in ein 15cm hohes Fließbett aus 100 cm3 60 mesh-Glasperlen bei 3400C geleitet. Die Fließgeschwindigkeit wird so gewählt, daß eine Kontaktzeit von etwa 10s erreicht wird, und die Fluorkohlenstoffprodukte (11,2g) werden aus dem Abgasstrom in einer Reihe von Kuhlfallen kondensiert Das Hauptprodukt erwies sich massenspektrographisch und infrarotspektrographisch alsTo 200 0 C preheated nitrogen as the carrier gas is passed through a heated oil bath at 220 0 C evaporating flask. 20 g of the product from Example 4 are injected dropwise into the evaporation flask by means of an injection pump at a rate of 0.8 ml / min. The resulting gas stream is passed from the bottom to a 15 cm high fluidized bed of 100 cm 3 60 mesh glass beads at 340 ° C. The flow rate is chosen to achieve a contact time of about 10 seconds, and the fluorocarbon products (11.2 g) are condensed from the exhaust stream into a series of cooling traps. The major product proved to be mass spectrographic and infrared spectrographic
worin η = 0, und etwas Produkt der obigen Struktur mit η = 1 Das Produkt enthalt einen geringen Anteil eines Addukts der obigen Struktur mit HF.wherein η = 0, and some product of the above structure with η = 1 The product contains a small amount of an adduct of the above structure with HF.
Herstellung eines organischen Polymermaterials mit lonenaustauschergruppen oder Gruppen, die sich in diese umwandeln lassenPreparation of an organic polymer material with ion exchange groups or groups which can be converted into these
15g einer destillierten Fraktion des in Beispiel 5 dargestellten Produkts, das gemäß gaschromatographischer Analyse 98%15 g of a distilled fraction of the product shown in Example 5, which according to gas chromatographic analysis 98%
O)nCF=CF2 O) n CF = CF 2
enthalt, wird in einen ummantelten 0,51-Autoklaven mit Gaseinleitung, Ruhrer und Thermopaar gegeben, und 200 ml deionisierte·» Wasser, 0,2g Ammoniumpersulfat und 0,3g Ammonium-perfluoroctanoat werden ebenfalls in den Autoklaven gegeben Der Autoklav wird dann abwechselnd evakuiert und mit Stickstoff gespult, um Luft zu entfernen, und das Gemisch im Autoklaven wird durch 2stundiges Ruhren bei Raumtemperatur in einer Stickstoffatmosphare emulgiert Der Autoklav wird erneut evakuiert und mit Tetrafluorethylen bis zu einem Druck von 10 bar beladen und dann langsam unter Ruhren auf 8O0C erhitzt. Auf den Autoklaven wird jedesmal, wenn der Druck unter б bar gesunken ist, neues Tetrafluorethylen aufgedruckt, bis der gesammelte Druckabfall die Aufnahme von 15g Tetrafluorethylen anzeigt. Der Autoklav wird abgekühlt, gelüftet und die Emulsion entfernt. Eine kleine Menge (4,5g) Perfluorvinylether setzt sich als untere Schicht ab, und die restliche Emulsion wird gefroren, um das gebildete Copolymer zu gewinnen Das Copolymer wird abfiltriert, mit deionisiertem Wasser gewaschen und bei 800C im Vakuum getrocknet, wobei 16,2g weißes Copolymer erhalten werden. Eine Probe des Copolymers wird heiß gepreßt und gibt einen klaren, festen Film, der im Infrarot einen Peak bei 1460cm'1 zeigt (SO2F) Ein 200μηι dicker heißgepreßter Film des Copolymers wird in einer 25%igen Losung von NaOH in wäßrigem Ethanol (75% H2O, 25% EthanoJ) bei 75°C 12h hydrolysiert, wobei ein Film entsteht, der laut Titration eine lonenaustauscherkapazitat von 0,9 mVal/g hatis placed in a 0.51 jacketed autoclave with gas inlet, stirrer and thermocouple, and 200 ml of deionized water, 0.2 g of ammonium persulfate and 0.3 g of ammonium perfluorooctanoate are also added to the