DE2639109C2 - - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
- C08F214/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
- C08F214/18—Monomers containing fluorine
- C08F214/26—Tetrafluoroethene
- C08F214/262—Tetrafluoroethene with fluorinated vinyl ethers
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Description
Die Erfindung betrifft Copolymerisate, bestehend aus Tetrafluoräthylen,
Perfluorpropylperfluorvinyläther und Hexafluorpropen,
sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.
Polytetrafluoräthylen, das seit über 30 Jahren bekannt ist, hat
sich wegen seiner speziellen und im Vergleich zu anderen Kunststoffen
außergewöhnlichen Eigenschaften eine Sonderstellung auf
dem Kunststoffmarkt erobern können. Diese Eigenschaften, wie die
hohe Thermostabilität, der hohe Schmelzpunkt, die Resistenz gegenüber
allen gebräuchlichen Chemikalien, der niedrige Reibungskoeffizient,
die extremen Antihafteigenschaften sowie ausgezeichnete
mechanische und elektrische Eigenschaften machen Polytetrafluoräthylen
zu einem heute unentbehrlichen Konstruktionsmaterial,
für das es in vielen Einsatzgebieten keine Alternative gibt.
Dem stehen jedoch auch gewissen Nachteile gegenüber, die sich
insbesondere aus der extrem hohen Schmelzviskosität ergeben und auf
die Verarbeitungsmethoden beziehen. Polytetrafluoräthylen muß im
wesentlichen nach Verarbeitungstechniken behandelt werden, die
aus der Pulvermetallurgie bekannt sind.
Es hat daher nicht an Versuchen gefehlt, Polymere zu schaffen,
die einerseits möglichst viele der außergewöhnlichen Eigenschaften
des Polytetrafluoräthylens besitzen, andererseits jedoch weniger
schwierig und aufwendig zu verarbeiten sind. Die Erfüllung
der Forderung, möglichst weitgehend die wertvollen Eigenschaften
des Homopolymerisats des Tetrafluoräthylens im Mischpolymerisat
zu erhalten, hängt entscheidend ab von der Auswahl des
oder der Comonomeren. Am besten gerecht werden dieser Forderung
die perfluorierten oder zumindest teilfluorierten Comonomeren.
Damit gelingt es, Copolymerisate zu schaffen, die einerseits
Polytetrafluoräthylen-ähnliche Kunststoffe sind, andererseits
aber wie normale Thermoplaste nach konventionellen Methoden,
also auf Extrudern, Blasfolien- und Spritzgußmaschinen, auf Kalandern
und nach anderen gängigen Techniken verarbeitbar sind.
Die bekanntesten Copolymeren dieser Art, die eine erhebliche
technische Bedeutung gewonnen und sich wegen ihrer günstigen
Eigenschaften auch eine beträchtliche Marktstellung errungen
haben, sind die Copolymerisate aus Tetrafluoräthylen (im folgenden
mit TFÄ abgekürzt) und Hexafluorpropen (im folgenden HFP)
sowie neuerdings auch die Copolymerisate aus TFÄ und fluorierten
Alkylvinyläthern (im folgenden FAVÄ) und unter diesen besonders
solche mit perfluorierten Alkylvinyläthern (PAVÄ). Diese
Copolymeren sind ab einem bestimmten HFP- bzw. FAVÄ-Gehalt echte
Thermoplaste. In ihrer Chemikalienbeständigkeit sind sie dem
Polytetrafluoräthylen durchaus ebenbürtig. Dies gilt mit gewissen
Einschränkungen auch für die mechanischen und elektrischen
Eigenschaften. Unterschiede bestehen vor allem im Schmelzpunkt
und in der Dauertemperaturbeständigkeit. Der Schmelzpunkt dieser
Copolymeren liegt bei verarbeitungsgerechter Molgewichtseinstellung
bei den TFÄ/HFP-Copolymeren um etwa 50 bis 80°C,
bei den TFÄ/PAVÄ-Copolymeren um etwa 20 bis 25°C unter dem
des Polytetrafluoräthylens. Die Dauertemperaturbeständigkeit
wird bei den erstgenannten Copolymeren um 50 bis 60°C, bei den
letztgenannten nur um etwa 10°C herabgesetzt. Neben der höheren
Thermostabilität besitzen die letzteren noch die bessere
Zugbeanspruchbarkeit, Wärmeformbeständigkeit und eine etwas
größere Härte.
Die Herstellung und die Eigenschaften von TFÄ/HFP-Copolymeren
sind insbesondere beschrieben in den US-Patentschriften 25 49 935,
25 98 283, 29 46 763, 29 52 669, 30 62 793 und 31 32 124. Aus
diesen Schriften ist folgender Stand der Technik bekannt geworden:
Copolymerisate aus TFÄ und HFP können aus entsprechenden
Comonomerenmischungen durch radikalisch geführte Copolymerisation
hergestellt werden, wobei zur Erreichung verarbeitungsgerechter
Eigenschaften das HFP-Comonomere zu mindestens 25 Gew.-%
(US-PS 25 49 935), besser jedoch zu 30 bis 90 Gew.-% (US-PS
25 98 283 und 29 46 763) oder in noch höheren Anteilen
(US-PS 30 62 793) in der Comonomerenmischung enthalten sein muß.
Die Polymerisation kann im wäßrigen Medium (US-PS 25 49 935,
29 46 763 und 31 32 124), im nicht-wäßrigen Medium (US-PS
29 52 669 und 30 62 793), in einer wäßrigen Phase mit darin
emulgiertem Perfluorkohlenstofflösungsmittel (US-PS 29 52 669),
bei hohen (US-PS 30 62 793) wie auch bei tiefen Temperaturen
(US-PS 25 98 283) durchgeführt werden. Die ziemlich hoch liegenden
Verfahrensdrücke von 50 bis zu mehreren 1000 atü und
Reaktionstemperaturen von 50 bis 350°C können durch die Verwendung
spezieller Katalysatoren und einer organischen Polymerisationsphase
(US-PS 29 52 669) abgesenkt werden. Die wahlweise Herstellung
von Suspensions- und Emulsionspolymerisaten ist möglich.
Je mehr HFP in ein derartiges Copolymerisat eingebaut wird, desto
größer ist der Amorphanteil im Polymeren, je weniger HFP, desto
höher ist der Kristallinitätsgrad. TFÄ/HFP-Copolymere, die den
anspruchsvollen Forderungen bezüglich Verarbeitungs- und Gebrauchs
eigenschaften genügen, müssen einen HFP-Gehalt zwischen
7 und 27 Gew.-% aufweisen, wie er üblicherweise durch das Netto
absorptionsverhältnis der beiden IR-Banden bei 983 cm-1 und
2353 cm-1 bestimmt wird (entsprechend Werten dieses Absorptionsverhältnisses
von 1,5 bis 6). TFÄ/HFP-Copolymere mit einem HFP-
Gehalt unter 7 Gew.-% (IR-Nettoabsorptionsverhältnis < 1,5) sind
zu kristallin, zu brüchig und zu spröde und daher weder verarbeitbar
noch gebrauchstüchtig. Produkte mit einem HFP-Gehalt über
27 Gew.-% (IR-Nettoabsorptionsverhältnis < 6) besitzen zwar noch
relativ gute mechanische Eigenschaften, jedoch liegt der Schmelzpunkt
in einem schon sehr niedrigen Bereich von wenig über 200°C
bis herunter zu etwa 150°C. Auch ist die Bereitschaft zur
Quellung oder zur Lösung in organischen Lösungsmitteln stark
erhöht; derartige Produkte besitzen daher nur untergeordnete
Bedeutung.
Die insbesondere gegenüber dem Polytetrafluoräthylen doch stark
zurückgehenden thermischen Eigenschaften der TFÄ/HFP-Copolymeren
ließen das Bedürfnis nach verbesserten Fluorthermoplasten
aufkommen. Copolymerisate von TFÄ mit Alkylperfluorvinyläthern
und Perfluoralkylperfluorvinyläthern wurden erstmals beschrieben
in US-PS 31 59 609 bzw. 31 32 123. Die Copolymerisation
kann entweder in einem inerten perfluorierten Lösungsmittel oder
in wäßriger Phase unter den Bedingungen der Emulsionspolymerisation
durchgeführt werden. Die so hergestellten Copolymeren
besitzen jedoch eine Reihe von Nachteilen, insbesondere ein
schwer beeinflußbares, stark schwankendes Molekulargewicht und,
daraus resultierend, stark wechselnde Schmelzviskositäten. Instabile
Endgruppen sind verantwortlich für die Entstehung von
Blasen in daraus hergestellten Formteilen, die die mechanische
Festigkeit erheblich beeinträchtigen. Eine sehr breite Molekular
gewichtsverteilung ist die Ursache für eine starke, nicht
mehr tolerierbare Quellung der extrudierten oder gespritzten
Formteile, wodurch die Herstellung maßgerechter Formkörper nahezu
unmöglich gemacht wird. Außerdem können solche Formteile
übermäßig schrumpfen, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt
werden.
