DE1094458B - Verfahren zur Polymerisation von Tetrafluoraethylen - Google Patents
Verfahren zur Polymerisation von TetrafluoraethylenInfo
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Description
DEUTSCHES
Es wurde bereits vorgeschlagen, Polytetrafluoräthylen
in Form einer wäßrigen kolloidalen Suspension herzustellen, indem man monomeres Tetrafluoräthylen in
wäßrigem Medium in Gegenwart von bestimmten organischen Peroxyden als Katalysatoren, wie Dibernsteinsäureperoxyd,
polymerisiert. Nach diesen Verfahren werden normalerweise relativ geringe Konzentrationen an
kolloidalem Polymerisat im dispergierten Zustand erhalten. Ferner wurde vorgeschlagen, Polytetrafluoräthylendispersionen
mit hohem Feststoffgehalt durch Verwendung bestimmter Dispergiermittel, die aus den
Alkali- und Ammoniumsalzen von perfluorierten Carbonsäuren bestehen, herzustellen. Die dispergierten Polymerisatteilchen,
die nach den bisher bekannten Verfahren erzeugt werden, bei denen diese fluorierten Carbonsäurederivate
von Beginn der Polymerisation an vorliegen, sind durch eine kleine Teilchengröße gekennzeichnet.
Beispielsweise haben, wenn man nach dem in der deutschen Patentanmeldung P 11 873 IVb/39c beschriebenen Verfahren
arbeitet, die Polymerisatteilchen in den erhaltenen Dispersionen eine mittlere Teilchengröße von ungefähr
0,1 μ, und daraus gegossene Filme und Überzüge weisen Risse und Poren mit einer entsprechenden Verschlechterung
ihrer elektrischen Isolationseigenschaften und Deckkraft auf. Die USA.-Patentschrift 2 662 065 beschreibt
ein Verfahren zur Herstellung von Polytetrafluoräthylendispersionen in Gegenwart bestimmter angegebener
Fluor- und Fluorchlorkohlenstoffverbindungen. Die letztgenannten Verbindungen scheinen während der
Polymerisationsreaktion als Dispersionsstabilisatoren zu wirken, und im Beispiel IV der USA.-Patentschrift
werden bei Verwendung von 1,2-Dichlortetrafluoräthan
mittlere Teilchengrößen von 0,3 bis 0,5 μ erzielt. Die erhaltenen Polymerisatdispersionen weisen jedoch den
Nachteil auf, daß sie während der folgenden Handhabung leicht koagulieren, da diese Fluorderivate am Ende der
Polymerisation entfernt werden müssen, weil sie entweder mit Wasser nicht mischbare Flüssigkeiten, welche durch
Dekantieren oder Wasserdampfdestillation abgetrennt werden, oder bei Atmosphärendruck Gase sind und daher
bei Ablassen des Drucks aus dem Autoklav entweichen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Polymerisation von Tetrafluoräthylen allein oder im Gemisch
mit geringen Mengen anderer olefinisch ungesättigter Monomerer im wäßrigen Medium in Gegenwart eines
wasserlöslichen Katalysators und unter Anwendung eines anionaktiven Dispergiermittels, wobei man die Polymerisation
zunächst in Gegenwart von Wasser, das eine katalytische Menge des wasserlöslichen Katalysators enthält,
auslöst und erst nach begonnener Polymerisation, jedoch bevor die Menge an gebildetem Polymerisat,
bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Phase plus Polymerisat, 10% übersteigt, das anionaktive Dispergiermittel
zusetzt und die Polymerisation weiterführt.
Verfahren zur Polymerisation
von Tetrafluoräthylen
von Tetrafluoräthylen
Anmelder:
Imperial Chemical Industries Limited,
London
Vertreter: Dipl.-Ing. A. Bohr, München 5,
Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Lichterfelde, Drakestr. 51,
und Dipl.-Ing. H. Bohr, München 5, Patentanwälte
Dr.-Ing. H. Fincke, Berlin-Lichterfelde, Drakestr. 51,
und Dipl.-Ing. H. Bohr, München 5, Patentanwälte
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom U. Januar und 20. Dezember 1957
Großbritannien vom U. Januar und 20. Dezember 1957
Jack Ernest Duddington, Cleveleys, Lancashire,
und Stanley Sherratt,
und Stanley Sherratt,
Welwyn Garden City, Hertfordshire (Großbritannien), sind als Erfinder genannt worden
2
Dadurch werden beständige wäßrige Dispersionen von relativ großen Polymerisatteilchen mit hohem Feststoffgehalt
erzielt. Um den Mengenanteil an Ausgeflocktem so gering wie möglich zu halten, wird vorzugsweise das
Dispergiermittel zugesetzt, bevor die Menge an gebildetem Polymerisat, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Phase
plus Polymerisat, 7°/0 übersteigt.
