JP2011520020A - フルオロポリマー樹脂の製造に使用するフルオロエーテルカルボン酸またはその塩の削減 - Google Patents
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Abstract
[R1−O−L−COO-]Y+
(式中、R1は直鎖状、分岐状または環状の、部分的または完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよい脂肪族基であり;Lは分岐状の、部分的または完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよいアルキレン基であり;かつY+は水素、アンモニウムまたはアルカリ金属のカチオンである)で表される。濡れたフルオロポリマー樹脂を水性媒体から分離する。濡れたフルオロポリマー樹脂から、乾燥フルオロポリマー樹脂を得、残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩を脱炭酸してフルオロエーテル副生物の蒸気を生成する。フルオロエーテル副生物の蒸気を捕集する。
Description
[Rf−O−L−COO-]iXi+
(式中、Lは直鎖状の部分的もしくは完全にフッ素化されたアルキレン基もしくは脂肪族炭化水素基を表し、Rfは直鎖状の部分的もしくは完全にフッ素化された脂肪族基、または1つ以上の酸素原子で遮断された直鎖状の部分的もしくは完全にフッ素化された脂肪族基を表し、Xi+は価数がiのカチオンを表し、iは1、2または3である)
で示される。この式で示される界面活性剤を、以下、「直鎖状フルオロエーテルカルボン酸またはその塩」という。
[R1−O−L−COO-]Y+ (I)
(式中、R1は直鎖状、分岐状または環状の、部分的または完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよい脂肪族基であり、Lは分岐状の、部分的または完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよいアルキレン基であり、Y+は水素、アンモニウムまたはアルカリ金属のカチオンである)で表される構造を有する。この式で表されるフルオロエーテルを、以下、「分岐フルオロエーテルカルボン酸またはその塩」という。湿潤フルオロポリマー樹脂を水性媒体から分離し、残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩を含有する、湿潤フルオロポリマー樹脂を得る。湿潤フルオロポリマー樹脂を加熱し、水分を除去して乾燥フルオロポリマー樹脂を得るとともに、残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩を脱炭酸してフルオロエーテル副生物の蒸気を生成する。フルオロエーテル副生物の蒸気を捕集する。
本発明の方法においては、重合剤として、上記式Iで表される種々の分岐フルオロエーテルカルボン酸またはその塩であればいかなるものも使用することができる。式I中、Lは、好ましくは、分岐状の完全にフッ素化した、エーテル結合を有し得るアルキレン基であり、より好ましくは−CF(CF3)−である。重合剤として単一の化合物を使用することができ、あるいは2種以上の化合物の混合物を使用することができる。単一の分岐フルオロエーテルカルボン酸またはその塩を使用する場合、それは通常パーフルオロオクタン酸またはその塩に類似した特性(分子量、表面張力および溶解度など)を有する。そのような分岐フルオロエーテルカルボン酸またはその塩としては、フルオロモノエーテルカルボン酸またはその塩、あるいは低分子量フルオロポリエーテルカルボン酸またはその塩がある。必要に応じて、そのような界面活性剤の2種以上を混合した物を使用することができる。以下により詳細に記載するように、好ましい一実施形態では、従来のフルオロ界面活性剤に類似した特性を有する低分子量分岐フルオロエーテルカルボン酸またはその塩と、高分子量分岐フルオロエーテルカルボン酸またはその塩、例えば分子量が通常の範囲より大きく、したがって従来のフルオロ界面活性剤とは異なる特性を有する分岐フルオロポリエーテルカルボン酸またはその塩との混合物を使用する。後の記載で明らかになるように、高分子量の分岐フルオロポリエーテルカルボン酸またはその塩は、重合を効率的に行わせる特定の分子量画分を有する分岐フルオロポリエーテルカルボン酸またはその塩の混合物として供給することが有利である。
[CF3−CF2−CF2−O−(−CFCF3−CF2−O−)n−CFCF3−COO-]Y+ (II)
(式中、nは0〜35であり、Y+は水素、アンモニウムまたはアルカリ金属カチオンである。好ましくは、Y+は水素またはアンモニウムである)
で示すことができる。
[CF3CF2CF2OCF(CF3)COO-]Y+ (III)
式中、Y+は水素、アンモニウムまたはアルカリ金属カチオンである。以下、この化合物を、酸の形態ではダイマー酸(DA)、塩の形態ではダイマー酸塩(DAS)と呼ぶ。この化合物の鎖長は5である。この式で示される化合物は、米国特許第3,291,843号明細書にしたがって調製されたパーフルオロ−2−プロポキシプロピオニルフルオライド中間体から、またはヘキサフルオロプロピレンオキシドを二量化し、次いで、得られたアシルフルオライドを加水分解して、酸の場合はカルボン酸に、塩の場合は同時またはその後に適当な塩基と反応させて所望の塩を生成することにより、得ることができる。ヘキサフルオロプロピレンオキシドの二量化の方法は、英国特許第1 292 268号明細書に開示されている。
