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FR3161910A1 - Anion exchange membrane and its method of production. - Google Patents

Anion exchange membrane and its method of production.

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Publication number
FR3161910A1
FR3161910A1 FR2404591A FR2404591A FR3161910A1 FR 3161910 A1 FR3161910 A1 FR 3161910A1 FR 2404591 A FR2404591 A FR 2404591A FR 2404591 A FR2404591 A FR 2404591A FR 3161910 A1 FR3161910 A1 FR 3161910A1
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FR
France
Prior art keywords
polymer
imidazole
dipolar compound
imidazol
diene
Prior art date
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Pending
Application number
FR2404591A
Other languages
French (fr)
Inventor
Paul-Ayme TOULEMONDE
Maxime DAUDE
François JEAN-BAPTISTE-DIT-DOMINIQUE
Julien Thuilliez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Original Assignee
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA filed Critical Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
Priority to FR2404591A priority Critical patent/FR3161910A1/en
Priority to PCT/EP2025/060644 priority patent/WO2025228709A1/en
Publication of FR3161910A1 publication Critical patent/FR3161910A1/en
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Abstract

L’invention concerne une membrane échangeuse d’anions contenant un ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène. La membrane, destinée à être utilisée dans une pile à combustible ou un électrolyseur, a l’avantage d’être préparée par un procédé mettant en œuvre des étapes qui peuvent être conduites en l’absence de solvant. The invention relates to an anion exchange membrane containing a polymer ionomer bearing pendant imidazolium ionic groups attached to the polymer via a group resulting from a cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer. The 1,3-dipolar compound is an aromatic nitrile oxide substituted with an imidazole functional group, and the unsaturated polymer is a polymer containing diene monomer units. The membrane, intended for use in a fuel cell or electrolyzer, has the advantage of being prepared by a process involving steps that can be carried out in the absence of solvent.

Description

membrane échangeuse d’anions et son procédé d’obtention.anion exchange membrane and its method of production.

Le domaine de la présente invention est celui des membranes échangeuses d’anions contenant un ionomère et destinée à être utilisée dans un électrolyseur ou une pile à combustible.The field of the present invention is that of anion exchange membranes containing an ionomer and intended for use in an electrolyzer or a fuel cell.

Le cœur d’une pile à combustible et d’un électrolyseur est constitué de deux électrodes, une anode et une cathode, d’une couche électrolytique qui sépare les deux électrodes, d’un catalyseur qui est localisé aux interfaces de la couche électrolytique avec chacune des électrodes. Les piles à combustible et les électrolyseurs comprennent une membrane qui constitue la couche électrolytique. Un des éléments constitutifs de la membrane est l’ionomère, polymère qui porte des groupements ioniques ou ionisables.The core of a fuel cell and an electrolyzer consists of two electrodes, an anode and a cathode, an electrolytic layer separating the two electrodes, and a catalyst located at the interfaces of the electrolytic layer with each electrode. Fuel cells and electrolyzers include a membrane that constitutes the electrolytic layer. One of the membrane's components is the ionomer, a polymer that carries ionic or ionizable groups.

Une étape clef dans la préparation de la membrane est la mise en forme de l’ionomère sous la forme d’un film. Le procédé généralement décrit pour former un film de l’ionomère est un procédé d’enduction qui requiert la mise en solution de l’ionomère.A key step in membrane preparation is shaping the ionomer into a film. The process generally described for forming an ionomer film is a coating process that requires dissolving the ionomer.

Les polymères porteurs de groupes ioniques imidazoliums sont décrits comme étant de bons candidats pour constituer des membranes échangeuses d’anions. Ces ionomères, qui sont généralement préparés à partir d’un polymère halogéné et d’un composé portant une fonction imidazole, sont très peu solubles, voire insolubles dans de nombreux solvants. Comme le décrit la demande de brevet WO 2019010290, la très faible solubilité ou l’insolubilité de ces ionomères qui est attribuée aux interactions ioniques présentes dans l’ionomère, rend le procédé d’enduction problématique. Pour surmonter ce problème, le film est préparé par enduction non pas à partir de l’ionomère, mais à partir de son précurseur, le polymère halogéné. Le film du polymère halogéné est ensuite immergé dans un bain, une solution du composé portant une fonction imidazole, pour conduire à la formation du film de l’ionomère. Cette succession d’étapes doit être suivie encore d’étapes supplémentaires de rinçage du film et de séchage avant l’utilisation de la membrane.Imidazolium-containing polymers are described as good candidates for anion-exchange membranes. These ionomers, which are generally prepared from a halogenated polymer and an imidazole compound, are poorly soluble or even insoluble in many solvents. As described in patent application WO 2019010290, the very low solubility or insolubility of these ionomers, attributed to ionic interactions within the ionomer, makes the coating process problematic. To overcome this issue, the film is prepared by coating not from the ionomer itself, but from its precursor, the halogenated polymer. The halogenated polymer film is then immersed in a bath, a solution of the imidazole compound, to induce the formation of the ionomer film. This series of steps must be followed by further steps of rinsing the film and drying before using the membrane.

Les inventeurs ont découvert une nouvelle membrane qui contient un ionomère dont les groupes ioniques sont des imidazoliums et dont la structure chimique permet de s’affranchir des difficultés mentionnées dans la préparation des membranes de l’art antérieur.The inventors have discovered a new membrane which contains an ionomer whose ionic groups are imidazoliums and whose chemical structure makes it possible to overcome the difficulties mentioned in the preparation of membranes of the prior art.

Un objet de l’invention concerne une membrane échangeuse d’anions contenant un ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène.An object of the invention relates to an anion exchange membrane containing an ionomer, a polymer bearing pendant imidazolium ionic groups which are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer, the 1,3-dipolar compound being an aromatic nitrile oxide substituted by an imidazole function, the unsaturated polymer being a polymer containing monomeric units of a diene.

Un autre objet de l’invention est un procédé de préparation d’une membrane échangeuse d’anions conforme à l’invention, lequel procédé comprend les étapes suivantes a), b), c) et d) :
- a) la préparation d’un polymère portant des fonctions imidazoles pendantes par une réaction de cycloaddition du composé 1,3-dipolaire et du polymère insaturé,
- b) l’incorporation d’un halogénoalcane dans le polymère portant des fonctions imidazoles pendantes par un malaxage thermomécanique,
- c) un traitement thermique du mélange obtenu à l’étape b) pour convertir les fonctions imidazoles en groupes ioniques imidazoliums,
- d) la mise en forme de l’ionomère, obtenu à l’issue de l’étape c), sous la forme d’un film,
les étapes b), c) et d) étant réalisées en masse.
Another object of the invention is a method for preparing an anion exchange membrane according to the invention, which method comprises the following steps a), b), c) and d):
- a) the preparation of a polymer bearing pendant imidazole functions by a cycloaddition reaction of the 1,3-dipolar compound and the unsaturated polymer,
- b) the incorporation of a haloalkane into the polymer bearing pendant imidazole functions by thermomechanical mixing,
- c) a heat treatment of the mixture obtained in step b) to convert the imidazole functions into imidazolium ionic groups,
- d) shaping the ionomer obtained at the end of step c) into a film,
steps b), c) and d) being carried out in bulk.

L’invention concerne aussi un ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène.The invention also relates to an ionomer, a polymer bearing pendant imidazolium ionic groups which are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer, the 1,3-dipolar compound being an aromatic nitrile oxide substituted by an imidazole function, the unsaturated polymer being a polymer containing monomeric units of a diene.

L’invention concerne également un procédé de préparation d’un ionomère conforme à l’invention qui comprend les étapes a) à c) du procédé de préparation d’une membrane échangeuse d’anions conforme à l’invention.The invention also relates to a process for preparing an ionomer according to the invention which includes steps a) to c) of the process for preparing an anion exchange membrane according to the invention.

L’invention porte aussi sur une pile à combustible ou électrolyseur qui contient une membrane conforme à l’invention.The invention also relates to a fuel cell or electrolyzer which contains a membrane according to the invention.

Description détailléeDetailed description

Dans la présente description, tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "entre a et b" représente le domaine de valeurs supérieur à "a" et inférieur à "b" (c’est-à-dire bornes a et b exclues) tandis que tout intervalle de valeurs désigné par l'expression "de a à b" signifie le domaine de valeurs allant de "a" jusqu'à "b" (c’est-à-dire incluant les bornes strictes a et b).In this description, any range of values designated by the expression "between a and b" represents the range of values greater than "a" and less than "b" (i.e., bounds a and b excluded) while any range of values designated by the expression "from a to b" means the range of values from "a" to "b" (i.e., including the strict bounds a and b).

Les polymères mentionnés dans la description peuvent être d'origine fossile ou biosourcés. Dans ce dernier cas, ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus de la biomasse ou obtenus à partir de matières premières renouvelables issues de la biomasse. De la même manière, ils peuvent également provenir du recyclage de matériaux déjà utilisés, c’est-à-dire qu’ils peuvent être, partiellement ou totalement, issus d’un procédé de recyclage, ou encore obtenus à partir de matières premières elles-mêmes issues d’un procédé de recyclage.The polymers mentioned in the description can be of fossil origin or bio-based. In the latter case, they can be partially or entirely derived from biomass or obtained from renewable raw materials derived from biomass. Similarly, they can also come from the recycling of previously used materials; that is, they can be partially or entirely produced through a recycling process, or obtained from raw materials themselves derived from a recycling process.

Les termes « membranes » et « films » sont bien connus de l’homme du métier du domaine technique. On rappelle que de manière bien connue une membrane est une structure telle que définie par IUPAC, dans « IUPAC recommendations 1996 ». De manière également connue et conformément à la définition donnée dans par IUPAC, le terme « film » est entendu selon la définition donnée par IUPAC dans « IUPAC recommendations 1996 ».The terms "membranes" and "films" are well known to those skilled in the technical field. It is well understood that a membrane is a structure as defined by IUPAC in "IUPAC Recommendations 1996." Similarly, and in accordance with the definition provided by IUPAC, the term "film" is understood according to the definition given by IUPAC in "IUPAC Recommendations 1996."

La membrane échangeuse d’anion conforme à l’invention a pour caractéristique essentielle de contenir un ionomère qui est un polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants. De préférence, les contre-ions des groupes ioniques imidazoliums sont des anions halogénures, préférentiellement bromures, ou des anions hydroxydes.The anion exchange membrane according to the invention has as its essential characteristic the presence of an ionomer which is a polymer bearing pendant imidazolium ionic groups. Preferably, the counterions of the imidazolium ionic groups are halide anions, preferably bromides, or hydroxide anions.

Les groupes ioniques imidazoliums pendants sont rattachés au polymère constitutif de la membrane par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole et un polymère contenant des unités monomères d’un diène.The pendant imidazolium ionic groups are attached to the constituent polymer of the membrane via a group resulting from the cycloaddition reaction between an aromatic nitrile oxide substituted with an imidazole function and a polymer containing monomeric units of a diene.

Le polymère contenant des unités monomères d’un diène, polymère insaturé utile aux besoins de l’invention, est un polymère qui comporte de manière bien connue des doubles liaisons carbone-carbone. Le polymère insaturé peut être un homopolymère d’un diène ou un copolymère d’un diène.The polymer containing monomer units of a diene, an unsaturated polymer useful for the purposes of the invention, is a polymer that exhibits well-known carbon-carbon double bonds. The unsaturated polymer may be a homopolymer of a diene or a copolymer of a diene.

Le diène est préférentiellement un 1,3-diène. Le polymère insaturé est préférentiellement un homopolymère d’un 1,3-diène ou un copolymère d’un 1,3-diène. Le polymère insaturé est alors préférentiellement choisi parmi les homopolymères d’un 1,3-diène, les copolymères de plusieurs 1,3-diènes, les copolymères d’un 1,3-diène et d’un monomère vinylaromatique et les copolymères d’un 1,3-diène et d’éthylène. Lorsque le polymère insaturé est un copolymère d’un 1,3-diène, il peut être statistique, aléatoire, à blocs ou à gradient (en anglais « tapered »).The diene is preferentially a 1,3-diene. The unsaturated polymer is preferentially a homopolymer of a 1,3-diene or a copolymer of a 1,3-diene. The unsaturated polymer is then preferentially chosen from homopolymers of a 1,3-diene, copolymers of several 1,3-dienes, copolymers of a 1,3-diene and a vinylaromatic monomer, and copolymers of a 1,3-diene and ethylene. When the unsaturated polymer is a copolymer of a 1,3-diene, it can be statistical, random, block, or tapered.

