JPS5925339A - クロロフルオロ化テロマを安定化する方法 - Google Patents

クロロフルオロ化テロマを安定化する方法

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JPS5925339A
JPS5925339A JP7885183A JP7885183A JPS5925339A JP S5925339 A JPS5925339 A JP S5925339A JP 7885183 A JP7885183 A JP 7885183A JP 7885183 A JP7885183 A JP 7885183A JP S5925339 A JPS5925339 A JP S5925339A
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08F8/00Chemical modification by after-treatment
    • C08F8/18Introducing halogen atoms or halogen-containing groups
    • C08F8/20Halogenation

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  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)
  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工業用流体、オイル及びグリースとして用いる
ために高度に7ツ素化さhた安定な生成物を製造するた
めにクロロフルオロテロマ、もつと詳細には以下#CT
FE’と称されるクロロトリフルオロエチレンのテロマ
全フッ素化するための改良法及び触媒系に関する。便宜
上、本発明を本明細書においてCTFEモノマから製造
されるテロマに門1..−(/r″fに詳細に例示する
が、ここに示された原理及び技術は広く種々の、他のク
ロロフルオロテロマにも同様に適用されうろことを容易
に理解すべきである。
CTF Eのテロマは典型的には1〜20のll11囲
の分子数n(テロマ鎖中の繰返し単位の故)をもつ飽和
の低分子量ポリマであり、アセトニトリルのような溶媒
中で塩化鉄(Ill)及びベンゾインのよう7Ix適正
なilj合触〃Wの存在下eこC丁FEの四塩化炭素と
の付加重合によって生成さノ1うる。フッ素化するとこ
うしたテロマは潤滑剤、 圧媒油、密封剤、熱交換流体
等のような棟々の実際的用途を侍つ。
CTFEテロマ全製造する櫨々の方法が先行技術におい
て既知であり、多年に亘って産業的に夾b1!Iされて
きたa 1ndustrlal and Englne
erlngChemlstry 第353〜337頁(
1947年)におけるW目1 famT、 MI I 
Ier+ Jr、 瞳による’ LowPolymsr
s of Chlorotrlfluoroethyl
ene ’  と題する論文は重合促進剤としてペンゾ
イルノf−オキシドを用いてクロロポルム溶液中で重合
を行わせることVCよってCTF Eの低分子゛以ボリ
マヲ製造する方法を記載している。この文献中にこの目
的に有用であるとして開示された曲の浴媒は四塩化炭素
及びテトラクロロエチレンを営む。溶液を加圧CTFE
モノマとクロロホルムと全蒸留によって除去すると一般
式CIICt2(CF2CCtF )。ctの粗製テロ
マが残留し、これを史に加熱し蒸留すると軽油から半固
状ワックス或はグリースに及ぶ生成物が得られる。
米国特許第2793201号明細書はC’ T F E
七ツマを重合場せて低分子量ポリマを製造するだめの改
良された促進剤を開示している。この文献中に開示され
た特定の促進剤にはビス(トリクロロtアセチル)ノf
−オキシドやビス(ツヤ−クロロアクリリル)/f−オ
キシドのような種々のパーオキシド9が含まれる。こう