本発明の重合には、重合条件下でラジカルを発生させることができるフリーラジカル開始剤を使用する。当該技術分野でよく知られているように、本発明で使用する開始剤は、得るべきフルオロポリマーのタイプおよび所望の特性、例えば末端基のタイプ、分子量などに基づいて選択される。溶融加工が可能なTFEコポリマーなど、いくつかのフルオロポリマーでは、ポリマー中にアニオン性末端基を生成させる水溶性の無機過酸塩が使用される。このタイプの好ましい開始剤は比較的長い半減期を有しており、好ましくは過硫酸塩(例えば、過硫酸アンモニウムまたは過硫酸カリウム)である。過硫酸塩開始剤の半減期を短くするために、亜硫酸水素アンモニウムまたは金属亜硫酸水素ナトリウムなどの還元剤を、場合によっては鉄などの金属触媒塩とともに、使用することができる。過硫酸塩開始剤は実質的に金属イオンを有していないことが好ましく、アンモニウム塩が最も好ましい。
本発明の方法では、あるタイプのポリマー、例えば溶融加工可能なTFEコポリマーを重合する際に、溶融粘度を制御する目的で分子量を低下させるために、連鎖移動剤を使用することができる。フッ素化モノマーの重合における使用で、この目的のために有用な連鎖移動剤は、よく知られている。好ましい連鎖移動剤としては、水素、脂肪族炭化水素、ハロカーボン、ヒドロハロカーボン、または炭素原子を1〜20個、より好ましくは1〜8個の炭素原子を有するアルコールが挙げられる。そのような連鎖移動剤の代表的な好ましい例としては、エタンなどのアルカン類、クロロホルム、1,4−ジヨードパーフルオロブタンおよびメタノールが挙げられる。
本発明によって形成されるフルオロポリマー分散体は、少なくとも1種のフッ素化モノマー、すなわち、モノマーの少なくとも1種がフッ素を含む、好ましくは、二重結合の炭素に結合した少なくとも1個のフッ素、またはパーフルオロアルキル基を有するオレフィンモノマーからなるフルオロポリマーの粒子を含む。本発明の方法に使用されるフッ素化モノマーは、テトラフルオロエチレン(TFE)、ヘキサフルオロプロピレン(HFP)、クロロトリフルオロエチレン(CTFE)、トリフルオロエチレン、ヘキサフルオロイソブチレン、パーフルオロアルキルエチレン、フルオロビニルエーテル、フッ化ビニル(VF)、フッ化ビニリデン(VF2)、パーフルオロ−2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール(PDD)、パーフルオロ−2−メチレン−4−メチル−1,3−ジオキソラン(PMD)、パーフルオロ(アリルビニルエーテル)およびパーフルオロ(ブテニルビニルエーテル)からなる群から独立して選択されることが好ましい。好ましいパーフルオロアルキルエチレンモノマーは、パーフルオロブチルエチレン(PFBE)である。好ましいフルオロビニルエーテルとしては、パーフルオロ(プロピルビニルエーテル)(PPVE)、パーフルオロ(エチルビニルエーテル)(PEVE)およびパーフルオロ(メチルビニルエーテル)(PMVE)などのパーフルオロ(アルキルビニルエーテル)モノマー(PAVE)が挙げられる。エチレンおよびプロピレンなどの非フッ素化オレフィンコモノマーをフッ素化モノマーと共重合させることができる。
本発明の好ましい一実施形態の実施においては、方法は加圧反応器でバッチ法として行われる。本発明の方法の実施の適した垂直式または水平式反応器は、所望の反応速度を得、かつコモノマーを使用する場合、それを均一に取り込むため、水性媒体をTFEなどの気相モノマーと十分に接触させる撹拌器を備えている。反応器は、その周囲に冷却器を有することが好ましい。これにより、温度制御した熱交換媒体を循環させて反応温度を好適にコントロールすることができる。
CF3−CF2−CF2−O−(−CFCF3−CF2−O−)n−CFHCF3 (IV)
この構造の化合物は知られており、例えば溶剤としてなど、種々の工業的用途に有用である。n=0であるこの構造の化合物は、「E1 Stable Fluid」または「Freon(登録商標)E−1」として、DuPont Companyから商業的に入手可能である。n=1およびn=2であるこの構造の化合物は、それぞれ「Freon(登録商標)E−2」および「Freon(登録商標)E−3」としてDuPontから入手可能である。また、式IVの2−ヒドロフルオロエーテルは、フッ素化して、パーフルオロポリエチレンを生成することができる。これは、例えば、Krytox(登録商標)の商標でDuPont Companyから販売されているオイルおよびグリースなどの潤滑剤としてなど、様々な用途で有用である。
コポリマーの融点(Tm)およびガラス転移温度(Tg)は、ASTM D4591の方法に準拠して示差走査熱量測定法により測定する。PTFEホモポリマーの融点、すなわちポリマーが最初に加熱(ファーストヒートともいう)されたときの融点は、ASTM D−4591−87に規定の方法の示差走査熱量測定法(DSC)により求める。示した融点は、最初に溶融したときの吸熱ピーク温度である。
選択した分岐および直鎖状フルオロエーテルカルボン酸のアンモニウム塩について、燃え切り温度、最大脱炭酸温度、および200℃における脱炭酸半減期(t1/2)を測定する。結果を下の表1に示す。
重合剤成分
式CF3CF2CF2OCF(CF3)COOH(ダイマー酸またはDAと称する)で表される分岐フルオロエーテルカルボン酸を使用する。これは、後の実施例でアンモニウム塩に変換される(ダイマー酸塩またはDASと称する)。