A titre de 1,3-diènes conviennent préférentiellement les 1,3-diènes ayant 4 à 20 atomes de carbone, plus préférentiellement le 1,3-butadiène et l’isoprène, encore plus préférentiellement le 1,3-butadiène.As 1,3-dienes, 1,3-dienes with 4 to 20 carbon atoms are preferentially suitable, more preferably 1,3-butadiene and isoprene, and even more preferably 1,3-butadiene.

A titre de monomères vinylaromatiques conviennent préférentiellement le styrène, les styrènes substitués en alpha, en ortho, en méta ou en para par un groupement alkyle. Le styrène peut être substitué par un ou plusieurs groupements alkyles, identiques ou différents. L’alkyle peut contenir 1 atome de carbone ou plus, notamment 1 à 4 atomes de carbone. Le monomère vinylaromatique est préférentiellement le styrène.Styrene, or styrenes substituted at the alpha, ortho, meta, or para positions by an alkyl group, are preferentially suitable as vinylaromatic monomers. Styrene may be substituted by one or more alkyl groups, which may be identical or different. The alkyl group may contain one or more carbon atoms, particularly one to four carbon atoms. The vinylaromatic monomer is preferably styrene.

Les copolymères de plusieurs 1,3-diènes, c’est-à-dire des copolymères d’au moins deux 1,3-diènes, sont de manière connue des copolymères dont les unités monomères constitutives sont les unités monomères desdits plusieurs 1,3-diènes. A titre d’exemple de copolymères de plusieurs 1,3-diènes, on peut citer les copolymères de 1,3-butadiène et d’isoprène, les copolymères de 1,3-butadiène et de pipérylène, les copolymères d’isoprène et de pipérylène.Copolymers of several 1,3-dienes, that is, copolymers of at least two 1,3-dienes, are known to be copolymers whose constituent monomer units are the monomer units of said several 1,3-dienes. Examples of copolymers of several 1,3-dienes include copolymers of 1,3-butadiene and isoprene, copolymers of 1,3-butadiene and piperylene, and copolymers of isoprene and piperylene.

De manière bien connue, les homopolymères d’un 1,3-diène et les copolymères de plusieurs 1,3-diènes peuvent être préparés en solution, en dispersion ou en émulsion. Ils peuvent être préparés par polymérisation anionique, par polymérisation de coordination par exemple en présence d’un catalyseur de type Ziegler Natta ou en présence d’un métallocène, par polymérisation radicalaire.As is well known, homopolymers of a single 1,3-diene and copolymers of several 1,3-dienes can be prepared in solution, dispersion, or emulsion. They can be prepared by anionic polymerization, by coordination polymerization (for example, in the presence of a Ziegler-Natta catalyst or a metallocene), or by radical polymerization.

Les copolymères d’un 1,3-diène et d’un monomère vinylaromatique sont des copolymères bien connus, ainsi que leurs modes de préparation. Ils peuvent être préparés en solution, en dispersion ou en émulsion, notamment préparés en solution ou en dispersion par polymérisation anionique ou en émulsion par polymérisation radicalaire. On peut citer par exemple les copolymères de 1,3-butadiène et de styrène, les copolymères d’isoprène et de styrène et les copolymères de 1,3-butadiène, d’isoprène et de styrène. Le taux d’unités monomères vinylaromatiques, préférentiellement styrène, dans le copolymère peut varier dans une large mesure et est ajusté par l’homme du métier selon les propriétés recherchées du copolymère. Il est typiquement supérieur à 0% et inférieur à 95% en mole, pourcentage calculé par rapport au nombre de moles du copolymère. Il est préférentiellement inférieur à 75% en mole, plus préférentiellement inférieur à 50% en mole, pourcentage calculé par rapport au nombre de moles du copolymère.Copolymers of a 1,3-diene and a vinylaromatic monomer are well-known copolymers, as are their preparation methods. They can be prepared in solution, dispersion, or emulsion, notably in solution or dispersion by anionic polymerization or in emulsion by radical polymerization. Examples include 1,3-butadiene-styrene copolymers, isoprene-styrene copolymers, and 1,3-butadiene-isoprene-styrene copolymers. The percentage of vinylaromatic monomer units, preferably styrene, in the copolymer can vary considerably and is adjusted by those skilled in the art according to the desired properties of the copolymer. It is typically greater than 0% and less than 95% by mol, a percentage calculated relative to the number of moles of the copolymer. It is preferably less than 75% by mole, more preferably less than 50% by mole, percentage calculated in relation to the number of moles of the copolymer.

Les copolymères d’un 1,3-diène et d’éthylène sont aussi des polymères connus, ainsi que leurs procédés de synthèse par exemple décrits dans les demandes de brevet EP 1 092 731, WO 200754223, WO 200754224, WO 2017103543, WO 2017103544. Les copolymères d’un 1,3-diène, préférentiellement 1,3-butadiène, et d’éthylène contiennent préférentiellement plus de 50% en mole d’éthylène. Avantageusement, ils contiennent entre 50% et 90% en mole d’unité éthylène.Copolymers of 1,3-diene and ethylene are also known polymers, as are their synthesis processes, for example, described in patent applications EP 1 092 731, WO 200754223, WO 200754224, WO 2017103543, and WO 2017103544. Copolymers of 1,3-diene, preferably 1,3-butadiene, and ethylene preferably contain more than 50 mole percent of ethylene. Advantageously, they contain between 50 and 90 mole percent of ethylene units.

Le composé 1,3-dipolaire utile aux besoins de l’invention est un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole. Les oxydes de nitrile aromatiques sont des composés bien connus pour réagir par réaction de cycloaddition, en l’espèce [3+2], avec des doubles liaisons, comme cela est décrit dans l’ouvrage « Nitrile Oxides, Nitrones and Nitronates in Organic Synthesis, Novel Strategies in Synthesis", 2ndeEdition, Henry Feuer, 2008, Edition Wiley-Interscience. Les oxydes de nitrile aromatiques substitués par une fonction imidazole sont des composés connus de la demande de brevet WO 2015059269. Les oxydes de nitrile aromatiques substitués par une fonction imidazole sont aussi connus de la demande de brevet WO 2015059269 pour réagir avec les doubles liaisons carbone-carbone d’un polymère insaturé par la réaction de cycloaddition. La réaction de cycloaddition permet de greffer des fonctions imidazoles sur le polymère, comme cela est illustré dans le schéma suivant sur une unité monomère du 1,3-butadiène, l’écriture IMIDAZ désignant la fonction imidazole. La ligne ondulée dans la représentation du composé 1,3-dipolaire dans le schéma symbolise le rattachement de la fonction imidazole au cycle aromatique substitué par l’oxyde de nitrile. C’est par le groupement issu de la réaction de cycloaddition entre le composé 1,3-dipolaire et le polymère insaturé que les fonctions imidazoles sont rattachées au polymère modifié.
The 1,3-dipolar compound useful for the purposes of the invention is an aromatic nitrile oxide substituted with an imidazole function. Aromatic nitrile oxides are well-known compounds that react via cycloaddition, specifically [3+2], with double bonds, as described in "Nitrile Oxides, Nitrones and Nitronates in Organic Synthesis, Novel Strategies in Synthesis," 2nd Edition, Henry Feuer, 2008, Wiley-Interscience. Aromatic nitrile oxides substituted with an imidazole group are known compounds from patent application WO 2015059269. Aromatic nitrile oxides substituted with an imidazole group are also known from patent application WO 2015059269 for reacting with the carbon-carbon double bonds of an unsaturated polymer via cycloaddition. The cycloaddition reaction allows imidazole groups to be grafted onto the polymer, as illustrated in the following diagram on a monomeric unit of 1,3-butadiene. IMIDAZ designates the imidazole functional group. The wavy line in the diagram of the 1,3-dipolar compound symbolizes the attachment of the imidazole group to the aromatic ring substituted by the nitrile oxide. The imidazole functional groups are attached to the modified polymer via the group formed by the cycloaddition reaction between the 1,3-dipolar compound and the unsaturated polymer.

La fonction imidazole est préférentiellement de formule 1H-imidazol-1-yle ou 2-alkyl-1H-imidazol-1-yle. L’alkyle substituant l’atome de carbone en position 2 du cycle imidazole est préférentiellement un alkyle ayant 1 à 6 atomes de carbone, plus préférentiellement un alkyle ayant 1 à 3 atomes de carbone, plus préférentiellement encore est un méthyle. Avantageusement, la fonction imidazole est de formule 1H-imidazol-1-yle ou de formule 2-alkyl-1H-imidazol-1-yle qui est préférentiellement 2-méthyl-1H-imidazol-1-yle.The imidazole functional group is preferably of the formula 1H- imidazol-1-yl or 2-alkyl- 1H- imidazol-1-yl. The alkyl group substituting for the carbon atom at position 2 of the imidazole ring is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and even more preferably a methyl group. Advantageously, the imidazole functional group is of the formula 1H - imidazol-1-yl or 2-alkyl- 1H- imidazol-1-yl, which is preferably 2-methyl- 1H -imidazol-1-yl.

Le composé 1,3-dipolaire répond préférentiellement à la formule (I) dans laquelle un des symboles R1à R5représente un groupement contenant la fonction imidazole, les autres symboles un atome d’hydrogène ou un alkyle, sachant qu’un des R1et R5est différent d’un atome d’hydrogène.
The 1,3-dipolar compound preferentially corresponds to formula (I) in which one of the symbols R 1 to R 5 represents a group containing the imidazole function, the other symbols a hydrogen atom or an alkyl, knowing that one of the R 1 and R 5 is not a hydrogen atom.

De préférence, R4représente le groupement contenant la fonction imidazole. R4est préférentiellement un groupement (1H-imidazol-1-yl)alkyle ou (2-alkyl-1H-imidazol-1-yl)alkyle, plus préférentiellement un groupement (1H-imidazol-1-yl)méthyle ou (2-alkyl-1H-imidazol-1-yl)méthyle. R4est encore plus préférentiellement un groupement 1H-imidazol-1-yl)méthyle ou (2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyle.Preferably, R4 represents the group containing the imidazole function. R4 is preferably a ( 1H- imidazol-1-yl)alkyl or (2-alkyl- 1H- imidazol-1-yl)alkyl group, more preferably a ( 1H- imidazol-1-yl)methyl or (2-alkyl- 1H- imidazol-1-yl)methyl group. R4 is even more preferably a 1H- imidazol-1-yl)methyl or (2-methyl- 1H- imidazol-1-yl)methyl group.

De préférence, dans la formule (I), R1, R3et R5sont chacun un alkyle et R2est un atome d’hydrogène. Les alkyles de R1, R3et R5sont préférentiellement des méthyles ou des éthyles, plus préférentiellement des méthyles.Preferably, in formula (I), R1 , R3 , and R5 are each an alkyl group, and R2 is a hydrogen atom. The alkyl groups of R1 , R3 , and R5 are preferably methyl or ethyl groups, more preferably methyl groups.

Le composé 1,3-dipolaire est avantageusement le composé 2,4,6-triméthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzo-nitrile oxyde ou le composé 2,4,6-triéthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzo-nitrile oxyde, respectivement de formule (IIa) et (IIb).
The 1,3-dipolar compound is advantageously the compound 2,4,6-trimethyl-3-((2-methyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl)benzo-nitrile oxide or the compound 2,4,6-triethyl-3-((2-methyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl)benzo-nitrile oxide, respectively of formula (IIa) and (IIb).