Zur Überwindung dieser Nachteile wurden spezielle Maßnahmen bei
der Polymerisation angewendet, nämlich die Durchführung der Polymerisation
in einem organischen Reaktionsmedium, bestehend
aus Fluorchloralkanen oder Fluorchlorhydroalkanen, zusammen mit
dem Einsatz spezieller Tieftemperaturinitiatoren, insbesondere
fluorierter Acylperoxide. Ein solches Verfahren ist beschrieben
in der US-PS 35 28 954. Das vorgenannte Verfahren kann ferner
kombiniert werden mit dem Einsatz wasserstoffhaltiger
Kettenübertragungsmittel, insbesondere Methanol, wie beschrieben
in der US-PS 36 42 742. Vor allem mit dem letztgenannten Verfahren
gelang es, in solchen Copolymerisaten aus fluorierten
Alkylvinyläthern und TFA, die in rein organischem Polymerisationsmedium
hergestellt werden, die instabilen Endgruppen und die Neigung
zum Quellen erheblich zurückzudrängen und eine relativ eng
begrenzte Schmelzviskosität einzustellen.
Bei der Polymerisation in wäßriger Phase ist eine analoge Produkt
verbesserung wesentlich schwieriger. Da hier die in gewissem
Ausmaß stets vorhandene regelnde Wirkung des organischen
Reaktionsmediums entfällt, entstehen meist in wäßriger Phase zu
hochmolekulare Produkte, die für eine thermoplastische Verarbeitung
wenig geeignet sind. Übliche wasserstoffhaltige Regler, wie
sie in der US-PS 36 42 742 beschrieben werden, sind zwar in der
Lage, über das Molekulargewicht die Schmelzviskosität der Copolymerisate
in die gewünschte verarbeitungsgerechte Größenordnung
zu bringen, sie können jedoch nicht die auch im wäßrigen
System angestrebte Verengung der viel zu breiten Molekulargewichts
verteilung herbeiführen, was jedoch für die Verarbeitung
der Produkte von großer Bedeutung ist. Hier kann man sich, wie
in der US-PS 36 35 926 beschrieben, nur mit dem Einsatz von gasförmigen
wasserstoffhaltigen Reglern anstelle der flüssigen
Regler helfen. Derartige Regler sind insbesondere Wasserstoff und
niedere Kohlenwasserstoffe wie Methan oder Äthan.
An sich ist die Copolymerisation in wäßriger Phase derjenigen
in einem rein organischen Lösungsmittel vorzuziehen, da hier
die umständliche und aufwendige Rückgewinnung einer, bezogen
auf das Copolymerisat, vier- bis zehnfachen Menge an speziellen
und teueren hochfluorierten Lösungsmitteln entfällt. Auch sind
die nur in wäßrigem Medium herstellbaren Copolymeren-Dispersionen
für viele technische Anwendungszwecke, wie beispielsweise für
Beschichtungen, Tränkungen, Tauchüberzüge, Verbundverkleben
und dergl. sehr erwünscht. Jedoch stellt die in der US-PS
36 35 926 beschriebene Methode der Copolymerisation in wäßriger
Phase unter Einsatz gasförmiger Regler auch keine technisch
günstige Lösung dar, da der Vorteil, in wäßriger Phase polymerisieren
zu können, dadurch eingeschränkt wird, daß durch die
Anwesenheit gasförmiger Regler die Rückführung und die Wiederauftrennung
der im Überschuß eingesetzten Comonomeren erschwert
wird. Außerdem wird dort beschrieben, daß die Polymerisationsgeschwindigkeit
durch die eingesetzten gasförmigen Regler herabgesetzt
wird, so daß es äußerst wünschenswert ist, zu ihrer
Erhöhung doch eine gewissen Menge eines Fluoralken- oder Fluor
chloralkan-Lösungsmittels der wäßrigen Phase zuzusetzen.
In der älteren DE-PS 27 10 501 werden Terpolymere vorgeschlagen,
bestehend aus a) Tetrafluoräthyleneinheiten, b) 4 bis 12 Gew.-%
Hexafluorpropeneinheiten, und c) 0,5 bis 3 Gew.-% von entweder
Perfluor(äthylvinyläther) oder Perfluor(n-propylvinyläther)-
Einheiten, wobei die Prozentangaben auf das Gewicht des Terpolymeren
bezogen sind.
Es bestand also die Aufgabe, ein Verfahren zur Herstellung eines
thermoplastischen Fluorcopolymeren zu finden, das in wäßriger
Phase abläuft, dabei einen rationellen Einsatz der wertvollen
Comonomeren ermöglicht und ein Copolymeres mit Polytetrafluoräthylen-
ähnlichen Eigenschaften erzeugt, welches außerdem günstige
Verarbeitungs- und Gebrauchseigenschaften aufweisen soll.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein
Verfahren zur Copolymerisation von 93 bis 76 Mol-%
Tetrafluoräthylen mit 1 bis 4 Mol-%, bezogen auf die
Gesamtmenge des zugegebenen Monomerengemisches, an
Perfluorpropylperfluorvinyläther, in Gegenwart von
radikalbildenden Katalysatoren und üblichen regelnden
Kettenübertragungsmitteln bei Drücken von 4,05 bis 51,7 bar (3 bis 50 atü)
und Temperaturen von +10 bis +150°C, gegebenenfalls
auch in Gegenwart von Emulgatoren und Puffersubstanzen,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Copolymerisation
unter Zugabe von 20 bis 6 Mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge
des zugegebenen Monomerengemisches, an Hexafluorpropen,
sowie in Gegenwart eines bei 20°C und
Normaldruck flüssigen, regelnden Kettenübertragungs
mittels, das eine genügende telogene Aktivität aufweist,
um dem Copolymerisat einen Schmelzindex-Wert bei
5 kg Belastung und 372°C von 0,1 bis 200 g/10 min, gemessen
nach ASTM D 1238-65-T, zu verleihen, in wäßriger
Phase durchgeführt wird.
(Perfluorpropylperfluorvinyläther wird im folgenden mit
PPVÄ abgekürzt.)
Die Copolymerisation wird in Gegenwart von Radikalbildnern in
Gang gesetzt. Als Radikalbildner kommen in Frage entweder eine
harte energiereiche Strahlung oder wasserlösliche, radikalbildende
Katalysatoren, wie sie in großer Zahl dem Fachmann für
die Polymerisation und Mischpolymerisation des Tetrafluoräthylens
bekannt sind. Solche Katalysatoren sind insbesondere peroxidische
Verbindungen. Nur beispielsweise seien hier genannt
Wasserstoffperoxid, dessen Salze wie Natrium- oder Bariumperoxid,
dessen Additionsverbindungen an Borate, Carbonate und
Harnstoff und dessen Diacyl-Derivate, wie z. B. Diacetylperoxid,
Dipropionylperoxid, Dibutyrylperoxid, Dibenzoylperoxid, Benzoyl
acetylperoxid, Dibernsteinsäureperoxid, Diglutarsäureperoxid
und Dilauroylperoxid. Weiterhin sind zu nennen wasserlösliche
Persäuren, wie Peressigsäure, sowie deren wasserlösliche Salze
(insbesondere Ammonium-, Natrium-, Kaliumsalze) oder deren Ester,
wie z. B. tert.-Butylperoxyacetat und tert.-Butylperoxypivalat.
Es können auch eingesetzt werden die wasserlöslichen Salze, insbesondere
Ammonium-, Kalium- und Natriumsalze von anderen Persäuren,
wie Peroxymono- und Peroxydischwefelsäure, gegebenenfalls
auch der Perphosphorsäure. Geeignet sind ferner Perfluoracylperoxide
oder ω-Hydrofluoracylperoxide. Eine weitere Klasse von
anwendbaren Katalysatoren stellen sich gewisse wasserlösliche
Azoverbindungen dar, wie sie z. B. in den US-Patentschriften
24 71 959, 25 15 628 und 25 20 338 beschrieben werden. Vor allem
im niederen Temperaturbereich können als Katalysatoren auch die
bekannten und sehr wirksamen Redox-Systeme eingesetzt werden,
die bei Temperaturen zwischen 10 und 50°C bereits in ausreichendem
Maße Radikale erzeugen. Von den dem Fachmann für die
Polymerisation von Fluorolefinen geläufigen Redox-Systemen seien
hier nur beispielhaft genannt die Kombination Peroxodisulfat
und Hydrogensulfit oder Disulfit, Peroxodisulfat und Thiosulfat,
sowie Peroxodisulfat und Hydrazin oder Azodicarbonsäureamid (Salze
vorzugsweise in Form der Alkali- und insbesondere der Ammoniumsalze).
Ferner kann man sich mit Vorteil der Ammonium-, Alkali-
oder Erdalkalisalze der Permangan-, Mangansäure oder manganigen
Säure bedienen.
