全氟羧酸单体合成的研究进展

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全提高重视。后续 的反应 , 分别使用发烟硫酸和 甲 上海三爱富新材料股份有限公司根据文献报道 和中科院上海有机化学研究 所胡昌明等人对 C 1 C
醇反应得到酰氟和甲酯的双官能团中问体。合成全
与CF T E反应 的研究工作的基础 , 进行了多年 的研

1 ・ 6
有 机 氟 工 业 O gn —Fu r eId s y rao l i ut on n r
上 有 自己的一席之 地 。
参 考文献
n l 2, = , 3
C OH H
F c \ O \ C

F 1
[ ]杨兵 , 1 粟小理.国产全 氟磺酰树脂 的性能研 究[ ] 上海 J.
化 工 ,0 5 (0 : 20 ,1 ) 1 4—1 . 6
F OC , C \C /  ̄' COOCH
[ ]方度 , 维驿.全氟离 子交换 膜——制法 、 能 和应用 4 杨 性
阴 极 :t P
F-F=r O SO CI二S I -,— ̄ : F CF - S C I Ol s 儿 1 1 o F _ C





定的实际意义。三爱富公 司 自己开发 的路线 , 有 其 独特 性 , 现 了国 内技术 实力 , 争在 离子膜 项 目 体 力
制 的玻璃 碳 材料 , 阴极 使用贵 金属铂 , 反应放 大 是难
图 1 碳酸二 甲酯出发 合成路线
2 含氟碘代烷 出发 合成 路线
旭 硝子公 司 于 2 纪 7 O世 0年代后半 期 开发 了商
题 。后续反 应 经过 四氟 乙烯 的调聚 , 经成 酯 , 再 酰氟
化, 得到双官能团中间体 , 如图 3 所示。中间体再进 行六氟环氧丙烷加成 、 脱羧合成目标物 , 和旭硝子公 司路线 目 标物全氟羧酸单体一致 。

[ ]张永明 , 氟离子交换膜 的研究和应用 [ ] 膜科 学与技 2 全 J. 术 ,0 8 ( ) 1 4 2 0 ,3 :— . [ ]EsnegA.Prur a d I o e m rns 3 i br e ef o n t o m rMe bae.Wah l i e n s—
全氟羧酸单体 , 即全氟烷基乙烯基醚 , 是合成全
氟羧酸离子交换树脂 的关键性 单体原料。长期 以 来, 全氟羧酸单体合成技术一直 由美 国杜邦公司和 日本旭硝子公司等所垄断。合成路线总计有 以下 4 种 : 酸二 甲酯路 线 、 氟 碘代 烷路 线 、 碳 含 电解 合 成路
线 、 C 与 r E或 C F C1 r F T E合成路线
度, 提高 了收率 。20 J 0 6年 , 东岳神舟新材料有限 公司的专利对此化合物的分析方法进行 了研究 。 本 路线 的后续 几 步 反应 在 杜邦 公 司 17 98年 的专 利
中进 行 了揭示 , 并使 用 全 氟 羧 酸单 体 与 四氟 乙烯共
综合性能优异的复合增强型离子膜不可缺少 的重要
仍 然受 到外 国政府 的制约 。
全 氟离 子膜 曾是 我 国国家 级 科 技 攻关 项 目, 断
断续续 历时 多年 , 为 重 大难 题 , 国众 多科 学家 、 成 我
工 程 技术人 员和科 技工 作 者 , 该 项 目做 出 了不 可 为
磨灭的贡献 。 02 , 2 0 年 上海三爱富新材料股份有限
文献报 道杜 邦公 司开 发 的全 氟羧 酸 乙烯基 醚 的 合 成路 线是 以碳 酸二 甲酯 和 四氟 乙烯作 为合成 的起 始化合 物 , 反应路 线 如 图 1所 示 。本路 线 反 应过 程
置 等方 面。 国际上 , 氟 离子 交 换 膜及 相 关 产 品 的 全 合成技术工艺主要由旭硝子公司和杜邦公司等少数 公 司所 垄 断 , 关键 领 域所 用 的含 氟 功 能材 料 的进 口
高分子材料 , 包括全氟磺酸膜、 全氟羧酸膜及全氟磺
酸全 氟羧 酸复合 膜 。主要 应 用 于燃 料 电池 膜 、 碱 氯 工业 电解槽 的离子膜 、 各种 水 处 理 装 置 以及 电解 装
l 碳 酸 二 甲酯 出发 合 成 路 线
杜邦公 司在 2 纪 7 0世 0年代 首先开发 出用 于燃 料 电池膜 的商 品名 为 N tn的全 氟磺 酸 离 子膜 , ao i 并 于8 O年代 又开发 了全 氟羧 酸离子 交换 树脂 , 成用 制 于氯 碱 电解 的离 子交换 膜 。
2 1 年第 1期 01
究 和实验 , 着重 开发 了以 T E同 C 1 I r C 出发 的合成 路
都是 围绕工业应用的 N tn ao 膜和 Fe i 膜使用的 i r o mn 单体为 目标化合物 , 并且使用 四氟 乙烯单体作为重
线。路线如图4所示 , 全氟羧酸单体化合物与杜邦 路线产物一致 , 其反应步骤虽有增加 , 但反应过程 的 中间体都有其他应用 , 有独立的知识产权。
FC— - C 3 2 C F