Dans le procédé, autre objet de l’invention, pour préparer la membrane conforme à l’invention, l’étape a) consiste à préparer un polymère portant des fonctions imidazoles par une réaction de greffage du composé 1,3-dipolaire sur le polymère insaturé. La réaction de greffage entre un polymère contenant des unités monomères d’un diène et un composé 1,3-dipolaire tel qu’un oxyde de nitrile est une réaction bien connue de cycloaddition [3+2] du composé 1,3-dipolaire sur les doubles liaisons carbone-carbone des unités monomères du diène du polymère. Comme le composé 1,3-dipolaire utilisé dans la présente invention est un composé qui outre le dipôle porte une fonction chimique, en l’espèce une fonction imidazole, la réaction permet de greffer des fonctions chimiques pendantes, des fonctions imidazoles, sur le polymère. La réaction de greffage est menée typiquement à une température supérieure à l’ambiante (23°C), préférentiellement à une température supérieure à 60°C.In the process, another object of the invention, for preparing the membrane according to the invention, step a) consists of preparing a polymer bearing imidazole functional groups by a grafting reaction of the 1,3-dipolar compound onto the unsaturated polymer. The grafting reaction between a polymer containing diene monomer units and a 1,3-dipolar compound such as a nitrile oxide is a well-known [3+2] cycloaddition reaction of the 1,3-dipolar compound onto the carbon-carbon double bonds of the diene monomer units of the polymer. Since the 1,3-dipolar compound used in the present invention is a compound that, in addition to the dipole, bears a chemical functional group, in this case an imidazole functional group, the reaction allows the grafting of pendant chemical functional groups, imidazole functional groups, onto the polymer. The grafting reaction is typically carried out at a temperature above ambient (23°C), preferably at a temperature above 60°C.

Selon un premier mode de réalisation de l’invention, la réaction de greffage est effectuée en solution. Le polymère ainsi modifié peut être séparé de sa solution par tout type de moyen connu par l’homme de l’art et en particulier par une opération de stripping à la vapeur d’eau.According to a first embodiment of the invention, the grafting reaction is carried out in solution. The polymer thus modified can be separated from its solution by any type of means known to those skilled in the art, and in particular by a steam stripping operation.

Selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, la réaction de greffage est conduite en masse, par exemple dans des mélangeurs internes, dans des extrudeuses ou dans des étuves ou dans des presses. Elle est alors généralement précédée d’un mélangeage réalisé en masse pour que le composé 1,3-dipolaire soit incorporé au sein du polymère insaturé. L’étape a) peut être mise en œuvre en incorporant le composé 1,3-dipolaire dans le polymère insaturé à une température du mélangeur inférieure à 60°C, puis en menant la réaction de greffage sous presse ou en étuve à des températures allant de 80°C à 200°C. Alternativement, l’étape a) peut être mise en œuvre en incorporant le composé 1,3-dipolaire dans le polymère insaturé à une température du mélangeur supérieure à 60°C, la réaction de greffage étant concomitante à l’incorporation. Lorsque la réaction de greffage est réalisée en masse, elle est réalisée préférentiellement en présence d’un antioxydant du polymère insaturé.According to a second embodiment of the invention, the grafting reaction is carried out in bulk, for example in internal mixers, extruders, ovens, or presses. It is then generally preceded by bulk mixing to incorporate the 1,3-dipolar compound into the unsaturated polymer. Step a) can be carried out by incorporating the 1,3-dipolar compound into the unsaturated polymer at a mixer temperature below 60°C, and then conducting the grafting reaction in a press or oven at temperatures ranging from 80°C to 200°C. Alternatively, step a) can be carried out by incorporating the 1,3-dipolar compound into the unsaturated polymer at a mixer temperature above 60°C, with the grafting reaction occurring simultaneously with the incorporation. When the grafting reaction is carried out in bulk, it is preferably performed in the presence of an antioxidant for the unsaturated polymer.

Selon une première variante préférentielle du deuxième mode de réalisation, l’étape a) est une étape d’extrusion réactive d’un mélange du polymère insaturé et du composé 1,3-dipolaire, étape à l’issue de laquelle le composé 1,3-dipolaire est greffé sur le polymère. L’étape a) est alors typiquement un procédé d’extrusion réactive tel que décrit dans la demande de brevet WO 2018115703. Dans cette variante, le polymère insaturé et le composé 1,3-dipolaire alimentent une extrudeuse bivis qui comprend de manière conventionnelle un fourreau, une zone d’alimentation, une zone de mélangeage, un jeu de deux vis sans fin et une filière. La température d’extrusion, température de consigne appliquée à l’intérieur de l’extrudeuse, en particulier au fourreau, est préférentiellement supérieure à 100°C. De manière plus préférentielle, la température d’extrusion dans la zone allant depuis la zone de mélangeage jusqu’à l’extrémité du jeu des deux vis la plus proche de la filière est comprise entre 110 et 140°C. Une telle gamme de température permet d’obtenir le meilleur compromis entre le rendement de greffage et la productivité. La productivité est régie par le débit du polymère dans l’extrudeuse qui est lui-même ajusté en fonction du temps de séjour que l’on souhaite appliquer au polymère dans l’extrudeuse depuis la zone de mélangeage jusqu’à la filière de l’extrudeuse. Les temps de séjour sont typiquement courts, notamment d’au plus 5 minutes, de préférence inférieurs à 5 minutes. Des temps de séjour allant de 30 secondes à 2 minutes peuvent suffire pour obtenir à la fois un bon rendement de greffage et une bonne maîtrise du taux de greffage, ce qui garantit une bonne reproductibilité du procédé. L’extrusion réactive peut être conduite sans qu’il soit nécessaire d’appliquer des conditions particulières quant à l’atmosphère à l’intérieur du fourreau. Typiquement, l’extrusion a lieu sous air ambiant. A la sortie de l’extrudeuse, après passage dans la filière, il est récupéré le polymère dont une partie ou la totalité des unités monomères du diène ont réagi avec le composé 1,3-dipolaire.According to a first preferred embodiment of the second embodiment, step a) is a reactive extrusion step of a mixture of the unsaturated polymer and the 1,3-dipolar compound, at the end of which the 1,3-dipolar compound is grafted onto the polymer. Step a) is then typically a reactive extrusion process as described in patent application WO 2018115703. In this embodiment, the unsaturated polymer and the 1,3-dipolar compound feed a twin-screw extruder that conventionally comprises a barrel, a feeding zone, a mixing zone, a set of two worm screws, and a die. The extrusion temperature, the setpoint temperature applied inside the extruder, particularly to the barrel, is preferably above 100°C. Preferably, the extrusion temperature in the area extending from the mixing zone to the end of the screw assembly closest to the die is between 110 and 140°C. This temperature range provides the best compromise between grafting efficiency and productivity. Productivity is governed by the polymer flow rate in the extruder, which is itself adjusted according to the desired residence time of the polymer in the extruder from the mixing zone to the extruder die. Residence times are typically short, at most 5 minutes, and preferably less than 5 minutes. Residence times ranging from 30 seconds to 2 minutes can be sufficient to achieve both good grafting efficiency and precise control of the grafting rate, thus ensuring good process reproducibility. Reactive extrusion can be carried out without the need for specific atmospheric conditions inside the barrel. Typically, extrusion takes place in ambient air. At the extruder outlet, after passing through the die, the polymer is recovered, in which some or all of the diene monomer units have reacted with the 1,3-dipolar compound.

Selon une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, l’étape a) se déroule en deux phases, une première phase au cours de laquelle sont mélangés le polymère insaturé et le composé 1,3-dipolaire typiquement à une température inférieure à 60°C par exemple dans un mélangeur externe comme un outil à cylindres, et une deuxième phase au cours de laquelle le mélange résultant de la première phase est chauffé à une température de 80°C à 200°C, préférentiellement de 100°C à 170°C dans une presse ou dans une étuve, le temps nécessaire pour réaliser le greffage. A l’issue de la deuxième phase, il est récupéré le polymère dont une partie ou la totalité des unités monomères du diène ont réagi avec le composé 1,3-dipolaire. Un tel procédé est par exemple décrit dans la demande de brevet WO 2015059269.According to a second variant of the second embodiment, step a) is carried out in two phases: a first phase in which the unsaturated polymer and the 1,3-dipolar compound are mixed, typically at a temperature below 60°C, for example, in an external mixer such as a roller tool; and a second phase in which the mixture resulting from the first phase is heated to a temperature of 80°C to 200°C, preferably 100°C to 170°C, in a press or oven, for the time necessary to perform the grafting. At the end of the second phase, the polymer is recovered, in which some or all of the diene monomer units have reacted with the 1,3-dipolar compound. Such a process is described, for example, in patent application WO 2015059269.

Selon une troisième variante du deuxième mode de réalisation, l’étape a) est menée par un malaxage thermomécanique du polymère insaturé et du composé 1,3-dipolaire, par exemple dans un mélangeur interne, jusqu’à atteindre une température maximum de mélangeage allant de 110 à 180°C, préférentiellement comprise entre 140 et 170°C. A l’issue du malaxage thermomécanique, il est récupéré le polymère dont une partie ou la totalité des unités monomères du diène ont réagi avec le composé 1,3-dipolaire. A l’issue de cette étape, le polymère modifié peut être extrudé pour former des granulés, en vue de faciliter son stockage avant son utilisation dans l’étape b), comme par exemple décrit dans la demande de brevet WO 2018115704.According to a third variant of the second embodiment, step a) is carried out by thermomechanical mixing of the unsaturated polymer and the 1,3-dipolar compound, for example in an internal mixer, until a maximum mixing temperature of 110 to 180°C, preferably between 140 and 170°C, is reached. Following thermomechanical mixing, the polymer is recovered, in which some or all of the diene monomer units have reacted with the 1,3-dipolar compound. After this step, the modified polymer can be extruded to form granules, in order to facilitate its storage before use in step b), as described, for example, in patent application WO 2018115704.

L’étape a) est réalisée avantageusement en masse. La réaction de greffage de l’étape a) est réalisée de préférence en masse selon le deuxième mode de réalisation, avantageusement selon la première variante, la deuxième variante ou la troisième variante, plus avantageusement selon la première variante qui s’avère plus efficace vis-à-vis du rendement de greffage et aussi plus productive.Step a) is advantageously carried out in bulk. The grafting reaction of step a) is preferably carried out in bulk according to the second embodiment, advantageously according to the first variant, the second variant or the third variant, most advantageously according to the first variant which proves to be more efficient with regard to grafting yield and also more productive.

La quantité de composé 1,3-dipolaire utile à l’étape a) peut varier dans une large mesure. Elle est indexée sur le rendement de greffage et le nombre de fonction imidazole qu’il est souhaité de greffer sur le polymère insaturé. Le rendement de greffage qui est le ratio entre la quantité du composé 1,3-dipolaire greffé sur le polymère insaturé et la quantité de composé 1,3-dipolaire utilisée à l’étape a) est typiquement supérieur ou égal à 50% et peut atteindre des valeurs supérieures ou égales à 80%, en particulier lorsque l’étape a) est mise en œuvre selon la première variante, la quantité du composé 1,3-dipolaire greffé sur le polymère insaturé pouvant être déterminée par analyse RMN. Le nombre de fonction imidazole qu’il est souhaité de greffer sur le polymère insaturé est typiquement supérieur ou égal à 0.5 mmole par gramme de polymère insaturé. De préférence, il est supérieur à 0.5 mmole par gramme de polymère insaturé et inférieur à 3.5 mmoles par gramme de polymère insaturé. La quantité du composé 1,3-dipolaire utilisée à l’étape a) est préférentiellement supérieure à 0.5 milliéquivalent de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé, plus préférentiellement supérieure à 0.6 milliéquivalent de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé. Elle est aussi préférentiellement inférieure à 4.2 milliéquivalents de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé.The amount of 1,3-dipolar compound needed in step a) can vary considerably. It is indexed to the grafting yield and the number of imidazole groups desired to be grafted onto the unsaturated polymer. The grafting yield, which is the ratio of the amount of 1,3-dipolar compound grafted onto the unsaturated polymer to the amount of 1,3-dipolar compound used in step a), is typically greater than or equal to 50% and can reach values greater than or equal to 80%, particularly when step a) is implemented according to the first variant, where the amount of 1,3-dipolar compound grafted onto the unsaturated polymer can be determined by NMR analysis. The number of imidazole groups desired to be grafted onto the unsaturated polymer is typically greater than or equal to 0.5 mmol per gram of unsaturated polymer. Preferably, it is greater than 0.5 mmol per gram of unsaturated polymer and less than 3.5 mmol per gram of unsaturated polymer. The amount of the 1,3-dipolar compound used in step a) is preferably greater than 0.5 milliequivalents of imidazole function per gram of unsaturated polymer, more preferably greater than 0.6 milliequivalents of imidazole function per gram of unsaturated polymer. It is also preferably less than 4.2 milliequivalents of imidazole function per gram of unsaturated polymer.

