JP2653716B2 - クロロトリフルオロエチレンの製造方法 - Google Patents

クロロトリフルオロエチレンの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はフッ素樹脂およびフッ素系有機化合物の原料
等として重要なクロロトリフルオロエチレンの工業的製
造方法に関し、特に、クロロトリフルオロエチレンの製
造法において連続撹拌槽型流通反応をおこなうことによ
り、原料である亜鉛末の反応率を高めるとともに、その
工業的な操作性を改善するものである。
クロロトリフルオロエチレンは、フッ素樹脂の原料で
あるモノマーとして重要である。
その単独重合体のポリクロロトリフルオロエチレンは
気体透過性に優れた透明な成形品を与える。また、フッ
化ビニリデンとの共重合体やエチレンとの共重合体が各
々フッ素ゴムやフッ素系プラスチックとして使用されて
いる。また最近では、溶剤可溶型フッ素樹脂塗料の原料
としてクロロトリフルオロエチレンが多量に使用される
ようになってきている。
[従来技術] 従来より、クロロトリフルオロエチレンの製造方法と
しては、1,1,2−トリクロロ−1,2,2−トリフルオロエタ
ン(以下、R−113と略す)を出発原料とする製造法が
一般的である。
具体的には、低級アルコールの亜鉛末分散液に、R−
113を滴下して、クロロトリフルオロエチレンを製造す
る方法が知られており[J.Am.Chem.Soc.55,2231(193
3),Ind.Eng.Chem.39,338(1947),米国特許第2,831,9
01号明細書等]、現在工業的に採用されているのは、こ
の方法である。
一方、銅、ニッケル、コバルト等の担持接触存在下R
−113と水素を反応せしめ、クロロトリフルオロエチレ
ンを製造する方法がある[米国特許第2,615,925号明細
書、同2,685,606号、同2,697,124号]。これらは、工業
的な操作の上からは好ましい方法と考えられるが、収率
及び選択率が悪く、不純物も多いため、蒸留精製等によ
り重合用高純度クロロトリフルオロエチレンを得ること
が困難であり、未だ工業的に採用されていないものであ
る。
[発明が解決しようとする問題点] 亜鉛法によるクロロトリフルオロエチレンの製造にお
いては亜鉛末とR−113が定量的に反応し、高純度のク
ロロトリフルオロエチレンが得られる。
通常、工業的にはバッチ反応でおこなわれているが、
大量のクロロトリフルオロエチレンを生産する場合、工
業的操作上問題があった。
すなわち、バッチ式操作のため、 (1)亜鉛末が消費されると反応が終了するので、反応
の都度、原料(亜鉛−アルコール)及び反応生成物(塩
化亜鉛−アルコール)の反応器への出し入れ、さらには
窒素置換などがあり、操作上ロスタイムが生じ、また煩
雑となる。
(2)(1)のため、クロロトリフルオロエチレン中に
イナートガスが混入してくる。
(3)亜鉛末の消費終期(亜鉛転化率約80%以上)にお
いてクロロトリフルオロエチレンの生成速度が遅くな
り、生成物流量が変動するため、操作条件の変更などが
ともなう。
以上のような欠点をなくすため、連続式による反応操
作が考えられる。これらは、米国特許第2,877,275、特
公昭57−5207号、同47−45322号などに例示されてい
る。しかし、これらの方法を実際に工業的におこなった
場合、亜鉛の転化率が小さいこと、およびアルコール中
における亜鉛末の均一分散がなされず、配管や塔内で亜
鉛末が滞留し、閉塞等が生じ操業が安定しないなどの問
題がある。
[問題点を解決するための手段] 本発明者らは、これら従来法の問題点を解決するため
さらに改良された連続式反応方式について鋭意検討した
結果、本発明に到達したものである。
すなわち本発明は、亜鉛末−アルコール分散液を撹拌
