DE10024988C2 - Verfahren zur Herstellung von Fluorpolyalken-Dispersionen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, daß metallische Substrate mit Teflon, dem wohl bekanntesten und meistverwendeten Fluorpolyalken, beschichtet werden können, indem man eine Dis­ persion von Teflon-Teilchen in einem Lösemittel auf die Substrate aufbringt und das Lösemittel verdampft. Die beschichteten Substrate weisen hervorragende Antihaft- Eigenschaften und niedrige Reibungskoeffizienten auf. Im Handel sind Teflon- Dispersionen mit einem Alkohol, wie z. B. Isopropanol, als Lösemittel bzw. kohärenter Phase erhältlich. Die Alkohole sind zwar unter Umweltaspekten akzeptabel, jedoch als Flüssigkeiten und Gase leicht entzündlich, und ihre Verwendung erfordert daher eini­ gen sicherheitstechnischen Aufwand. Zudem haben die Dispersionen nicht selten an­ wendungstechnische Nachteile, z. B. bei der Herstellung von feinen Stahlrohren für medizinische Zwecke durch Kaltziehen von zylindrischen Rohren aus geschweißtem Stahlblech, deren Innenwände mit Teflon beschichtet sind. Für diesen Zweck besser geeignet sind Teflon-Dispersionen in Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW), die zwar nicht entzündlich, jedoch aus Umweltschutzgründen, nämlich als "Ozonkiller", uner­ wünscht sind und deren Verwendung daher in vielen Ländern verboten ist.

Aus der Patentschrift DE 44 26 072 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Teflon- Dispersion in Perfluoralkanen zur Beschichtung von metallischen Oberflächen be­ kannt. Dabei wird das alkoholische Lösemittel einer handelsüblichen Teflon-Dispersion durch eine azeotrope Destillation gegen ein Perfluoralkan ausgetauscht. Das Azeotrop zerfällt bei der Kondensation in zwei Phasen, von denen das Perfluoralkan zurückge­ führt und der Alkohol ausgeschleust wird. Man erhält so eine Teflon-Dispersion, die ebenso günstige anwendungstechnische Eigenschaften zeigt wie die FCKW enthalten­ den Dispersionen. Perfluoralkane besitzen jedoch, im Gegensatz zu FCKW, kein Ozonabbaupotential. Sie werden allerdings auch durch harte Strahlen, wie UV- Strahlung, praktisch nicht angegriffen, reichern sich daher nach und nach in den hö­ heren Schichten der Atmosphäre an und tragen, wie Kohlendioxid, Methan und etliche andere umweltschädliche Stoffe, zum sogenannten globalen Treibhauseffekt ("global warming") bei.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von Dispersionen von Fluorpolyalkenen in einem Lösemittel (bzw. einer kohärenten Phase) bereitzustellen, das zu Dispersionen mit denselben guten anwendungstechni­ schen Eigenschaften führt, wie sie die Dispersionen in Perfluoralkanen besitzen, wobei jedoch das Lösemittel in den höheren Luftschichten durch UV-Strahlung leicht abge­ baut wird und daher nicht oder nicht nennenswert zum Treibhauseffekt beiträgt.

Gegenstand der Erfindung ist dementsprechend ein Verfahren zur Herstellung einer Dispersion eines Fluorpolyalkens in einem Alkylfluoralkylether, bei dem man eine al­ koholische Dispersion eines Fluorpolyalkens zentrifugiert, den überstehenden Alkohol abtrennt, das feste, noch restlichen Alkohol enthaltende Fluorpolyalken in einem Alkyl­ fluoralkylether zu einer Zwischendispersion redispergiert, wahlweise die Vorgänge des Zentrifugierens, Abtrennens der flüssigen und Redispergierens der festen Phase in einem Alkylfluoralkylether zu einer Zwischendispersion einmal oder mehrfach wieder­ holt und die Enddispersion des Fluorpolyalkens in einem Alkylfluoralkylether erhält, indem man aus der letzten Zwischendispersion den restlichen Alkohol zusammen mit Alkylfluoralkylether abdestilliert.