A l’issue de l’étape a), il est donc obtenu un polymère qui porte des fonctions imidazoles pendantes selon une teneur qui est préférentiellement supérieure ou égale à 0.5 mmole par gramme de polymère, plus préférentiellement supérieure à 0.5 mmole par gramme de polymère et inférieure à 3.5 mmoles par gramme de polymère.At the end of step a), a polymer is therefore obtained which carries pendant imidazole functions in a content which is preferably greater than or equal to 0.5 mmole per gram of polymer, more preferably greater than 0.5 mmole per gram of polymer and less than 3.5 mmoles per gram of polymer.

L’étape b) consiste à incorporer un halogénoalcane, également appelé haloalcane, au sein du polymère résultant de l’étape a), polymère portant des fonctions imidazoles pendantes. L’incorporation est réalisée en masse par un malaxage thermomécanique, par exemple dans un mélangeur interne ou externe, qui a pour objectif de répartir de façon la plus uniforme possible l’halogénoalcane au sein du polymère portant des fonctions imidazoles pendantes le long de sa chaîne sans utilisation d’un solvant. A l’issue de l’étape b), il est obtenu un mélange contenant le polymère portant des fonctions imidazoles pendantes et l’halogénoalcane.Step b) consists of incorporating a haloalkane, also called a haloalkane, into the polymer resulting from step a), a polymer bearing pendant imidazole groups. Incorporation is carried out by bulk thermomechanical mixing, for example in an internal or external mixer, which aims to distribute the haloalkane as uniformly as possible within the polymer bearing pendant imidazole groups along its chain without the use of a solvent. At the end of step b), a mixture is obtained containing the polymer bearing pendant imidazole groups and the haloalkane.

La quantité de l’halogénoalcane utilisée à l’étape b) est indexée sur le taux de greffage de fonctions imidazoles du polymère fonctionnel obtenu à l’issue de l’étape a), en d’autres termes sur le nombre de fonctions imidazoles portées par le polymère à l’issue de l’étape a), ou bien sur la quantité de composé 1,3-dipolaire utilisée à l’étape a). De préférence, à l’étape b) la quantité de l’halogénoalcane est de 1 à 2 équivalents molaires de fonctions imidazoles portées par le polymère à l’issue de l’étape a) ou bien est de 1.2 à 2.4 équivalents molaires de composé 1,3-dipolaire utilisé à l’étape a).The amount of haloalkane used in step b) is indexed to the rate of imidazole function grafting of the functional polymer obtained at the end of step a), in other words, to the number of imidazole functions carried by the polymer at the end of step a), or to the amount of 1,3-dipolar compound used in step a). Preferably, in step b) the amount of haloalkane is 1 to 2 molar equivalents of imidazole functions carried by the polymer at the end of step a) or is 1.2 to 2.4 molar equivalents of 1,3-dipolar compound used in step a).

L’halogénoalcane peut être un iodoalcane, un chloroalcane ou un bromoalcane. Il est préférentiellement un bromoalcane. La chaîne hydrocarbonée constitutive de l’halogénoalcane peut être linéaire, ramifiée ou cyclique. Dans l’halogénoalcane, l’atome d’halogène peut substituer l’un quelconque des atomes de carbone de la chaîne hydrocarbonée constitutive de l’halogénoalcane. L’halogénoalcane est choisi par l’homme du métier en fonction du compromis de performance recherché du procédé qui sont par exemple de minimiser ou d’éviter les émanations de composés volatiles au cours de l’étape b) ou de l’étape c), de maîtriser la quantité d’halogénoalcane à introduire à l’étape b) et d’obtenir le meilleur rendement en ionomère. L’homme du métier saura choisir l’halogénoalcane notamment en fonction de ses propriétés physicochimiques et chimiques telles que sa tension de vapeur, sa température d’ébullition, sa masse molaire, sa densité et sa réactivité vis à vis des fonctions imidazoles, lesquelles propriétés ont un impact sur ce compromis. De préférence, l’halogénoalcane contient au moins 6 atomes de carbone. Avantageusement, l’halogénoalcane contient moins de 12 atomes de carbone. De préférence aussi, l’halogénoalcane contient un seul atome d’halogène. A titre d’halogénoalcanes conviennent en particulier les composés iodohexanes, bromohexanes, chlorohexanes, iodoheptanes, bromoheptanes, chloroheptanes, iodooctanes, bromooctanes, chlorooctanes, iodononanes, bromononanes, chlorononanes, iododécanes, bromodécanes, chlorodécanes, préférentiellement de chaîne linéaire et portant l’atome d’halogène en extrémité de la chaîne carbonée. On peut utiliser un seul halogénoalcane ou un mélange d’halogénoalcanes, de préférence un seul halogénoalcane pour au moins des raisons de simplification du procédé.The haloalkane can be an iodoalkane, a chloroalkane, or a bromoalkane. It is preferentially a bromoalkane. The hydrocarbon chain constituting the haloalkane can be linear, branched, or cyclic. In the haloalkane, the halogen atom can substitute for any of the carbon atoms in the hydrocarbon chain constituting the haloalkane. The haloalkane is chosen by those skilled in the art based on the desired performance compromise of the process, which may include, for example, minimizing or avoiding the emission of volatile compounds during step b) or step c), controlling the amount of haloalkane to be introduced in step b), and obtaining the best ionomer yield. A person skilled in the art will be able to choose the haloalkane based on its physicochemical and chemical properties, such as its vapor pressure, boiling point, molar mass, density, and reactivity with imidazole groups, all of which influence this trade-off. Preferably, the haloalkane contains at least 6 carbon atoms. Advantageously, it contains fewer than 12 carbon atoms. Also preferably, the haloalkane contains only one halogen atom. Suitable haloalkanes include iodohexanes, bromohexanes, chlorohexanes, iodoheptanes, bromoheptanes, chloroheptanes, iodooctanes, bromooctanes, chlorooctanes, iodononanes, bromononanes, chlorononanes, iododecanes, bromodecanes, and chlorodecanes, preferably with a linear chain and the halogen atom at the end of the carbon chain. A single haloalkane or a mixture of haloalkanes may be used, preferably a single haloalkane, at least for the sake of process simplification.

L’étape c) qui suit l’étape b) consiste à former un ionomère par réaction des fonctions imidazoles du polymère et de l’halogénoalcane, réaction de quaternisation. Dans la présente demande, on appelle réaction de quaternisation la réaction qui permet la formation d’un groupe ionique, le cation imidazolium, le contre-ion étant l’anion halogénure. Le traitement thermique de l’étape c) consiste à porter le mélange, obtenu à l’issue de l’étape b), à une température suffisante pour réaliser la réaction de quaternisation. L’homme du métier ajuste la température à laquelle est réalisé le traitement thermique en tenant compte de la réactivité de l’halogénoalcane vis-à-vis de la réaction de quaternisation, de la stabilité thermique des réactifs et des produits de réaction. A l’étape c), le traitement thermique est réalisé à une température généralement supérieure à 10°C, préférentiellement supérieure à 30°C. Le traitement thermique est réalisé préférentiellement à une température inférieure à 100°C. L’étape c) qui suit l’étape b) est aussi réalisée en masse.Step c), which follows step b), consists of forming an ionomer by reacting the imidazole groups of the polymer with the haloalkane, a quaternization reaction. In this application, the quaternization reaction is defined as the reaction that forms an ionic group, the imidazolium cation, with the halide anion as the counter-ion. The heat treatment in step c) consists of heating the mixture obtained in step b) to a temperature sufficient to carry out the quaternization reaction. A person skilled in the art adjusts the temperature at which the heat treatment is carried out, taking into account the reactivity of the haloalkane to the quaternization reaction and the thermal stability of the reactants and reaction products. In step c), the heat treatment is carried out at a temperature generally above 10°C, preferably above 30°C. The heat treatment is preferably carried out at a temperature below 100°C. Step c) which follows step b) is also carried out in bulk.

Selon un mode de réalisation de l’invention, l’étape b) et l’étape c) sont conduites dans un même dispositif qui permet de réaliser les étapes b) et c). Le dispositif utile à ce mode de réalisation peut être un mélangeur interne ou une extrudeuse qui fournit un travail mécanique pour incorporer de façon uniforme l’halogénoalcane au sein du polymère portant des fonctions imidazoles pendantes et qui fournit aussi des calories au mélange formé du polymère portant des fonctions imidazoles pendantes et de l’halogénoalcane pour permettre la réaction de quaternisation.According to one embodiment of the invention, steps b) and c) are carried out in the same device which enables steps b) and c) to be carried out. The device useful for this embodiment may be an internal mixer or an extruder which provides mechanical work to uniformly incorporate the haloalkane into the polymer bearing pendant imidazole functions and which also provides heat to the mixture formed from the polymer bearing pendant imidazole functions and the haloalkane to enable the quaternization reaction.

Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’étape b) et l’étape c) sont conduites dans des dispositifs différents, un premier dispositif comme un outil à cylindres ou une extrudeuse permettant d’incorporer l’halogénoalcane au sein du polymère portant des fonctions imidazoles pendantes à une température inférieure à la température de réaction de quaternisation, un deuxième dispositif qui porte le mélange formé du polymère portant des fonctions imidazoles pendantes et de l’halogénoalcane à une température permettant la réaction de quaternisation.According to another embodiment of the invention, steps b) and c) are carried out in different devices, a first device such as a roller tool or an extruder allowing the haloalkane to be incorporated into the polymer bearing pendant imidazole functions at a temperature below the quaternization reaction temperature, a second device which brings the mixture formed of the polymer bearing pendant imidazole functions and the haloalkane to a temperature allowing the quaternization reaction.

A l’issue de l’étape c), il est donc obtenu un ionomère dont les groupes ioniques sont des imidazoliums. La teneur des groupes ioniques imidazoliums est préférentiellement supérieure ou égale à 0.5 mmole par gramme d’ionomère, plus préférentiellement supérieure à 0.5 mmoles par gramme d’ionomère et inférieure à 3.5 mmoles par gramme d’ionomère.At the end of step c), an ionomer is obtained whose ionic groups are imidazoliums. The content of the imidazolium ionic groups is preferably greater than or equal to 0.5 mmol per gram of ionomer, more preferably greater than 0.5 mmol per gram of ionomer and less than 3.5 mmol per gram of ionomer.

L’étape d) du procédé conforme à l’invention consiste à mettre l’ionomère, polymère obtenu à l’issue de l’étape c), sous la forme d’un film destiné à former une partie ou la totalité d’une membrane échangeuse d’anions. L’étape d) est également réalisée en masse. Tout dispositif connu pour mettre sous la forme d’un film un polymère en l’absence de solvant peut être utilisé. On peut citer par exemple des calandres, des nez à rouleau disposés à la sortie d’une extrudeuse, des presses. Pour faciliter sa mise forme sous la forme d’un film, l’ionomère peut être chauffé pour le ramollir. Le film présente préférentiellement une épaisseur inférieure à 1 mm plus préférentiellement une épaisseur supérieure à 10 µm et préférentiellement inférieure à 500 µm.Step d) of the process according to the invention consists of forming the ionomer, a polymer obtained at the end of step c), into a film intended to form part or all of an anion exchange membrane. Step d) is also carried out in bulk. Any device known for forming a polymer into a film in the absence of a solvent can be used. Examples include calenders, roller nozzles located at the exit of an extruder, and presses. To facilitate its formation into a film, the ionomer can be heated to soften it. The film preferably has a thickness of less than 1 mm, more preferably a thickness greater than 10 µm, and preferably less than 500 µm.