機付き第1反応槽へ連続的に供給し、槽内の分散液を溢
流により順次次の撹拌機付き反応槽へ連続的に送り出す
とともに、各撹拌機付き反応槽へ1,1,2−トリクロロ1,
2,2−トリフルオロエタンを連続的に供給することによ
りクロロトリフルオロエチレンを生成させ、最終撹拌機
付き反応槽から主として塩化亜鉛−アルコール溶液を取
り出すようにしたことを特徴とするクロロトリフルオロ
エチレンの製造方法である。
本発明の反応は次式によって示される。
本発明において使用するR−113は純度99.5%以上の
通常の工業用グレードでよい。亜鉛末の純度は金属亜鉛
含有量で95重量%以上、全亜鉛含有量(亜鉛化合物含
む)で99重量%以上、粒径は100ミクロン以下が好まし
く、噴射法による針状粉末および蒸留法による球形粉末
のどちらでも使用可能である。
アルコールはメチルアルコール、エチルアルコール、
イソプロピルアルコール等が挙げられるが、経済的な見
地、および溶媒回収の効率の面からメチルアルコールが
好ましい。メチルアルコールは通常の工業用グレードが
使用でき、メチルアルコール中の水分量は1000ppm以下
が好ましい。
水分量がこれ以上になると反応中に生成する塩化亜鉛
と水が複塩を生成し、反応溶液中に固形沈殿物が多く生
成するため、反応液の配管による流通にトラブルが生じ
やすい。
以下、本発明の方法を実施するための反応系の一例を
示す簡単なフローシート(第1図)により本発明の方法
を説明する。
この例では、反応槽3基による連続反応を示したが、
本発明がこれによって限定されるものではない。
撹拌容器1は、亜鉛末のメチルアルコールスラリー槽
であり、亜鉛末を均一な濃度で分散させるため十分な撹
拌が必要である。亜鉛末とメチルアルコールとの比率は
1:1〜1:3重量比、好ましくは1:1.5〜1:2.5重量比の範囲
である。
亜鉛末スラリーは、ポンプ2によって、反応器5−1
へ連続的に供給される。亜鉛末とメチルアルコールの比
重差は大きいため静止状態においては亜鉛が沈降しやす
く、たまりのない配管設計とポンプおよびバルブの適切
な種類を選定することが重要である。
R−113はタンク3からポンプ4−1によって連続的
に反応器5−1へ供給される。
反応器5−1は、ラシヒリングを充填した還流塔6−
1および反応器5−2への溢流管を備え、亜鉛末の十分
な分散状態で反応がおこなわれるように撹拌装置を有し
ている。撹拌装置としては種々のものが適用できるが、
アンカー翼等の高効率のものが好ましい。回転速度は、
反応装置形状、スラリー濃度、撹拌羽根の形状、枚数等
にもよるが、100rpm程度以上が好ましい。
この撹拌装置は、各反応器に設置し、亜鉛末の均一分
散を確保することが必要である。
本連続反応において、亜鉛転化率90%(Zi/Z0=0.1)
程度以下の場合には、次式が成立する。
(式中、 Z0:第1反応槽へ供給する亜鉛末濃度(モル/l) Zi:i番目の反応槽の亜鉛末濃度(モル/l) Vi:i番目の反応槽の有効容量(l) Fi:i番目の反応槽へ供給される反応液の供給速度(l/時
間) α:反応速度定数 である。) ここで、Vi/Fiは各反応器の滞留時間であり、αは反
応温度やZ0によって若干変動するが、通常0.12〜0.25で
ある。
各反応槽中の反応液は比重差で0.2〜0.3の差異がある
が、F1=F2=……=Fi=Fとおくことができる。(1)
式によればVi/Fを大きくとれば、反応槽基数が少なくな
る。
一方、Vi/Fを小さくとれば、反応槽基数が多くなる。
通常Vi/Fは2〜5時間であり、Vi=一定、すなわち同容
量の反応槽2〜4基で連続化反応がおこなわれる。しか
し、工業的には2基または3基の反応槽で十分である。
各反応槽におけるR−113のフィード速度は、あとに
例示する実施例ではZi-1とFの積を用いて、0.61Zi-1F
