KR100281363B1 - 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 정제방법 - Google Patents

Abstract

초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 유기 유리기 개시체의 존재하에 염소로 처리한 다음 증류하여서 하는 정제방법.

Description

1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 정제방법

본 발명은 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 염소로 처리한 다음 증류하여서 정제하는 개량된 정제방법에 관한 것이다.

1,1-디클로로-1-플루오로에탄(HFA-l4ℓb)은 완전하게 할로겐화 된 클로로플루오르화 탄화수소(CFCs)가 오존층에 해로운 영향을 미치는 것으로 생각되기 때문에 이의 생산과 사용을 점진적으로 감소시키는데 유익한 대치물로 판명되고 있는 부분적으로 할로겐화 된 클로로플루오르화 탄화수소인 것이다.

일반적으로 합성과정에서 나온 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄은 합성부산물과 원치않는 불순물에 의하여 오염된다. 이들 부산물과 불순물은 증류에 의하여 쉽게 분리될 수 있다. 특히, 이것은 1-클로로-1,1-디플루오로에탄, 1,1,1-트리플루오로에탄 또는 1,1,1-트리클로로에탄은 물론, 반응하는 동안 형성되는 많은 탄소원자로 이루어지는 중질화합물의 경우에 해당된다. 그러나 일반적으로 1,1-디클로로-1-플루오로에탄은 불순물로서 소량의 염소화 와/또는 클로로플루오르화 불포화 화합물을 함유하는데 이의 증류에 의한 분리는 이들이 1,1-디클로로-1-플루오로에탄과 비슷한 비점을 갖기 때문에 어렵다.

가장 중요한 불순물인, 염화비닐리덴 외에 정제할 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에 존재하는 불포화 불순물에는 주로 시스-와 트란스-1,2-디클로로플루오로에틸렌, 트란스-1,2-디클로로에틸렌, 디클로로아세틸렌과 1-클로로-1-플루오로에틸렌이 있다.

아토켐 노스 아메리카의 유럽특허출원 EP-A-0,401,493에는 불포화 불순물을 광화학 염소화 한 다음 증류에 의하여 분리하여서 하는 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 정제법이 기재되어 있다. 이 방법은 1,1-디클로로-1-플루오로탄이 조작압력에서 액상인 온도에서 행한다. 또한 조작조건은 광 에너지원의 존재에 의하여 부분적으로 제한된다.

이러한 문헌에서는 염화비닐리덴의 정제가 강조되고 있지만, 대부분의 실시예에서, 이러한 화합물을 120중량ppm으로 떨어뜨리는 것은 불가능하다. 더우기, 시스-와 트란스-1,2-디클로로플루오로에틸렌의 제거는 언급되지 않았으며, 이는 변환을 나타내는 할로겐화 된 불순물이 많으면 많을수록 어떤 경우에도 더욱 더 어렵고, 이들의 농도는 최소로 통과된 후 다시 증가할 수 있다. 참고적으로 PAFT II(선택적 플루오로탄소 독성 시험용 프로그램)에서는 전체 클로로플루오르화 불포화 불순물 함량이 10중량 ppm을 초과하지 않아야 하는 것으로 지적하고 있다.

따라서, 본 발명은 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 염소로 처리한 다음 증류하여 정제하는 개량된 정제방법을 제공하는데 그 목적이 있으며 이는 염화비닐리덴을 더 좋게 정제할 수 있을뿐만 아니라 기타 불포화 불순물, 특히 시스-와 트란스-1,2-디클로로플루오로에틸렌을 효과적이고 신속하게 분리한다.

또한, 본 발명은 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 염소로 처리한 다음 증류하여서 하는 정제방법에 관한 것으로 염소로의 처리는 유리기 개시체의 존재하에 처리한다.

본 발명에 따른 방법에서, 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄과 이에 함유되어 있는 불순물(여기에는 제조시의 부산물 포함)을 나타낸다.

초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄과 유기 개시체의 혼합을 촉진하기 위하여, 본 발명에 따른 방법은 액상으로 행하는 것이 바람직하다.