Die Dispersionen nach der Erfindung können nicht nach dem Verfahren der DE 44 26 072 C1 hergestellt werden, weil die Alkylfluoralkylether mit der höhersiedenden Alko­ holkomponente der Ausgangsdispersion in der Regel zwar ein Azeotrop bilden, das jedoch nach der Kondensation der Dampfphase nicht in zwei flüssige Phasen zerfällt. Anstelle der rein thermischen Arbeitsweise nach der Patentschrift tritt erfindungsge­ mäß eine Kombination aus einem oder mehreren mechanischen Schritten und einer abschließenden thermischen Stufe. Dabei wird der überwiegende Teil (im allgemeinen ca. 98%) des Alkohols mechanisch abgetrennt. Dies ist energetisch günstig und scho­ nend für die Fluorpolyalken-Teilchen, so daß die Eigenschaften der Beschichtungen nicht beeinträchtigt werden.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Dispersionen von festen Fluor­ polyalkenen erstellen, die durch Polymerisation oder Copolymerisation von Fluor­ haltigen Alkenen oder durch Fluorierung von Polyalkenen hergestellt wurden. Bevor­ zugt hergestellt werden Dispersionen von perfluorierten Polyalkenen, z. B. von Polyte­ trafluorethylen, das als Teflon bekannt ist. Der Gehalt der erfindungsgemäß hergestell­ ten Dispersionen an Fluorpolyalkenen kann in weiten Grenzen schwanken und beträgt in der Regel bis zu 50 Gew.-%. Zur Anwendung bei der Beschichtung von metallischen Substraten können die Dispersionen weiter verdünnt werden.

Als Alkylfluoralkylether kommen bei Raumtemperatur flüssige Vertreter dieser Stoff­ klasse, insbesondere solche mit niederen Alkylresten, vorzugsweise solche mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, einerseits und fluorierten, vorzugsweise perfluorierten Alkylresten mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen andererseits in Betracht. Im einzelnen seien z. B. Me­ thylnonafluorbutylether, Ethylnonafluorbutylether, Methylheptafluorisopropylether und Ethylheptafluorisopropylether genannt.

Ausgangsstoffe für das Verfahren nach der Erfindung sind alkoholische Fluorpolyalken- Dispersionen. Die bekanntesten und z. T. im Handel erhältlichen Vertreter sind Disper­ sionen von Polytetrafluorethylen (Teflon-Dispersionen) in Alkanolen mit 1 bis 5 Koh­ lenstoffatomen, wie z. B. Isopropanol. Sie enthalten in der Regel bis zu 30 Gew.-% Feststoff. Die Dispersionen werden erfindungsgemäß zentrifugiert, beispielsweise 15 bis 20 min bei 3.000 bis 3.500 U/min, so daß sich die spezifisch schwerere feste Flu­ orpolyalken-Phase absetzt. Die überstehende alkoholische Phase, je nach Feststoffge­ halt der Dispersion und Zentrifugierbedingungen im allgemeinen 60 bis 80 Gew.-% des gesamten Alkohol-Anteils der Dispersion, wird abgetrennt. Das verbleibende feste Fluorpolyalken enthält demnach in der Regel noch 20 bis 40 Gew.-% des gesamten Alkoholgehalts der Dispersion und wird in dem Alkylfluoralkylether zu einer Zwischen­ dispersion redispergiert. Je nach dem Alkoholgehalt des festen Fluorpolyalkens und dem Feststoffgehalt der Zwischendispersion enthält diese im allgemeinen noch 2 bis 3 Gew.-% Alkohol. Dieser kann gemeinsam mit einem Teil des Alkylfluoralkylethers ab­ destilliert werden, im allgemeinen in Form eines Azeotrops. Besonders schonend und im Hinblick auf die Beschichtungseigenschaften der Dispersion empfehlenswert ist es, die Vorgänge des Zentrifugierens, Abtrennens der flüssigen Phase, z. B. durch Dekan­ tieren, und Redispergierens der Fluorpolyalken-Teilchen in dem Alkylfluoralkylether zu einer weiteren Zwischendispersion einmal oder mehrfach, insbesondere ein- oder zweimal, zu wiederholen und den dann noch vorhandenen marginalen Rest an Alkohol zusammen mit Alkylfluoralkylether abzudestillieren.