Die zugegebene Katalysatormenge liegt zwischen 0,03 und 2 Gew.-%
vorzugsweise zwischen 0,05 und 1 Gew.-%, bezogen auf die gesamte
Gewichtsmenge der eingesetzten Comonomeren. Dabei kann die gesamte
Katalysatormenge am Beginn der Reaktion der Polymerisationsflotte
zugegeben werden. Im Falle größerer Ansätze kann es
jedoch zweckmäßig sein, die Gesamtmenge des Katalysators kontinuierlich
im Verlauf der Polymerisation bis zu einem Umsatz von
70 oder 80% zuzuschleusen. Ebenso kann man auch einen Teil der
Katalysatormenge am Beginn vorlegen und den Rest einmalig oder
in Teilmengen nachschleusen. Die Zugabe von Cocatalysatoren,
also beispielsweise von löslichen Salzen des Eisens, des Kupfers
und des Silbers, kann von Vorteil sein, insbesondere beim Einsatz
von Redox-Systemen als Katalysatoren.
Es hängt von der Art des verwendeten Katalysators ab, ob die
Copolymerisation im sauren oder im alkalischen pH-Bereich gestartet
bzw. durchgeführt werden muß. Je nach Art des verwendeten
Katalysators sollte daher der pH-Wert der Flotte zum
Polymerisationsbeginn zweckmäßigerweise im Bereich 3 bis 10, vorzugsweise
4 bis 9, liegen.
Die Copolymerisation der drei Monomeren kann sowohl nach dem
Verfahren der Suspensions- wie auch nach dem Verfahren der
Emulsionspolymerisation geführt werden. Im Falle der Suspensionspolymerisation
stellt man einen erforderlichen schwach sauren
oder schwach alkalischen pH-Bereich durch die Zugabe geeigneter
Puffersubstanzen zur wäßrigen Flotte ein. Puffer für den sauren
Bereich, die meist gleichzeitig auch als Fällungsmittel wirken,
sind beispielsweise Ammoniumchlorid, Ammoniumdihydrogenphosphat,
Borsäure oder Ammoniumoxalat oder auch Gemische solcher Verbindungen.
Puffersubstanzen für den alkalischen Bereich sind beispielsweise
Borax, Ammoniumcarbonat, Ammoniumhydrogencarbonat,
Ammoniumcarbaminat, Ammoniumpentaborat oder auch Ammoniak selbst.
Es kann zweckmäßig sein, auch bei der Suspensionspolymerisation
eine kleinere Menge an Emulgatoren der weiter unten beschriebenen
Art hinzuzufügen, um Verklumpungen und Kesselbeläge zu
vermeiden und eine gleichmäßigere Teilchengröße zu erreichen.
Die Gewichtsmenge an solchen Emulgatoren liegt hier im allgemeinen
unter 150 ppm, vorzugsweise unter 50 ppm, bezogen auf die
bei Beginn der Polymerisation vorgelegte wäßrige Flotte.
Wird die Copolymerisation nach dem Verfahren der Emulsionspolymerisation
durchgeführt, dann müssen der Flotte Emulgatoren in
einer Menge von etwa 0,01 bis 3 Gew.-%, vorzugsweise 0,03 bis
1,5 Gew.-%, bezogen auf die vorgelegte Flotte, zugefügt werden.
Im Prinzip sind alle dem Fachmann geläufigen Emulgatoren für die
Emulsionspolymerisation von Fluorolefinen auch für den erfindungsgemäßen
Prozeß einsetzbar. Geeignete Emulgatoren sind die
Ammonium- und Alkalisalze der längerkettigen Perfluorcarbonsäuren
und der ω-Hydrofluorcarbonsäuren, vor allem diejenigen mit
6 bis 12 C-Atomen. Beispielsweise seien genannt die Salze der
Perfluorcapron-, Perfluorcapryl-, Perfluorcaprin- und Perfluor
laurinsäure, sowie die der entsprechenden ω-Hydrofluorcarbonsäuren.
Gleichfalls verwendbar als Emulgatoren sind auch die
Salze der Perfluoralkylsulfonsäuren und Perfluoralkylphosphonsäuren
der gleichen C-Kettenlängen. Ferner seien die Salze der
Perfluoralkoxypropionsäuren, insbesondere Perfluorpropoxypropionsäure,
als ein Beispiel für eine weitere Klasse von ausgezeichnet
wirksamen Emulgatoren erwähnt. Die genannten Emulgatoren
können auch in Form der freien Säuren eingesetzt und
gegebenenfalls mit Ammoniak neutralisiert werden, wobei durch das
Verhältnis von Säure und Ammoniak gleichzeitig der pH-Wert eingestellt
werden kann.
Zur Erzielung eines verarbeitungsgerechten Bereichs der Schmelzviskosität
der herzustellenden Terpolymerisate ist die Zugabe
von geeigneten Kettenübertragungsmitteln mit regelnder Wirkung
zur Polymerisationsflotte erforderlich. Geeignet sind im Prinzip
alle Regler, die bei Normalbedingungen im flüssigen Zustand
vorliegen und die eine genügende telogene Aktivität aufweisen, um
dem Terpolymerisat einen "MFI-Wert" (Definition s. unten) von
0,1 bis 200g/10 min zu verleihen. Als Kettenübertragungsmittel
geeignet sind aliphatische Carbonsäureester, Ketone, Alkohole
oder Ätheralkohole, wie z. B. Aceton, Methanol, Äthanol, Isopropanol,
Malonester oder niedere Dialkylglykole wie Diäthylenglykol
oder Dipropylenglykol; ferner auch halogenierte Derivate
aus diesen Verbindungsgruppen, wie Bromessigester, oder Bromalonester,
Bromaceton sowie Chlor- oder Brommethanol und Chlor-
oder Bromäthanol. Bevorzugt werden bei dem erfindunsgemäßen
Verfahren gesättigte aliphatische Halogenkohlenwasserstoffe als
regelnde Kettenübertragungsmittel eingesetzt, die als Halogene
Fluor, Chlor und/oder Brom und gegebenenfalls noch Wasserstoff
enthalten. Insbesondere sind dies solche der Formel C n X2n+2,
worin n = 1 bis 4, vorzugsweise 1 bis 3 ist und X = F, Cl, Br,
H in allen Kombinationen sein kann, jedoch mit der Maßgabe, daß
die Zahl der F-Atome im Molekül höchstens 2n+1, die Zahl der H-
Atome höchstens 2n+1 und die Zahl der Br-Atome maximal 4 beträgt.
Als Beispiele solcher Halogen-Kohlenwasserstoffe seien genannt
Tetrachloräthan, Trichloräthan, Hexachlorpropan, Tetrafluordibromäthan
und Chlordibromtrifluoräthan; besonders bevorzugt sind
Chloroform, Methylenchlorid und Tetrachlorkohlenstoff. Geeignete
Regler sollen bei Raumtemperatur (20°C) und Normaldruck Flüssigkeiten
sein, sie sollen eine ausreichende Löslichkeit in Wasser
besitzen, und sie sollen die Schwellrate des Terpolymerisats in
den angestrebten verarbeitungsgerechten Bereich bringen. Die Einsatzmenge
der genannten flüssigen Kettenübertragungsmittel hängt
von der Intensität ihrer regelnden Wirkung ab, die dem Fachmann
bekannt ist; sie liegt im Bereich von 0,02 bis 5 Gew.-%, bezogen
auf die vorgelegte Flotte. Im Fall der bevorzugten Halogenkohlenwasserstoffe
werden 0,05 bis 3, vorzugsweise 0,1 bis 1,5 Gew.-%
flüssiges Kettenübertragungsmittel, bezogen auf die vorgelegte
Flotte benötigt. Gegebenenfalls können auch Gemische solcher flüssiger
Kettenübertragungsmittel verwendet werden. Die notwendige
Menge an Regler wird zweckmäßigerweise vor dem Polymerisationsbeginn
zugegeben. Bei einigen, sich schnell verbrauchenden Reglern
kann es jedoch angezeigt sein, eine Teilmenge vorzulegen und den
Rest während der Copolymerisation kontinuierlich oder diskontinuierlich
nachzuschleusen.
Das erfindungsgemäße Copolymerisationsverfahren wird wegen der
geringen Löslichkeit von TFÄ in Wasser zweckmäßigerweise unter
leichtem Überdruck durchgeführt, wobei im allgemeinen ein Druck
vo 3 bis 50 atü ausreichend ist. Aus Sicherheits- und Kostengründen
ist es wünschenswert, bei möglichst niedrigen Drucken zu arbeiten.
Im Kompromiß mit ausreichender Wirtschaftlichkeit und
günstigen Raum-Zeit-Ausbeuten hat sich eine Druckführung der
Copolymerisation bei etwa 0 bis 18 atü als am günstigsten erwiesen.
Die Polymerisationstemperatur kann, je nach der Art des gewählten
Katalysators, im Bereich zwischen +10 und +150°C gewählt werden.