autoclave. The autoclave is then alternately evacuated and rinsed with nitrogen to remove air and the mixture in the autoclave is carried 2stundiges stirring at room temperature in a nitrogen atmosphere emulsified the autoclave is evacuated again and charged with tetrafluoroethylene to a pressure of 10 bar and then slowly with stirring at 8O 0 C heated. The autoclave is pressurized with new tetrafluoroethylene each time the pressure has dropped below б bar until the accumulated pressure drop indicates the uptake of 15g of tetrafluoroethylene. The autoclave is cooled, vented and the emulsion removed. A small amount (4.5 g) of perfluorovinyl ether settles out as the lower layer and the remaining emulsion is frozen to recover the copolymer formed. The copolymer is filtered off, washed with deionized water and dried at 80 ° C. under reduced pressure, 16 2g of white copolymer. A sample of the copolymer is hot-pressed, and is a clear, solid film, the infrared peak at 1460cm '1 is (SO 2 F) A 200μηι thick hot pressed film of the copolymer is dissolved in a 25% solution of NaOH in aqueous ethanol ( 75% H 2 O, 25% EthanoJ) hydrolyzed at 75 ° C for 12 h, resulting in a film which, according to titration, has an ion exchange capacity of 0.9 meq / g
Herstellung von organischem Polymermaterial mit lonenaustauschergruppen oder Gruppen, die sich in diese umwandeln lassen (Altei natiwerfahren)Preparation of organic polymer material with ion exchange groups or groups that can be converted into these (Altei natiwerfahren)
10g einer destillierten Fraktion des in Beispiel 5 dargestellten Produkts, das gemäß gaschromatographischer Analyse 93%10 g of a distilled fraction of the product shown in Example 5, which according to gas chromatographic analysis 93%
CF0O(CF(CP-JCF0O) OP=CF,CF 0 O (CF (CP-JCF 0 O) OP = CF,
ι C. J C. Π с ιC. J C.Πс
enthalt, weiden in 200ml CF2CICFCI2, das 0,1 g Azoisobutyronitnl enthalt, gelost und die Losung in einen ummantelten 400-ml-Autoklaven mit Gaseinleitung, Ruhrer und Thermopaar gegeben. Der Autoklav wird mit Stickstoff gespult, evakuiert, und Tetrafluorei hylen bis zu einem Druck von 10 bar in den Autoklaven gegeben. Der Autoklav wird auf 75CC erhitzt und der Inhalt gerührt Jedesmal, wenn der Druck unter 8bar gefallen ist, wird neues Tetrafluorethylen aufgedruckt, bis die gesammelten Druckabfalle eine Aufnahme von 10g Tetrafluorethylen ausweisen Dann wird der Autoklav abgekühlt und die gebildete CopolymenJispersion gewonnen. Das Copolymer wird abfiltnert, mit CF3CICFCIj gewaschen und im Vakuum bei 8O0C getrocknet, wobei 5,6g weißes Pulver erhalten werden. Die Infrarotuntersuchung eines heißgepreßten Films aus dem Pulver zeigt eine Absorption bei 1460cm"1 (-SO2F).contains, in 200 ml of CF 2 CICFCI 2 containing 0.1 g Azoisobutyronitnl dissolved and added the solution in a jacketed 400 ml autoclave with gas inlet, Ruhrer and thermocouple. The autoclave is sparged with nitrogen, evacuated, and tetrafluoroethylene is added to the autoclave to a pressure of 10 bar. The autoclave is heated to 75 C C and the contents stirred Each time the pressure has dropped below 8 bars, new tetrafluoroethylene is printed until the collected printed waste identify a shot of 10g tetrafluoroethylene Then the autoclave is cooled and recovered the CopolymenJispersion formed. The copolymer is filtered off, washed with CF 3 CICFCIj and dried in vacuo at 8O 0 C to give 5.6 g of white powder. Infrared examination of a hot-pressed film from the powder shows absorption at 1460 cm -1 (-SO 2 F).