m c !o \

\/ c ∞∞
l2, 3

( ocH32 )

C3 F F F 2
F 2 F 2
F 2
\ 0C ∞ 3 \ \ CC //
I F 2 F 2
C3 F
图 2 含氟 碘代烷 出发合成路线
氟 羧酸单 体 的环 氧加 成 反应 和脱 羧 反应 , 与杜 邦 路 线 的反应 相 似 m川 。酰 氟 和 甲酯 的双 官 能 团 中 间 。 八
体也可以是双酰氟 的中间体, 然后进行加成和脱羧 反应 , 最后用 甲醇酯化 。最终所得全氟羧酸单体
进后的专利使用两种非质子惰性溶剂 , 主要的溶剂难 溶 于产物 , 另一个辅助溶剂 易溶于产物 和氟离子催 化
离 子 , 到 甲氧基 四氟 丙酸 甲酯 J 93年 陶 氏化 得 。19 学 的专 利对这 一方 法 进 行 了 改进 , 过 降低 反 应 温 通
对于全氟磺酸离子交换树脂 , 羧酸基 团的弱酸性 其
使其 更 为适宜 在碱 性 介 质 中使 用 , 更 有 效 地 阻挡 并 O 的反渗 透 , 以在 氯 碱 工 业 上 , 酸 型 全 氟 离 H一 所 羧 子交换 树脂 具有 磺 酸 型树 脂 没 有 的独 特 性 能 , 为 成
品化的 Fe i 全 氟羧酸膜 , r o mn 其全氟羧酸单体的合 成方法如图2所示。此路线使用四氟乙烯和碘作为
起始化合物 , 首先使用碘与四氟 乙烯的调聚反应 , 得 到全氟二碘化合物。此类化合物还是合成其他一些 4 四氯化碳与 T E或 C F F T E出发合成路线 双官能团化合物的中间体 , 但是毒性较高, 半致死量 L∞ C 约为 7 p 反应 过 程及 后 处理 都 要对 人 员 安 0pm,
剂, 使催化剂质量含量降至 00 1 , .0% 并得到了很好的 收率和较快的反应速度¨ 。全氟羧酸乙烯基醚单体 的成醚步骤是使用钠、 钾等的磷酸盐或碳酸盐在高温 下与气 化 的酰 氟化 物反应 成盐 , 之后 高温脱 羧成 醚¨’J 0 。整条合成 路线 在改 进 之 后 , 率有 较 大 提 “ 收 高, 反应过程更容易控制。但是第一步反应容易产生 较 多副产 物 , 反应要求 比较 苛刻 。
0 0 0 0
要的起始原料 。杜邦公司和旭硝子公司的合成路线 是 比较成熟和实用的, 也经过了比较多的改进 , 显示
了国际大公司的技术实力。电氟化的合成方法是生
产 氟化合 物 常用 的一 种方 法 , 于小 批 量 的 生产 有 对
HS 极 氧 化 反 应 O F阳 阳 极 : 璃 碳 玻
Na
碳链 比杜邦路线多一个 c 基团, 使最终 的树脂性 能有一 定差 异 。
FC:C 2 2 — I 2 c 2—2 = CF2 2 F +I— Fc— FIFC