分岐フルオロエーテル混合物(1成分は式CF3CF2CF2OCF(CF3)COOH(DA)を有するパーフルオロモノエーテルカルボン酸)と、PFPEAとして下記表2Aに特定されている上記のパーフルオロポリエーテルカルボン酸混合物とを使用する、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)ホモポリマーの重合において、本発明の方法を説明する。
乾燥時に0.5リットルのガラス容器から出た排ガス流れが、まずNaOHスクラバー溶液に入ることを除き、実施例1のようにして、300gの湿潤PTFE樹脂を製造し、乾燥させた。スクラバー溶液を出た排ガス流れを、凝縮器を通過させて過剰の水を除去し、その後、活性炭カートリッジに入る前に熱交換器を通過させて温度を約60℃まで上昇させる(その結果、相対湿度は約50%になる)。
Claims (15)
- フルオロポリマー樹脂の製造方法であって、
開始剤、およびフルオロエーテルカルボン酸またはその塩を含む重合剤を含有する水性媒体中で、少なくとも1種のフッ素化モノマーを重合して、フルオロポリマー粒子の水性分散体を生成する工程であって、前記フルオロエーテルカルボン酸またはその塩が、式:
[R1−O−L−COO-]Y+
(式中、
R1は直鎖状、分岐状または環状の、部分的または完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよい脂肪族基であり;
Lは分岐状の、部分的または完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよいアルキレン基であり;
Y+は水素、アンモニウムまたはアルカリ金属のカチオンである)
で表される工程;
残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩を含有する、湿潤フルオロポリマー樹脂を前記水性媒体から分離する工程;
前記湿潤フルオロポリマー樹脂を加熱し、水分を除去して乾燥フルオロポリマー樹脂を得るとともに、前記残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩を脱炭酸してフルオロエーテル副生物の蒸気を生成する工程;および
前記フルオロエーテル副生物の蒸気を捕集する工程
を含むことを特徴とする方法。 - Lは、分岐状の完全にフッ素化された、エーテル結合を有してもよいアルキレン基であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- Lは、−CF(CF3)−であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記フルオロエーテルカルボン酸またはその塩は、R1がCF3−CF2−CF2−O−(−CFCF3−CF2−O−)nであり、nが0〜35であり、かつLが−CF(CF3)−である化合物またはその混合物を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- Y+が水素またはアンモニウムであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- nが0であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- 前記残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩の少なくとも約50%が、前記加熱時に脱炭酸されて、前記フルオロエーテル副生物の蒸気を生成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記加熱は、約150℃〜約250℃の温度で行われることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記フルオロエーテル副生物の蒸気は、吸着剤粒子の層で捕集されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記フルオロエーテル副生物の蒸気は、活性炭の層で捕集されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 捕集された前記フルオロエーテル副生物を回収することを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記回収は、前記フルオロエーテル副生物を前記吸着剤粒子から熱脱着させることを含むことを特徴とする請求項11に記載の方法。
- 前記フルオロエーテルカルボン酸またはその塩は、アンモニウム塩として200℃での脱炭酸半減期が、約30分未満であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記加熱時に、前記濡れたフルオロポリマー樹脂にガス流を供給して、水蒸気および前記フルオロエーテル副生物の蒸気を前記フルオロポリマー樹脂から除去する工程をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 請求項1に記載の方法により製造されるフルオロポリマーであって、前記乾燥フルオロポリマー樹脂に含まれる残留フルオロエーテルカルボン酸またはその塩、あるいはその脱炭酸副生物が、約250ppm未満であることを特徴とするフルオロポリマー。
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