Darstellung von 2-Sulfo-tetrafluorbenzoesaurePreparation of 2-sulfo-tetrafluorobenzoic acid
und2-Fluorsulfonyl-tetrafluorbenzoy)fluoridand 2-fluorosulfonyl-tetrafluorbenzoy) fluoride
38gTnethylamin werden tropfenweise zu einergut gerührten Suspension von 50g Rhodanin und 70 g Pentafluorbenzaldehyd in 100ml Chloroform zugegeben, wobei die Temperatur durch äußere Kühlung unter 4O0C gehalten wird. Nach einer Stunde wird die Losung zuerst mitverdunnterHCI,'dann mit Wasser gewaschen Das Losungsmittel wird entfernt und derverbleibende gelbe Ruckstand aus IMS/Wasser umkristallisiert und liefert 82g 2,3,4,5,6-Pentafluorbenzylidenrhodanin, F 132°C-135°C 78g 2,3,4,5,6-Pentafluorbenzylidenrhodanin werden in kleinen Portionen zu einer gerührten Losung von 68g NaOH in 300ml Wasser zugegeben Die gebildete klare rote Losung wird 1 h auf 900C erhitzt, in Eis gekühlt, mit konzentrierter HCI angesäuert und der gebildete cremefarbene Feststoff abfiltriert und gewaschen. Das Rohprodukt (59g) wird durch Sublimation gereinigt und liefert 4,5,6,7-Tetrafluor-benzothiophen-2-carbonsaure, F.200°C.38 g of methylamine are added dropwise to a well-stirred suspension of 50 g of rhodanine and 70 g of pentafluorobenzaldehyde in 100 ml of chloroform, the temperature being kept below 4O 0 C by external cooling. After one hour, the solution is washed first with dilute HCl, then with water. The solvent is removed and the remaining yellow residue is recrystallized from IMS / water to give 82 g of 2,3,4,5,6-pentafluorobenzylidene-rhodanine, F 132 ° C-135 ° C 78g 2,3,4,5,6-Pentafluorbenzylidenrhodanin be added in small portions to a stirred solution of 68g NaOH in 300ml of water. The clear red solution formed is heated for 1 h at 90 0 C, cooled in ice, acidified with concentrated HCl and The resulting cream-colored solid was filtered off and washed. The crude product (59 g) is purified by sublimation to yield 4,5,6,7-tetrafluorobenzothiophene-2-carboxylic acid, F.200 ° C.
Eine Losung von 158g KMnO4 in 1,51 warmem Wasser wird zu einer gerührten Aufschlämmung von 49,7g 4,5,6,7-Tetrafluorbenzothiophen-2-carbonsaureund 27,6g K2CO3 in 200 ml Wasser in einer solchen Geschwindigkeit zugegeben, daß die Temperatur um 500C gehalten wird Nach Beendigung der Zugabe wird das Gemisch 3 h auf 10O0C erhitzt, dann abgekühlt und das MnO2 abfiltriert Der Filterkuchen wird mit heißem Wasser gewaschen und die vereinigten wäßrigen Phasen mit konzentrierter HCI angesäuertA solution of 158 g of KMnO 4 in 1.5 L of warm water is added to a stirred slurry of 49.7 g of 4,5,6,7-tetrafluorobenzothiophene-2-carboxylic acid and 27.6 g of K 2 CO 3 in 200 mL of water at such a rate that the temperature is maintained at 50 0 C. After completion of the addition, the mixture 3 hours at 10O 0 C heated, then cooled and the MnO 2 removed by filtration the filter cake is washed with hot water and the combined aqueous phases acidified with concentrated HCI
Die wäßrige Phase wird im Rotationsverdampfer bei 8O0C unter Vakuum zu einem feuchten Schlamm eingeengt Dieser Schlamm wird mehrmals mit Essigester extrahiert, die vereinigten organischen Phasen über MgSO4 getrocknet, filtriert und das Losungsmittel entfernt, wobei 23,5g Produkt erhalten werden, das nach Ausweis der 19F-, 13C- und 1H-NMR- und rnassenspektrographischen Analyse 2-Sulfo-tetrafluoi benzoesäure ist.The aqueous phase is concentrated on a rotary evaporator at 8O 0 C under vacuum to a moist slurry This slurry is extracted several times with ethyl acetate, the combined organic phases dried over MgSO 4 , filtered and the solvent removed to give 23.5 g of product are obtained after identification of the 19 F, 13 C and 1 H-NMR and rnassenspektrographischen analysis is benzoic acid 2-sulfo-tetrafluoi.
