(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ素化モノマーの重合で乳化剤として使用される高次フッ素化カルボン酸を排ガス流から回収する方法であって、高次フッ素化カルボン酸の塩が分離相として分離するような濃度のアルカリ性洗浄液に、前記の重合によって得られたポリマー粉末を乾燥する際に生じた排ガスを接触させることを特徴とする、前記回収方法。
【請求項２】
アルカリ性洗浄液の密度が、＞1.15g/cm3 である請求項１に記載の方法。
【請求項３】
アルカリ性洗浄液の密度が、＞1.3g/cm3である請求項１に記載の方法。
【請求項４】
アルカリ性洗浄液が、塩を含んでいてもよいアルカリ金属水酸化物溶液である請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
塩が、アルカリ金属水酸化物と同じカチオンを含むアルカリ金属塩である請求項４に記載の方法。
【請求項６】
アルカリ金属水酸化物溶液が、水酸化ナトリウム溶液又は水酸化カリウム溶液である請求項４に記載の方法。
【請求項７】
高次フッ素化カルボン酸の塩が、洗浄液の上相部として分離する請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
スクラバー（１）、精製すべき前記排ガスの供給部（２）、洗浄液供給部（３）、ライン（４）に接続する分離器（５）を含み、この分離器が溢流出部（６）、そこからライン（７）によって流入する収集器（８）及び排ガスライン（１４）を含む、請求項１〜７のいずれかに記載の方法を実施するための装置。
【請求項９】
循環ライン（１０、１２、３）が、ポンプ（１１）及び熱交換器（１３）を経由して分離器（５）からスクラバー（１）に接続されている請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
分離器（５）が、移送手段（９）を含む、請求項８又は９に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フッ素化モノマーの重合に乳化剤として使用されるフッ化カルボン酸の回収に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フッ素化モノマー類の水性分散液中での重合では、高次フッ素化カルボン酸類が乳化剤として用いられる。この目的に主に使用されるのは、7 〜10の炭素原子を有するパーフルオロ化アルカンカルボン酸類、特にパーフルオロ化オクタン酸の易水溶性塩であり、特にそのアンモニウム塩類が好ましい。
【０００３】
もし、フルオロポリマーが、初期に生成したフルオロポリマーラテックスからの凝析によって得られる場合には、かなりの量の高次フッ素化カルボン酸が、生成したフルオロポリマー粉末中に残留することになる。凝析工程中のpHの値に依存して、高次フッ素化カルボン酸が、遊離酸又はそのアンモニウム塩として存在する可能性があるし、遊離酸とアンモニウム塩の混合物として存在する可能性もある。高次フッ素化カルボン酸アンモニウム塩は、フルオロポリマー粉末の通常の乾燥温度である120 〜300 ℃の範囲でかなりの蒸気圧を有しているので、ポリマー粉末の空気乾燥中に蒸発する水と一緒に遊離することがあり，通常は乾燥器からの排ガスや排空気中には、非常に低濃度ではあるが、ある量存在する。遊離の高次フッ素化カルボン酸は、水と低沸点の共沸物を生成するので、フルオロポリマー粉末からほぼ定量的に廃ガス中へ除去することが可能である。
【０００４】
現在、数多くのフルオロポリマーが、乳化重合製造法で工業的規模で作られている。それらには、少量のヘキサフルオロプロピレン及び／又はパーフルオロプロピルビニルエーテルで変性可能であり、溶融物からは作れない、いわゆるペースト状生成物であるテトラフルオロエチレンの乳化重合体、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレン又はパーフルオロプロピルビニルエーテルの共重合体、テトラフルオロエチレン、エチレン及び必要に応じて他のコモノマーとの共重合体、ビニリデンフッ素化物とテトラフルオロエチレンやヘキサフルオロプロピレンなどの他のコモノマーとの共重合体が、重要なものの例として含まれる。
【０００５】
本発明による方法は、これら全てのフルオロポリマーの後処理方法として用いることができる。一般的に理解されるように、本発明による方法は、高次フッ素化アルカンカルボン酸が、排空気又は排ガス流中に存在し、そこから分離せねばならない場合にも全て応用できる。更に高次フッ素化カルボン酸が、非常に低濃度で存在する場合にも、容易に応用できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
