JPH1135624A - フッ素化モノマーの回収方法 - Google Patents
フッ素化モノマーの回収方法Info
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Abstract
を乳化重合して得られるラテックスから、未反応の前記
モノマーを、オゾン層破壊と地球温暖化のおそれのない
溶媒を用いて抽出回収する。 【解決手段】抽出溶媒としてハイドロフルオロエーテル
化合物を用いる。
Description
0℃であるフッ素化モノマーが乳化重合したラテックス
から、未反応の前記モノマーを回収する方法に関する。
合、溶液重合、塊状重合などの方法で製造されている
が、乳化重合は重合槽の容積効率が高く、重合中の除熱
や撹拌時のトルクが低いなどの利点があることから好ま
しく採用される。
ような常温で気体のモノマーは、重合後パージすること
で容易に回収が行われている。一方、沸点が20〜30
0℃である未反応のフッ素化モノマーは重合後のラテッ
クス中に含まれるが、このままでは特に前記モノマーが
官能基を有する場合などは、凝集時にラテックスが変性
し回収率が低下する可能性がある。よって、前記モノマ
ーは、凝集の前に回収することが好ましい。
ッ素化モノマーの回収方法としては、ラテックスとフッ
素化塩素化飽和炭化水素の溶剤を混合後静置し、二層分
離して上記溶剤に抽出されるフッ素化モノマーを回収す
る方法が採用されていた(特公昭62−56886)。
しかし、従来用いられていた上記溶剤であるトリクロロ
トリフルオロエタンのようなクロロフルオロカーボン
(CFC)は、オゾン層を破壊するおそがあるとされ、
その使用が中止されている。
ルオロヘキサン、パーフルオロジメチルシクロブタン、
パーフルオロ(2−ブチルテトラヒドロフラン)、パー
フルオロトリブチルアミンのごときパーフルオロカーボ
ン(PFC)、1,1−ジクロロ−1,1,2,2,3
−ペンタフルオロプロパン、1,1−ジクロロ−2,
2,3,3,3−ペンタフルオロプロパンのごときハイ
ドロクロロフルオロカーボン(HCFC)、パーフルオ
ロブチルエタン、3H,4H−パーフルオロ(2−メチ
ルペンタン)、1H−パーフルオロヘキサンのごときハ
イドロクロロカーボン(HFC)が使用できることが知
られている(特開平6−930912)。
は小さいが、地球温暖化への寄与が大きい点が懸念され
ている。
点を解決しようとするものである。すなわち、沸点が2
0〜300℃であるフッ素化モノマーを乳化重合して得
られるラテックスから未反応の前記フッ素化モノマーを
効率よく回収する方法であり、かつ、オゾン層を破壊す
るおそれがなく、地球温暖化への影響が小さい方法を提
供する。
300℃であるフッ素化モノマーを乳化重合して得られ
るラテックスから、未反応の前記フッ素化モノマーを回
収する方法であって、ハイドロフルオロエーテル化合物
と前記ラテックスを接触させることにより前記未反応の
フッ素化モノマーを抽出することを特徴とするフッ素化
モノマーの回収方法を提供する。
ある。
化合物(以下HFE化合物と称する)は、エーテル結合
を有するハイドロフルオロカーボンである。
取り扱いやすさなどの観点から、沸点が10〜250
℃、特には20〜200℃であるものが好ましい。ま
た、フッ素化モノマーを抽出後、蒸留により分離、回収
する際の容易さなどの観点から、フッ素化モノマーとの
沸点差が20℃以上あるものが好ましい。
数が4〜12個の範囲であるものが好ましく、構造は直
鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよい。特には、
C4F9 OCH3 、C4 F9 OC2 H5 、CF3 CF2 C
F2 OCH3 、(CF3 )2 CFOCH3 、CF3 CF
HCF2 OCH3 が特性上および工業的に製造が容易な
点で好ましい。
よく、2種以上の混合溶剤として使用してもよい。
E化合物を加え、撹拌または振とうした後静置させて行
う。フッ素化モノマーはHFE化合物に抽出され、HF