した促進剤を用いるとポリマ中にある反応性水素の総′
Mを除去することによってより安定なポリマを生じる。
低分子−〇TFEポリマ製造のために開発されたもう一
つの方法が米国特許第2788575号明細書に記載さ
れている。この方法は脱酸素化システム中で紫外線の存
在下にCTF Eをブロモトリクロロメタンのような飽
和有機ブロモ化合物と反応させて1分子当り1個又はそ
れ以上のCTFEユニットを含む飽第11ブロモポリク
ロロトリフルオロ化合物を伯ることからなる。こilら
の飽オロプロモボリクロロフルオロ化合物t1次に塩素
処理によつ1対応するポリクロロフルオロ化合物に転化
され、続いてアンチモン触媒と組合せた三フッ化コバル
ト、三フッ化マンガン、ニフツ化銀及びフツ化水嵩のよ
うな一般的なフッ素化剤によってフッ素化され、より高
度にフッ素化された生成物を得ることが出来る。
この分野のもつと最近の進歩はEuropeanPol
ymer Jourual、  12巻(1976年)
に見られるY、 Pletrasanta等の’ Te
lomerlzatlon byRedox Cata
lysls’  と題する一連の論文に記載されている
。この技術はベンゾイン及び適正な酸化a元触媒、例え
ば塩化鉄六水和物(F a Ct5・6H20)の存在
下に四塩化炭素のような塩素化されたテロ1’ylHC
T F Eとの反応を包含する。テロマリゼーション反
応は適正には反応体と触媒との共通溶媒であるアセトニ
トリル中で行われる。’11化還元I法はその名前全テ
ロiリゼーシ日ン中の鉄(l[I)イオンの触媒作用か
らとっている。この鉄(fil)イオンはそれがテロマ
を塩素でlキャップする1時に還元され、それがテロマ
の鎖の生長を開始させる時1〔入れ換りに酸化される。
上述の種々なテロマリゼーション法は一般に一般式CC
t3(CF2CCtF)。Ct(ただし式中nii典型
的には1以上から約20の範囲である)をもつl粗製I
テロマの製造をもたらす。これらの411製テロマは適
正なフッ素化剤を用いてフッ素化することKよって安>
を化されうろことが知られている。ここで用いらノする
r安定化されたIという表現はテロマ鎖の末端基(単数
又は腹峨)における1個又はそれ以上の塩素原子のフッ
素による1a換とテロマリゼーション中に生じテロマ中
に溶解して残っている種々なオレフィン系不純物の飽和
化とを意味する。こうしたフッ素化によって製造された
テロマはIK食性環境におhて高度に安定であり、酸化
雰囲気中で実質上不燃性である。
CTFEのテロマを種々な7ツ累化剤の使用によってフ
ッ素化しうろことが先行技術において知られている。即
ち、この目的に三フッ化コバルトを使用することが上述
の1ndustrlal andEngineerin
g Chemlstryに論じられており、そこでは粗
製のC丁FEテロマを約200℃首でのt高度において
ポリマの重量に近いC0F3の金紗が添加されるまで順
次一部ずつのCoF3と反応きせる。この反応中、フッ
素は置換反応によって消費されCoF塩はCOF2に転
化される。安定化された反応中放物は次に四塩化炭素で
発塩から抽出され、濾過され、蒸留はれて四塩化炭素を
除く。残留物を更に真空蒸留して完成ポリマとして安定
化されたオイルフラクションヲ得る。
撞々な他のフッ素化剤もまた先行技術に開示されている
。例えば米国特許第2886607号明414111+
はクロロトリフルオロエチレンのよウナハークロロフル
オロオレフインの種々なテロマをフッ素化するために五
塩化アンチモンと組合せた三ノツ化アンチモンの使用を
例示している。
英国特許第712184号及び絹761055号及び米
国特許第2636908号各明+M書はCTFEの重合
、分)昨及びそれに続くフッ素化を目的としている。上
述の英国特許は共にCTF EのjIE合と続いて行わ
れる種々の分子量と沸点範囲とをもつオイルを製造する
だめの分解及び、それに続いてフッ素化剤として順次三
フッ化塩素とそれに続く三フッ化コバルトによるフッ素