高次フッ素化カルボン酸は、高価な物質であり、また生分解性がないので、コストと環境保護の面から、できる限り定量的に回収しなければならない。
排空気又は排ガス中の高次フッ素化カルボン酸を水で洗浄（スクラビング）して除去するのはうまくいかない。すなわち、遊離酸の場合には、蒸気圧が高いため充分な精製が出来ず、洗浄効率は不充分である。アンモニウム塩の場合には、比較的低濃度でも、洗浄液中でアンモニウム塩が沈澱するため、より高濃度での使用が困難である。
【０００７】
希アルカリ溶液による洗浄によって、排ガス中の高次フッ素化カルボン酸を除去するのは、その酸及び特にその塩が高界面活性物質であるので、著しく発泡を起こすという大きな困難に遭遇する。従って、この手法でも非常に高価な物質を工業的に回収することは非常に難しい。これらの問題を解決するために、通常の消泡剤を添加してもうまくいかない。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
今般、高密度のアルカリ性洗浄液を用いれば、高次フッ素化カルボン酸又はそのアンモニウム塩を、排ガス流中から容易に洗浄できることが見出された。更に詳細に言えば、上記の高密度洗浄液は、高濃度のアルカリ溶液又はその塩、好ましくはアルカリ金属塩を、より希薄なアルカリ溶液に添加することによって達成される。これによって、発泡は抑えられ、更に洗浄液中の高次フッ素化カルボン酸の塩の溶解性が非常に低下するため、フルオロカルボン酸の塩がアルカリ性洗浄液から別の相に濃縮した形で分離し、容易にアルカリ性洗浄液から分離できる。
【０００９】
本発明による方法では、精製すべき排ガス中で、高次フッ素化カルボン酸が、遊離酸の形又はそのアンモニウム塩の形として存在するかは重要でない。何故なら、アンモニウム塩は、アルカリ性洗浄液中で対応するアルカリ金属塩に転換されるからである。
本洗浄方法の温度は重要ではない。即ち約10〜80℃、好ましくは20〜50℃でよい。より低い温度では、アルカリ溶液及びアルカリ金属塩の溶解限界に留意せねばならない。このような洗浄液は真の溶液であるべきであって、アルカリ溶液又はアルカリ金属塩の結晶が析出すべきでない。
【００１０】
本発明の方法は、１絶対バール以下の圧力でも、常圧でも又は多バール加圧下でも操作可能である。
より好ましい態様では、アルカリ性洗浄液の密度を、フルオロカルボン酸からの析出塩の密度よりも高い値に設定することにより、塩が沈降タンク中で高密度洗浄液の上相として分離し、排出される。洗浄液は底部から取り出して、直接洗浄系に戻すことが出来る。アルカリ性洗浄液の密度は、スクラバー中の適切な温度で1.15g/cm3 以上、好ましくは1.3g/cm3以上であるのがよい。循環した洗浄液は、1 ％未満、一般には0.1 ％未満の高次フッ素化カルボン酸の塩を含む。以下、％は重量で示す。
【００１１】
本発明の洗浄方法で妨げとなる発泡は、これらの条件下では起こらない。沈降した高次フッ素化カルボン酸の塩は、生成すると直ちに分離器中で分離するので洗浄系の妨げにはならない。
好ましいアルカリ化合物は、アルカリ金属水酸化物、好ましくは水酸化カリウム溶液、特に好ましくは水酸化ナトリウム溶液であり、その濃度は、密度が１．15g/cm3 以上のものである。水酸化カリウム溶液の場合は、16％以上の濃度、水酸化ナトリウムの場合は、14％以上の濃度が必要である。二種以上の異なるアルカリの混合物も勿論使用可能である。
【００１２】
もし、より低濃度のアルカリ金属水酸化物を用いるのが望まれる場合には、洗浄液の密度を1.15g/cm3 以上にする条件が満たされるような塩を加えることで達成される。この目的のために用いられる塩としては、アルカリ性環境下で、溶解性の乏しい水酸化物を生成しないような、通常の無機化合物なら何でも適している。それらのうち好ましいものは、ナトリウム又はカリウムの塩化物、臭化物或いは硫酸塩のようなアルカリ金属塩である。しかしながら、後処理の装置の材料として金属が使用される場合には、塩化物イオンが腐食の原因となるので、硫酸塩のような他の塩の使用が、洗浄液の密度を設定するためには好ましい。更に、塩は、アルカリ化合物と同じカチオンを持つ化合物から選ばれるものが好ましい。即ち水酸化ナトリウム溶液には、硫酸ナトリウムの使用が好ましい。塩の混合物も勿論使用可能である。
【００１３】
高次フッ素化カルボン酸塩を含む、より軽い上相部で、ペースト状の塩が生じるが、それには水性アルカリ媒体、即ちアルカリ金属水酸化物及び場合によっては添加した塩が依然として付着している。