E化合物は下層に分離する。この下層を抜き出した後、
新たにHFE化合物を加え上記操作を数回繰り返すこと
で、未反応のモノマーを完全に回収することができる。
混合比率は、重量比で、ラテックス/HFE化合物=2
0/1〜1/10の範囲が用いられるが、HFE化合物
の混合比率を大きくすると抽出回数は少なくできるが、
フッ素化モノマーの蒸留回収時の装置容積を大きくする
必要が生じるので好ましくない。一方、フッ素系溶剤の
混合比率が小さすぎると抽出回数が多くなり好ましくな
い。上記比率は、特には10/1〜1/2の範囲が好ま
しい。
℃であるフッ素化モノマーを乳化重合して得られるラテ
ックスに対して適用される。上記フッ素化モノマーとし
ては、種々のものが例示されるが、カルボン酸基、スル
ホン酸基、リン酸基のような官能基をペンダント側鎖に
含有するフッ素化モノマーが好ましく、特には、官能基
以外は、パーフルオロ構造であるモノマーが好適であ
る。
素化モノマーと常温で気体のフルオロエチレン系不飽和
のモノマーとの共重合である場合が一般的である。
マーとしては、カルボン酸型官能基またはスルホン酸型
官能基を有するフッ素化官能性モノマーが例示される。
このフッ素化官能性モノマーとしては、生成ポリマーの
用途、性能などの観点から、フルオロビニル化合物、特
にはパーフルオロビニル化合物が好ましく用いられる。
CF(CF3 ))a O(CF2 )bCOOCH3 (式
中、aは0〜3の整数、bは1〜5の整数)で表される
フルオロビニル化合物、一般式CF2 =CF(OCF2
CF(CF3 ))c O(CF2)d SO2 F(式中、c
は0〜3の整数、dは1〜5の整数)で表されるフルオ
ロビニル化合物が好ましく用いられる。
としては、四フッ化エチレン、三フッ化塩化エチレン、
六フッ化プロピレン、三フッ化エチレン、フッ化ビニリ
デン、フッ化ビニルなどが例示され、特には一般式CF
2 =CZY(ZおよびYはフッ素原子、塩素原子、水素
原子、またはトリフルオロメチル基)で表されるフッ素
化オレフィン化合物である。なかでもパーフルオロオレ
フィン化合物が好ましく、特には、四フッ化エチレンが
好適である。
ノマーおよびフルオロエチレン系不飽和モノマーは、そ
れぞれ2種以上の混合物で使用できる。また、これらに
他の成分、例えばCH2 =CR4 R5 (R4 およびR5
は水素原子、炭素数1〜8のアルキル基または芳香核を
示す)で表されるオレフィン化合物、一般式CF2 =C
FORf (Rf は炭素数1〜10のパーフルオロアルキ
ル基を示し、エーテル結合を含有していてもよい)のよ
うなフルオロビニルエーテル、CF2 =CFCF=CF
2 、一般式CF2 =CFO(CF2 )e OCF=CF2
(eは1〜6の整数)のようなジビニルモノマーなどの
1種以上を併用できる。
エチレン、プロピレン、ブテン−1、イソブチレン、ス
チレン、α−メチルスチレン、ペンテン−1、ヘキセン
−1、ヘプテン−1、3−メチル−ブテン−1、4−メ
チル−ペンテン−1などが挙げられる。なかでも製造上
および生成ポリマーの性能上の観点から、エチレン、プ
ロピレン、イソブチレンなどの使用が特に好ましい。
って得られるポリマーを架橋し、膜のような成形物にし
た場合の機械的強度を改善せしめることが可能である。
ーにおけるフッ素化官能性モノマー、フルオロエチレン
系不飽和モノマー、更には前記オレフィン化合物、その
他の成分の組成比率は、性能に関係するので重要であ
る。
オン交換容量と直接関係するが、ポリマー中1〜50モ
ル%、好ましくは3〜35モル%であるのが好適であ
る。フッ素化官能性モノマーの含有割合が大きすぎる
と、イオン交換膜などの成形物とした場合、機械的強度
が低下し、更には含水量の増大によるイオン交換性能の
低下が起こり、また、あまりに少ない含有量ではイオン
交換機能を示さないのでそれぞれ好ましくない。
的、機械的および耐塩素性などの性質に大きく関係する
ので重要である。オレフィン化合物を併用する場合は、