De manière bien connue de l’homme du métier, une membrane est mise en eau avant sa mise en fonctionnement dans un assemblage constitutif d’une pile à combustible ou d’un électrolyseur. La mise en eau de la membrane qui fait généralement partie de l’opération de rodage ou d’activation de la membrane. Généralement, au cours de cette mise en eau, les contre-ions de l’ionomère constitutif de la membrane qui sont des halogénures peuvent être remplacés par des anions hydroxydes qui sont connus pour avoir une bien meilleure mobilité ionique que les anions halogénure. On peut par exemple se référer à l’article Energy Environ Sci 2014, 7, 3135.As is well known to those skilled in the art, a membrane is primed with water before being put into operation in a fuel cell or electrolyzer assembly. This membrane primer is generally part of the break-in or activation process. Typically, during this primer, the halides of the membrane's constituent ionomer can be replaced by hydroxide anions, which are known to have much better ionic mobility than halide anions. See, for example, the article Energy Environ Sci 2014, 7, 3135.

Le remplacement des contre-ions halogénures par des anions hydroxydes peut être mis en œuvre par l’imprégnation dans le film de l’ionomère constitutif de la membrane d’une solution aqueuse, par exemple en mettant le film de l’ionomère au contact d’une solution aqueuse contenant des anions hydroxydes, telle qu’une solution aqueuse d’une base forte. Comme base forte peuvent convenir la potasse, la soude, préférentiellement la potasse. De préférence, le remplacement des contre-ions halogénures par des anions hydroxydes est réalisé au moment de l’opération de rodage ou d’activation de la membrane.The replacement of halide counterions with hydroxide anions can be achieved by impregnating the membrane's ionomer film with an aqueous solution. This can be done, for example, by exposing the ionomer film to an aqueous solution containing hydroxide anions, such as a strong base. Suitable strong bases include potassium hydroxide and sodium hydroxide, with potassium hydroxide being the preferred choice. Ideally, the replacement of halide counterions with hydroxide anions is carried out during the membrane's break-in or activation process.

La membrane conforme à l’invention peut être utilisée dans une pile à combustible ou un électrolyseur, préférentiellement dans un électrolyseur.The membrane according to the invention can be used in a fuel cell or an electrolyzer, preferably in an electrolyzer.

L’ionomère utile à la préparation de la membrane est préparé par les étapes a), b) et c) du procédé conforme à l’invention relatif à la préparation d’une membrane échangeuse d’anions, l’étape a) étant avantageusement en masse. L’ionomère est un polymère qui a pour caractéristique essentielle de porter des groupes ioniques imidazoliums pendants, préférentiellement selon une teneur supérieure ou égale à 0.5 mmole par gramme de polymère, plus préférentiellement supérieure à 0.5 mmoles par gramme de polymère et inférieure à 3.5 mmoles par gramme de polymère. Les groupes ioniques imidazoliums pendants sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre le composé 1,3-dipolaire et le polymère insaturé. Les contre-ions des groupes ioniques imidazoliums sont des anions halogénures, préférentiellement des anions bromures.The ionomer used to prepare the membrane is prepared by steps a), b), and c) of the process according to the invention relating to the preparation of an anion exchange membrane, step a) advantageously being by mass. The ionomer is a polymer whose essential characteristic is to bear pendant imidazolium ionic groups, preferably in a concentration greater than or equal to 0.5 mmol per gram of polymer, more preferably greater than 0.5 mmol per gram of polymer and less than 3.5 mmol per gram of polymer. The pendant imidazolium ionic groups are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between the 1,3-dipolar compound and the unsaturated polymer. The counterions of the imidazolium ionic groups are halide anions, preferably bromide anions.

Dans la préparation de la membrane conforme à l’invention, l’affranchissement de l’étape d’immersion dans une solution d’un halogénoalcane pour procéder à la réaction de quaternisation est rendue possible grâce à la structure chimique de l’ionomère et à son mode de préparation qui peut être mené en masse.In the preparation of the membrane according to the invention, the elimination of the step of immersion in a solution of a haloalkane to carry out the quaternization reaction is made possible thanks to the chemical structure of the ionomer and its method of preparation which can be carried out in bulk.

En résumé, l’invention peut être mise en œuvre selon l’un quelconque des modes de réalisation 1 à 33 :In summary, the invention can be implemented according to any one of embodiments 1 to 33:

Mode 1 : Membrane échangeuse d’anions contenant un ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène.Mode 1: Anion exchange membrane containing an ionomer, polymer bearing pendant imidazolium ionic groups which are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer, the 1,3-dipolar compound being an aromatic nitrile oxide substituted by an imidazole function, the unsaturated polymer being a polymer containing monomeric units of a diene.

Mode 2 : Membrane selon le mode 1 dans laquelle le polymère insaturé est un homopolymère d’un 1,3-diène ou un copolymère d’un 1,3-diène.Mode 2: Membrane according to mode 1 in which the unsaturated polymer is a homopolymer of a 1,3-diene or a copolymer of a 1,3-diene.

Mode 3 : Membrane selon le mode 1 ou 2 dans laquelle lequel le polymère insaturé est choisi parmi les homopolymères d’un 1,3-diène, les copolymères de deux ou plusieurs 1,3-diènes, les copolymères d’un 1,3-diène et d’un monomère vinylaromatique et les copolymères d’un 1,3-diène et d’éthylène.Mode 3: Membrane according to mode 1 or 2 in which the unsaturated polymer is selected from homopolymers of a 1,3-diene, copolymers of two or more 1,3-dienes, copolymers of a 1,3-diene and a vinylaromatic monomer, and copolymers of a 1,3-diene and ethylene.

Mode 4 : Membrane selon le mode 3 dans laquelle le monomère vinylaromatique est le styrène.Mode 4: Membrane according to mode 3 in which the vinylaromatic monomer is styrene.

Mode 5 : Membrane selon l’un quelconque des modes 1 à 4 dans laquelle le diène est le 1,3-butadiène ou l’isoprène.Mode 5: Membrane according to any one of modes 1 to 4 in which the diene is 1,3-butadiene or isoprene.

Mode 6 : Membrane selon l’un quelconque des modes 1 à 5 dans laquelle le diène est le 1,3-butadiène.Mode 6: Membrane according to any one of modes 1 to 5 in which the diene is 1,3-butadiene.

Mode 7 : Membrane selon l’un quelconque des modes 1 à 6 dans laquelle la fonction imidazole est de formule 1H-imidazol-1-yle.Mode 7: Membrane according to any one of modes 1 to 6 in which the imidazole function is of formula 1 H -imidazol-1-yl.

Mode 8 : Membrane selon l’un quelconque des modes 1 à 6 dans laquelle la fonction imidazole est de formule 2-alkyl-1H-imidazol-1-yle.Mode 8: Membrane according to any one of modes 1 to 6 in which the imidazole function is of formula 2-alkyl-1 H- imidazol-1-yl.

Mode 9 : Membrane selon le mode 8 dans laquelle la fonction imidazole est de formule 2-méthyl-1H-imidazol-1-yle.Mode 9: Membrane according to mode 8 in which the imidazole function has the formula 2-methyl-1 H -imidazol-1-yl.

Mode 10 : Membrane selon l’un quelconque des modes 1 à 9 dans laquelle le composé 1,3-dipolaire répond à la formule (I) dans laquelle un des symboles R1à R5représente un groupement contenant la fonction imidazole, les autres symboles un atome d’hydrogène ou un alkyle, sachant qu’un des R1et R5est différent d’un atome d’hydrogène.
Mode 10: Membrane according to any one of modes 1 to 9 in which the 1,3-dipolar compound corresponds to formula (I) in which one of the symbols R 1 to R 5 represents a group containing the imidazole function, the other symbols a hydrogen atom or an alkyl, knowing that one of the R 1 and R 5 is not a hydrogen atom.

Mode 11 : Membrane selon le mode 10 dans laquelle R4représente le groupement contenant la fonction imidazole.Mode 11: Membrane according to mode 10 in which R 4 represents the group containing the imidazole function.

Mode 12 : Membrane selon le mode 10 dans laquelle R4est un groupement (1H-imidazol-1-yl)alkyle.Mode 12: Membrane according to mode 10 in which R 4 is a (1 H -imidazol-1-yl)alkyl group.

Mode 13 : Membrane selon le mode 10 dans laquelle R4est un groupement (2-alkyl-1H-imidazol-1-yl)alkyle.Mode 13: Membrane according to mode 10 in which R 4 is a (2-alkyl-1 H -imidazol-1-yl)alkyl group.

Mode 14 : Membrane selon le mode 10 dans laquelle R4est un groupement (1H-imidazol-1-yl)méthyle ou (2-alkyl-1H-imidazol-1-yl)méthyle.Mode 14: Membrane according to mode 10 in which R 4 is a (1 H -imidazol-1-yl)methyl or (2-alkyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl group.

Mode 15 : Membrane selon l’un quelconque des modes 10 à 14 dans laquelle R1, R3et R5sont chacun un alkyle et R2est un atome d’hydrogène et R4représente la fonction imidazole.Mode 15: Membrane according to any one of modes 10 to 14 in which R1 , R3 and R5 are each an alkyl and R2 is a hydrogen atom and R4 represents the imidazole function.

Mode 16 : Membrane selon l’un quelconque des modes 10 à 15 dans laquelle R1, R3et R5sont des méthyles ou des éthyles.Mode 16: Membrane according to any one of modes 10 to 15 in which R1 , R3 and R5 are methyl or ethyl.

Mode 17 : Membrane selon l’un quelconque des modes 1 à 16 dans laquelle le composé 1,3-dipolaire est le composé 2,4,6-triméthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzo-nitrile oxyde ou le composé 2,4,6-triéthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzo-nitrile oxyde.Mode 17: Membrane according to any one of modes 1 to 16 in which the 1,3-dipolar compound is the compound 2,4,6-trimethyl-3-((2-methyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl)benzo-nitrile oxide or the compound 2,4,6-triethyl-3-((2-methyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl)benzo-nitrile oxide.

Mode 18 : Procédé de préparation d’une membrane échangeuse d’anions définie à l’un quelconque des modes 1 à 17 qui comprend les étapes suivantes a), b) c) et d) :
- a) la préparation d’un polymère portant des fonctions imidazoles pendantes par une réaction de cycloaddition du composé 1,3-dipolaire et du polymère insaturé, ,
- b) l’incorporation d’un halogénoalcane dans le polymère portant des fonctions imidazoles pendantes par un malaxage thermomécanique,
- c) un traitement thermique du mélange obtenu à l’étape b) pour convertir les fonctions imidazoles en groupes ioniques imidazoliums,
- d) la mise en forme de l’ionomère, obtenu à l’issue de l’étape c), sous la forme d’un film,
les étapes b), c) et d) étant réalisées en masse.
Mode 18: A process for preparing an anion exchange membrane defined in any one of modes 1 to 17 which comprises the following steps a), b), c) and d):
- a) the preparation of a polymer bearing pendant imidazole functions by a cycloaddition reaction of the 1,3-dipolar compound and the unsaturated polymer, ,
- b) the incorporation of a haloalkane into the polymer bearing pendant imidazole functions by thermomechanical mixing,
- c) a heat treatment of the mixture obtained in step b) to convert the imidazole functions into imidazolium ionic groups,
- d) shaping the ionomer obtained at the end of step c) into a film,
steps b), c) and d) being carried out in bulk.

Mode 19 : Procédé selon le mode 18 dans lequel l’étape a) est réalisée en masse.Mode 19: Process according to mode 18 in which step a) is carried out in bulk.

Mode 20 : Procédé selon le mode 18 ou 19 dans lequel le polymère insaturé est défini au mode 2 ou 3.Mode 20: Process according to mode 18 or 19 in which the unsaturated polymer is defined in mode 2 or 3.

Mode 21 : Procédé selon l’un quelconque des modes 18 à 20 dans lequel le diène est le 1,3-butadiène ou l’isoprène.Mode 21: Process according to any one of modes 18 to 20 in which the diene is 1,3-butadiene or isoprene.

Mode 22 : Procédé selon l’un quelconque des modes 18 à 21 dans lequel l’halogénoalcane est un bromoalcane.Mode 22: Process according to any one of modes 18 to 21 in which the haloalkane is a bromoalkane.