モル/時間および0.46Zi-1Fモル/時間であることか
ら、約0.4〜約0.8Zi-1Fモル/時間(Zi-1はi番目の反
応槽にフィードされる亜鉛末濃度、i=1,2,……)が適
当である。
反応器5−1の塩化亜鉛/亜鉛末(モル比)は通常1/
1以上である。反応器5−1の反応液の溢流により、連
続的に反応器5−2へ亜鉛末−塩化亜鉛−メチルアルコ
ールスラリーが供給される。同様にして、ポンプ4−2
によって、R−113が連続的に反応器5−2へ供給さ
れ、クロロトリフルオロエチレンが生成するとともに、
亜鉛末は塩化亜鉛へ転化する。反応器5−2の塩化亜鉛
/亜鉛末(モル比)は75/25以上である。同様にして反
応器5−3で反応がおこなわれるが、この段階で塩化亜
鉛/亜鉛末(モル比)は90/10以上となる。95/5以上で
は固形分の少ない均一な透明状態となり、塩化亜鉛−メ
チルアルコール回収槽8へ送られる。その後、メチルア
ルコールおよび塩化亜鉛を分離する。
反応は温度80〜120℃の範囲、圧力は2〜8Kg/cm2Gの
範囲でおこなわれる。
この場合、圧力制御弁7および排出弁9の調節によっ
て、圧力が定まる。一般に反応温度および圧力が高い条
件下では、クロロトリフルオロエチレン中の不純物であ
るトリフルオロエチレンや他の低沸点物が増加する。
以上のような連続反応槽から発生した粗クロロトリフ
ルオロエチレンは一括して精製系へ導入され、高純度の
クロロトリフルオロエチレンが得られる。ガスクロマト
グラフィー分析による粗クロロトリフルオロエチレンの
純度は90%以上であり、主な不純物としてはR−113、
1,2−ジクロロ−1,1,2−トリフルオロエタン、トリフル
オロエチレン等が挙げられる。
なお、本反応によって得られる副生物塩化亜鉛は、97
%以上の純度であるが、その他は塩化亜鉛と水との複塩
および酸化亜鉛のため、塩酸を添加することにより容易
に99.0%以上の塩化亜鉛溶液となる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
実施例1 アンカー翼撹拌機およびバッフルを備えた70の耐圧
反応槽2基により連続反応をおこない、クロロトリフル
オロエチレンの製造をおこなった。(第1図中の反応槽
5−3を除く設備)撹拌機の回転数は160rpmで、良好な
分散状態を示した。
反応槽の有効容量は40.1であり、溢流管(径25mm)
および還流塔(900×径40mm、温度15〜20℃)が付属し
ている。また、溢流口に撹拌による反応液面の乱れを防
ぐため、反応槽内に邪魔板を設けた。
亜鉛末/メチルアルコール=1/2(重量比)へR−113
を滴下してクロロトリフルオロエチレンを生成させ、2
種類の亜鉛末と塩化亜鉛を含むメチルアルコール反応液
をあらかじめ調整した。この組成は、次の通りである。
反応槽1 Zn/Zn+ZnCl2=39.6モル% Zn+ZnCl2/MeOH=1/4.1(モル比) 反応槽2 Zn/Zn+ZnCl2=12.0モル% Zn+ZnCl2/MeOH=1/4.1(モル比) これらを反応槽1(図中の5−1)および反応槽2
(図中の5−2)へ各々40投入した。その後、反応槽
を昇温し、亜鉛末スラリー槽より亜鉛末/メチルアルコ
ール=1/2(重量比)の亜鉛末−メチルアルコールスラ
リーをダイアフラムポンプにより、12Kg/時間、R−113
を7.04Kg/時間で反応槽1へ、反応槽2へR−113を2.28
Kg/時間連続的に添加しながら90℃、3Kg/cm2Gで7.5時間
の連続反応をおこなった。
粗クロロトリフルオロエチレンが43.06Kg(ガス流量
計による測定モル量354.5モル)得られた。ガスクロマ
トグラフィー分析による粗クロロトリフルオロエチレン
中の組成は、クロロトリフルオロエチレンが91.1%、R