一 F 一
F 2
c 2 Fc 2 FI F I 2 Fc 2 c
F 2
F ,j - 、H C . 一 /O 二。 CC 兰 C 炙O C
公 司打 通全 氟磺酸 树 脂 的生产 工 艺 , 通 过 成 膜试 并 验 和燃 料 电池 发 电试验 J 0 5年 , 。2 0 东岳 集 团 与上
海 交通 大学合 作 , 到 国 家 8 3计 划 快 速 反 应项 目 得 6
较短 , 使用的反应物和溶剂易得并 比较安全 , 是一条 较好 的合成 路线 。
本 路线 的第 一 步反 应 在 16 9 1年 的专 利就 有 介 绍, 四氢 呋 喃作 为 溶 剂 , 温 下 , 常 使用 四氟 乙烯 在 当
量 甲醇 钠 的作 用 下加 成 碳 酸 二 甲酯 , 加 酸 除去 钠 后
资 金支持 , 制成功 全氟磺 酸 离子交 换膜 , 研 并建 成年 产5 0吨的生产 装置 J 。全 氟羧 酸离 子 交换 树脂 相
有 机 氟 工 业

ຫໍສະໝຸດ Baidu
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2 1 年第 1 01 期





专 论 与 综述
芥 芥 恭 带 芥 币 芥 带
全氟羧酸单体合成的研究进展
陈 焱锋 吴军辉 朱灵 运
( 上海三爱富新材料股份有限公 司 , 上海 2 0 4 ) 02 1

3 电解 合成 路线
电解 的合 成 路 线 主 要 是 德 国 的赫 斯 特 公 司 在
K2 O3 C △

F 2
F 2
c。 \

8 0年代开发的,0 2 世纪 8 0年代 , 上海三爱富新材料 股份 有 限 公 司对 此 路 线 也 进 行 了较 详 细 的研 究 l 引。本路线 的关键反应是 H O F电解生成二 2 S 磺酸氟化物 , 电解反应需要在耐强氧化剂和强 酸性 的设备材料制造的反应器 中进行 , 阳极材料使用特
igo n tn D C:Ame c n Ch mia o it i r a e c lS cey,1 8 9 2.
F ,
图 3 电解 合 成 路 线
第 一步 反应 是 四氯化碳 和 四氟 乙烯 在 三氯化 铝 催 化作 用下 的 加 成 反 应 , 力 较 低 , 物 为 C C一 压 产 F 24 收率较 高 引。然后使 用 当量 三氯 化铝 反 应 , 1, 氯 原子 取 代 C C 一24 的 端 位 碳 上 的 氟 原 子 , 到 F 1 得 C C一22 。在 适 当 的温 度 , 力 和催 化 剂 条 件 F 1 压

要 : 氟羧 酸单体是合成全氟离子交换膜的重要单体。本文介绍 了国内外全 氟羧酸单 体 ( 全 全氟烷基 乙烯 基醚 ) 的多
种合成技术及进展 , 并对各条合成路线进行 了分析 , 同时国内的研究也有很大的进展。
关键词 : 氟羧酸 乙烯基醚 ; 全 全氟羧 酸; 氟单体 ; f 合成技术
全氟离 子交换 膜 是含氟 材料 中非 常特殊 的全 氟

量反应时有很高的收率 ¨ 。中间体 3一 引 羧酸甲酯全
2 1 年第 1 01 期
陈焱锋 , ・ 等 全氟羧酸单 体合成 的研究进展
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氟丙酰氟通过氟化盐作为催化剂, 可以加成六氟环氧 丙烷 , 一般二加成的化合物合成的醚单体聚合以后有 较好的树脂性能。通过控制反应温度和反应时问来 控制加成的结果, 目标产物反应 收率较低_ 。改 但 】 引
构成部分。
聚得到树脂 “。对 于 甲氧基 四氟丙酸甲酯 的酰 J
氟化是使用三氧化硫氧化, 得到 3一 酸甲酯全氟 羧 丙酰氟和甲氧基磺酰氟 , 两个产物性质接近 , 不易分 离¨ 引。后来杜邦改进了这一方法 , 使用一系列的强
路易斯酸催化剂如 TF 、b , i SF 等 有很高收率 , 并且 避免了副产物¨ 引。陶 氏公司 19 年 的专利 , 93 使用 更易获得 , 稳定性较高的四氯化锡作为催化剂, 较大
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