유기 유리기 개시체는 유리기 분열에 의하여 염소분자를 분해하는 기능을 갖는다. 본 발명에 따라서, 유리기 개시체는 유기화합물이다. 유기화합물 중에서 대체로 과산화물 또는 디아조 화합물이 사용된다. 특히 과산화 화합물이 사용된다. 이들중 특히 디아실 과산화물, 과산화이탄산염, 알킬과 에스테르, 과아세탈, 케톤과산화물, 알킬히드로과산화물 또는 디알킬 과산화물을 선택한다. 바람직하기로는 디아실 과산화물 또는 과산화 이탄산염을 사용하는 것이다. 우수한 결과는 과산화 디라우로일, 과산화 디벤조일 또는 과산화이탄산 디세틸에서 얻는다. 유기 개시체는 염소로 처리하는 온도에서 0.1-3시간, 대체로 약 1시간의 반감기를 갖는 화합물에서 선택하는 것이 바람직하다.

유기 개시체는 여러가지 투여량으로 사용될 수 있다.

일반적으로 이는 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에 관하여 약 10중량ppm 이상의 농도로 사용된다. 특히 최소한 약 20중량ppm의 유기 개시체가 사용되고 더우기 최소한 약 30중량ppm이 사용된다. 대체로, 약 10,000중량ppm 이하의 유기 개시체가 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에 대하여 사용된다. 바람직하기로는 유기개시체가 약 1000중량ppm의 수치, 더우기 약 300중량ppm의 수치를 초과하여서는 않된다.

염소로의 처리는 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 불포화 불순물을 염소화하는 기능을 갖는다. 특히 이는 염화비닐리덴, 시스-와 트란스-1,2-디클로로플루오로에틸렌과 디클로로아세틸렌을 변환시키는 기능을 갖는다.

염소는 기체상 또는 액체상으로 사용할 수 있다. 이는 염소화 될 불포화 불순물 모두에 대하여 초과량으로 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에 주입된다.

일반적으로 염소는 불포화 불순물의 몰당 3몰 이상의 비율로 사용되며, 바람직하기로는 불포화 불순물의 몰당 약 4몰 이상의 비율로 사용하는 것이다. 대체로, 불포화 불순물의 몰당 약 40몰을 초과하는 것은 바람직하지 못하다. 모든 염소가 실제적 반응할 수 있고 본 정제처리에서 그 자체 하향이 발견되지 않도록 사용되는 양을 제한하는 것이 바람직하다. 불포화 불순물의 몰당 약 15몰의 비율을 초과하지 않는 것이 바람직하고 더욱 바람직하기로는 이러한 비율이 약 12 를 초과하지 않는 것이다.

염소와의 처리는 넓은 온도범위에 행할 수 있다. 특히, 염소와의 처리는 약 40℃이상의 온도에서 행하는 것이고, 바람직하기로는 약 60℃이상에서 행하는 것이다. 너무 많은 중화합물의 형성이 평행치환 염소화 반응으로부터 나올 가능성이 없이, 온도가 높으면 높을수록 불포화 화합물, 특히 1,2-디클로로플루오로에틸렌의 변환이 더 빠르게 이루어질 수 있다. 그러나, 이로부터 충분히 예견할 수 있는 압력의 상관적 증가를 가져온다. 바람직하기로는 처리온도가 약 150℃를 초과하지 않는 것이고, 더욱 바람직한 것은 약 100℃를 초과하지 않는 것이다. 염소와의 처리를 약 60-100℃에서 행할 때 우수한 결과를 얻는다.

염소와의 처리는 자생압력 또는 비활성기체의 주입에 의하여 발생되는 더 큰 압력에서 행할 수 있다. 일반적으로 처리는 약 5MPa, 바람직하기로는 2Mpa를 초과하지 않는 압력에서 행하는 것이다. 약 0.2 내지 약 1.0MPa의 압력이 가장 적합하다.

염소와의 처리에 허용되는 이들 상관적 고압과 온도조건은 불포화 불순물을 효과적이고 신속하게 제거되도록 한다.

염소와의 처리기간은 약 1 내지 약 120 분이다. 염소와의 처리기간이 대체로 약 60분일때가 바람직하다.

과량의 염소의 존재하에서, 처리기간은 1,1,2-트리클로로-1-플루오로에탄의 치환적 염소화와 형성에 의한 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 손실을 제한하기 위하여 변경시킬 수 있다.

또한 상술한 1,1,2-트리클로로-1-플루오로에탄의 탈염화수소화에 의하여 시스- 및 트란스1,2-디클로로-플루오로에틸렌의 재형성의 원인을 일으키는 금속이온의 존재도 제한시킬 수 있다. 그러나 이러한 설명은 본 출원인을 구속하지는 않는다.

따라서 염소화 반응기와 증류기는 특히 모넬, 인코넬 또는 하스텔로이형의 합금과 같은 내부식성 물질로 만든것이 바람직하다.

