專利名稱：一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法。
背景技術(shù)：
全氟烷基磺酰亞胺鹽由于其陰離子的化學(xué)結(jié)構(gòu)在多個(gè)領(lǐng)域有突出的應(yīng)用。代表性的如雙三氟甲基磺酰亞胺鋰由于其高的溶解度、高穩(wěn)定性及對(duì)水的不敏感性，應(yīng)用于鋰離子電池、鋰硫電池、凝膠鋰電池等領(lǐng)域；雙三氟甲基磺酰亞胺鉀、鈉鹽則用于液晶面板上用作防靜電劑等。國(guó)外報(bào)道有如下方法第一種，采用三氟烷基磺酰鹵與液氨反應(yīng)生成三氟磺酰胺銨鹽，經(jīng)過(guò)鹽酸酸化得到三氟酰胺，在六烷基二硅氮烷保護(hù)下，與甲醇鈉反應(yīng)制備生成全氟烷基磺酰亞胺鹽，但該工藝復(fù)雜，收率低。第二種，采用三氟甲磺酰胺、三氟甲磺酸酰氟、堿金屬的氟化鹽在有機(jī)溶劑中一步反應(yīng)制取全氟烷基磺酰亞胺鹽，該工藝簡(jiǎn)單，收率較高，但是在專利CN00133183. 3中提到使用該工藝生產(chǎn)全氟烷基磺酰亞胺鋰時(shí)收率低至 10%以下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述的技術(shù)問(wèn)題，提供一種全氟甲基磺酰亞胺鹽的陰離子分析方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，包括如下步驟，步驟一先將全氟烷基磺酰亞胺的銨鹽或季銨鹽與溶劑配制成濃度為0. 30%的全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽溶液；步驟二 步驟一中所得的溶液經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)型方法制得全氟烷基磺酰亞胺酸溶液；步驟三步驟二轉(zhuǎn)型結(jié)束后加入堿或碳酸鹽得到對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子的全氟烷基磺酰亞胺鹽溶液；步驟四蒸干步驟三所得溶液，得到全氟烷基磺酰亞胺鹽粗品，經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑純化、在100 180°c溫度下真空干燥得到高純度全氟烷基磺酰亞胺鹽。進(jìn)一步地，所述步驟一中全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽化學(xué)式為， [NHRl3] +[N(R2S02) (R3S02)]_，Rl為碳數(shù)是1 10的飽和烷基，R2、R3為碳數(shù)是1 5的飽和全氟烷基，所述步驟三中全氟烷基磺酰亞胺鹽化學(xué)式為MlN(R2S02) (R3S02)]_，其中M為鋰、鈉、鉀、銣、銫中任意一種。更進(jìn)一步地，所述步驟一中溶劑為水、乙腈、甲醇、乙醇中任意一種。更進(jìn)一步地，所述步驟一中全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽溶液濃度為5% 15%。更進(jìn)一步地，所述步驟二中陽(yáng)離子轉(zhuǎn)型方法為離子交換樹脂或陽(yáng)離子膜電解法。更進(jìn)一步地，所述離子樹脂為強(qiáng)酸型離子交換樹脂、弱酸型離子交換樹脂、螯合型離子交換樹脂中一種或一種以上組合物。再進(jìn)一步地，所述步驟四中有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙腈、甲醚、異丙醚、1，4-二惡烷、二氧戊環(huán)、四氫呋喃、乙二醇二甲醚、四氫吡喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一種或一種以上組合物。本發(fā)明的有益效果是工藝簡(jiǎn)單、收率高，且能有效控制金屬離子的合成，得到的全氟烷基磺酰亞胺鹽純度高。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1采用三乙胺雙三氟烷基磺酰亞胺鹽、氫氧化鋰、離子交換樹脂合成雙三氟烷基磺酰亞胺鋰。步驟一，使用鹽酸處理強(qiáng)酸型H型的陽(yáng)離子交換樹脂至洗出液中金屬離子都小于 lppm，用純水洗滌交換樹脂至氯離子小于lppm，得到合格的陽(yáng)離子交換樹脂。用乙醇過(guò)離子交換樹脂過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)器，記錄電導(dǎo)。