Mode 23 : Procédé selon l’un quelconque des modes 18 à 22 dans lequel l’halogénoalcane contient un seul atome d’halogène.Mode 23: Process according to any one of modes 18 to 22 in which the haloalkane contains a single halogen atom.

Mode 24 : Procédé selon l’un quelconque des modes 18 à 23 dans lequel la quantité du composé 1,3-dipolaire utilisée à l’étape a) est supérieure à 0.5 milliéquivalent de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé et inférieure à 4.2 milliéquivalents de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé.Mode 24: A process according to any one of modes 18 to 23 in which the amount of the 1,3-dipolar compound used in step a) is greater than 0.5 milliequivalent of imidazole function per gram of unsaturated polymer and less than 4.2 milliequivalents of imidazole function per gram of unsaturated polymer.

Mode 25 : Procédé selon le mode 24 dans lequel la quantité du composé 1,3-dipolaire utilisée à l’étape a) est supérieure à 0.6 milliéquivalent de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé.Mode 25: Process according to mode 24 in which the amount of the 1,3-dipolar compound used in step a) is greater than 0.6 milliequivalent of imidazole function per gram of unsaturated polymer.

Mode 26 : Procédé selon l’un quelconque des modes 18 à 25 dans lequel à l’étape b) la quantité de l’halogénoalcane est de 1 à 2 équivalents molaire de fonctions imidazoles portées par le polymère à l’issue de l’étape a) ou est de 1.2 à 2.4 équivalents molaires de composé 1,4-dipolaire utilisé à l’étape a).Mode 26: A process according to any one of modes 18 to 25 in which at step b) the amount of haloalkane is 1 to 2 molar equivalents of imidazole functions carried by the polymer at the end of step a) or is 1.2 to 2.4 molar equivalents of 1,4-dipolar compound used in step a).

Mode 27 : Procédé selon l’un quelconque des modes 18 à 26 dans lequel à l’étape c) le mélange obtenu à l’étape b) est porté à une température supérieure à 30°C.Method 27: A process according to any one of methods 18 to 26 in which, in step c) the mixture obtained in step b) is brought to a temperature above 30°C.

Mode 28 : Ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, les contre-ions des groupes ioniques imidazoliums étant des anions halogénures, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène.Mode 28: Ionomer, polymer bearing pendant imidazolium ionic groups which are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer, the counterions of the imidazolium ionic groups being halide anions, the 1,3-dipolar compound being an aromatic nitrile oxide substituted with an imidazole function, the unsaturated polymer being a polymer containing monomeric units of a diene.

Mode 29 : Ionomère selon le mode 28 dans lequel le composé 1,3-dipolaire est défini à l’un quelconque des modes 10 à 17.Mode 29: Ionomer according to mode 28 in which the 1,3-dipolar compound is defined in any one of modes 10 to 17.

Mode 30 : Ionomère selon le mode 28 ou 29 dans lequel le polymère insaturé est défini à l’un quelconque des modes 2 à 3.Mode 30: Ionomer according to mode 28 or 29 in which the unsaturated polymer is defined at any one of modes 2 to 3.

Mode 31 : Ionomère selon l’un quelconque des modes 28 à 30 dans lequel le diène est le 1,3-butadiène ou l’isoprène.Mode 31: Ionomer according to any one of modes 28 to 30 in which the diene is 1,3-butadiene or isoprene.

Mode 32 : Procédé de préparation d’un ionomère défini selon l’un quelconque des modes 28 à 31, lequel procédé comprend les étapes a) à c) définies à l’un quelconque des modes 18 à 27.Method 32: A process for preparing an ionomer defined according to any one of the methods 28 to 31, which process includes steps a) to c) defined in any one of the methods 18 to 27.

Mode 33 : Pile à combustible ou électrolyseur qui contient une membrane définie à l’un quelconque des modes 1 à 17.Mode 33: Fuel cell or electrolyzer that contains a membrane defined in any one of modes 1 to 17.

Les caractéristiques précitées de la présente invention, ainsi que d’autres, seront mieux comprises à la lecture de la description suivante de plusieurs exemples de réalisation de l’invention, donnés à titre illustratif.The aforementioned features of the present invention, as well as others, will be better understood upon reading the following description of several examples of embodiments of the invention, given by way of illustration.

ExemplesExamples

Dans les exemples, le composé 1,3-dipolaire substitué par une fonction imidazole est le 2,4,6-triméthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzonitrile oxyde. Il est préparé selon le mode opératoire décrit dans la demande de brevet WO 2015059269.In the examples, the 1,3-dipolar compound substituted with an imidazole function is 2,4,6-trimethyl-3-((2-methyl- 1H- imidazol-1-yl)methyl)benzonitrile oxide. It is prepared according to the procedure described in patent application WO 2015059269.

Résonance magnétique nucléaire (RMN) :
Les polymères préparés sont caractérisés par spectrométrie RMN1H et RMN13C. Les spectres RMN sont enregistrés sur un Spectromètre Brüker Avance III 500 MHz équipé d’une cryo-sonde « large bande » BBFOz-grad 5 mm. L’expérience RMN1H quantitative, utilise une séquence simple impulsion 30° et un délai de répétition de 5 secondes entre chaque acquisition. 64 à 256 accumulations sont réalisées. L’expérience RMN13C quantitative, utilise une séquence simple impulsion 30° avec un découplage proton et un délai de répétition de 10 secondes entre chaque acquisition. 1024 à 10240 accumulations sont réalisées. Les expériences bidimensionnelles1H/13C sont utilisées dans le but de déterminer la structure des copolymères. L’axe des déplacements chimiques1H est calibré par rapport à l’impureté protonée du solvant (CDCl3) à δ1H= 7,20 ppm. L’axe des déplacements chimiques13C est calibré par rapport au signal du solvant (CDCl3) à δ13C= 77 ppm.
Nuclear magnetic resonance (NMR):
The prepared polymers are characterized by 1H and 13C NMR spectroscopy. The NMR spectra are recorded on a Brüker Avance III 500 MHz spectrometer equipped with a 5 mm BBFOz-grad "broadband" cryo-probe. The quantitative 1H NMR experiment uses a single 30° pulse sequence and a 5-second repetition delay between each acquisition. 64 to 256 accumulations are performed. The quantitative 13C NMR experiment uses a single 30° pulse sequence with proton decoupling and a 10-second repetition delay between each acquisition. 1024 to 10240 accumulations are performed. The two-dimensional 1H / 13C experiments are used to determine the structure of the copolymers. The 1H chemical shift axis is calibrated with respect to the protonated impurity of the solvent ( CDCl3 ) at δ1H = 7.20 ppm. The 13C chemical shift axis is calibrated with respect to the solvent signal ( CDCl3 ) at δ13C = 77 ppm.

Analyse SEC 3D :
La chromatographie d’exclusion stérique ou SEC (Size Exclusion Chromatography) permet de séparer les macromolécules en solution suivant leur taille à travers des colonnes remplies d’un gel poreux. Les macromolécules sont séparées suivant leur volume hydrodynamique, les plus volumineuses étant éluées en premier.
Associée à 3 détecteurs (3D), un réfractomètre, un viscosimètre et un détecteur de diffusion de la lumière à 90°, la SEC permet d’appréhender la distribution de masses molaires absolues d’un polymère. Les différentes masses molaires absolues moyennes en nombre (Mn), en poids (Mw) et la dispersité (Đ= Mw/Mn) peuvent également être calculées.
SEC 3D Analysis:
Size exclusion chromatography (SEC) separates macromolecules in solution according to their size using columns filled with a porous gel. The macromolecules are separated according to their hydrodynamic volume, with the largest being eluted first.
Combined with three detectors (3D), a refractometer, a viscometer, and a 90° light scattering detector, SEC allows for the determination of the absolute molar mass distribution of a polymer. The various absolute molar masses, average by number (Mn), by weight (Mw), and the dispersity ( Đ = Mw/Mn) can also be calculated.

Chaque échantillon est solubilisé dans du tétrahydrofuranne (+ 1%vol. de diisopropylamine + 1%vol. de triéthylamine) à une concentration d’environ 1 g/L. Puis la solution est filtrée sur filtre de porosité 0.45µm avant injection.Each sample is solubilized in tetrahydrofuran (+ 1% vol. diisopropylamine + 1% vol. triethylamine) at a concentration of approximately 1 g/L. The solution is then filtered through a 0.45µm porosity filter before injection.

L’appareillage utilisé est un chromatographe « WATERS Alliance e2695 ». Le solvant d’élution est du tétrahydrofuranne (+ 1%vol. de diisopropylamine + 1%vol. de triéthylamine), le débit de 1 mL/min, la température du système de 35°C. On utilise un jeu de trois colonnes 3 colonnes « PL Gel Mixed B-LS » de chez Agilent.
Le volume injecté de la solution de l’échantillon de polymère est 100 µL. Le système de détection utilisé, « MALS DAWN 8+, Viscostar et T-Rex » de chez WYATT, est composé d’un réfractomètre différentiel, d’un viscosimètre différentiel et d’un détecteur de diffusion de la lumière à 90°.
The equipment used is a WATERS Alliance e2695 chromatograph. The elution solvent is tetrahydrofuran (+ 1% vol. diisopropylamine + 1% vol. triethylamine), the flow rate is 1 mL/min, and the system temperature is 35°C. A set of three columns, "PL Gel Mixed B-LS" from Agilent, is used.
The injected volume of the polymer sample solution is 100 µL. The detection system used, "MALS DAWN 8+, Viscostar and T-Rex" from WYATT, is composed of a differential refractometer, a differential viscometer and a 90° light scatter detector.

L’halogénoalcane est le 1-bromooctane de TCI (pureté 99%), la presse est de marque Carver, la microextrudeuse est une bi-vis avec recirculation, de marque Xplore, équipée d’un fourreau de volume intérieur de 15 cm3, le volume de chambre étant de 3 cm3, la vitesse des vis étant de 100 tr/min (tours/minute).The haloalkane is TCI's 1-bromooctane (99% purity), the press is a Carver brand, the microextruder is a twin-screw recirculating extruder, Xplore brand, equipped with a barrel with an internal volume of 15 cm3the chamber volume being 3 cm3, the speed of the screws being 100 rpm (revolutions per minute).

Exemple 1 :préparation d’un ionomère, polybutadiène portant des groupes ioniques pendants imidazoliums (ou fonctions imidazoliums) Example 1: preparation of an ionomer, polybutadiene bearing pendant imidazolium ionic groups (or imidazolium functions)

Préparation d’un polybutadiène portant des fonctions imidazole(étape a) : Preparation of a polybutadiene bearing imidazole functions (step a):

Le polymère contenant des unités monomère d’un diène est un polybutadiène fort cis contenant 97% d’unité cis 1,4-butadiène, produit commercial « BR Synteca 63 » de la société Synthos.The polymer containing monomer units of a diene is a strong cis polybutadiene containing 97% cis 1,4-butadiene units, commercial product "BR Synteca 63" from the company Synthos.

Le composé 1,3-dipolaire (1.308 g avec une pureté massique de 60% ce qui correspond à 3.1 mmol de composé) est incorporé en plusieurs fois (5 fois) dans le polybutadiène (1.251 g – 23.1 mmol d’unité monomère butadiène) dans une microextrudeuse pendant un temps de séjour dans le fourreau de 3 min et à 120°C. On récupère à la sortie de l’extrudeuse sous la forme d’un jonc le mélange.
Cette phase de mélangeage est suivie d'un traitement thermique à 120°C pendant 10 minutes sous presse sous 3 à 4 bars. On récupère un polybutadiène fonctionnel imidazole, le polybutadiène modifié par la réaction de greffage avec le composé 1,3-dipolaire.
The 1,3-dipolar compound (1.308 g with a mass purity of 60%, corresponding to 3.1 mmol of compound) is incorporated in several stages (5 times) into polybutadiene (1.251 g – 23.1 mmol of butadiene monomer units) in a microextruder for a residence time in the barrel of 3 min at 120°C. The mixture is collected at the extruder outlet in the form of a rod.
This mixing phase is followed by heat treatment at 120°C for 10 minutes under pressure of 3 to 4 bar. A functional imidazole polybutadiene is obtained, the polybutadiene modified by the grafting reaction with the 1,3-dipolar compound.