Im allgemeinen wird die Polymerisation bei Überdruck durchgeführt, um eine angemessen schnelle Umsetzungsgeschwindigkeit zu gewährleisten. Aus diesem Grund wird
die Verwendung von über 10 at liegenden Drücken vorgezogen. Da Tetrafluoräthylen ein Gas ist, kann die
begonnene Polymerisation an Hand des Druckabfalls im System festgestellt werden.
Die Menge an während des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildetem Ausgeflocktem hängt von mehreren
Faktoren ab, und hierzu gehört die Geschwindigkeit, mit der das System gerührt wird. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform der Erfindung wird die Polymerisation in Gegenwart eines gesättigten Kohlenwasserstoffs mit
mehr als 12 Kohlenstoffatomen, der unter den Polymerisationsbedingungen flüssig ist, z. B. Octadecan, Eicosan,
Tetradecan, Cetan, Paraffinwachsen mit unterhalb der
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3 4
Polymerisationstemperatur liegenden Schmelzpunkten stand zunächst mit der Polymerisatdispersion überbewirkt.
Derartige Kohlenwasserstoffe werden dem zogen oder imprägniert, die wäßrige Phase der Dispersion
wäßrigen Medium normalerweise vor dem Auslösen der entfernt und die abgelagerten Polymerisatteilchen auf
Polymerisation in Mengen von 0,1 bis 12%, bezogen auf eine oberhalb der Sintertemperatur liegende Temperatur
das Gewicht des Wassers, zugesetzt. Diese Kohlenwasser- 5 erhitzt. Auf diese Weise werden leicht Filme und Überstoffe
sind wirksame Stabilisatoren, um ein Ausflocken züge erhalten, die eine geringere Neigung zum Reißen und
des Polymerisats zu verhindern, und gestatten ein inniges zur Bildung von Nadellöchern besitzen.
Bewegen des Polymerisationssystems. Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele,
Bewegen des Polymerisationssystems. Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele,
Die Dispergiermittel können in einer Stufe, in mehreren worin alle Teile, wenn nicht anders vermerkt, Gewichts-Stufen
oder aber auch kontinuierlich während des io teile bedeuten, näher erläutert,
gesamten übrigen Verlaufs der Polymerisation oder eines
gesamten übrigen Verlaufs der Polymerisation oder eines
Teils desselben nach dem anfänglichen Einleiten der Beispiel 1
Polymerisation zugesetzt werden.
Polymerisation zugesetzt werden.
Geeignete Klassen von anionaktiven Dispergiermitteln, Ein Autoklav aus rostfreiem Stahl, der mit einem
die angewandt werden können, sind: (a) wasserlösliche 15 Rührer versehen war, wurde mit 4000 Teilen destilliertem
Salze von Schwefelsäureestern von Fettalkoholen, d.h. Wasser,2,66TeilenDibernsteinsäureperoxydund20Teilen
Alkoholen, die den Fettsäuren in tierischen und Eicosan beschickt und anschließend das Gefäß, um Sauerpflanzlichen Fetten und ölen entsprechen, und Seifen, stoff zu entfernen, evakuiert, und gasförmiges Tetrafluor-
(b) wasserlösliche Salze von aromatischen Sulfonsäuren, äthylen eingedrückt, bis der Druck auf dem Autoklav
(c) wasserlösliche Salze von Polyfluorcarbonsäuren der 20 1 at betrug. Das Reaktionsmedium wurde unter Rühren
Formel auf 7O0C erhitzt und gasförmiges Tetrafluoräthylen bis
■y .-,ρ . rnflH zu einem Druck von 21 at eingepreßt. Als der Druck auf
A(Li<2)„tuUii, 20 at abgefallen war) wuj-de nochmals Tetrafluoräthylen
• vnr j-ix /-1-1 JT-I j c τ.· nn eingeführt, bis der Druck wieder 21 at erreicht hatte,
worm X Wasserstoff, Chlor oder Fluor und »6 bis 20 ^ Die°es Verfahren wurde über die gesamte Umsetzung hin
bedeutet und (d) wasserlösliche Salze von Polyfluor- ^^^ Nachdem 200 Teile Polymerisat gebildet
chlorcarbonsauren der Formel worden waren>
wag durch ^ Gesamtdruckabfall von
Q fQρ CFCl) CF COOH 5,6 at angezeigt wurde, wurde eine Lösung von 1 Teil
2 »2 ' Ammoniumsalz der Perfluoroctansäure in 100 Teilen
worin η 2 bis 6 bedeutet. Unter Berücksichtigung ihrer 30 destilliertem Wasser in das Reaktionsgemisch eingespritzt.