オレフィン化合物とフルオロエチレン系不飽和モノマー
の割合がモル比で、オレフィン化合物/フルオロエチレ
ン系不飽和モノマー=5/95〜70/30、特には1
0/90〜60/40にするのが好適である。
エーテルなどを併用する場合は、該ビニルエーテルがポ
リマー中30モル%以下、好ましくは2〜20モル%の
割合とするのが好ましい。
ーのイオン交換容量は、好ましくは0.5〜2.2ミリ
当量/グラム乾燥樹脂という広い範囲から選択される
が、特徴的な点は、イオン交換容量を大きくしても、ポ
リマーの分子量を高くでき、ポリマーの機械的性質や耐
久性を低下させない点である。イオン交換容量は、ポリ
マーの種類に応じて異なるが、好ましくは0.7ミリ当
量/グラム乾燥樹脂以上、特には0.9ミリ当量/グラ
ム乾燥樹脂以上の場合が、イオン交換膜としても機械的
および電気化学的性能上好ましい。
は、イオン交換膜としての機械的性能および製膜性と関
係するので重要であり、TQの値で表示すると、150
℃以上、好ましくは170〜340℃、特には180〜
300℃程度とするのが好適である。
めた。すなわち、H型の陽イオン交換樹脂膜を、1Nの
塩酸中で60℃、5時間放置し、完全にH型に転換し、
塩酸が残存しないように水で充分洗浄した。その後、こ
のH型の膜0.5gを、0.1Nの水酸化ナトリウム2
5cm3 に水を25cm3 加えてなる溶液中に、室温で
2日間静置した。次いで膜を取り出して、溶液中の水酸
化ナトリウムを0.1Nの塩酸で逆滴定することにより
求めた。
の分子量に関係する、容量流速100mm3 /秒を示す
温度と定義される。上記容量流速は、ポリマーを30k
g/cm2 加圧下、一定温度の径1mm、長さ1mmの
オリフィスから溶融流出せしめ、流出するポリマー量を
mm3 /秒の単位で示したものである。
実施する。通常は、水性媒体の使用量を、水性媒体とフ
ッ素化官能性モノマーの比率を重量比で水性媒体/フッ
素化官能性モノマー=20/1以下にし、好ましくは1
0/1以下に制御して実施するのが好ましい。水性媒体
の使用量が多すぎると、反応装置の大型化またはポリマ
ー分離回収など作業操作面の不利などの問題点が生じ
る。
m2 以上の反応圧力を採用することが好適である。反応
圧力が低すぎる場合は、反応速度を実用上満足し得る高
さに維持することができず、高分子量のポリマーの形成
に難点が認められる。また、反応圧力が低すぎると、生
成するポリマーのイオン交換容量が極端に高くなり、含
水量増大などによる機械的強度の低下、イオン交換性能
の低下が起こる。
応装置上または作業操作上などの点から、50kg/c
m2 以下から選定されるのが好ましい。上記範囲よりも
高い反応圧力の採用は可能であるが、本発明の目的を比
例的に向上させるものではない。従って、本発明におい
ては、反応圧力を1〜50kg/cm2 、好ましくは3
〜30kg/cm2 の範囲から選定するのが最適であ
る。
反応条件の他の条件や操作は、特に限定されることなく
広い範囲にわたって採用されうる。例えば、反応温度は
重合開始源の種類や反応モル比などにより選定される
が、通常は余りに高温度や低温度は工業的実施に対して
不利となるので、10〜90℃、好ましくは20〜80
℃程度が選定される。
度において高い活性を示すものを選定するのが望まし
い。例えば、室温以下でも高活性の電離性放射線を採用
することもできるが、通常はアゾ化合物やパーオキシ化
合物を採用する方法が工業的実施に対して有利である。
程度で高活性を示す、ジコハク酸パーオキサイド、ベン
ゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ジ
ペンタフルオロプロピオニルパーオキサイド等のジアシ
ルパーオキサイド、2,2’−アゾビス(2−アミジノ
プロパン)塩酸塩、4,4’−アゾビス(4−シアノワ
レリアン酸)、アゾビスイソブチロニトリル等のアゾ化
合物、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチ
ルパーオキシピバレート等のパーオキシエステル類、ジ
イソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチ
ルヘキシルパーオキシジカーボネート等のパーオキシジ
カーボネート、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオ
キサイド等のハイドロパーオキサイド類、過硫酸カリウ
ム、過硫酸アンモニウム等の無機過酸化物及びそれらの
レドックス系等が挙げられる。
は、モノマーの総量に対して0.0001〜3重量%、
特には0.001〜2重量%程度である。重合開始剤濃
度を下げすぎると、重合速度が実用上小さくなりすぎ、
逆に重合開始剤濃度を上げすぎると、重合速度が大きく
なりすぎて反応の制御が困難になる。
界面活性剤、分散剤、緩衝剤、分子量調整剤等を添加で
きる。
度を40重量%以下、好ましくは30重量%以下に制御
するのが好適である。あまり高濃度にすると、撹拌負荷
の増大、除熱不足、フルオロエチレン系不飽和モノマー
の拡散不良などの難点が起こる。
HFE化合物を加え未反応の沸点が20〜300℃であ
るフッ素化モノマーを抽出し、分離する。なお、四フッ
化エチレンのような気体のモノマーの未反応物は、パー
ジ法などにより容易に分離回収される。未反応モノマー
を回収した後、ラテックスに塩酸または硫酸等の酸を添
加しポリマーを凝集させる。なお、塩析、凍結凝集、ま
たは機械的凝集等の周知または公知の凝集方法を用いて
もよい。
メタノール、アセトン等の水溶性有機溶剤を用いて水を
置換する。ポリマーを風乾した後、ポリマー100重量
部に対し100cm3 好ましくは400〜600cm3
以上のメタノールを加え、好ましくはこれに硫酸を添加
し撹拌しつつ20℃以上で1〜50時間処理をする。次
いでポリマーとメタノールを分離し、硫酸を添加した場
合は、これを除くためにメタノールで洗浄を行った後、
減圧下に40〜80℃で乾燥させてポリマーを得る。
高分子量を有し、かつ加熱溶融による成形性に優れたイ
オン交換基含有フルオロポリマーが円滑有利に得られ
る。例えば、乳化重合上りのフルオロポリマーは、カル
ボキシル基を含有するフッ素化モノマーを使用した場合
でも、TQが300℃を超えているが、メタノールなど
で加熱接触処理をすることにより、TQを220℃程度
に下げることが可能である。
は、加熱溶融成形が著しく困難であり、フィルム、シー
ト状などに成形できないが、本発明によるフルオロポリ
マーは押出成形などによりフィルム、シート状に容易に
成形できる。
オロポリマーは、適宜手段にて製膜される。例えば、必
要により官能基を加水分解でカルボン酸基に転換する
が、この加水分解処理は製膜前でも製膜後でも可能であ
る。通常は製膜後に加水分解処理する方が好ましい。製
膜手段としては種々の方法が採用でき、例えば加熱溶融
成形、ラテックス成形、適当な溶液に溶解させての注型
成形など公知または周知の方法を適宜採用しうる。
なるイオン交換膜は、種々の優れた性能を有するため、
各種分野、目的、用途などに広範囲に採用される。例え
ば、拡散透析、電解合成、燃料電池の隔膜など特に耐熱
性、耐食性が要求される分野で好適に使用される。なか
でも、アルカリ電解用の陽イオン選択性隔膜として用い
る場合は、従来のイオン交換膜では得られなかった高い
性能を発揮しうる。
る陽イオン交換樹脂膜にて、陽極と陰極とを区画して陽
極室と陰極室とを構成し、陽極室に塩化アルカリ水溶液
を供給して電解し陰極室から水酸化アルカリを得る、い
わゆる二室型槽の場合でも、2規定以上の濃度の塩化ナ
トリウム水溶液を原料として5〜100A/dm2 の電
流密度で電解することにより、30%以上の高濃度の水
酸化ナトリウムが90%以上の高電流効率で長期にわた
って安定して製造できる。更に、4.5ボルト以下の低
い槽電圧での電解が可能である。
5)、比較例(例3、例4)にて説明する。
ートクレーブにイオン交換水100g、C8F17COO
NH4 を0.2g、Na2 HPO4 ・12H2 Oを0.