水酸化ナトリウム溶液が好適に用いられた場合に、パーフルオロオクタン酸が回収され、その上相部に含まれる有用物質は以下のようである。
【００１４】
−約5 〜約20％のパーフルオロオクタン酸ナトリウム塩
−10％未満の水酸化ナトリウム及び
−100 ％を補う量の水。
水酸化ナトリウム溶液と硫酸ナトリウムを用いると、上相部に含まれる有用物質は以下のようである。
【００１５】
−約30〜約55％のパーフルオロオクタン酸ナトリウム塩
−10％未満、好ましくは5 ％未満の水酸化ナトリウム
−約20〜40％の硫酸ナトリウム及び
−100 ％を補う量の水。
洗浄すべき排ガス流が二酸化炭素を含んでいる場合には、上相部に含まれる有用物質に、更に炭酸ナトリウムが含まれる。
【００１６】
ここに示された組成は、例示的なものである。その組成は用いられたアルカリ金属水酸化物の濃度及び洗浄液中に添加される塩の濃度によって影響される。
分離析出した上相部を、例えばタンク中に集めて、数時間放置すれば、高次フッ素化カルボン酸の塩が更に濃化し、再び二相以上を生成するのが観察される。分析によって、どちらの相に高次フッ素化カルボン酸の塩が含まれるかを確認し、他相は好ましくは本方法の系に戻される。
【００１７】
ある条件下では、濃縮した高次フッ素化カルボン酸のペースト状塩が固化する。更に後処理を旨く進めるために、当業者は、高次フッ素化カルボン酸塩の濃度をより高くすべきか低くすべきかを装置上の面から任意に決定することができる。
塩溶液、好ましくはアンモニウム塩溶液をフルオロモノマー類の重合で再使用するためには、高次フッ素化カルボン酸の塩の更なる処理に、更なる精製段階が必要である。この場合には、例えば米国特許第５４４２０９７号で示されるエステル化方法を使用することができる。
【００１８】
本発明方法をより詳しく説明するために、図１を参考にしてパーフルオロオクタン酸の連続回収を詳細に説明する。
本系の必須部分は、スクラバー１であり、ここで、ライン２を通じて流入するパーフルオロオクタン酸を含有する排空気を、ライン３から導入される高密度アルカリ性洗浄液と緊密に接触させる。それによって、アルカリ性洗浄液中にほとんど溶けないパーフルオロオクタン酸のアルカリ金属塩が、固体相として分離する。アルカリ性洗浄液及び分離したパーフルオロオクタン酸のアルカリ金属塩の不均一相混合物を、ライン４を経由して分離器５中に流す。ここで、容器の静止部で、低比重のパーフルオロオクタン酸の塩が、高密度のアルカリ性洗浄液から上部相としてペースト状塩の形で分離する。生成したペースト状塩を、それに付着したアルカリ性洗浄液と一緒に分離器の溢流出部６からライン７を経由して取り出し、連続的に収集器８へ流入させる。ペースト状塩の取り出しは、移送手段９、例えば、非常にゆっくり回転する攪拌器を用いることで促進される。この場合に、攪拌器９の高さは、容器の内容物に丁度浸るように設定し、本分離器中の分離工程には妨げにならないようにする。
【００１９】
より好ましい態様としては、収集器８で上相部として分離したパーフルオロオクタン酸の粗製塩２〜５重量部に対して１重量部の水を加え、緊密に混ぜ合わせ、生成した相を再度分離する。
高密度のアルカリ性洗浄液は、分離器５の下部からライン１０を経由しポンプ１１によって、ライン１２、熱交換器１３を通じ、ライン３からスクラバー１に再循環させる。きれいになった排空気はライン１４を経由して導出する。再循環洗浄液には、溶解性が低いパーフルオロオクタン酸のアルカリ金属塩はもはやほとんど含まれていない。アルカリ性洗浄液に、ライン１５を通じてアルカリ溶液を、そして場合によっては、分離器５の溢流出部におけるこれらの成分の放出に相当する量の塩を補給する。それによって，要求される洗浄液の高密度が保たれる。洗浄液成分は、連続的に又は断続的に補給することができる。
【００２０】
更に、水の量のバランスをよく勘定にいれておかなければならない。即ち、水蒸気は、通常乾燥系からのパーフルオロオクタン酸を含む排ガスと共にスクラバー１に導入される。この場合、水蒸気は高密度洗浄系中で凝縮し、その濃度を低下させる。一方，スクラバー１から出るきれいな排空気は水で飽和され、水の一部は分離器５を通じて排出される。洗浄系の濃度を一定に維持するためには、その密度を常に測定し、それに従って、アルカリ溶液、場合によっては、塩及び水の必要量を補給することが好ましい。
【００２１】
スクラバー１から出てくるきれいな排空気は、非常に少量のパーフルオロオクタン酸又はパーフルオロオクタン酸のアンモニウム塩を含むだけである。排ガス中の値が、５mg/m3 （標準温度、圧力下）以下、好ましくは１mg/m3 （標準温度、圧力下）以下であるような値が達成される。
本発明のより詳細な内容について以下の実施例で示す。ここで、百分率は、重量を示す。