Préparation d’un polybutadiène portant des fonctions imidazoliums(étapes b) et c)) : Preparation of a polybutadiene bearing imidazolium functions (steps b) and c)):

Le polybutadiène fonctionnel imidazole (1.95 g) est introduit dans une microextrudeuse, le 1-bromooctane (0.75 g – 3.9 mmol) est ensuite ajouté dans la microextrudeuse en tête de vis pour être incorporé dans le polybutadiène fonctionnel imidazole, le temps de séjour dans le fourreau est de 17 h à une température comprise entre 39°C et 49°C. On récupère à la sortie de l’extrudeuse sous la forme d’un jonc un polybutadiène portant des fonctions imidazoliums, comme le confirme l’analyse RMN. Les résultats figurent dans le tableau 1. Le polymère contient 0.54 mmoles de groupes ioniques imidazoliums par gramme de polymère.Functional imidazole polybutadiene (1.95 g) is introduced into a microextruder. 1-Bromooctane (0.75 g – 3.9 mmol) is then added to the screw head of the microextruder to be incorporated into the functional imidazole polybutadiene. The residence time in the barrel is 17 h at a temperature between 39°C and 49°C. At the extruder outlet, polybutadiene bearing imidazolium groups is recovered as a rod, as confirmed by NMR analysis. The results are shown in Table 1. The polymer contains 0.54 mmol of imidazolium ionic groups per gram of polymer.

Exemple 2 :préparation d’un ionomère, polybutadiène portant des fonctions imidazoliums Example 2: Preparation of a polybutadiene ionomer bearing imidazolium groups

Les étapes a) et b) sont conduites comme dans l’exemple 1, l’étape c) se différencie de l’étape c) de l’exemple 1 en ce que le temps de séjour dans le fourreau est de 45 h à une température comprise entre 37°C et 45°C. On récupère un polybutadiène portant des fonctions imidazoliums, comme le confirme l’analyse RMN. Les résultats figurent dans le tableau 1. Le polymère contient 0.71 mmoles de groupes ioniques imidazoliums répondant à la formule 1 par gramme de polymère.Steps a) and b) are carried out as in Example 1. Step c) differs from step c) of Example 1 in that the residence time in the sheath is 45 h at a temperature between 37°C and 45°C. A polybutadiene bearing imidazolium functional groups is recovered, as confirmed by NMR analysis. The results are shown in Table 1. The polymer contains 0.71 mmol of imidazolium ionic groups conforming to formula 1 per gram of polymer.

Formule (1) :
Formula (1):

Tableau 1 : Teneur molaire dans le polymère (% mol) à l’issue de l’étape c)
Exemple 1
à l’issue de l’étape c)
Exemple 2
cis 1,4_butadiène 91.3 86.4 fonction imidazole greffée 4.1 6.3 fonction imidazolium greffée 4.6 7.3
Table 1: Molar content in the polymer (% mol) at the end of step c)
Example 1
at the end of step c)
Example 2
cis 1,4-butadiene 91.3 86.4 imidazole function grafted 4.1 6.3 imidazolium function grafted 4.6 7.3

Exemple 3: préparation d’un ionomère, poly(1,3-butadiène-co-éthylène) portant des groupes ioniques pendants imidazoliums (ou fonctions imidazoliums) Example 3 : preparation of an ionomer, poly(1,3-butadiene-co-ethylene) bearing pendant imidazolium ionic groups (or imidazolium functions)

Préparation du poly(1,3-butadiène-co-éthylène), polymère contenant des unités monomère d’un 1,3-diène :Preparation of poly(1,3-butadiene-co-ethylene), a polymer containing monomer units of a 1,3-diene:

Le copolymère d’éthylène et de 1,3-butadiène (EBR) est préparé selon le mode opératoire suivant :
Le métallocène [{Me2SiFlu2Nd(µ-BH4)2Li(THF) }]2est préparé selon le mode opératoire décrit dans la demande de brevet WO 2007054224.
Le butyloctylmagnésium BOMAG (20% dans l’heptane, à 0.88 mol L-1) provient de Chemtura et est stocké dans un tube de Schlenk sous atmosphère inerte.
L’éthylène, de qualité N35, provient de la société Air Liquide et est utilisé sans purification préalable.
Le 1,3-butadiène est purifié sur gardes d’alumine.
Le solvant méthylcyclohexane (MCH) provenant de chez BioSolve est séché et purifié sur colonne d’alumine dans une fontaine à solvant provenant de chez mBraun et utilisés sous atmosphère inerte.
La réaction de polymérisation est effectuée sous atmosphère inerte dans un réacteur dans un réacteur de 90 L en acier inoxydable muni d’une pale d’agitation en acier inoxydable. Le contrôle de la température est assuré grâce à un bain d’huile thermostaté connecté à une double enveloppe calorifugée. Ce réacteur possède toutes les entrées ou sorties nécessaires aux manipulations.
Dans le réacteur en acier inoxydable de 90 L est introduit 64 L de MCH et une solution de BOMAG (27 mmol) dans le MCH (0.01 mol/L). Le réacteur est chauffé à 80°C et les monomères sont ajoutés selon un débit contrôlé afin de maintenir constant la composition du mélange monomère dans le milieu de polymérisation. Le débit d’éthylène est fixé à 40 g/min, le butadiène est injecté indépendamment et son débit est asservi au débit de l’éthylène selon le ratio massique butadiène/éthylène égal à 1.26. Lorsque le réacteur atteint la pression de 8.8 bars, le système catalytique (5,16 mmol de Nd) préparé selon le protocole décrit ci-après est introduit dans le milieu de polymérisation. La réaction de polymérisation conduite à 80°C est stoppée avec du méthanol lorsque près de 5 à 6 Kg de polymère sont formés : le polymère est récupéré après une étape de stripping. Le polymère est ensuite séché sur une machine à vis sans fin équipée d’une monovis à 150°C.
The ethylene-1,3-butadiene copolymer (EBR) is prepared according to the following procedure:
Metallocene [{Me 2 SiFlu 2 Nd(µ-BH 4 ) 2 Li(THF) }] 2 is prepared according to the procedure described in patent application WO 2007054224.
BOMAG butyl methylmagnesium (20% in heptane, at 0.88 mol L -1 ) comes from Chemtura and is stored in a Schlenk tube under an inert atmosphere.
The ethylene, of N35 grade, comes from the company Air Liquide and is used without prior purification.
1,3-Butadiene is purified over alumina guards.
The methylcyclohexane (MCH) solvent from BioSolve is dried and purified on an alumina column in a solvent fountain from mBraun and used under an inert atmosphere.
The polymerization reaction is carried out under an inert atmosphere in a 90 L stainless steel reactor equipped with a stainless steel stirring paddle. Temperature control is achieved via a thermostatically controlled oil bath connected to a double-insulated jacket. This reactor has all the necessary inlets and outlets for the process.
In a 90 L stainless steel reactor, 64 L of MCH and a solution of BOMAG (27 mmol) in MCH (0.01 mol/L) are introduced. The reactor is heated to 80°C, and the monomers are added at a controlled rate to maintain a constant monomer mixture composition in the polymerization medium. The ethylene flow rate is set at 40 g/min, butadiene is injected independently, and its flow rate is controlled by the ethylene flow rate at a butadiene/ethylene mass ratio of 1.26. When the reactor reaches a pressure of 8.8 bar, the catalytic system (5.16 mmol of Nd), prepared according to the protocol described below, is introduced into the polymerization medium. The polymerization reaction, conducted at 80°C, is stopped with methanol when approximately 5 to 6 kg of polymer have formed; the polymer is then recovered after a stripping step. The polymer is then dried on a screw conveyor equipped with a single screw at 150°C.

Le système catalytique est un système catalytique préformé. Il est préparé dans le méthylcyclohexane à partir du métallocène, le [Me2Si(Flu)2Nd(μ-BH4)2Li(THF)], du co-catalyseur, le butyloctylmagnésium (BOMAG), et d’un monomère de préformation, le 1,3-butadiène. Il est préparé selon une méthode de préparation conforme au paragraphe II.1 de la demande de brevet WO 2017093654 A1 :
Dans un réacteur de 80 L contenant 54.5 L de méthylcyclohexane préalablement dégazé à l’azote, sont introduits successivement 936 mL d’une solution de butyloctylmagnésium dans l’heptane (0,933 M, 870 mmol) et 254 g du complexe {(Me2Si(C13H8)2)Nd(-BH4)2Li(THF)}2(nombre de mole de Nd, nNd = 399 mmol), préparé selon la demande de brevet WO2007/054224 (complexe 1). 1.9 Kg de 1,3-butadiène (également désigné ci-après butadiène) sont ajoutés dans le réacteur à 50°C. Le réacteur est alors porté à 80°C pendant 5h sous agitation. La solution catalytique résultante est stockée à -5°C.
The catalytic system is a preformed catalytic system. It is prepared in methylcyclohexane from the metallocene, [ Me₂Si (Flu) ₂Nd (μ- BH₄ ) ₂Li (THF)], the cocatalyst, butylloctylmagnesium (BOMAG), and a preforming monomer, 1,3-butadiene. It is prepared according to a preparation method conforming to paragraph II.1 of patent application WO 2017093654 A1:
In an 80 L reactor containing 54.5 L of methylcyclohexane previously degassed with nitrogen, 936 mL of a butylmagnesium in heptane solution (0.933 M, 870 mmol) and 254 g of the complex {( Me₂Si ( C₁₃H₈ ) )Nd( -BH₄ ) ₂Li (THF)} (number of moles of Nd, nNd = 399 mmol), prepared according to patent application WO2007/054224 (complex 1), are successively introduced. 1.9 kg of 1,3-butadiene (also referred to hereafter as butadiene) are added to the reactor at 50°C. The reactor is then heated to 80°C for 5 h with stirring. The resulting catalytic solution is stored at -5°C.

Le copolymère ainsi préparé est analysé par SEC et RMN. Dans le tableau 2 figurent :
-la microstructure du copolymère, les unités étant exprimés en pourcentage molaire calculé par rapport au nombre de moles total d’unités éthylène, butadiène et 1,2-cyclohexane (désigné dans le tableau 2 par « cycle »),
- sa masse molaire moyenne en nombre, Mn, exprimée en g/mol et la dispersité,Đ.
The copolymer thus prepared is analyzed by SEC and NMR. Table 2 shows:
-the microstructure of the copolymer, the units being expressed as a molar percentage calculated relative to the total number of moles of ethylene, butadiene and 1,2-cyclohexane units (designated in Table 2 as "cycle"),
- its number-average molar mass, Mn, expressed in g/mol and the dispersity, Đ .

Tableau 2 : Unités
1,4-butadiène
Unités
1,2-butadiène
Unité
cycle
Unité
éthylène
Mn
(SEC)
Ip
10 21 6 61 236200 1.4
Table 2: Units
1,4-Butadiene
Units
1,2-butadiene
Unit
cycle
Unit
ethylene
Mn
(DRY)
IP
10 21 6 61 236200 1.4

Préparation d’un poly(1,3-butadiène-co-éthylène) portant des fonctions imidazole(étape a) : Preparation of a poly(1,3-butadiene-co-ethylene) bearing imidazole functions (step a):

Le composé 1,3-dipolaire (72 g) de pureté 60% en masse est incorporé en plusieurs fois (4 fois) dans le copolymère (57 g) sur un outil à cylindres (mélangeur externe 23°C) en procédant au total à 12 passes portefeuille pour obtenir un mélange homogène.
Cette phase de mélangeage est suivie d'un traitement thermique à 120°C pendant 10 minutes dans la presse sous 10 t (tonnes) de charge. On récupère un copolymère fonctionnel imidazole, le copolymère modifié par la réaction de greffage avec le composé 1,3-dipolaire.
The 1,3-dipolar compound (72 g) of 60% purity by mass is incorporated in several stages (4 times) into the copolymer (57 g) on a roller tool (external mixer 23°C) by carrying out a total of 12 wallet passes to obtain a homogeneous mixture.
This mixing phase is followed by heat treatment at 120°C for 10 minutes in the press under 10 t (tonnes) of charge. A functional imidazole copolymer is recovered, the copolymer modified by the grafting reaction with the 1,3-dipolar compound.