化によるオイルの安定化を記載している。
米国特許第2636908号明細書は同様な重合とCT
FEオイルを製造するための分解操作と完全に安定化さ
れた生成物f:製造するためのこれらオイルの後期塩素
化及びフッ素化を述べている〇後期フッ素化工程はフッ
素化剤として三フッ化塩素又はフッ化水素酸を約100
〜約300℃の範囲の温度で使用して行われる。三フッ
化コバルトのような、フッ素化工程のための触媒、又は
促進剤の使用も述べられて込る。
ここに記載されているようなりロロフルオロ化潤滑剤に
対する要求は近年着実に伸びてきている一部分起因して
いる。従って、これらの製品の工業的規模におけるより
効果的な、より安価な製造を提供するような既存の方法
に対する改良の必要性は引続き存在し、また増大してい
ることは容易に理解されるであろう。
本発明によれば、クロロトリフルオロエチレンのテロマ
を安定化させるための改良方法は触媒量のフッ素化触媒
の存在下に粗製テロマをフッ素化剤と反応させることを
含む。適正な粗製テロマは塩化鉄(ill)及びベンゾ
インのような重合触媒の存在下におけるクロロトリフル
オロエチレンの四塩化炭素との付加重合度r6によって
生成され、一般には1〜20の範囲の分子数を持つ。本
発明のフッ素化剤は好適には三フッ化塩素(ctF3)
からなり、フッ素化M媒H鉄、ニッケル、クロムのハo
 )f 7化物及びそれらの混合物からなる群から選ば
れた遷移金属ハロゲン化物からなる。
本発明の方法は好適には約120〜約250℃に渫たれ
た少くとも1個のフッ素化反応槽中で行われ、所望度の
フッ素化が達成されるまで継続される。−態様において
粗製テロマはフッ素化反応槽に導入され塩化鉄(lit
)の存在下罠三フッ化塩素でフッ素化される。この反応
からの過剰な三フッ化塩累は次に連続再循環法において
五塩化アンチモンの存在下に追加の粗製テロマと反応さ
せられる。
本発明のフッ素化、或は安定化法は広く種々なりロロフ
ルオロテロマに応用可能である。こうしたテロマは四塩
化炭素のような塩素化銀移行溶媒及び適正な重合促進剤
の存在下におけるクロロトリフルオロエチレン、テトラ
フルオロエチレン、ノ臂−フルオロブタジエン、ジフル
オロジクロロエチレン、ノ臂−フルオロモノクロ口プロ
パン、パーフルオロモノクロロブテン、パーフルオロプ
ロペンなどのような(11I々なパーフルオロオレフィ
ン系又ハノ臂〜フルオロクロロオレフィン系千ツマのテ
ロマリゼーションによって製造されつる。便宜上、本発
明の方法はここではクロロトリフルオロエチレン(CT
FE)モノマから製造されるテロマのテロマリゼーシ日
ン及び安定化罠関連させて特に詳細に記述されるであろ
うが、本発明は他のクロロフルオロテロマのフッ素化に
も同様に適用しうることは容易に理解されよう。
既に例示されたようにC丁FEテロマを製造するために
数種のテロマリゼーション法が使用されるが、特に好適
な方法には触触詣のFeCl2、Fe”イオンの還元剤
としてのベンゾイン、及び反応体と触媒との共通の溶媒
としてのアセトニトリルの存在下における四塩化炭素と
CTFEとの反応を包含している。テロマリゼーション
反応は次のように例示されうる: テロマリゼーション反応は一般に昇温及び加圧栄件下で
行われ、温度は一般に約90〜約150℃の範囲、加圧
は一般に3 、5〜28 K17cm2(50〜400
1)$1)の範囲内である。テロマ鎖の生長、したがっ
てテロマの平均分子数(n)は溶液中のFe3+イオン
の相対濃度、Fe3+イオンがFe2+型へ虐元される
速IW及び反応体の相対濃度に依イrする。本発明の目
的に対して約1〜約20のIIε囲の平均分子′mをも
ち、粘度が軽油からグリース首で変化するようなテロマ
が特に好適である。
次にテロマは未成1ムモノマと溶媒とを留去させ、ベン
ゾインを除くために活性アルミナのカラムに通される。
こうしたテロマの製造は後記の例1に例示される。
粗製CTF Eテロマは次に塩素原子をフッ素で置換し