【００２２】
【実施例】
例１
フルオロポリマー粉末の乾燥系から、171 ℃の温度の排空気400m3 （標準温度、圧力下）/hを、内径250mm 、高さ2000mmの通常のスクラバーに導入する。本排空気中には、300g/hに相当する750mg/m3（標準温度、圧力下）のパーフルオロオクタン酸が含まれる。さらに、水約20kg/hが、排空気とともに乾燥器から洗浄系に運ばれる。スクラバーの圧力は、約１絶対バールである。
【００２３】
密度が1.34g/cm3 で温度が45℃の水酸化ナトリウム水溶液を実質的に含むアルカリ性洗浄液を10m3/hでノズル口から、スクラバーに加える。スクラバーの下部から、0.32g/h に相当する0.8mg/m3（標準温度、圧力下）のパーフルオロオクタン酸しか含んでいないきれいな排ガス流400m3 （標準温度、圧力下）/hが排出される。それに加えて、スクラバーの主要温度の約45℃の水の分圧に相当する水蒸気が存在する。
【００２４】
スクラバーは、並流で操作される。アルカリ性洗浄液及び得られたパーフルオロオクタン酸のナトリウム塩が、本塔から容量0.4m3 の容量を有する分離器に直接流れる。そこで、アルカリ性洗浄液に不溶のパーフルオロオクタン酸のナトリウム塩が、ペースト状相として浮上する。アルカリ性洗浄液の方は事実上、パーフルオロオクタン酸のナトリウム塩を含んでいないので、分離器の底部から抜き出して、ポンプによって、熱交換器経由でスクラバーへ再循環される。洗浄液に溶解するパーフルオロオクタン酸のナトリウム塩の濃度は、約20mg/Lである。洗浄液の密度は、水酸化ナトリウム溶液を加えることで、必要とする約1.34g/cm3 が保たれる。ペースト状相として分離したパーフルオロオクタン酸のナトリウム塩は、一部の洗浄液と一緒に分離器の溢流出部からタンクへ流出する。この取出し操作は、上相部に丁度浸した攪拌器を非常にゆっくり廻すことで促進される。
【００２５】
数時間タンク中に静置すると、実質的に過剰な洗浄液からなる下相部及びペースト状物の上相部からなる二相に再び分離する。下相部を分離し、洗浄系に戻す。
パーフルオロオクタン酸のナトリウム塩を含むペースト状上相部は、水酸化ナトリウム溶液の含量を減少させ、取り扱い易くするために次の処理を行う。即ち、−上相部100kg 当たり攪拌下で25kgの水の添加、
−数時間静置後の相分離、
−水酸化ナトリウム溶液による濃度増加後の下相部の分離及び洗浄系への返還、−上相部100kg 当たりさらに50kgの水の攪拌下での添加、及び
−攪拌下でのサンプルの抜き出し。
【００２６】
このようにして得たサンプルは、以下の組成を有している。即ち、
21.9％のパーフルオロオクタン酸ナトリウム塩、
8.9 ％の水酸化ナトリウム、
3.6 ％の炭酸ナトリウム、及び
残りの水。
【００２７】
このようにして得た濃縮物を、更に純度100 ％のパーフルオロオクタン酸を得るために、以下の後処理に付す。
このようにして得た濃縮物は、攪拌可能、ポンプ移送可能な混合物ではあるが、まだパーフルオロオクタン酸ナトリウム塩の安定な溶液とはいえない。安定な溶液を得るために、更に水を加えねばならないが、このような後処理は必ずしも必要ではない
分離した下相部を、既に述べたように洗浄系へ再循環するので、パーフルオロオクタン酸の損失は生じない。
例２
洗浄液として５％の水酸化ナトリウム、19％の硫酸ナトリウム及び残りが実質的に水である混合物を用いる以外は、実施例１と類似の操作を行う。再循環量は26℃で6m3/h である。洗浄液の密度は1.24g/cm3 である。導入された排ガス流は、400m3 （標準温度、圧力下）である。それは、308g/hに相当する770mg/m3（標準温度、圧力下）のパーフルオロオクタン酸を含有する。本塔の下部から得られるきれいな排ガス流は、1.2g/hに相当する3mg/m3（標準温度、圧力下）のパーフルオロオクタン酸を依然含んでいる。分離器中のパーフルオロオクタン酸ナトリウム塩を含む浮上相部は、以下の組成を有している。即ち、
34.0％のパーフルオロオクタン酸ナトリウム塩、
3.5 ％の水酸化ナトリウム、
20.0％の硫酸ナトリウム、
2.1 ％の炭酸ナトリウム、
残りの水。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の方法を実施するための概略図である。
【符号の説明】
１・・・スクラバー
２・・・排ガス供給部
３・・・洗浄液供給部
４、７、１０、１２、１４、１５・・・ライン
５・・・分離器
６・・・溢流出部
８・・・収集器
９・・・移送手段
１１・・・ポンプ
１３・・・熱交換器
【図１】
0003798840.tif 000002