专利名称：一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法
技术领域：
本发明涉及一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法。
背景技术：
全氟烷基磺酰亚胺盐由于其阴离子的化学结构在多个领域有突出的应用。代表性的如双三氟甲基磺酰亚胺锂由于其高的溶解度、高稳定性及对水的不敏感性，应用于锂离子电池、锂硫电池、凝胶锂电池等领域；双三氟甲基磺酰亚胺钾、钠盐则用于液晶面板上用作防静电剂等。国外报道有如下方法第一种，采用三氟烷基磺酰卤与液氨反应生成三氟磺酰胺铵盐，经过盐酸酸化得到三氟酰胺，在六烷基二硅氮烷保护下，与甲醇钠反应制备生成全氟烷基磺酰亚胺盐，但该工艺复杂，收率低。第二种，采用三氟甲磺酰胺、三氟甲磺酸酰氟、碱金属的氟化盐在有机溶剂中一步反应制取全氟烷基磺酰亚胺盐，该工艺简单，收率较高，但是在专利CN00133183. 3中提到使用该工艺生产全氟烷基磺酰亚胺锂时收率低至 10%以下。
发明内容
本发明的目的在于解决上述的技术问题，提供一种全氟甲基磺酰亚胺盐的阴离子分析方法。本发明的目的通过以下技术方案来实现一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，包括如下步骤，步骤一先将全氟烷基磺酰亚胺的铵盐或季铵盐与溶剂配制成浓度为0. 30%的全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐溶液；步骤二 步骤一中所得的溶液经过阳离子转型方法制得全氟烷基磺酰亚胺酸溶液；步骤三步骤二转型结束后加入碱或碳酸盐得到对应阳离子的全氟烷基磺酰亚胺盐溶液；步骤四蒸干步骤三所得溶液，得到全氟烷基磺酰亚胺盐粗品，经过有机溶剂纯化、在100 180°c温度下真空干燥得到高纯度全氟烷基磺酰亚胺盐。进一步地，所述步骤一中全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐化学式为， [NHRl3] +[N(R2S02) (R3S02)]_，Rl为碳数是1 10的饱和烷基，R2、R3为碳数是1 5的饱和全氟烷基，所述步骤三中全氟烷基磺酰亚胺盐化学式为MlN(R2S02) (R3S02)]_，其中M为锂、钠、钾、铷、铯中任意一种。更进一步地，所述步骤一中溶剂为水、乙腈、甲醇、乙醇中任意一种。更进一步地，所述步骤一中全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐溶液浓度为5% 15%。更进一步地，所述步骤二中阳离子转型方法为离子交换树脂或阳离子膜电解法。更进一步地，所述离子树脂为强酸型离子交换树脂、弱酸型离子交换树脂、螯合型离子交换树脂中一种或一种以上组合物。再进一步地，所述步骤四中有机溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、甲醚、异丙醚、1，4-二恶烷、二氧戊环、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、四氢吡喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或一种以上组合物。本发明的有益效果是工艺简单、收率高，且能有效控制金属离子的合成，得到的全氟烷基磺酰亚胺盐纯度高。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明技术方案作详细说明。实施例1采用三乙胺双三氟烷基磺酰亚胺盐、氢氧化锂、离子交换树脂合成双三氟烷基磺酰亚胺锂。步骤一，使用盐酸处理强酸型H型的阳离子交换树脂至洗出液中金属离子都小于 lppm，用纯水洗涤交换树脂至氯离子小于lppm，得到合格的阳离子交换树脂。用乙醇过离子交换树脂过电导检测器，记录电导。步骤二，称取191g三乙胺双三氟烷基磺酰亚胺盐完全溶于IOOOg乙醇，缓慢流过阳离子交换树脂，溶液先经过电导检测器后到收集器中，保证有液体流过阳离子交换树脂， 至电导降至与记录电导接近时，收集得到2152g乙醇酸溶液。步骤三，在上述乙醇酸溶液中加入25g单水氢氧化锂，常温搅拌反应3小时，过滤过量氢氧化锂，蒸干溶液，得到143. 7g双三氟烷基磺酰亚胺锂粗品，收率大于100%，说明有部分氢氧化锂残留。步骤四，将上述双三氟烷基磺酰亚胺锂粗品经1，4_ 二恶烷溶解、过滤，真空干燥得141. 2g双三氟烷基磺酰亚胺锂，收率98. 3%，经过ICP检验得到钾、钠、铁、钙、重金属离子均小于lOppm，经过离子色谱检测纯度99. 9%，符合电子级标准。实施例2采用三丁基胺全氟烷基磺酰亚胺盐、碳酸钾、离子交换树脂合成全氟烷基磺酰亚胺钾。步骤一，使用盐酸处理螯合型H型的阳离子交换树脂至洗出液中金属离子都小于 lppm，用纯水洗涤交换树脂至氯离子小于lppm，得到合格螯合型阳离子交换树脂。用乙腈过离子交换树脂过电导检测器，记录电导。步骤二，称取沘6. 5g三丁基胺全氟烷基磺酰亚胺盐[NH (C4H9) 4] + [N (CF3SO2) (C2F5SO2) ]_完全溶于IOOOg乙腈，缓慢流过阳离子交换树脂，溶液先经过电导检测器再到收集器，保证有液体流过阳离子交换树脂，至电导降至与记录电导接近时，收集得到M53g乙腈酸溶液。