14,6g 2-Sulfo-tetrafluorbenzoesaure werden mit 64g Thionylchlorid 5h gekocht, dann auf Raumtemperatur abgekühlt und mit 100ml Methylenchlorid verdünnt. Filtration und Entfernung der fluchtigen Bestandteile im Vakuum liefert 6,6g eines orangefarbenen Gummis, der sich aufgrund der 19F- und 13C-NMR- und Infrarotanalyse als das Anhydrid14.6 g of 2-sulfo-tetrafluorobenzoic acid are boiled with 64 g of thionyl chloride for 5 h, then cooled to room temperature and diluted with 100 ml of methylene chloride. Filtration and removal of the volatiles in vacuo yielded 6.6 g of an orange gum which was identified as the anhydride by 19 F and 13 C NMR and infrared analysis
ГЛІГЛІ
erweistproves
8,0g des rohen Anhydrids, gelost in 20 ml trockenem Methylenchlorid, werden unter Stickstoff in einen warmen trockenen8.0 g of the crude anhydride, dissolved in 20 ml of dry methylene chloride, are placed under nitrogen in a warm dry
50-ml-Autoklaven gegeben Das Methylenchlorid wird durch Erwarmen des Autoklaven im Vakuum entfernt Der Autoklav wird dann mit flussigem Stickstoff gekühlt und im Vakuum 7g SF4 in den Autoklaven überfuhrt Dann wird der verschlossene Autoklav 12h auf 140°C erhitzt, abgekühlt und belüftet Es werden 7,5g brauner Flüssigkeit erhalten, die bei Zugabe von Hexan fest wird Die gaschromatographische und massenspektrographisc he Analyse zeigt, daß das Produkt hauptsachlich 2-Fluorsulfonyl-The autoclave is then cooled with liquid nitrogen and transferred to the autoclave 7g SF 4 in vacuo. The autoclave is then heated for 12h at 140 ° C, cooled and vented. Es 7.5 g of brown liquid are obtained, which solidifies on addition of hexane. Gas chromatographic and mass spectrographic analysis shows that the product is predominantly 2-fluorosulphonyl
tetrafluorbenzoylfluondtetrafluorbenzoylfluond
mit einer geringen Beimengung von 2-Fluorsulfonyl-heptafluortoluen ist Die Infrarotuntersuchung des Hauptprodukts zeigt Peaks bei 1890cm"1 (-COF) und 1460αιτΓ1 (-SO2F)with a small addition of 2-fluorosulfonyl-heptafluorotoluene The infrared analysis of the main product shows peaks at 1890 cm -1 (-COF) and 1460αιτΓ 1 (-SO 2 F)
Darstellung vondisplay of
?20(C? (CP33G^2O) nCP=CF2 ? 2 0 (C? (CP 3 3G ^ 2 O) n CP = CF 2
Die Verfahi en der obigen Beispiele 2,4 und 5 werden wiederholt, wobei anstelle von 4-Fluorsulfonyl-tetrafluorbenzoylfluond das in Beispiel 8 beschriebene 2-Fluorsulfonyl-tetrafluorbenzoylfluorid eingesetzt wird.The procedures of the above Examples 2,4 and 5 are repeated, wherein instead of 4-fluorosulfonyl-tetrafluorobenzoyl fluoride the 2-fluorosulfonyl-tetrafluorobenzoyl fluoride described in Example 8 is used.
Verwendung einer Ionenaustauschermembran in einer elektrolytischen Zelle.Use of an ion exchange membrane in an electrolytic cell.
Der in Beispiel 6 beschriebene 200μπι dicke hydrolysierte Film wird in eine elektrolytische Zelle eingebaut, die eine mit RUO2/T1O2 überzogene Titaniumnetzanode und eine Nickelkathode enthalt, die jeweils als eine Reihe paralleler senkrechter Blatter angeordnet sind, wobei der Film zwischen der Anode und der Kathode angeordnet ist und mit dieser in Kontakt ist Eine gesattigte wäßrige Natriumchloridlosung als Elektrolyt wird standig dem Anodenraum der Zelle zugeführt, und Wasser wird standig dem Kathodenraum der Zelle zugeführt Chlor und verbrauchte Losung werden standig aus dem Anodenraum und Wasserstoff und eine20Gew.-%ige Natriumhydroxidlosung werden standig aus dem Kathodenraum abgeführt Die Zelltemperatur wird bei 88°C gehalten und die Elektrolyse bei einer konstanten Stromdichte von ЗкАітГ2 und einer Zellspannung von 3,5V durchgeführtThe 200μπι thick hydrolyzed film described in Example 6 is incorporated into an electrolytic cell containing a titanium net anode coated with RUO2 / T1O2 and a nickel cathode, each arranged as a series of parallel vertical blades, wherein the film between the anode and the cathode A saturated aqueous sodium chloride solution as the electrolyte is constantly supplied to the anode compartment of the cell, and water is constantly supplied to the cathode compartment of the cell. Chlorine and spent solution are constantly removed from the anode compartment and hydrogen and a 20% by weight sodium hydroxide solution become permanent removed from the cathode compartment The cell temperature is maintained at 88 ° C and the electrolysis is carried out at a constant current density of ЗкАітГ 2 and a cell voltage of 3.5V
Claims (29)
-CA9-CA-and units of structure
-CA 9 -CA-
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Applications Claiming Priority (2)
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Family Applications (1)
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1989
- 1989-02-28 DD DD32608789A patent/DD283637A5/en not_active IP Right Cessation
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