염소로 처리하는 동안, 염소에서 산소함량은 1000체적ppm이하이고 바람직하기로는 50체적ppm을 초과하지 않는 것이다. 이를 위하여, 먼저 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 비활성기체, 예를들어 질소에 살포하여 탈기한다.

염소로 처리한 다음의 증류는 이들의 염소화후 불순물을 1,1-디클로로-1-플루오로에탄과 분리하는 기능을 갖는다. 증류는 어떠한 공지된 일반적 수단에 의하여 행할 수 있다.

본 발명에 따른 방법의 유리한 다른 특징에 따르면, 유기 개시체를 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에 주입한 후 염소를 주입한다.

본 발명의 특징을 행하는 다른 바람직한 방법으로는, 염소를 처리영역에서의 온도하에 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 주입하는 것이다. 본 발명의 특징을 행하는 특히 다른 바람직한 방법으로는 처리영역에서의 온도하에 유기 개시체를 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에 주입하는 것이다.

본 발명에 따른 방법은, 사전처리가 필요없이 합성방법에 의하여 제조된 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 정제에 사용한다. 본 발명에 따른 방법은 염화비닐리덴과 플루오르화 수소로부터 합성에 의하여 얻은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 정제에 사용하면 좋음을 알 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 방법은 그 비점이 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 비점보다 실제적으로 더 큰 화합물의 존재하에 사용될 수 있다. 그러나, 이들 화합물은 사전에 1,1-디클로로-1-플루오로에탄과 분리시키는 것이 바람직하다. 또한 그의 비점이 특히 1-클로로-1,1-디플루오로에탄과 1,1,1-트리플루오로에탄과 같은 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 비점보다 실제적으로 더 작은 화합물을 사전에 분리하는 것이 바람직하다. 이들 분리는 통상적으로 증류에 의하여 수행될 수 있다.

실시예 1-3은 비-제한적 방법으로 본 발명을 예시한 것이고, 실시예 4R은 비교방법으로 표시한 것이다.

[실시예 1]

110중량ppm의 디라우로일 과산화물(80℃에서 1시간의 반감기)을 함유하는 300㎖의 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 교반기가 장치되고 사전에 0℃로 냉각되고 1,500Pa의 진공하에 있는, 하스텔로이 합금으로 만든 0.5ℓ 의 오토클레이브에 흡입에 의하여 주입한다. 다음 0℃에서 유지된 용액을 반복적으로 질소를 통과시켜서 탈기한다. 예열된 자동온도에서 배드에 반응기를 침지시켜 반응혼합물을 76℃로 하고, 이 단계에서 압력은 4.2·10⁵Pa로 했다.

3g의 염소 즉, 불포화 불순물의 몰당 5.2몰의 염소를 주입한 다음, 온도를 81℃로 상승시키고 이 온도에서 유지하면서 자생압력을 증가시켜서 23분후에 5.2·10⁵Pa에 도달하게 한다.

시료관을 사용하여, 시험하는 동안 시료를 제거한다. 이들을 50ml의 포화 중탄산나트륨 수용액을 함유하고, 미리 얼음으로 냉각된 플라스크에 직접 수집한다. 기울여 따르고 Call₂위에서 건조한 후, 수집된 유기층을 기체상 크로마토그라피에 의하여 분석한다.

다음 표 1 은 염소를 주입하기전과 염소주입 23분후 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에서 mg·kg^-1으로 불포화 불순물의 함량을 나타낸 것이다.

[표 1]

이러한 결과는 단 처리 23분후에, 존재하는 각 불포화 불순물, 특히 염화 비닐리덴과 시스- 및 트란스-1,2-디클로로플루오로에틸렌이 2중량ppm이하로만 남는다. 따라서, 증류에 의하여 고순도의 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 얻을 수 있다.

[실시예 2]

71중량ppm의 디벤조일 과산화물(91℃에서 1시간의 반감기)을 함유하는 300㎖의 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 실시예 1 의 것과 동일한 오오토클레이브에 동일한 방법으로 주입한 다음, 용액을 0℃에 유지한 후, 반복하여 질소를 통과시켜 탈기한다.

예열된 자동온도제어 배드에 반응기를 침지시켜서 반응혼합물을 92℃ 로 하고, 이 단계에서 압력은 6.3·10⁵Pa로 했다.

4.8g의 염소 즉, 불포화 불순물의 몰당 8몰의 염소를 주입한 다음, 온도를 96℃로 상승시키고 이 온도에서 유지하면서 자생압력을 증가시켜서 15분후에 7·10⁵Pa에 도달하게 한다.