Um jedoch dem PPVÄ möglichst wenig Möglichkeiten
zu unerwünschten Nebenreaktionen zu geben, wählt man zweckmäßigerweise
Temperaturen im niedrigeren Teil dieses Temperaturbereichs,
also vorzugsweise zwischen 10 und 50°C, und insbesondere zwischen
20 und 40°C.
Im Falle der Emulsionspolymerisation kann gegebenenfalls auch
der Zusatz von Antikoagulationsmitteln, wie längerkettigen
Paraffinkohlenwasserstoffen, Paraffinwachsen, oder Weißölen, welche
unter den Bedingungen der Polymerisation flüssig sein sollen,
zweckmäßig sein, ebenso der Zusatz anderer Dispersionsstabilisatoren
in kleinen Mengen (< 100 ppm), wie Polyglykoläther oder
Polyglykolester von Fettsäuren.
Die erfindungsgemäße Copolymerisation läuft in etwa nach folgendem
Schema ab: In einem geeigneten Polymerisationsgefäß, das
beispielsweise aus Stahl oder einer anderen säurebeständigen
Legierung besteht, und gegebenenfalls innen emailliert ist, werden
folgende Bestandteile vorgelegt: Das Reaktionsmedium, also
eine entsprechende Menge an entsalztem Wasser, im Falle einer
Suspensionspolymerisation die gewünschte Menge an Puffersubstanz
bzw. Fällungsmittel, im Falle einer Emulsionspolymerisation die
gewünschte Menge an Emulgator und gegebenenfalls Antikoagulationsmittel,
ferner falls notwendig, eine geringe Menge an Koaktivator
in Form einer wäßrigen Lösung des entsprechenden Metallsalzes.
Sodann wird noch das flüssige Kettenübertragungsmittel
und, falls man mit einem Redox-Katalysator arbeitet, eine
der beiden Komponenten des Redox-Paares zugegeben. Anschließend
werden dem Reaktor die drei Monomeren zugeführt. Dabei werden
HFP und PPVÄ dem Kessel vorzugsweise in flüssiger
Form zugeführt, das TFÄ zweckmäßig über den Gasraum. Alle drei
Monomeren werden vorzugsweise einzeln zugeführt, es können aber
auch Vorgemische von zwei oder allen drei Monomeren eingesetzt
werden.
Um die weiter unten angegebenen Bereiche der Zusammensetzung
der Terpolymerisate zu erreichen, soll das dem Reaktor insgesamt
zugeführte Monomerengemisch brutto etwa folgende Zusammensetzung
haben:
93 bis 76 Mol-% TFÄ
6 bis 20 Mol-% HFP
1 bis 4 Mol-% PPVÄ
6 bis 20 Mol-% HFP
1 bis 4 Mol-% PPVÄ
Man kann, falls bei hohen Drücken polymerisiert werden soll, die
gesamte TFÄ-Menge am Anfang der Polymerisation zufahren. Zweckmäßiger
ist es jedoch, 10 bis 50% der erforderlichen TFÄ-Menge
mit dem Start-Monomeren-Gemisch vorzulegen und den verbleibenden
Rest im Verlaufe der Polymerisation kontinuierlich oder in
Teilmengen in den Gasraum nachzuschleusen. Nach der Einstellung
des gewünschten Verfahrensdrucks über die TFÄ-Menge und nach
Erreichen der gewünschten Polymerisationstemperatur durch Kühlen
oder Beheizen wird der Flotte die gesamte Katalysatormenge
oder ein Teil derselben über eine geeignete Eingabevorrichtung
zugeführt. Die Zugabe des Katalysators in die Vorlage und auch
beim Nachschleusen erfolgt am besten in Form von verdünnten
Lösungen.
Der Druck im Polymerisationsreaktor kann im Falle des Nachschleusens
eines Teils der TFÄ-Menge durch die Steuerung der Zufuhr
nach Maßgabe des Verbrauchs konstant gehalten werden. Unter Umständen
kann es auch zweckmäßig sein, einen Teil eines der beiden
oder beider anderer Monomerer während des Ablaufs der Polymerisation
nachzuschleusen, und zwar diskontinuierlich oder
kontinuierlich.
Die Copolymerisation wird solange fortgeführt, bis die Flotte
einen Feststoffgehalt von bis zu ca. 30 Gew.-%, vorzugsweise
von 10 bis 25 Gew.-% aufweist. Danach wird die Zufuhr des oder
der Monomeren und gegebenenfalls die Zufuhr der Hilfsstoffe
abgestellt, und es kann durch nachfolgendes Abpolymerisieren der
Druck im Kessel abgebaut werden. Das zuletzt verbleibende
Monomerengemisch wird langsam abgeblasen und gegebenfalls bei erhöhter
Temperatur oder bei reduziertem Druck restlos der Flotte
entzogen und dann durch eine fraktionierte Kondensation bzw.
durch eine Totalkondensation mit anschließender fraktionierter
Redestillation wieder in die Ausgangskomponente zerlegt. Damit
lassen sich Verluste an den wertvollen Monomeren nahezu völlig
vermeiden.
Die Polymerisationsflotte, die das suspendierte bzw. dispergierte
Terpolymerisat enthält, wird dann abgelassen und in üblicher
Weise aufgearbeitet. Im Falle des Suspensionspolymerisats werden
die suspendierte, einem feinen Gries ähnlichen körnigen
Teilchen durch ein Sieb oder ein Filter von der Flotte abgetrennt,
sorgfältig mit entsalztem Wasser gewaschen und je nach
der geplanten Verwendung zerkleinert oder angranuliert. Sodann
wird das Produkt getrocknet, getempert und gegebenenfalls
schmelzgranuliert.
Die nach dem Verfahren der Emulsionspolymerisation entstandene
sehr transparente, bläulich-weiße Dispersion enthält den Feststoff
in Gestalt kugelförmiger Teilchen mit einem mittleren
Teilchendurchmesser von 0,03 bis 0,5, vorzugsweise von 0,1 bis
0,3 µm, und mit einer engen Größenverteilung, ausgedrückt durch
den Wert Δ d 1/2/d av < 0,35. Dieser Wert Δ d 1/2/d av ist aus der
Teilchendurchmesserverteilungskurve abgeleitet. Diese Kurve ergibt
sich durch Auszählung der in der elektronenmikroskopischen
Aufnahme der Dispersion meßbaren Teilchendurchmesser. Dabei entspricht
der zum Kurvenmaximum gehörige Abszissenwert der Größe
d av . Durch die Mitte des korrespondierenden Ordinatenwertes wird
parallel zur Abszissenachse eine Gerade gelegt und die zwischen
den Schnittpunkten dieser Geraden mit den beiden Ästen der Verteilungskurve
liegenden Distanz mit Δ d 1/2 bezeichnet. Vorzugsweise
liegt der Wert Δ d 1/2/d av für die Größenverteilung zwischen
< 0,20 und < 0,35.
Will man ein besonders enges Teilchengrößen-Spektrum erzielen,
so kann es vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Copolymerisation
nach dem Emulsionsverfahren als Saatpolymerisation zu führen,
d. h., eine bestimmte Menge einer nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Dispersion mit der Flotte einem Polymerisationsansatz
vorzulegen und dann die drei Monomeren in angegebener
Weise aufzupolymerisieren. Diese Saatmenge (ausgedrückt
in Feststoff) liegt zweckmäßigerweise zwischen 1 und 10 Gew.-%,
vorzugsweise zwischen 2 und 8 Gew.-%, bezogen auf die Feststoffmenge
der Enddispersion.
Die erhaltenen Dispersionen besitzen eine hervorragende Stabilität
und zeigen ein günstiges Absetzverhalten. Sie können mit
nicht-ionogenen, oberflächenaktiven Dispergiermitteln, wie beispielsweise
oxalkylierten, insbesondere oxäthylierten Alkylphenolen
oder auch Polyoxalkylaten, zusätzlich nachstabilisiert
und in dieser Form nach bekannten Verfahren auf größere Feststoff
konzentrationen, beispielsweise 30 bis 60 Gew.-%, aufkonzentriert
werden. Auch die so entstandenen konzentrierten Dispersionen
besitzen eine hervorragende Stabilität. Die nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Terpolymeren-Dispersionen
können einerseits als Dispersionen verarbeitet werden, auf
der anderen Seite auch durch Hinzufügen von Koagulationsmitteln,
wie beispielsweise Elektrolytsalzen oder organischen Lösungsmitteln,
wie Aceton, oder auch durch das Einbringen von Scherkräften,
beispielsweise durch Rühren, zur Koagulation gebracht
werden, wobei ein festes koaguliertes Pulver dann von der Flotte
abgetrennt und in üblicher Weise aufgearbeitet werden kann.
Führt man die Copolymerisation in der aufgezeigten Weise durch,
so ergeben sich keine Probleme mit sogenannten "instabilen Endgruppen"
an dem erhaltenen Terpolymerisat, wie sie im aufgezeigten
Stand der Technik mehrfach genannt werden. Dies gilt insbesondere
dann, wenn man im sauren pH-Bereich unter Verwendung
der genannten Manganverbindungen als Katalysatoren arbeitet.