Wohlfeilheit und Zugänglichkeit sind besonders geeignete Nach einer gesamten Polymerisationszeit von 2 Stunden
Dispergiermittel für das erfindungsgemäße Verfahren wurde eine wäßrige kolloidale Dispersion von Polytetra-
Monoäthanolaminlaurylsulfat, Triäthanolaminlaurylsul- fluoräthylen erhalten, die 10,4 Gewichtsprozent an
fat, Ammoniumlaurylsulfat und Natriumlaurylsulfat. dispergiertem Polymerisat enthielt. Die mittlere Teilchen-
Die angewandte Menge an anionaktiven Dispergier- 35 größe der dispergierten Teilchen betrug 0,25 μ. Die
mitteln ist von der jeweilig benutzten Verbindung ab- Menge an erhaltenem ausgeflocktem Polymerisat betrug,
hängig, liegt aber, im allgemeinen, bezogen auf das bezogen auf das Gesamtgewicht von kolloidalem PolyGewicht
des Wassers, zwischen 0,01 und 0,5 %. Vorzugs- merisat in der Dispersion und Ausgeflocktem, 2,0 °/0. Die
weise wird weniger als 0,1 % an diesen Dispergiermitteln Umsetzungsgeschwindigkeit, berechnet als Ausbeute an
angewandt, damit die Polymerisation mit einer ange- 40 dispergiertem Polymerisat pro Raum- und Zeiteinheit,
messen hohen Geschwindigkeit abläuft. betrug 56,5 g/Liter/Stunde.
Der angewandte Katalysator ist vorzugsweise eine in
Wasser lösliche Peroxyverbindung, z. B. Ammonium- Beispiel 2
persulfat, ein Alkalipersulfat oder Dibernsteinsäureperoxyd. Andererseits kann er aus einer wasserlöslichen 45 Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, nur Azoverbindung, wie Dinatrium-y,y'-azo-bis-(y-cyanva- wurde 1 Teil Natriumlaurylsulfat an Stelle des Ammolerat), bestehen. Die Menge an Katalysator, bezogen auf niumsalzes der Perfluoroctansäure als Dispergiermittel das Wasser, beträgt normalerweise 0,001 bis 0,5 Ge- angewandt. Nach 2 Stunden 50 Minuten wurde eine wichtsprozent. kolloidale Dispersion erhalten, die 8,4 Gewichtsprozent
persulfat, ein Alkalipersulfat oder Dibernsteinsäureperoxyd. Andererseits kann er aus einer wasserlöslichen 45 Das Verfahren des Beispiels 1 wurde wiederholt, nur Azoverbindung, wie Dinatrium-y,y'-azo-bis-(y-cyanva- wurde 1 Teil Natriumlaurylsulfat an Stelle des Ammolerat), bestehen. Die Menge an Katalysator, bezogen auf niumsalzes der Perfluoroctansäure als Dispergiermittel das Wasser, beträgt normalerweise 0,001 bis 0,5 Ge- angewandt. Nach 2 Stunden 50 Minuten wurde eine wichtsprozent. kolloidale Dispersion erhalten, die 8,4 Gewichtsprozent
Die vorliegende Erfindung kann angewandt werden, um 5° dispergiertes Polytetrafluoräthylen enthielt, ohne daß
Tetrafluoräthylen als solches oder aber mit einer geringen Ausgeflocktes gebildet wurde. Die Umsetzungsgeschwin-Menge,
z. B. bis zu etwa 25 Gewichtsprozent, eines oder digkeit betrug 32,5 g/Liter/Stunde. Die durchschnittliche
mehrerer olefinisch ungesättigter Monomerer, wie Vinyl- Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug 0,23 μ.