시료를 시험하는 동안 제거하고 실시예 1 에서와 같이 분석했다.

표 2 는 염소를 주입하기전 및 염소주입 15분후, 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에서 mg·kg^-1의 염소화 및 클로로플루오르화 불포화 불순물의 함량을 나타낸다.

[표 2]

[실시예 3]

156중량ppm의 디세틸 퍼옥시디카보네이트(57℃에서 1시간의 반감기)를 함유하는, 300㎖의 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 실시예 1 과 동일한 오오토클레이브에 동일한 방법으로 주입한 다음, 용액은 0℃에서 유지하고, 이에 질소를 반복하여 통과시켜 탈기한다.

예열된 자동온도 제어배드에 반응기를 침지시켜서 반응혼합물을 57℃로 한다. 이 단계에서 압력은 2.9·10⁵Pa로 했다.

4.8g의 염소 즉, 불포화 불순물의 몰당 11 몰의 염소를 주입한 다음, 온도를 63℃로 상승시키고, 이 온도에서 유지하면서 자생압력을 증가시켜서 22분후에 3.8·10⁵Pa에 도달되게 한다.

시험하는 동안 시료를 제거하여 실시예 1 에서와 같이 분석한다.

표 3은 염소를 주입하기전과 염소주입 22분후에 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에서 mg·kg^-1의 염소화 및 클로로플루오르화 불포화 불순물의 함량을 나타낸다.

[표 3]

[실시예 4R (비교예)]

10g의 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 실온에서 10㎖의 플라스크에 주입한다. 불포화 불순물의 몰당 3몰의 염소에 해당하는 양의 기체상 염소를 주사기를 사용하여 플라스크를 밀봉한 테프론 스토퍼를 통하여 단일단계로 주입한다.

밀폐실에서 필립스 Hp 80 UV 램프에서 나온 방사선에 시료를 노출시킨다(램프/시료 거리 15cm). 실내공기를 순환시켜서 온도를 약 35℃로 유지한다.

다음 시료를 기체상 크로마토그라피에 의하여 분석한다.

표 4는 염소를 주입하기전과, 염소주입 2.5시간과 8시간후 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에서 mg·kg^-1의 염소화 및 클로로플루오르화 불포화 불순물의 함량을 나타낸다.

[표 4]

이 비교예는 염화비닐리덴을 완전히 염소화 하는데 광화학적으로 매우 긴 처리시간이 요구되는 것과, 이 경우에 시스- 및 트란스-1,2-디클로로플루오로에틸렌과 1-클로로-1-플루오로에틸렌이 본 발명에 따른 방법으로 얻은 결과에 비하여 현저한 양으로 남아있는 것을 예시한다.

Claims (10)

1. 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄을 염소로 처리한 다음 증류하여서 하는 정제방법에 있어서, 염소로의 처리를 유기 유리기 개시체의 존재하에서 행함을 특징으로 하는 정제방법.
2. 제1항에 있어서, 유기 개시체를 과산화물 또는 디아조 화합물에서 선택함을 특징으로 하는 정제방법.
3. 제2항에 있어서, 유기 개시체를 과산화물 화합물에서 선택함을 특징으로 하는 정제방법.
4. 제3항에 있어서, 과산화 화합물을 디아실 과산화물과 퍼옥시디카보네이트에서 선택함을 특징으로 하는 정제방법.
5. 제4항에 있어서, 과산화 화합물을 디라우로일 과산화물, 디벤조일 과산화물과 디세틸 퍼옥시카보네이트에서 선택함을 특징으로 하는 정제방법.
6. 전술한 항중 어느 한 항에 있어서, 유기 개시체를 염소와의 처리온도에서 약 1 시간의 반감기를 나타내는 화합물에서 선택함을 특징으로 하는 정제방법.
7. 제1항에 있어서, 염소로의 처리를 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄의 중량에 대하여 약 10 중량ppm 이상의 유기 개시체의 존재하에 행함을 특징으로 하는 정제방법.
8. 제1항에 있어서, 초기 1,1-디클로로-1-플루오로에탄에서 불포화 불순물의 몰당 약 15몰을 초과하지 않고 3몰 이상의 비율로 염소를 사용함을 특징으로 하는 정제방법.
9. 제1항에 있어서, 염소와의 처리를 약 40-150℃의 온도에서 행함을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제1항에 있어서, 염소와의 처리기간이 약 60분임을 특징으로 하는 정제방법.