Will man die Polymerisate im festen Zustand weiterverarbeiten,
so ist es zweckmäßig, die zunächst scharf bis etwa 250°C zu
trocknen und dann einige Stunden bei etwa 280°C nachzutempern.
Das erfindungsgemäße Verfahren erbringt eine Reihe von erheblichen
Vorteilen. Insbesondere war es völlig überraschend, daß
durch die Hinzunahme des HFP als drittem Comonomeren die Einbaurate
des eingesetzten PPVÄ (d. h. die Menge an eingebautem
PPVÄ im Terpolymerisat in Bezug auf die Konzentration des PPVÄ in der
Flotte) ganz beträchtlich erhöht werden konnte gegenüber der Copolymerisation
von TFÄ mit PPVÄ allein, wie sie aus dem genannten Stand der
Technik bekannt ist.
Der als Comonomeres eingesetzte Perfluorpropylperfluorvinyläther,
ist bekanntermaßen nur nach aufwendigen
mehrstufigen Verfahren herstellbar und stellt daher eine
außerordentlich kostbare Substanz dar, bei der auch nur die
geringsten Substanzverluste so weit wie möglich vermieden werden
müssen.
Bei der Copolymerisation von TFÄ mit PPVÄ in organischen Medien
bleibt die Einbaurate von PPVÄ trotz ihrer vollkommenen
Löslichkeit im Polymerisationsmedium auch bei einer sehr hohen Dosierung
im Comonomerengemisch relativ gering. Bei den in US-PS
35 28 954 und 36 42 742 beschriebenen Verfahren werden gemäß
den dort angegebenen Werten bei einer Konzentration des fluorierten
Äthers von 65 bis 75 g pro Liter flüssiges organisches
Polymerisationsmedium nur etwa 5 bis 9 g in 100 g Copolymerisat
eingebaut. Bei geringeren Konzentrationen des fluorierten Äthers
von 20 bis 32 g pro Liter Polymerisationsmedium werden nur noch
Werte von etwa 2,4 bis 3,4 g eingebauten Äthers pro 100 g
Copolymerisat genannt. Geht man zu einer rein wäßrigen Polymerisationsphase
über, so sinkt die Einbaurate von PPVÄ nochmals ab,
vermutlich infolge der geringfügigen Löslichkeit des fluorierten
Äthers in der wäßrigen Flotte. Aus den Vergleichsbeispielen
1 und 2 des US-Patentes 36 35 926 ist ersichtlich, daß dort nur
1,9 bzw. 2,2 g PPVÄ in 100 g Copolymerisat
eingebaut werden konnten, wobei das Konzentrationsverhältnis
21,8 g perfluorierter Äther pro Liter Flotte betrug.
Es ist daher völlig überraschend, daß diese Einbaurate um etwa
100 bis 200% gesteigert werden kann, wenn HFP als drittes Monomeres
zugegeben wird und an der Copolymerisation teilnimmt. Dieser
Effekt ist insbesondere deswegen überraschend, da die Einbaurate
von PPVÄ mit zunehmender HFP-Konzentration im ternären Monomerengemisch
nicht stetig zunimmt, sondern ab einem bestimmten
HFP-Gehalt zunächst stark ansteigt, diesen Wert über einen bestimmten
Bereich beibehält und bei höherem HFP-Gehalt wieder abnimmt.
In Tabelle I wird dies am Beispiel einer Reihe von Ansätzen
mit steigendem HFP-Gehalt, jedoch konstanter TFÄ- und
PPVÄ-Zugabe gezeigt. In den wiedergegebenen Copolymerisationsansätzen
wurden 3200 g (= 32 Mol) TFÄ, 250 g PPVÄ
(= 0,94 Mol; entsprechend einer Konzentration
von 11 g/l Flotte) und 50 ml CHCl₃ als Regler eingesetzt. Der
Druck betrug 16 atü, die Temperatur 30 bis 31°C. Im übrigen entsprachen
die Polymerisationsbedingungen denen des Beispiels 2
(siehe unten).
Die Tabelle zeigt, daß ohne Zugabe von HFP zum Comonomeren-
Gemisch eine äußerst niedrige Einbaurate von PPVÄ
von 1,1 Gew.-% in das Copolymerisat erzielt
wird, die bei Zugabe geringer HFP-Anteile nur unwesentlich ansteigt.
Im Bereich des nach dem erfindungsgemäßen Copolymerisationsverfahrens
verwendeten Ausgangsmonomerengemischs mit
einem HFP-Anteil von 5 bis 30 Mol-% wird dagegen eine Zunahme
um etwa 100% und mehr beobachtet, während bei hohen HFP-Anteilen die
Einbaurate von PPVÄ praktisch auf
ihren Ausgangswert zurückfällt. Dagegen steigt der Einbau von
HFP in das Terpolymere in diesem Bereich kontinuierlich an.
Sowohl die Einbaurate des PPVÄ an sich mit und ohne HFP-Zusatz
als auch der "Schleppeffekt" des HFP für den PPVÄ in das gebildete
Terpolymerisat, d. h. der Unterschied in der Einbaurate, der
sich durch den HFP-Zusatz ergibt, sind in gewissem Ausmaß abhängig
von dem Volumen des Polymerisationsreaktors bzw. von dem
Volumen der vorgelegten wäßrigen Flotte. Geht man zu größeren
Reaktoren und größeren Flottenvolumina über, so beträgt der Unterschied
der Einbaurate des PPVÄ, ermittelt an Copolymerisaten
mit und ohne HFP-Zusatz, bereits fast 200% (vgl. Beispiel 1
und Vergleichsbeispiel 1a).
Zusammenfassend erbringt das erfindungsgemäße Copolymerisationsverfahren
vor allem folgende Vorteile:
- a) Zum Einbau einer bestimmten Menge PPVÄ wird infolge des HFP-Zusatzes nur mehr die Hälfte bis ein Drittel der bisher erforderlichen Menge an PPVÄ im Ausgangs-Comonomergemisch benötigt.
- b) Dennoch wird durch die Zugabe von HFP die Polymerisations geschwindigkeit bzw. die Raum-Zeit-Ausbeute nur geringfügig herabgesetzt, sodaß das erfindungsgemäße Verfahren wirtschaftlich betrieben werden kann.
- c) Es werden keine speziellen gasförmigen Kettenübertragungsmittel benötigt, wodurch die damit hervorgerufenen zusätzlichen Probleme der Abtrennung bei der Rückgewinnung der Monomeren entfallen.
- d) Es werden keine organischen Lösungsmittel in der Flotte benötigt, wodurch die aufwendige Abtrennung und Wiedergewinnung dieser Lösungsmittel entfällt.
- e) Es wird ein neues Terpolymerisat mit vorteilhaften Eigenschaften zur Verfügung gestellt.
Entsprechend besteht eine weitere Lösung der Aufgabe gemäß der
Erfindung in einem nicht-elastischen, thermoplastischen Terpolymerisat,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß es aus anteiligen
Einheiten, wobei die Anteile ausgedrückt werden in Mol-%, von
94,6 bis 99,0 Mol-% des Tetrafluoräthylens,
3,0 bis 0,3 Mol-% des Hexafluorpropens und
2,4 bis 0,7 Mol-% des Perfluorpropylperfluorvinyläthers,
3,0 bis 0,3 Mol-% des Hexafluorpropens und
2,4 bis 0,7 Mol-% des Perfluorpropylperfluorvinyläthers,
besteht, und daß es ferner einen Schmelzindex-(MFI)Wert bei 5 kg
Belastung und 372°C von 0,1 bis 200 g/10 min, gemessen nach ASTM
D 1238-65-T, aufweist, ausgenommen solche Terpolymerisate, die
neben anteiligen Einheiten des Tetrafluoräthylens aus anteiligen
Einheiten von mehr als 2,7 Mol-% Hexafluorpropen in Verbindung mit
anteiligen Einheiten von weniger als 1,2 Mol-% PPVÄ bestehen.
Vorzugsweise besitzen die erfindungsgemäßen Terpolymerisate
einen Schmelzindex-(MFI)Wert von 0,5 bis 50 g/10 min (bei
gleichen Meßbedingungen).
Die erfindungsgemäßen Terpolymerisate der genannten Zusammensetzung
mit den angegebenen Schmelzindex-Werten sind nach den
oben beschriebenen erfindungsgemäßen Copolymerisationsverfahren
erhältlich.
Die erfindungsgemäßen Terpolymerisate, wie sie durch die genannte
Zusammensetzung und den angegebenen MFI-Wert gekennzeichnet
sind, besitzen folgende charakteristische Eigenschaften:
Die Dichte liegt im Bereich von 2,1 bis 2,2, vorzugsweise 2,12
bis 2,18. Sie variiert geringfügig, je nach dem HFP- und PPVÄ-
Gehalt des jeweiligen Terpolymerisats.