步骤三，在上述乙腈酸溶液中加入35g碳酸钾，常温搅拌反应3小时，过滤过量的碳酸钾，蒸干溶液，得184g全氟烷基磺酰亚胺钾k+[N(CF3S02) (C2F5SO2)]-粗品，收率 99. 99%，为保证无碳酸锂残留，再进一步有机溶剂纯化。步骤四，将上述全氟烷基磺酰亚胺钾粗品经异丙醚溶解、过滤，真空干燥得182. 4g 全氟烷基磺酰亚胺锂，收率98. 8 %，经过ICP检验得到锂、钠、铁、钙、重金属离子均小于IOppm,经离子色谱检测纯度99. 9%，符合电子级标准。实施例3采用三甲基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐、氢氧化钠、阳离子膜电解合成双三氟甲基磺酰亚胺钠。步骤一，准备阳极为镍、阴极为碳钢的电解槽，中间用阳离子交换膜隔开成阴阳两极室，并在阴极放入纯净水。步骤二，称取170g三甲基胺双三氟甲基磺酰亚胺盐完全溶于IOOOg水中，将溶液放置于电解槽阳极室中，调节恒流10A，电解3小时。步骤三，放出阳极室中的溶液，加入21g氢氧化钠，搅拌1小时得双三氟甲基磺酰亚胺钠水溶液。步骤四，将上述双三氟甲基磺酰亚胺钠水溶液蒸干得双三氟甲基磺酰亚胺钠粗品，再进一步有机溶剂纯化。步骤四，上述双三氟甲基磺酰亚胺钠粗品，经过异丙醚溶解过滤，真空干燥得到 150. 3g双三氟甲基磺酰亚胺锂，收率99.2%，经过ICP检验得锂、钠、铁、钙、重金属离子均小于lOppm，经过离子色谱检测纯度99. 9%，符合电子级标准。本发明提供的方法工艺简单、收率高，且能有效控制金属离子的合成，得到的全氟烷基磺酰亚胺盐纯度高。当然，本发明尚有多种具体的实施方式，凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
权利要求
1.一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于包括如下步骤，步骤一先将全氟烷基磺酰亚胺的铵盐或季铵盐与溶剂配制成浓度为30%的全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐溶液；步骤二 步骤一中所得的溶液经过阳离子转型方法制得全氟烷基磺酰亚胺酸溶液；步骤三步骤二转型结束后加入碱或碳酸盐得到对应阳离子的全氟烷基磺酰亚胺盐溶液；步骤四蒸干步骤三所得溶液，得到全氟烷基磺酰亚胺盐粗品，经过有机溶剂纯化、在 100 180°C温度下真空干燥得到高纯度全氟烷基磺酰亚胺盐。
2.如权利要求1所述的一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于所述步骤一中全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐化学式为，[NHR13] + [N(R2S02) (R3S02)]_，Rl为碳数是 1 10的饱和烷基，R2、R3为碳数是1 5的饱和全氟烷基，所述步骤三中全氟烷基磺酰亚胺盐化学式为M+[N(R2S02) (R3S02)r，其中M为锂、钠、钾、铷、铯中的一种。
3.如权利要求1所述的一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于所述步骤一中溶剂为水、乙腈、甲醇、乙醇中任意一种。
4.如权利要求1所述的一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于所述步骤一中全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐溶液浓度为5% 15%。
5.如权利要求1所述的一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于所述步骤二中阳离子转型方法为离子交换树脂或阳离子膜电解法。
6.如权利要求5所述的一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于所述离子树脂为强酸型离子交换树脂、弱酸型离子交换树脂、螯合型离子交换树脂中一种或一种以上组合物。
7.如权利要求6所述的一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，其特征在于所述步骤四中有机溶剂为甲醇、乙醇、乙腈、甲醚、异丙醚、1，4_ 二恶烷、二氧戊环、四氢呋喃、乙二醇二甲醚、四氢吡喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一种或一种以上组合物。
全文摘要
本发明提供了一种合成全氟烷基磺酰亚胺盐的方法，该方法先将全氟烷基磺酰亚胺的铵盐或季铵盐与溶剂配制成浓度为0.1％～30％的全氟烷基磺酰亚胺的铵或季铵盐溶液，再经过阳离子转型制得全氟烷基磺酰亚胺酸溶液；之后加入碱或碳酸盐得到对应阳离子的全氟烷基磺酰亚胺盐溶液，蒸干得到全氟烷基磺酰亚胺盐粗品，经有机溶剂纯化、真空干燥得到高纯度全氟烷基磺酰亚胺盐。该方法工艺简单、收率高，且能有效控制金属离子的合成，得到的全氟烷基磺酰亚胺盐纯度高。
文档编号C07C311/02GK102531976SQ20101061705
公开日2012年7月4日 申请日期2010年12月31日 优先权日2010年12月31日
发明者何永刚, 徐晓强, 朱慧, 李建中, 钱晓兵, 陈剑, 陈晓荣, 陶荣辉 申请人:张家港市国泰华荣化工新材料有限公司