步驟二，稱取191g三乙胺雙三氟烷基磺酰亞胺鹽完全溶于IOOOg乙醇，緩慢流過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，溶液先經(jīng)過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)器后到收集器中，保證有液體流過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂， 至電導(dǎo)降至與記錄電導(dǎo)接近時(shí)，收集得到2152g乙醇酸溶液。步驟三，在上述乙醇酸溶液中加入25g單水氫氧化鋰，常溫?cái)嚢璺磻?yīng)3小時(shí)，過(guò)濾過(guò)量氫氧化鋰，蒸干溶液，得到143. 7g雙三氟烷基磺酰亞胺鋰粗品，收率大于100%，說(shuō)明有部分氫氧化鋰殘留。步驟四，將上述雙三氟烷基磺酰亞胺鋰粗品經(jīng)1，4_ 二惡烷溶解、過(guò)濾，真空干燥得141. 2g雙三氟烷基磺酰亞胺鋰，收率98. 3%，經(jīng)過(guò)ICP檢驗(yàn)得到鉀、鈉、鐵、鈣、重金屬離子均小于lOppm，經(jīng)過(guò)離子色譜檢測(cè)純度99. 9%，符合電子級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2采用三丁基胺全氟烷基磺酰亞胺鹽、碳酸鉀、離子交換樹脂合成全氟烷基磺酰亞胺鉀。步驟一，使用鹽酸處理螯合型H型的陽(yáng)離子交換樹脂至洗出液中金屬離子都小于 lppm，用純水洗滌交換樹脂至氯離子小于lppm，得到合格螯合型陽(yáng)離子交換樹脂。用乙腈過(guò)離子交換樹脂過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)器，記錄電導(dǎo)。步驟二，稱取沘6. 5g三丁基胺全氟烷基磺酰亞胺鹽[NH (C4H9) 4] + [N (CF3SO2) (C2F5SO2) ]_完全溶于IOOOg乙腈，緩慢流過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，溶液先經(jīng)過(guò)電導(dǎo)檢測(cè)器再到收集器，保證有液體流過(guò)陽(yáng)離子交換樹脂，至電導(dǎo)降至與記錄電導(dǎo)接近時(shí)，收集得到M53g乙腈酸溶液。步驟三，在上述乙腈酸溶液中加入35g碳酸鉀，常溫?cái)嚢璺磻?yīng)3小時(shí)，過(guò)濾過(guò)量的碳酸鉀，蒸干溶液，得184g全氟烷基磺酰亞胺鉀k+[N(CF3S02) (C2F5SO2)]-粗品，收率 99. 99%，為保證無(wú)碳酸鋰殘留，再進(jìn)一步有機(jī)溶劑純化。步驟四，將上述全氟烷基磺酰亞胺鉀粗品經(jīng)異丙醚溶解、過(guò)濾，真空干燥得182. 4g 全氟烷基磺酰亞胺鋰，收率98. 8 %，經(jīng)過(guò)ICP檢驗(yàn)得到鋰、鈉、鐵、鈣、重金屬離子均小于IOppm,經(jīng)離子色譜檢測(cè)純度99. 9%，符合電子級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例3采用三甲基胺雙三氟甲基磺酰亞胺鹽、氫氧化鈉、陽(yáng)離子膜電解合成雙三氟甲基磺酰亞胺鈉。步驟一，準(zhǔn)備陽(yáng)極為鎳、陰極為碳鋼的電解槽，中間用陽(yáng)離子交換膜隔開成陰陽(yáng)兩極室，并在陰極放入純凈水。步驟二，稱取170g三甲基胺雙三氟甲基磺酰亞胺鹽完全溶于IOOOg水中，將溶液放置于電解槽陽(yáng)極室中，調(diào)節(jié)恒流10A，電解3小時(shí)。步驟三，放出陽(yáng)極室中的溶液，加入21g氫氧化鈉，攪拌1小時(shí)得雙三氟甲基磺酰亞胺鈉水溶液。步驟四，將上述雙三氟甲基磺酰亞胺鈉水溶液蒸干得雙三氟甲基磺酰亞胺鈉粗品，再進(jìn)一步有機(jī)溶劑純化。步驟四，上述雙三氟甲基磺酰亞胺鈉粗品，經(jīng)過(guò)異丙醚溶解過(guò)濾，真空干燥得到 150. 3g雙三氟甲基磺酰亞胺鋰，收率99.2%，經(jīng)過(guò)ICP檢驗(yàn)得鋰、鈉、鐵、鈣、重金屬離子均小于lOppm，經(jīng)過(guò)離子色譜檢測(cè)純度99. 9%，符合電子級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明提供的方法工藝簡(jiǎn)單、收率高，且能有效控制金屬離子的合成，得到的全氟烷基磺酰亞胺鹽純度高。