Der Schmelzpunkt ist in stärkerem Maße als die Dichte abhängig
von der Zusammensetzung des Terpolymeren und darüberhinaus von
dessen jeweiliger Einstellung des MFI-Werts. Die Schmelzpunkte
der erfindungsgemäßen Terpolymerisate (bestimmt als Maximum der
Kurve der Differential-Thermoanalyse im Schmelzbereich) liegen
im Bereich zwischen 290 und 320°C, vorzugsweise im Bereich zwischen
300 und 316°C. Z. B. weist das gemäß Beispiel 1 hergestellte
Terpolymerisat gemäß der Kurve der Differential-Thermoanalyse
einen Schmelzbeginn von 275°C, ein Schmelzmaximum von
305°C und ein Schmelzbereichsende von 327°C auf.
Eine thermische Zersetzung der Terpolymeren ist nicht vor einer
Temperatur von 400°C, vorzugsweise nicht vor 430°C, erkennbar.
Die Thermostabilität ist überraschenderweise trotz des Gehalts
an HFP gegenüber den nur aus TFÄ und PPVÄ bestehenden Copolymeren
in keiner Weise verschlechtert, sondern sogar noch leicht
verbessert (vgl. Tabelle III), obwohl bekanntermaßen auf der anderen
Seite Copolymere aus TFÄ und HFP eine wesentlich niedrigere
Thermostabilität aufweisen. Dies drückt sich beispielsweise
in dem Gewichtsverlust nach Wärmebehandlung (gemessen an Prüfstäben
nach ASTM D 1708-66) aus. Wie aus den Vergleichsdaten hervorgeht,
sind auch die mechanischen Eigenschaften nach einer solchen
Dauerwärmebehandlung verbessert. Ein günstigeres Verhalten,
als das Bipolymere aus TFÄ und PPVÄ zeigt das Terpolymere auch
bei der Prüfung der Deformation unter Last. Hier ergeben sich bei
gleicher Belastung und gleicher Temperatur Dimensionsänderungen,
die etwa 10 bis 20% niedriger liegen, als die des Bipolymeren
(vgl. Tabelle VI). In der Praxis bedeutet dies, daß druckbeanspruchte
Teile, wie Dichtungen, Lager, Ventile etc. eine höhere
Formbeständigkeit aufweisen.
Die sogenannte Schwellrate von solchen thermoplastisch verarbeitbaren
Copolymeren wird gewöhnlich definiert durch das Verhältnis
des Durchmessers des Extrudatstrangs bei der Extrusion aus dem
Schmelzindexprüfgerät, gemessen nach der Abkühlung auf Raumtemperatur
an der Stelle 1 cm ab Strangbeginn, zum Durchmesser der
Düse dieses Prüfgeräts. Das genannte Verhältnis soll zweckmäßigerweise
nahe der Zahl 1 liegen, die eine völlige Übereinstimmung
der Maße des geformten Strangs und der Form anzeigt. Größere Abweichungen
nach oben (Quellung) bzw. nach unten (Schwund) sind
für die Praxis äußerst unerwünscht, da sie die Herstellung maßgenauer
Formteile beeinträchtigen. Häufig wird diese Schwellrate
D Strang /D Düse (Verhältnis der Durchmesser) auch in Form der
prozentualen Abweichung (Schwellrate -1) · 100 angegeben. Der Idealwert
ist hier 0, positive Zahlen geben eine "prozentuale Quellung",
negative Zahlen einen "prozentualen Schwund" an. Bei den
nach dem Stand der Technik hergestellten Copolymeren aus TFÄ und
PPVÄ konnten für die praktische Bearbeitung noch tolerierbare
Werte der prozentualen Quellung bis zu 30 oder bis zu 20% bei
der Copolymerisation in wäßriger Phase nur unter Einsatz gasförmiger
Kettenübertragungsmittel erreicht werden. Die erfindungsgemäßen
Terpolymeren ergeben Schwellraten, die zwischen 0,8 und
1,2 liegen können, vorzugsweise aber zwischen 0,85 und 1,1 und
insbesondere zwischen 0,90 und 1,0 liegen. Dies entspricht Werten
des prozentualen Schwunds bzw. der prozentualen Quellung
zwischen -20% und +20% an der Stelle 1 cm ab Strangbeginn, vorzugsweise
jedoch zwischen -15 und +10% und insbesondere zwischen
-10% und ±0%.
Auch die mechanischen Eigenschaften (Reißfestigkeit, Reißdehnung
und Streckspannung) sind trotz des Gehaltes an HFP bei
Raumtemperatur (Tabelle IV) wie auch niedrigen und hohen Temperaturen
(Tabelle V) gegenüber den Copolymeren aus TFÄ und PPVÄ
leicht verbessert. Sehr deutlich verbessert ist die Wärmeform
beständigkeit (Tabelle VII).
Einige Verbesserungen zeigen die erfindungsgemäßen Terpolymerisate
auch beim Einsatz als Isoliermaterialien für elektrische
Leiter. Einige vergleichende Messungen der elektrischen Eigenschaften
gibt die Tabelle VIII wieder. Auch wurde festgestellt,
daß Drahtüberzüge aus den erfindungsgemäßen Terpolymerisaten
eine verbesserte Bruchdehnung aufweisen.
Hinsichtlich anderer wichtiger Eigenschaften sind die erfindungsgemäßen
Terpolymerisate den bekannten Copolymeren aus TFÄ und
fluorierten Alkylvinyläthern absolut ebenbürtig. Dies gilt insbesondere
für ihre Transparenz, für die Kugeldruckhärte und die
Shore-Härte D, für den Vicat-Wert, die Grenzbiegespannung, die
Durchschneidefestigkeit, ferner auch für die Chemikalienbeständigkeit.
Etwa gleichartig sind auch der Strukturviskositätsverlauf
und das Fließverhalten.
Im folgenden werden die Ergebnisse einer Reihe von Vergleichs
versuchen wiedergegeben, aus denen die vorzüglichen Eigenschaften
der erfindungsgemäßen Terpolymerisate ersichtlich werden.
Die für die Vergleichsmessungen verwendeten Terpolymerisatproben
sind bezüglich ihrer Herstellungsbedingungen, Zusammensetzung
und mit ihrem jeweiligen Schmelzindex-Wert und Schmelzpunkt in
Tabelle II zusammengestellt. Zum Vergleich herangezogen wurden
Proben eines handelsüblichen Copolymerisats, das aus Einheiten
von TFÄ und eines perfluorierten Alkylvinyläthers aufgebaut ist
und welches unter der Bezeichnung "Teflon® PFA" von der Firma
DuPont seit längerer Zeit im den Handel gebracht wird. Vergleichsmessungen
wurden vorgenommen mit den beiden handelsüblichen Typen
9705 und 9704 (mit "O" bzw. "P" bezeichnet). Dabei wurde darauf
geachtet, daß nur Copolymerisate mit einer etwa gleichen
Charakteristik verglichen wurden, wie sie sich insbesondere in
dem Wert des Schmelzindex ausdrückt.
Zur Ermittlung der im Beschreibungstext, in den Tabellen I bis
VIII und in den Beispielen angegebenen Eigenschaftswerte wurden
folgende Meßmethoden eingesetzt:
a) Die Bestimmung des Schmelzbeginns, der Schmelzbereichsmitte
bzw. des Schmelzpunktmaximums sowie des Schmelzendes
und ferner die Fixierung des Beginns der thermischen
Zersetzung erfolgt in einem handelsüblichen Differential-
Thermoanalysengerät gegen Indium als Eichsubstanz
in einer Helium-Atmosphäre bei einer Aufheizgeschwindigkeit
von 10°C/min.
b) Die Reißfestigkeit, Streckspannung und Bruchdehnung werden
in bekannter Weise nach der ASTM-Norm D-1457-69 bestimmt.
Die Vorschubgeschwindigkeit des Prüfgeräts beträgt
500 mm/min. Die hierzu notwendigen Prüfkörper werden auf
der einen Seite aus 2 mm starken Preßfolien ausgestanzt,
die hergestellt wurden und die Maße nach ASTM-Norm
D-1708-66 besitzen. Auf der anderen Seite werden Spritzgußstäbe
nach ASTM-Norm D-1708-66 und Spritzgußlangstäbe
nach DIN-Norm 53 455 hergestellt.
c) Für die Langzeit-Thermostabilitätsmessungen wird ein handelsüblicher
thermostatisierter Umluftofen verwendet (Genauigkeit
± 5°C). Zur Ermittlung des Gewichtsverlustes
werden von jedem Copolymeren 20 bis 30 g in Form
von Spritzgußstäben, hergestellt nach ASTM D-1708-66,
gelagert in Nickelschalen, in den Umluftofen eingebracht.