て末端基(主として−CCt3基)を安定化させ、残存
する全てのオレフィン系不純物を飽和化するためにフッ
素化されうる。テロマは加熱され、昇温下、好適には約
120〜約250℃、最も好適には約150〜約180
℃の温度に保たれる。
フッ素化はフッ素化触媒の存在下に加熱されたテロマ混
合物中にフッ素化剤を尋人することで生じる。
テロマの末端基のフッ素化の程度は個々のフッ素化触媒
の活性、フッ素化剤の有効度、反応混合物の温度及びフ
ッ素化工程の時間を含む数種の要因に依存するであろう
。種々の程度のフッ素化を行ったこうした安定化テロマ
の構造は以下のように表わされうるが、ここで(21は
最低のフッ素イとテロマ、即ち単一フツ累置換を表わし
、(3)、(4)及び(5)は順次2.3及び4フツ素
置換を行ったより高度にフッ素されたテロマであり、(
6)は5フッ素置換をした最も高度に7ツ紫化され喪テ
ロマを表わす0 CFCl2(CF2CFCl)。CL       f
21CF2CL(CF20FC1)。CL      
  131CF2C,t(CF2CFCl)、ICF2
CF2Cl   f4)CF3(CF2CFCl)。=
CF2CF2Cl    (51CF3(CF2CFC
l)。−ICF2CF!l     F61本発明は元
素状フッ素及びフッ化水素のようなイ小々のフッ素化剤
を含んでいるが、CTFEテロマのフッ素化において特
に有効であるために三フッ化填素(C1F、)が好適で
ある。元素状7ツ累はイj効なフッ素化剤であるが、商
業用に製造されたフッ素は屡々倣紐の酸素を含み、これ
がフッ素化中にテロマ鎖上に−COF 末端基を生成し
つる07ツ化水素は比較的安価なフッ素化剤であるがC
1F。
はど有効ではない。
本発明の範囲内Vこあるフッ素化触媒には鉄、ニッケル
、クロムのハロダン化物及びそれらの混合物からなる群
から選ばれる遷移金属ハロダン化物が包含される。代表
的な遷移金属ハロダン化物にはFeCl2、FeF3、
NIC12、N I F2、Cr CAs及びCrF3
が含まれる。フッ化カリウム(にF)も有効なフッ素化
剤であることが見出され、単独のフッ素化剤としても或
は上述の遷移金属ハロダン化物の倒れかを組合せても使
用されうる。一般にこれらの触媒#′1CoF5のよう
な先行技術のフッ素化融媒と比べて著しく安価であり少
くとも同等に有効である。個個の反応に必要な触媒の闇
は本発明に重要ではなく触媒活性に依存するであろうが
テロマの約0.1〜10重゛1%、好適には0.5〜5
重量%が一般に適正である。
酸化還元テロマリゼーションによって製造されるCTF
 Eテロマのフッ素化を含む方法において選ばれたフッ
素化触媒はF e C63で1、これはテロマの末端基
のフッ素化とオレフィン系不純物の飽和化との両方に対
して極めて有効であることがわかった。更にFeCl2
は酸化還元テロマリゼーション法におhて使用菌ハる触
媒系と完全に共存しうるものである。
5bCt5は末端基のフッ素化に極めて有効で、CTF
Eテロマ中に可溶でもあってフッ素化をもつと効率的に
、そして回分法ではなく連続再循環法で比較的低い温度
で行うことを0T能にする。しかしながら5bCt5は
F e CL3よりも高価であり一般にオレフィン系不
純物の5j14u化においてより有効性が劣ることが見
出された。
フッ素化触媒としてFeCl2と5bCt5との両者を
用いた本発明の−1様が添付図を引用してより峰Fli
tにここに記載これるであろう。
添付図に示されるように粗製液状CTFEテaマと約1
ル縫俤のFeCl2との混合物がライン4を通ってフッ
素化反164台6に導入される。混合物は反応情中で攪
拌され、約165℃に加熱される・窒素で希釈されたガ
ス状三フッ化塩素全ライン2全通して混合物に添加し、
十分な時間反応させて所u 137’のフッ素をもつテ
ロマを製造する。安定化さh走牛反物を次Pこライン2
6を通してフィルタ28Ktlli給し、鉄触媒を除去
し、精製された生成物とし、これはライン30から取出