fluorid, Vinylidenfluorid, Monochlortrifluoräthylen, Hexafluorpropylen, Hexafluorcyclobutylen, Äthylen und Styrol 55 Beispiel 3
zu polymerisieren. Vorzugsweise wird Tetrafluoräthylen
zu polymerisieren. Vorzugsweise wird Tetrafluoräthylen
als solches oder aber mit einer vollständig fluorierten Das vorstehende Verfahren wurde wiederholt, nur
Verbindung, wie Hexafluorpropylen, mischpolymerisiert. wurde 1 Teil Ammoniumlaurylsulfat als Dispergiermittel
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können angewandt. Nach 2 Stunden 30 Minuten wurde eine
dispergierte Polytetrafluoräthylenteilchen mit einer mitt- 60 kolloidale Dispersion, die 11,8 Gewichtsprozent disper-
leren Teilchengröße von 0,2 μ und darüber erhalten werden. giertes Polytetrafluoräthylen enthielt, zusammen mit
Die erfindungsgemäß herstellbaren Polytetrafluor- 3,7 °/0 Ausgeflocktem, bezogen auf das Gesamtgewicht
äthylendispersionen können zur Herstellung von Filmen, von dispergiertem Polymerisat und Ausgeflocktem,
für Überzüge und Imprägnierungen angewandt werden, erhalten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit betrug 53,0 g/
und zwar normalerweise, nachdem weitere Mengen an 65 Liter/Stunde. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten
Dispersionsstabilisatoren zugesetzt und die Dispersion, Teilchen betrug 0,23 μ.
ζ. B. durch Elektrodekantieren, wie in der britischen . .
Patentschrift 642 025 beschrieben, zu einem höheren Beispiel 4
Feststoffgehalt, konzentriert worden sind. Bei diesen Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung
Anwendungszwecken wird der zu behandelnde Gegen- 70 von 1 Teil Triäthanolaminlaurylsulfat als Dispergier-
ι uy4
mittel wiederholt. Nach 3 Stunden wurde eine kolloidale Dispersion, die 11,3 Gewichtsprozent dispergiertes Polytetrafluoräthylen
enthielt, zusammen mit, bezogen auf das Gesamtgewicht von dispergiertem Polymerisat und
Ausgeflocktem, 4,5 °/0 Ausgeflocktem erhalten. Die Um- -5
Setzungsgeschwindigkeit betrug 40,0 g/Liter/Stunde. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug
0,2 μ.
Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung von 1 Teil des Natriumsalzes der l-Methoxy-4-aminooleylbenzolsulfonsäure
als Dispergiermittel wiederholt. Nach 3 Stunden 20 Minuten wurde eine kolloidale
Dispersion, die 14,4 Gewichtsprozent dispergiertes Polytetrafluoräthylen enthielt, zusammen mit, bezogen auf das
Gesamtgewicht von dispergiertem Polymerisat und Ausgeflocktem, 6,5 °/0 Ausgeflocktem erhalten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit
betrug 48,4 g/Liter/Stunde. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug
0,22 μ.
Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung von 1 Teil des Natriumsalzes der Dinaphthylmethandisulfonsäure
als Dispergiermittel wiederholt. Nach
2 Stunden 40 Minuten wurde eine kolloidale Dispersion, die 11,1 Gewichtsprozent dispergiertes Polytetrafluoräthylen
enthielt, zusammen mit 3,9 % Ausgeflocktem, bezogen auf das Gesamtgewicht von dispergiertem Polymerisat
und Ausgeflocktem, erhalten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit betrug 47,0 g/Liter/Stunde. Die mittlere
Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug 0,23 μ.
Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung von 1 Teil Monoäthanolaminlaurylsulfat als Dispergiermittel
wiederholt. Nach 2 Stunden 35 Minuten wurde eine kolloidale Dispersion, die 11,1 Gewichtsprozent
dispergiertes Polytetrafluoräthylen enthielt, zusammen mit 3,25 0/0 Ausgeflocktem, bezogen auf das Gesamtgewicht
von dispergiertem Polymerisat und Ausgeflocktem, erhalten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit
betrug 47,5 g/Liter/Stunde. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug 0,20 μ.
Beispiel 8 5<>
Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung von 2 Teilen Monoäthanolaminlaurylsulfat als Dispergiermittel
wiederholt. Nach 3 Stunden 18 Minuten wurde eine kolloidale Dispersion, die 10,1 Gewichtsprozent dispergiertes
Polytetrafluoräthylen enthielt, erhalten, ohne daß Ausgeflocktes gebildet wurde. Die Umsetzungsgeschwindigkeit betrug 33,4 g/Liter/Stunde. Die mittlere
Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug 0,21 μ.
Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung einer Lösung von 1 Teil Monoäthanolaminlaurylsulfat
in 100 Teilen destilliertem Wasser wiederholt, wobei die Lösung in das Reaktionsgemisch eingespritzt wurde,
als 80 Teile Polymerisat gebildet worden waren. Weiteres Dispergiermittel wurde nicht zugesetzt. Nach insgesamt
3 Stunden 28 Minuten wurde eine kolloidale Dispersion erhalten, die 10,4 Gewichtsprozent dispergiertes Poly-
tetrafluoräthylen enthielt, ohne daß sich Ausgeflocktes gebildet hatte. Die Umsetzungsgeschwindigkeit betrug
33,9 g/Liter/Stunden. Die mittlere Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug 0,20 μ.
Das vorstehende Verfahren wurde unter Verwendung einer Lösung von 1 Teil Monoäthanolaminlaurylsulfat in
Teilen destilliertem Wasser wiederholt, wobei die Lösung in das Reaktionsgemisch eingespritzt wurde,
als 280 Teile Polymerisat gebildet waren. Weitere Dispergiermittel wurden nicht zugesetzt. Nach insgesamt
Stunden 36 Minuten wurde eine kolloidale Dispersion die 11,6 Gewichtsprozent dispergiertes Polytetrafluoräthylen
enthielt, zusammen mit 4,9 °/0 Ausgeflocktem, bezogen auf das Gesamtgewicht von dispergiertem Polymerisat
und Ausgeflocktem, erhalten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit betrug 47,0 g/Liter/Stunde. Die mittlere
Teilchengröße der dispergierten Teilchen betrug 0,22 μ.
In einem Kontrollversuch, der unter den gleichen Bedingungen wie vorstehend, aber ohne Zusatz eines
Dispergiermittels durchgeführt wurde, wobei der Inhalt des Autoklaven 2 Stunden, 30 Minuten auf 7O0C gehalten
wurde, wurde eine kolloidale Dispersion, die nur 7,7 Gewichtsprozent dispergiertes Polytetrafluoräthylen enthielt,
zusammen mit 6,0 °/0 ausgeflocktem Polymerisat,
bezogen auf das Gesamtgewicht von dispergiertem und ausgeflocktem Polymerisat, erhalten. Die Umsetzungsgeschwindigkeit betrug 31,6 g/Liter/Stunde und die
durchschnittliche Teilchengröße der dispergierten Teilchen 0,1 μ.
Claims (7)
1. Verfahren zur Polymerisation von Tetrafluoräthylen allein oder im Gemisch mit geringen Mengen
anderer olefinisch ungesättigter Monomerer im wäßrigen Medium in Gegenwart eines wasserlöslichen
Katalysators und unter Anwendung eines anionaktiven Dispergiermittels, dadurch gekennzeichnet,
daß man die Polymerisation zunächst in Gegenwart von Wasser, das eine katalytische Menge des wasserlöslichen
Katalysators enthält, auslöst und erst nach begonnener Polymerisation, jedoch bevor die Menge
an gebildetem Polymerisat, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Phase plus Polymerisat, 10 °/0 übersteigt,
das anionaktive Dispergiermittel zusetzt und die Polymerisation weiterführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das anionaktive Dispergiermittel
zusetzt, bevor die Menge an gebildetem Polymerisat, bezogen auf das Gewicht der wäßrigen Phase plus
Polymerisat, 7°/0 übersteigt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polymerisation in
Gegenwart eines gesättigten Kohlenwasserstoffs mit mehr als 12 Kohlenstoffatomen, der unter den Polymerisationsbedingungen
flüssig ist, durchführt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man ein
wasserlösliches Salz einer Polyfluorcarbonsäure der Formel
X(CF2)„COOH,
worin X Wasserstoff, Chlor oder Fluor und η 6 bis 20
bedeutet, oder der Formel
Cl(CF2-CFCl)nCF2COOH,
worin η eine ganze Zahl von 2 bis 6 bedeutet, ein
wasserlösliches Salz einer aromatischen Sulfonsäuie
7 8
oder eines Schwefelsäureesters eines Fettalkohols als ger als 0,1 Gewichtsprozent an Dispergiermittel,
Dispergiermittel verwendet. . bezogen auf das vorhandene Wasser, anwendet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekenn-
zeichnet, daß man als Dispergiermittel Monoäthanol- In Betracht gezogene Druckschriften:
aminlaurylsulfat verwendet. ,,5 Deutsche Auslegeschrift Pll 873 IVb/39c (bekannt-
aminlaurylsulfat verwendet. ,,5 Deutsche Auslegeschrift Pll 873 IVb/39c (bekannt-
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden gemacht am 29.11. 1956);
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man weni- USA.-Patentschrift Nr. 2 662 065.
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man weni- USA.-Patentschrift Nr. 2 662 065.
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