Der Gewichtsverlust wird nach den jeweils angegebenen
Zeiten auf einer automatischen Analysenwaage ermittelt.
d) Die Bestimmung der Dichte wird nach der Auftriebsmethode
durchgeführt. Der an einem ca. 10 µm starken Perlonfaden
aufgehängte Prüfkörper wird zuerst an der Luft gewogen,
anschließend wird die Gewichtsminderung bein Eintauchen
in Butylacetat ermittelt.
e) Zur Bestimmung der Schmelzviskosität bzw. des MFI-Wertes
wird ein Prüfgerät nach ASTM-Norm D-1238-65 T benutzt,
bei dem jedoch der Aufschmelzzylinder, Kolben und die
Austrittsdüse aus einem korrosionsbeständigen Material
angefertigt sind. Die Austrittsöffnung der 8 mm langen
Düse hat einen Durchmesser von 2,0955 mm. Der Durchmesser
des Zylinders beträgt 0,95 cm. Im Zylinder wird eine
bestimmte Menge Polymerisat bei einer konstanten Temperatur
von 372°C aufgeschmolzen und zum Ausgleich von
Temperaturunterschieden 10 Minuten sich selbst überlassen.
Im Anschluß daran wird die Schmelze mit einer Kolbenbelastung
von 5000 g durch die Austrittsöffnung der
Düse extrudiert. Der Schmelzindex ("melt flowing index"
= MFI-Wert i₅, 372°C) wird angegeben durch die innerhalb
von 10 min ausfließende Substanzmenge in Gramm.
Zur Errechnung der (scheinbaren) Schmelzviskosität kann
die Zahl 531 500 durch den Schmelzindex-Wert geteilt werden,
man erhält damit die Schmelzviskosität in der Einheit
Poise.
f) Die Formbeständigkeit in der Wärme wird bestimmt nach der
DIN-Norm 53 461/69. Es wird ein Prüfkörper bestimmter
Länge, Breite und Stärke auf 2 im Abstand von 100 mm angeordneten
Schneiden gelegt und in der Mitte mit 4,6 kg/cm²
belastet. Dann wird die Temperatur im Thermostaten kontinuierlich
mit 2°C/min erhöht und diejenige Temperatur
ermittelt, bei der die Durchbiegung eine festgelegte
Grenzmarke erreicht.
g) Zur Drahtummantelung wurden versilberte Kupferdrähte vom
Typ AWG 22/7 verwendet (AWG = American Wire Gauge). Sie
wurde auf einem Drahtextruder mit einer Abzugsgeschwindigkeit
von 50 m/min durchgeführt. Die Massetemperatur
betrug im Einzugsgebiet 331°C, im Extruderkopf 382°C.
Es wurde eine Isolationsstärke von 250 µm erzielt, was
einer Gesamtstärke des Drahtes von 1,26 mm entspricht.
h) Die Messung der elektrischen Eigenschaften wurde nach den
folgenden Normen vorgenommen:
Spezifischer Durchgangswiderstand nach DIN-Norm 53 482;
spezifischer Oberflächenwiderstand nach DIN-Norm 53 482;
dielektrischer Verlustfaktor nach DIN-Norm 53 483;
Dielektrizitätskonstante nach DIN-Norm 53 483;
Lichtbogenfestigkeit nach VDE-Vorschrift 0303 Teil 5/10-75.
Spezifischer Durchgangswiderstand nach DIN-Norm 53 482;
spezifischer Oberflächenwiderstand nach DIN-Norm 53 482;
dielektrischer Verlustfaktor nach DIN-Norm 53 483;
Dielektrizitätskonstante nach DIN-Norm 53 483;
Lichtbogenfestigkeit nach VDE-Vorschrift 0303 Teil 5/10-75.
i) Der Gehalt der erfindungsgemäßen Terpolymerisate an PPVÄ
bzw. HFP wird bestimmt aus den Infrarot-Spektren, gemessen
an 25 µm dicken Preßfolien mit einem handelsüblichen
IR-Spektrometer. Man erhält den Äthergehalt direkt in
Gew.-%, wenn man die Nettoabsorption der für den eingesetzten
PPVÄ charakteristischen Bande zu einer Bezugsbande
bei 2353 cm-1 in Verhältnis setzt und mit einem auf
das jeweilige Molgewicht des Äthers abgestimmten Faktor
multipliziert. Für den Perfluorpropylperfluorvinyläther
liegt diese charakteristische Bande bei 993 cm-1, und der
Multiplikationsfaktor beträgt 0,95. Analog wird der HFP-
Gehalt bestimmt: man bildet auch hier das Nettoabsorptionsverhältnis
der charakteristischen HFP-Bande (983 cm-1)
und der Bezugsbande (2353 cm-1) und multipliziert in
diesem Fall mit 4,5, was den HFP-Anteil in Gew.-% ergibt.
Bei einigen der im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzten
fluorierten Alkylvinyläther liegt die charakteristische
Bande des Äthers so nahe an der HFP-Bande, daß
beträchtliche Überlappung eintritt und die eine oder die
andere der beiden Banden im IR-Spektrum nur als Schulter
erscheint. Um auch in solchen Fällen zu einer genauen
Gehaltsbestimmung zu kommen, wurden die Spektren einer
Reihe von Mischungen von Bipolymeren aufgenommen. Es wurden
zu diesem Zweck aus einem TFÄ-HFP-Copolymerisat
(HFP-Gehalt 4,7 Gew.-%, bestimmt wie oben angegeben) und
einem TFÄ-PPVÄ-Copolymerisat (PPVÄ-Gehalt 2,28 Gew.-%,
bestimmt wie oben angegeben) Mischungen in einer Reihe
verschiedener Zusammensetzungen hergestellt. Von Preßfolien
dieser Mischungen wurden, wie oben angegeben, die
IR-Spektren aufgenommen und ausgewertet, woraus Eichkurven
für die genaue Auswertung der Terpolymerisat-Spektren
erhalten wurden.
Die erfindungsgemäßen Terpolymerisate können in Form von Pulvern,
Granulaten und Dispersionen mit Verarbeitungshilfsstoffen, wie üblichen
Füllstoffen, Pigmenten und Farbstoffen, in jedem Verhältnis
abgemischt werden. Beispielsweise seien genannt anorganische Füllstoffe
bzw. Pigmente, wie Glas (in Form von Pulver, Perlen, Flocken
oder Fasern), Keramik, Koks, Graphit, Ruß, Siliciumdioxid und
Silikate aller Art, z. B. Asbest, Glimmer, Talkum, Quarzpulver, ferner
Metallsulfide und Metalloxide, z. B. des Eisens, Kobalts, Cadmiums
und Chroms, sowie ebenfalls Pulver von Metallen und Legierungen,
wie z. B. Bronze, Kupfer, Aluminium, Eisen, Silber und Titan.
Die erfindungsgemäßen Terpolymerisate eignen sich hervorragend
zur Verarbeitung nach allen herkömmlichen Methoden für die Verarbeitung
thermoplastischer Kunststoffe. Solche Verarbeitungsmethoden
sind beispielsweise die Extrusion von Strängen, Profilen,
Schläuchen, Flach- und Blasfolien, ferner das Spritzgußverfahren,
das Kalandrieren von Folien und Bändern aber auch das Verpressen
zu Formkörpern aller Art. Bei einer solchen thermoplastischen
Verarbeitung ist besonders von Vorteil, daß die erfindungsgemäßen
Terpolymerisate über den gesamten angegebenen Bereich der MFI-
Werte (und des Gehalts an PPVÄ) eine sehr geringe Tendenz zur
Rißbildung zeigen und daß sie ferner im Vergleich zu Copolymeren
aus TFÄ/PPVÄ vergleichbarer Schmelzviskosität bei Temperaturen
verarbeitet werden können, die um etwa 20 bis 40°C niedriger
liegen. Vor der Formgebung nach den genannten Methoden werden die
erfindungsgemäßen Terpolymerisate zweckmäßig in eine verarbeitungs
gerechte Form (Granalien, Pellets, Linsen und dergl.) gebracht.
Als Produkte und Gebrauchsartikel, die nach den genannten Verarbeitungsmethoden
aus den erfindungsgemäßen Terpolymerisaten hergestellt
werden können, seien beispielsweise genannt Fasern, Filamente
Folien, Bänder, Platten, Draht- bzw. Kabelisolationen, Gleit-
und Dichtelemente aller Art, wie Kolbenbüchsen, Dichtungsringe
und dergl., Schaltsegmente, Rohre und Schläuche für alle Anwendungszwecke,
Teile für Laboratoriumsapparaturen, Dielektrika
für Kondensatoren, Gewebe oder nicht-gewebte Vliese.
In Form der Dispersionen, vor allem der konzentrierten Dispersionen,
können die erfindungsgemäßen Terpolymerisate mit Vorteil
zum Beschichten, Imprägnieren oder Tränken von Fäden, Geweben,
nicht-gewebten Vliesen, aber auch zum Überziehen und Beschichten
von Formkörpern und Flächen aus anderen Kunststoffen
und anderen Materialien wie Keramik, Glas und Metalle, eingesetzt
werden. Beschichtungen oder Laminierungen aus den erfindungsgemäßen
Terpolymerisaten verleihen den so geschützten Flächen
und Körpern Schutz vor korrosiven Angriffen durch andere
Medien und gegebenenfalls auch eine erhöhte Temperaturbeständigkeit.