されうる。
未成1乙の三フッ化塩素は反応種6からライン8を通っ
て約100℃に保たれたスクラバー10へ移行する。ラ
イン16を通って保持タンク22に添加きれてあった粗
製液状CTFEテロマと約1重゛計チの5bCt5との
新鮮な混合物をライン32全通して保持タンクから取り
出し輸送手段24によってスクラバー10へポンプ送り
し、そこで三フッ化塩素と反応させる。部分的にフッ素
化されたテロマを次にライン18を通して保持タンク2
2へ再循環させる。痕跡量のフッ素化有機物を含む可曲
性のある洗気工程からの廃ガスをライン12から取出し
、塩素を除去するために水酸化す) IJウムと反応さ
せる。所望度のフッ素化が達成されると安定化されたテ
ロマをライン36経由で再循環の流れから取出し、反応
容器40中でライン34からの50%HCt水溶液で処
理する( sb  の除去)ことができる。精製された
生成物をライン42経由で取出すことができる。
以下の精側はそれによって本発明を限定するものではな
く、本発明の種々な態様と利点とを史に例示しようとす
るものである。
例IFi酸化還元テロマリゼーション法を用いた411
EICTFEテロマの製造を例示する。
例  1 300Tntのオートクレーブを乾燥し、N2 通気し
、これに60、OiのCTFE、48.3m1(DCC
t4.26.1MのCH30N 、 0 、486 P
のFeCl3及び0.774Fのベンゾインを装入した
反1v混合物を約110cの湯度に加熱し約2時間攪拌
した。この操作中圧力は6.3〜約12.95に9/c
m 2 (約90〜約185psl)で変化した。温I
Wを次に外囲r高度に下げ、未反応のCTFEを除去し
た。内容物を反応槽から取出し、留去すると48.3?
の生成物が得られた。反応混合物を150 rntのC
HCL3で処理し、濾過し、留去すると43.5?のテ
ロマがイ静らノt fc 6テロマをl古性アルミナの
カラムに刑してベンゾインを除いた。
例2及び3は三フッ化tM累及び稙々のフッ素化触媒を
用いた粗製CTFEテロマのフッ素化を例示する。例2
及び3で用いられる粗1cTFEテロマ生成物は例1の
操作によって製造された。この生成物の〃スクロマトグ
ラフイ分析は以下のテロマ分布であることを明らかにし
た: テロマ   量係 CC/−3(CF2CFCl)C46,5CCL3(C
F20FCt)2Ct17,61CC1,(CF2CF
Cl)3C115,89CC43(CF、CFC/−)
4C415,63CC43(CF20FCt)5Ct1
1.26CC43(CF20FC4)6C69,45C
C1,(CF2CFCl)f、1   7.65C,C
,t3CCF2CFC1)8C15,81CC63(C
F2CFCl)9C/=    3.85CCt5 (
CF 2 CF Ct) 1o Ctl、96CC4(
CF CFC4)11C/−痕跡量2 例  2 308y−の粗製CTFEテロマ生成物と5.Oi(0
,019モル)のFeC43との攪拌された混合物をガ
ス導入及び排出管を備えた3QQmlのオートクレーブ
中で約1650に加熱した040m1/分のN2  で
希釈きれた27m11分のClF3を約3/2時間この
反応混合物に通じ几。これに続いて40m17分のN2
  で希釈尽れた9 me 7分のClF3を再び約5
時間10分間この反工6混合物に通じたO反応槽を次に
冷却し、内容物を反応槽から取出すと273?の生成物
が得られた。この生成物を11目のNa2CO3と約1
/2時間約60℃で攪拌し、ワットマンA10シを用い
てF遇すると232?の生成物がイ4Iられた。
ガスクロマトグラフィを用いてこの生成物を分析すると
次のテロマ末端基分布をもつことが明らかになった: フッ素置換     −亀拶 O痕跡蓋 −138 4B 3       11 例  3 例2の操作に従って102y−のわ1製テロマ牛成物と
0.01モルのN I Ct2との反応混合物を165
℃に加熱した。40mt/分のN2  で希釈された1