當(dāng)然，本發(fā)明尚有多種具體的實(shí)施方式，凡采用等同替換或者等效變換而形成的所有技術(shù)方案，均落在本發(fā)明要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于包括如下步驟，步驟一先將全氟烷基磺酰亞胺的銨鹽或季銨鹽與溶劑配制成濃度為30%的全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽溶液；步驟二 步驟一中所得的溶液經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)型方法制得全氟烷基磺酰亞胺酸溶液；步驟三步驟二轉(zhuǎn)型結(jié)束后加入堿或碳酸鹽得到對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子的全氟烷基磺酰亞胺鹽溶液；步驟四蒸干步驟三所得溶液，得到全氟烷基磺酰亞胺鹽粗品，經(jīng)過(guò)有機(jī)溶劑純化、在 100 180°C溫度下真空干燥得到高純度全氟烷基磺酰亞胺鹽。
2.如權(quán)利要求1所述的一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于所述步驟一中全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽化學(xué)式為，[NHR13] + [N(R2S02) (R3S02)]_，Rl為碳數(shù)是 1 10的飽和烷基，R2、R3為碳數(shù)是1 5的飽和全氟烷基，所述步驟三中全氟烷基磺酰亞胺鹽化學(xué)式為M+[N(R2S02) (R3S02)r，其中M為鋰、鈉、鉀、銣、銫中的一種。
3.如權(quán)利要求1所述的一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于所述步驟一中溶劑為水、乙腈、甲醇、乙醇中任意一種。
4.如權(quán)利要求1所述的一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于所述步驟一中全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽溶液濃度為5% 15%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于所述步驟二中陽(yáng)離子轉(zhuǎn)型方法為離子交換樹脂或陽(yáng)離子膜電解法。
6.如權(quán)利要求5所述的一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于所述離子樹脂為強(qiáng)酸型離子交換樹脂、弱酸型離子交換樹脂、螯合型離子交換樹脂中一種或一種以上組合物。
7.如權(quán)利要求6所述的一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，其特征在于所述步驟四中有機(jī)溶劑為甲醇、乙醇、乙腈、甲醚、異丙醚、1，4_ 二惡烷、二氧戊環(huán)、四氫呋喃、乙二醇二甲醚、四氫吡喃、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯中的一種或一種以上組合物。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種合成全氟烷基磺酰亞胺鹽的方法，該方法先將全氟烷基磺酰亞胺的銨鹽或季銨鹽與溶劑配制成濃度為0.1％～30％的全氟烷基磺酰亞胺的銨或季銨鹽溶液，再經(jīng)過(guò)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)型制得全氟烷基磺酰亞胺酸溶液；之后加入堿或碳酸鹽得到對(duì)應(yīng)陽(yáng)離子的全氟烷基磺酰亞胺鹽溶液，蒸干得到全氟烷基磺酰亞胺鹽粗品，經(jīng)有機(jī)溶劑純化、真空干燥得到高純度全氟烷基磺酰亞胺鹽。該方法工藝簡(jiǎn)單、收率高，且能有效控制金屬離子的合成，得到的全氟烷基磺酰亞胺鹽純度高。
文檔編號(hào)C07C311/02GK102531976SQ20101061705
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者何永剛, 徐曉強(qiáng), 朱慧, 李建中, 錢曉兵, 陳劍, 陳曉榮, 陶榮輝 申請(qǐng)人:張家港市國(guó)泰華榮化工新材料有限公司