5g、NaH2 PO4 ・2H2 Oを0.3g、(NH
4 )2 S2 O8 を0.026gおよびCF2 =CFO
(CF2 )3 COOCH3 を20g仕込み、液体窒素下
で充分脱気した。その後、55℃に昇温し、四フッ化エ
チレンを系内に導入し、10.4kg/cm2 に保持し
た。3.5時間撹拌後、未反応の四フッ化エチレンをパ
ージし、反応を終了させた。生成したポリマーは共重合
したCF2 =CFO(CF2)3 COOCH3 を20モ
ル%含む組成のラテックスで、生成量は15.5gであ
った。
F2 )3 COOCH3 を含んでいるが、ラテックス中の
ポリマー粒子に含浸されて均一層となっている。該ラテ
ックス100gに対しC4 F9 OCH3 (沸点60℃)
を30g加え、分液ロート中で10分間振とうした後、
30分間静置した。下層のC4 F9 OCH3 層を分離し
た後、再びC4 F9 OCH3 を同量加え、上記と同様の
抽出操作をくり返し行った。抽出操作を6回行った後、
ガスクロマトグラフィーで分析したところ、C4 F9 O
CH3 層および水層ともCF2 =CFO(CF2 )3 C
OOCH3 は検出されなかった。C4 F9 OCH3 の各
抽出層を集め蒸留し、CF2 =CFO(CF2 )3 CO
OCH3 12.0gを回収した。
F9 OC2 H5 (沸点78℃)を用いる以外は例1と同
様にして、抽出操作を行ったところ未反応のCF2 =C
FO(CF2)3 COOCH3 が11.5g回収され
た。
2 ClCFCl2 を用いる以外は例1と同様して抽出操
作を行ったところ、未反応のCF2 =CFO(CF2 )
3 COOCH3 が11.1g回収された。
と同様にして抽出操作を行ったところ、静置後も水層が
白濁しCH2 Cl2 層との分離が充分でなく、水層にC
H2 Cl2 が一部溶解することがわかった。
ートクレーブにイオン交換水を120g、C8 F17C0
ONH4 を0.42g、Na2 HPO4 ・12H2 Oを
0.6g、NaH2 PO4 ・2H2 Oを0.35g、
(NH4 )2 S2 O8 を0.064gおよびCF2 =C
FO(CF2 )2 SO2 Fを12g仕込み、液体窒素下
で充分脱気した。その後、60℃に昇温し、四フッ化エ
チレンを系内に導入し圧力を11.7kg/cm2 に保
持した。5.5時間撹拌後、未反応の四フッ化エチレン
をパージし、反応を終了させた。生成したポリマーは共
重合したCF2 =CFO(CF2 )2 SO2 Fを13.
6モル%含む組成のラテックスで、生成量は19.4g
であった。
F2 )2 SO2 Fを含んでいるが、ラテックス中のポリ
マー粒子に含浸されて均一層となっている。該ラテック
ス100gに対しC4 F9 OCH3 を30g加え、例1
と同様にして抽出操作を行い、未反応のCF2 =CFO
(CF2 )2 SO2 Fの抽出層を集め、蒸留によりCF
2 =CFO(CF2 )2 SO2 Fを4.2g回収した。
なお、抽出操作を6回繰り返した後、ガスクロマトグラ
フィーで水層およびC4 F9 OCH3 層を分析したとこ
ろ、CF2 =CFO(CF2 )2 SO2 Fは、どちらか
らも検出されなかった。
20〜300℃であるフッ素化モノマーが、オゾン破壊
係数および地球温暖化係数の小さいHFE化合物によっ
て、容易に高効率で回収される。
Claims (5)
- 【請求項1】沸点が20〜300℃であるフッ素化モノ
マーを乳化重合して得られるラテックスから、未反応の
前記フッ素化モノマーを回収する方法であって、ハイド
ロフルオロエーテル化合物と前記ラテックスを接触させ
ることにより前記未反応のフッ素化モノマーを抽出する
ことを特徴とするフッ素化モノマーの回収方法。 - 【請求項2】上記フッ素化モノマーが、カルボン酸型官
能基またはスルホン酸型官能基を有するフッ素化官能性
モノマーである請求項1記載の回収方法。 - 【請求項3】カルボン酸型官能基を有するモノマーが、
一般式CF2 =CF(OCF2 CF(CF3 ))a O
(CF2 )b COOCH3 (式中、aは0〜3の整数、
bは1〜5の整数)で表されるフルオロビニル化合物で
ある請求項2記載の回収方法。 - 【請求項4】スルホン酸型官能基を有するモノマーが、
一般式CF2 =CF(OCF2 CF(CF3 ))c O
(CF2 )d SO2 F(式中、cは0〜3の整数、dは
1〜5の整数)で表されるフルオロビニル化合物である
請求項2の回収方法。 - 【請求項5】ハイドロフルオロエーテル化合物が、C4
F9 OCH3 、C4 F9 OC2 H5、CF3 CF2 CF2
OCH3 、(CF3 )2 CFOCH3 、CF3 CFH
CF2 OCH3 からなる群から選ばれる1種以上である
請求項1、2、3または4記載の回収方法。
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