−113 5.6%、1,2−ジクロロ−1,1,2−トリフルオロエ
タン3.1%、トリフルオロエチレン0.3%、その他微量の
不純物が認められた。
連続反応結果を第1表に示した。各反応槽中の反応液
は均一となり、溢流管より溢流されている。さらに2.5
時間あたりから反応槽中の液組成は定常状態となり、ほ
ぼ一定の粗クロロトリフルオロエチレンが生成してい
る。また、反応槽2において、亜鉛転化率が90モル%以
上となった。
反応槽の滞留時間(V/F)は約3.5時間であった。ま
た、反応槽1について(1)式のαは0.162と求められ
た。
実施例2 実施例1と同様にして、さらに3基目の反応槽を加
え、耐圧反応槽3基により連続反応をおこない、クロロ
トリフルオロエチレンの製造をおこなった。
反応槽3へR−113を0.7Kg/時間連続的に添加した。
その他は、実施例1と同様の条件でおこなった。
粗クロロトリフルオロエチレンが36.03Kg得られた。
粗クロロトルフルオロエチレン中の組成はクロロトリフ
ルオロエチレン90.9%、R−113 5.4%、1,2−ジクロロ
−1,1,2−トリフルオロエタン3.4%、トリフルオロエチ
レン0.3%、その他微量の不純物が認められた。
反応槽3から溢出する反応液の亜鉛転化率は96.5モル
%であった。
以上のように実施例中の連続反応は7.5時間である
が、すでに各反応槽は定常状態となっていることによ
り、さらに長期にわたって、連続運転が可能である。し
かも粗クロロトリフルオロエチレンおよび副生物の塩化
亜鉛−メチルアルコール溶液が一定の組成および流量で
流出してくるため反応系以外の設備も制御しやすくな
る。
[発明の効果] 本発明によれば、フッ素樹脂等の原料として有用なク
ロロトリフルオロエチレンを連続的に効率よく製造する
ことができ、亜鉛末の転化率も大きく、反応操作が容易
な工業的に優れた製造法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法を実施するための製造フローの一
例を示す図である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】亜鉛末−アルコール分散液を撹拌機付き第
    1反応層へ連続的に供給し、槽内の分散液を溢流により
    順次次の撹拌機付き反応槽へ連続的に送り出すととも
    に、各撹拌機付き反応槽へ1,1,2−トリクロロ−1,2,2−
    トリフルオロエタンを連続的に供給することによりクロ
    ロトリフルオロエチレンを生成させ最終撹拌機付き反応
    槽から主として塩化亜鉛−アルコール溶液をとりだすこ
    とを特徴とするクロロトリフルオロエチレンの製造方
    法。
  2. 【請求項2】請求項1記載のクロロトリフルオロエチレ
    ンの製造方法において、亜鉛末/メタノール=1/1〜1/3
    重量比の亜鉛末スラリーを反応槽での滞留時間2〜5時
    間で第1反応槽へ供給し、最終反応槽より亜鉛転化率90
    %以上でスラリーを連続的に取り出すことを特徴とする
    クロロトリフルオロエチレンの製造方法。
  3. 【請求項3】請求項1記載のクロロトリフルオロエチレ
    ンの製造方法において、亜鉛転化率90%以下の反応槽に
    おいて、次式の反応速度定数α=0.12〜0.25(/時間)
    で連続反応を行うことを特徴とするクロロトリフルオロ
    エチレンの製造方法。 (式中、 Z0:第1反応槽へ供給する亜鉛末濃度(モル/l) Zi:i番目の反応槽の亜鉛末濃度(モル/l) Vi:i番目の反応槽の有効容量(l) Fi:i番目の反応槽へ供給される反応液の供給速度(l/時
    間) である。)
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