Préparation d’un poly(1,3-butadiène-co-éthylène) portant des fonctions imidazoliums(étapes b) et c)) : Preparation of a poly(1,3-butadiene-co-ethylene) bearing imidazolium functions (steps b) and c)):

Le copolymère fonctionnel imidazole (2.1 g) est introduit dans la microextrudeuse, le 1-bromooctane (0.90 g) est ensuite ajouté dans la microextrudeuse en tête de vis pour être incorporé dans le copolymère fonctionnel imidazole, le temps de séjour dans le fourreau est de 30 minutes à 80°C. On récupère à la sortie de l’extrudeuse sous la forme d’un jonc le mélange formé.
Cette phase de mélangeage est suivie d'un traitement thermique à 90°C pendant 17 h dans la presse sous 3 à 4 bars de pression. On récupère un poly(1,3-butadiène-co-éthylène) portant des groupes ioniques imidazoliums sous la forme d’un film d’épaisseur de 180 µm. On réalise une prise d’essai d’échantillon d’épaisseur de 180 µm pour constituer une membrane.
Pour déterminer la conductivité ionique de la membrane on mesure son impédance électrochimique à travers le plan de la membrane à 30°C et à 30% d’humidité relative, les paramètres de la mesure étant une variation d’amplitude de 50 mV, un potentiel appliqué de 0V. Au préalable, on procède au remplacement des contre-ions halogénures par des anions hydroxydes selon le mode opératoire suivant :
Le film de l’ionomère est immergé pendant 24 h à température ambiante (23°C) dans une solution de potasse à 1M dans de l’eau déminéralisée afin de réaliser l’échange ionique entre les ions bromures et les ions hydroxydes. Il est ensuite trempé pendant 15 min dans une solution d’eau déminéralisée afin d’éliminer l’excédent d’ions hydroxydes.
La prise en eau est de 100% en masse. La conductivité ionique mesurée est de 13.45 mS/cm.
The imidazole functional copolymer (2.1 g) is introduced into the microextruder. 1-Bromooctane (0.90 g) is then added to the screw head of the microextruder to be incorporated into the imidazole functional copolymer. The residence time in the barrel is 30 minutes at 80°C. The resulting mixture is collected at the extruder outlet in the form of a rod.
This mixing phase is followed by heat treatment at 90°C for 17 hours in a press under 3 to 4 bars of pressure. A poly(1,3-butadiene-co-ethylene) containing imidazolium ionic groups is obtained as a film 180 µm thick. A test sample 180 µm thick is then prepared to form a membrane.
To determine the ionic conductivity of the membrane, its electrochemical impedance is measured across the membrane plane at 30°C and 30% relative humidity. The measurement parameters are a 50 mV amplitude change and a 0 V applied potential. Prior to this, the halide counterions are replaced by hydroxide anions according to the following procedure:
The ionomer film is immersed for 24 h at room temperature (23°C) in a 1M potassium hydroxide solution in demineralized water to perform ion exchange between bromide and hydroxide ions. It is then soaked for 15 min in demineralized water to remove excess hydroxide ions.
The water absorption is 100% by mass. The measured ionic conductivity is 13.45 mS/cm.

Claims (20)

Membrane échangeuse d’anions contenant un ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène.Anion exchange membrane containing an ionomer, polymer bearing pendant imidazolium ionic groups which are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer, the 1,3-dipolar compound being an aromatic nitrile oxide substituted with an imidazole function, the unsaturated polymer being a polymer containing monomeric units of a diene. Membrane selon la revendication 1 dans laquelle le polymère insaturé est un homopolymère d’un 1,3-diène ou un copolymère d’un 1,3-diène.Membrane according to claim 1 in which the unsaturated polymer is a homopolymer of a 1,3-diene or a copolymer of a 1,3-diene. Membrane selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle lequel le polymère insaturé est choisi parmi les homopolymères d’un 1,3-diène, les copolymères de deux ou plusieurs 1,3-diènes, les copolymères d’un 1,3-diène et d’un monomère vinylaromatique et les copolymères d’un 1,3-diène et d’éthylène.Membrane according to claim 1 or 2 wherein the unsaturated polymer is selected from homopolymers of a 1,3-diene, copolymers of two or more 1,3-dienes, copolymers of a 1,3-diene and a vinylaromatic monomer and copolymers of a 1,3-diene and ethylene. Membrane selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle la fonction imidazole est de formule 1H-imidazol-1-yle.Membrane according to any one of claims 1 to 3 wherein the imidazole function is of formula 1 H -imidazol-1-yl. Membrane selon l’une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle la fonction imidazole est 2-alkyl-1H-imidazol-1-yle, préférentiellement 2-méthyl-1H-imidazol-1-yle.Membrane according to any one of claims 1 to 3 wherein the imidazole function is 2-alkyl-1 H -imidazol-1-yl, preferably 2-methyl-1 H -imidazol-1-yl. Membrane selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans laquelle le composé 1,3-dipolaire répond à la formule (I) dans laquelle un des symboles R1à R5représente un groupement contenant la fonction imidazole, les autres symboles un atome d’hydrogène ou un alkyle, sachant qu’un des R1et R5est différent d’un atome d’hydrogène.
Membrane according to any one of claims 1 to 5 wherein the 1,3-dipolar compound corresponds to formula (I) in which one of the symbols R 1 to R 5 represents a group containing the imidazole function, the other symbols a hydrogen atom or an alkyl, knowing that one of the R 1 and R 5 is not a hydrogen atom.
Membrane selon la revendication 6 dans laquelle R4représente le groupement contenant la fonction imidazole.Membrane according to claim 6 in which R 4 represents the group containing the imidazole function. Membrane selon la revendication 6 ou 7 dans laquelle R4est un groupement (1H-imidazol-1-yl)alkyle ou (2-alkyl-1H-imidazol-1-yl)alkyle, de préférence un groupement (1H-imidazol-1-yl)méthyle ou (2-alkyl-1H-imidazol-1-yl)méthyle.Membrane according to claim 6 or 7 wherein R 4 is a (1 H -imidazol-1-yl)alkyl or (2-alkyl-1 H -imidazol-1-yl)alkyl group, preferably a (1 H -imidazol-1-yl)methyl or (2-alkyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl group. Membrane selon l’une quelconque des revendications 6 à 8 dans laquelle R1, R3et R5sont chacun un alkyle et R2est un atome d’hydrogène.Membrane according to any one of claims 6 to 8 wherein R1 , R3 and R5 are each an alkyl and R2 is a hydrogen atom. Membrane selon l’une quelconque des revendications 6 à 9 dans laquelle R1, R3et R5sont des méthyles ou des éthyles.Membrane according to any one of claims 6 to 9 wherein R1 , R3 and R5 are methyl or ethyl. Membrane selon l’une quelconque des revendications 1 à 10 dans laquelle le composé 1,3-dipolaire est le composé 2,4,6-triméthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzo-nitrile oxyde ou le composé 2,4,6-triéthyl-3-((2-méthyl-1H-imidazol-1-yl)méthyl)benzo-nitrile oxyde.Membrane according to any one of claims 1 to 10 wherein the 1,3-dipolar compound is the compound 2,4,6-trimethyl-3-((2-methyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl)benzo-nitrile oxide or the compound 2,4,6-triethyl-3-((2-methyl-1 H -imidazol-1-yl)methyl)benzo-nitrile oxide. Procédé de préparation d’une membrane échangeuse d’anions définie à l’une quelconque des revendications 1 à 11 qui comprend les étapes suivantes a), b) c) et d) :
- a) la préparation d’un polymère portant des fonctions imidazoles pendantes par une réaction de cycloaddition du composé 1,3-dipolaire et du polymère insaturé, ,
- b) l’incorporation d’un halogénoalcane dans le polymère portant des fonctions imidazoles pendantes par un malaxage thermomécanique,
- c) un traitement thermique du mélange obtenu à l’étape b) pour convertir les fonctions imidazoles en groupes ioniques imidazoliums,
- d) la mise en forme de l’ionomère, obtenu à l’issue de l’étape c), sous la forme d’un film,
les étapes b), c) et d) étant réalisées en masse.
A method for preparing an anion exchange membrane as defined in any one of claims 1 to 11, comprising the following steps: a), b), c) and d)
- a) the preparation of a polymer bearing pendant imidazole functions by a cycloaddition reaction of the 1,3-dipolar compound and the unsaturated polymer, ,
- b) the incorporation of a haloalkane into the polymer bearing pendant imidazole functions by thermomechanical mixing,
- c) a heat treatment of the mixture obtained in step b) to convert the imidazole functions into imidazolium ionic groups,
- d) shaping the ionomer obtained at the end of step c) into a film,
steps b), c) and d) being carried out in bulk.
Procédé selon la revendication 12 dans lequel l’halogénoalcane, préférentiellement un bromoalcane, contient un seul atome d’halogène.A process according to claim 12 in which the haloalkane, preferably a bromoalkane, contains a single halogen atom. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 13 dans lequel la quantité du composé 1,3-dipolaire utilisée à l’étape a) est supérieure à 0.5 milliéquivalent de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé, préférentiellement supérieure à 0.6 milliéquivalent de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé, et inférieure à 4.2 milliéquivalents de fonction imidazole par gramme de polymère insaturé.A process according to any one of claims 12 to 13 wherein the amount of the 1,3-dipolar compound used in step a) is greater than 0.5 milliequivalent of imidazole function per gram of unsaturated polymer, preferably greater than 0.6 milliequivalent of imidazole function per gram of unsaturated polymer, and less than 4.2 milliequivalents of imidazole function per gram of unsaturated polymer. Procédé selon l’une quelconque des revendications 12 à 14 dans lequel à l’étape b) la quantité de l’halogénoalcane est de 1 à 2 équivalent molaire de fonctions imidazoles portées par le polymère à l’issue de l’étape a) ou est de 1.2 à 2.4 équivalent molaire de composé 1,4-dipolaire utilisé à l’étape a).A process according to any one of claims 12 to 14 wherein in step b) the amount of haloalkane is 1 to 2 molar equivalents of imidazole functions carried by the polymer at the end of step a) or is 1.2 to 2.4 molar equivalents of the 1,4-dipolar compound used in step a). Ionomère, polymère portant des groupes ioniques imidazoliums pendants qui sont rattachés au polymère par l’intermédiaire d’un groupement issu de la réaction de cycloaddition entre un composé 1,3-dipolaire et un polymère insaturé, les contre-ions des groupes ioniques imidazoliums étant des anions halogénures, le composé 1,3-dipolaire étant un oxyde de nitrile aromatique substitué par une fonction imidazole, le polymère insaturé étant un polymère contenant des unités monomères d’un diène.Ionomer, polymer bearing pendant imidazolium ionic groups which are attached to the polymer via a group resulting from the cycloaddition reaction between a 1,3-dipolar compound and an unsaturated polymer, the counterions of the imidazolium ionic groups being halide anions, the 1,3-dipolar compound being an aromatic nitrile oxide substituted with an imidazole function, the unsaturated polymer being a polymer containing monomeric units of a diene. Ionomère selon la revendication 16 dans lequel le composé 1,3-dipolaire est défini à l’une quelconque des revendications 6 à 11.Ionomer according to claim 16 in which the 1,3-dipolar compound is defined in any one of claims 6 to 11. Ionomère selon la revendication 16 ou 17 dans lequel le polymère insaturé est défini à l’une quelconque des revendications 2 à 3.Ionomer according to claim 16 or 17 wherein the unsaturated polymer is defined in any one of claims 2 to 3. Procédé de préparation d’un ionomère défini à l’une quelconque des revendications 16 à 18, qui comprend les étapes a) à c) définies à l’une quelconque des revendications 12 à 15.A process for preparing an ionomer as defined in any one of claims 16 to 18, comprising steps a) to c) as defined in any one of claims 12 to 15. Pile à combustible ou électrolyseur qui contient une membrane définie à l’une quelconque des revendications 1 à 11.Fuel cell or electrolyzer which contains a membrane as defined in any one of claims 1 to 11.
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