3m//分のClF3  をこの混合物に50分間通じ
た。続いて更にやはり4oml/分のN2  で希釈さ
れた18mtZ分のClF3を約55分間、4.5m1
1分のctF5を約2時m)通じた。
ガスクロマトグラフィを用いたこの生成物の分析は次の
テロマ末端基分布を示した。
フッ素置換     −M% O痕跡量 54 37 5 本発明の4−々な態様と例示が示され明、1(II書中
に記載されたが、その修正と変更とは当業界の熟練者に
は容易に理解されよう。従って特許請求の範囲は本発明
の範囲と要旨との範囲内にあると考えられるこうした修
正と変更とを全て包含しようとするものであることを理
解すべきである。
【図面の簡単な説明】
添付の図面はフッ素化触媒としてF e C15と5b
Ct5との両者を用いる本発明の一態様を示したもので
ある。 図中、6はフッ素化反応槽、10はスクラバー、22は
保持タンク、28はフィルター、40は容器である。 U!、百の冷二′内容に変更なし) 手続?di正書(方式) %式% 1、事件の表示    昭和58年特許願第78851
号3、 ?lIi正をする者 事件との関係  出願人 4、代理人 5.7ili正命令の日付  昭和58年8月30日図
面の浄吉(内容に変更なし)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)  クロロフルオロ化テ目マを触媒mlの、鉄、
    ニッケル、クロムのハロダン化物及びそれらの混合物か
    らなる群から選ばれたフッ素化触媒の存在1でフッ素化
    剤でフッ素化することを特徴とするクロロフルオロ化テ
    ロマを安だ化する方法。 (2)  そのクロロフルオロ化テロマが塩素化末端基
    ヲ有するクロロトリフルオロエチレンテロマである特許
    請求の範囲第(1)項記載の方法。 131  (−のクロロトリンルオロエチレンテロマが
    一般式 %式%) (ただしnは約1〜約20である)k持つ、特許871
    求の範囲第(2)項記載の方法。 (4)  そのフッ素化剤が三フッ化塩素を含む特許請
    求の1(1囲第ill J負記載の方法。 (!5)  そのフッ素化Allがフッ素を含む特許請
    求の範囲第(1)項81シ載の方法。 (6)そのフッ素化剤が7ツ化水素及び塩素を含む特許
    請求の範囲第(1)項記載の方法。 (7)  そのフッ素化反応が約120〜約250℃の
    硯度で行われる特許+7#累のI/Ia囲々4 !11
     Jit記載の方法。 (8)  そのフッ素化反応が約150〜約180eの
    7品度で行われる特許請求の範囲第(7)J貴1(−載
    の方法。 (9)  そのフッ素化触媒がテロマの約0.1〜約1
    0車M係の範囲で存在するl特許請求の範囲第t1)J
    R記載の方法。 +ll  そのフッ素化触媒がテロマの約0.5〜約5
    ■h(%の+111)囲で存在する特許1;I!求の)
    11α囲第(91項Hピ載の方法。 αυ そのフッ素化触媒がF e GA sを含む% 
    lt’f瀾求の範囲第(1)項記載の方法。 Qa8+41工程がlIl!l!媒預・ノ、鉄、ニック
    ゛ル、りOムのハロダン化物及びそれらの混−@物から
    なる群から選ばれたフッ素化触媒の存在下でクロロトリ
    フルオロエチレンテロマをフッ素化剤で7ツ累化するこ
    とからなり、絹2工程が触媒量の5bCt5の9在下で
    過剰のフッ素化剤を追加のクロロトリフルオロエチレン
    テロマと反応させることからなる、クロロトリフルオロ
    エチレンテロマを安定化させる2工程方法。 a′4  そのフッ素化剤が三フッ化塩素を含む特許請
    求の範囲鋼04項記載の方法◇ 0 そのフッ素化触媒がFeCl2を含む1特許請求の
    ・11a囲第(13項記載の方法。
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