Der abgetrennte Alkohol aus der Ausgangsdispersion ist nach Redestillation wieder verwendbar. Die Gemische aus Alkohol und Alkylfluoralkylether, die aus den Zwi­ schendispersionen anfallen, können in Anlagen mit nachgeschalteter Halogenwasser­ stoffwäsche zur Wärmeerzeugung verbrannt werden. Wenn sie in größeren Mengen anfallen, kann der Alkylfluoralkylether durch Auswaschen des Alkohols mit Wasser und Rektifikation der organischen Phase fast vollständig zurückgewonnen werden.

Die erfindungsgemäß hergestellten Dispersionen eignen sich z. B. zur Verwendung bei der Herstellung von feinen Stahlrohren für medizinische Zwecke durch Kaltziehen von Zylindern aus geschweißtem Stahlblech, deren Innenwände mit einem Fluorpolyalken beschichtet sind.

Beispiel

2,0 kg einer 20-gewichtsprozentigen Dispersion von Teflon in Isopropanol werden in einer Zentrifuge 15 min mit 3.500 U/min zentrifugiert. Das überstehende Isopropanol wird dekantiert und durch das gleiche Volumen Methylnonafluorbutylether (= Metho­ xynonafluorbutan) ersetzt. Die Teflon-Teilchen und der Methylnonafluorbutylether werden gut durchmischt und die Teflon-Teilchen dadurch zu einer Zwischendispersion redispergiert. Diese Sekundärdispersion wird erneut wie beschrieben zentrifugiert, die flüssige Phase dekantiert und die feste Phase erneut im gleichen Volumen Methylno­ nafluorbutylether redispergiert. Der Vorgang des Zentrifugierens, Dekantierens und Redispergierens in Methylnonafluorbutylether wird noch einmal wiederholt.

Die so erhaltene Zwischendispersion von Teflon in wenig Isopropanol und viel Methyl­ nonafluorbutylether wird auf dem Wasserbad erhitzt. Das Isopropanol wird als Azeo­ trop mit Methylnonafluorbutylether (6,7% zu 93,3%; Siedepunkt 55°C) abdestilliert. Man erhält ca. 4 kg einer 10-gewichtsprozentigen Dispersion von Teflon in Methylno­ nafluorbutylether. Sie eignet sich, nach Verdünnung mit weiterem Methylnonafluorbu­ tylether hervorragend zur Verwendung beim Ziehen von feinen Stahlrohren für medizi­ nische Zwecke, z. B. von Infusions- oder Injektionsnadeln oder von Spritzen zur Blut­ abnahme.

Claims (3)

1. Verfahren zur Herstellung einer Dispersion eines Fluorpolyalkens in einem Alkyl­ fluoralkylether, dadurch gekennzeichnet, daß man eine alkoholische Dispersion eines Fluorpolyalkens zentrifugiert, den überstehenden Alkohol abtrennt, das feste, noch restlichen Alkohol enthaltende Fluorpolyalken in einem Alkylfluoralkylether zu einer Zwischendispersion redispergiert, wahlweise die Vorgänge des Zentrifugierens, Ab­ trennens der flüssigen und Redispergierens der festen Phase in einem Alkylfluoralkyl­ ether zu einer Zwischendispersion einmal oder mehrfach wiederholt und die Enddis­ persion des Fluorpolyalkens in einem Alkylfluoralkylether erhält, indem man aus der letzten Zwischendispersion den restlichen Alkohol zusammen mit Alkylfluoralkylether abdestilliert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluorpolyalken Polytetrafluorethylen ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkylfluoralkylether einen Alkylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen und einen Per­ fluoralkylrest mit 1 bis 6 Kohlenstoffatomen enthält.