Eine weitere Anwendung besteht im Einsatz als Zwischenschicht
beim Verkleben oder Verschweißen von Flächen oder Formkörpern
aus Polytetrafluoräthylen oder aus anderen Fluorpolymeren
mit sich selbst oder mit anderen Materialien.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Terpolymerisate wird durch
folgende Beispiele erläutert:
In einen innen emaillierten Polymerisationsreaktor mit einem
Gesamtleervolumen von 194 l, versehen mit einem Impellerrührer,
werden 73 l entsalztes Wasser eingefüllt und darin 100 g
Perfluoroctansäure und 28 ml Ammoniak (18gew.-%ig in H₂O) sowie
50 g Ammoniumhydrogenoxalat aufgelöst. Nach Abdichten des Reaktors
wird zunächst 5mal mit Stickstoff und anschließend einmal
mit 1,5 atü Tetrafluoräthylen gespült. Dann wird wieder entspannt
und über eine Leitung 430 ml CH₂Cl₂ und 975 g (= 3,67 Mol)
Perfluorpropylperfluorvinyläther eingepumpt. Die bereits
vorher mäßig eingestellte Rührung wird nunmehr auf 175 U/min erhöht,
und es werden dem Reaktor weiterhin 2000 ml (= 20 Mol)
flüssiges Hexafluorpropen zugeführt, die Temperatur der Flotte
wird auf 25 bis 27°C eingeregelt. Über die Gasphase werden dem
Reaktor sodann noch 4300 g (= 43 Mol) TFÄ zugeführt, wobei der
Druck bis auf etwa 12 atü ansteigt. Daraufhin wird die Rührgeschwindigkeit
auf 140 bis 150 U/min vermindert, und man startet
die Polymerisation durch konstantes Zupumpen einer 1,5gew.-%igen
wäßrigen KMnO₄-Lösung mit einer Geschwindigkeit von 30 cm³/min.
Sobald der Druck zu fallen beginnt, wird über die Gasphase mittels
einer Regelautomatik weiteres TFÄ gemäß dem Verbrauch ergänzt
und der genannte Gesamtdruck aufrechterhalten. Die freiwerdende
Wärme wird durch Kühlung der Kesselwand abgeführt, sodaß
die angegebene Temperatur nur geringfügig schwankt. Die TFÄ-
und Katalysatorzufuhr werden so lange aufrechterhalten, bis weitere
9300 g (= 93 Mol) TFÄ in den Reaktor eingefahren worden sind
was nach 65 Minuten der Fall ist. Das insgesamt zugefahrene
Comonomerengemisch hat demgemäß folgende Zusammensetzung:
2,30 Mol-% PPVÄ,
12,53 Mol-% HFP und
85,17 Mol-% TFÄ.
12,53 Mol-% HFP und
85,17 Mol-% TFÄ.
Die Katalysator- und TFÄ-Zufuhr wird nun unterbrochen und noch
so lange weiterpolymerisiert, bis der Druck auf 7 bis 8 atü
abgefallen ist. Zur Rückgewinnung der verbliebenen Monomeren wird
die Gasmischung durch ein Kühlsystem zur fraktionierten Kondensation
geleitet, wobei unter gleichzeitiger Auftrennung die einzelnen
Monomeren in hohen Ausbeuten zurückgewonnen werden.
Die erhaltene Menge von 85,5 kg Terpolymerisat-Dispersion mit
einem Feststoffgehalt von 11,5 Gew.-% wird am Boden des Reaktors
abgelassen. Nach Überführen in ein 150-l-Glasgefäß wird
die Dispersion mit 150 ml konzentrierter HCl versetzt und mit
einem hochtourigen Propellerrührer so lange gerührt, bis sich
der Feststoff von einer wäßrigen Phase getrennt hat. Das ausgerührte,
flockige Pulver wird 6mal unter kräftigem Durchrühren
mit je 80 l entsalzten Wassers gewaschen, dann vom Wasser abgetrennt
und in einem mit Stickstoff überlagerten Trockenschrank
bei 200°C 10 bis 12 Stunden getrocknet und schließlich noch
8 bis 10 Stunden bei 270 bis 280°C nachgetempert. Erhalten werden
auf diese Weise 9,8 kg eines Terpolymeren, das, bestimmt
aus den IR-Spektren wie oben angegeben, einen Gehalt an
Perfluorpropylperfluorvinyläther von 4,5 Gew.-% und einem Gehalt
an HFP von 1,2 Gew.-% besitzt und somit folgende molare Zusammensetzung
aufweist:
97,43 Mol-% TFÄ,
0,82 Mol-% HFP,
1,75 Mol-% PPVÄ.
0,82 Mol-% HFP,
1,75 Mol-% PPVÄ.
Aus der Differential-Thermoanalyse ergibt sich ein Schmelzpunkt
maximum von 305°C. Das Terpolymerisat besitzt einen Schmelzindex-
Wert von 16 g/10 min bei 5 kg Belastung und 372°C, bestimmt
wie oben angegeben, sowie eine Schwellrate, gemessen 1 cm
vom Anfang des Stranges aus dem Schmelzindex-Prüfgerät, von 0,82,
d. h. einen prozentualen Schwund von 18%.
Von dem in einer Konzentration von 13 g/l Flotte vorliegenden
PPVÄ wurden 4,5 g/100 g Polymerisat eingebaut, dies sind insgesamt
441 g oder 45,25% des vorgegebenen monomeren PPVÄ. 440 g
wurden zurückgewonnen, das sind 82,4% des nicht umgesetzten
monomeren PPVÄ.
Das Produkt zeigte ferner folgende Eigenschaften:
Dichte 2,149;
Reißfestigkeit des ASTM-Spritzgußzugstabs (23°C) 19,9 N/mm², dessen Streckspannung (23°C) 17,5 N/mm², dessen Bruchdehnung (23°C) 160%;
Reißfestigkeit einer Preßfolie 26,4 N/mm², deren Bruchdehnung 430%;
Gewichtsverlust nach einer Behandlung bei 280°C über 1000 Stunden 0,85 Gew.-%, bei 280°C über 2000 Stunden 0,94 Gew.-%.
Dichte 2,149;
Reißfestigkeit des ASTM-Spritzgußzugstabs (23°C) 19,9 N/mm², dessen Streckspannung (23°C) 17,5 N/mm², dessen Bruchdehnung (23°C) 160%;
Reißfestigkeit einer Preßfolie 26,4 N/mm², deren Bruchdehnung 430%;
Gewichtsverlust nach einer Behandlung bei 280°C über 1000 Stunden 0,85 Gew.-%, bei 280°C über 2000 Stunden 0,94 Gew.-%.
In der gleichen Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, wurde
eine Copolymerisation durchgeführt, jedoch ohne Zusatz von HFP.
Das Gesamtmonomerengemisch hatte demgemäß eine Zusammensetzung
von 2,6 Mol-% PPVÄ und 97,4 Mol-% TFÄ. Das erhaltene Copolymerisat
aus PPVÄ und TFÄ wie einen IR-spektroskopisch bestimmten
Gehalt von 1,7 Gew.-% auf. Bei der gleichen Konzentration
von 13 g/l Flotte an PPVÄ wurden hier also nur 1,7 g PPVÄ in
100 g Copolymerisat eingebaut, verglichen mit 4,5 g bei
Beispiel 1.
In einen Polymerisationsreaktor mit einem Leervolumen von 47 l
werden 23 l entsalztes Wasser vorgegeben und darin 30 g
Perfluoroctansäure, 8 ml Ammoniak (18gew.-%ig in H₂O) u. 40 g
Ammoniumhydrogenoxalat aufgelöst. Dann wird der Reaktor mit Stickstoff
gespült und mit TFÄ nachgespült. Daraufhin werden 180 ml
CCl₄ und dann weiterhin 210 g (= 0,8 Mol) PPVÄ und 1000 ml
(= 10 Mol) flüssiges HFP zugeschleust. Unter Erhöhung der Rührer
drehzahl werden dann über den Gasraum 960 g (= 9,6 Mol) TFÄ
aufgepreßt), wodurch der Druck auf 12 atü ansteigt. Die Temperatur
der Flotte wird auf 27 bis 30°C eingeregelt und die Rührung
auf 200 U/min zurückgenommen. Durch Zupumpen einer 1,5gew.-%igen
wäßrigen K₂MnO₄-Lösung wird die Polymerisation gestartet
und die Zufuhr dieser Initiatorlösung mit 33 ml/min über den
ganzen Polymerisationsverlauf aufrechterhalten. Zur Ergänzung
des TFÄ-Verbrauchs werden im Verlauf von 60 Minuten weitere
4300 g (= 43 Mol) TFÄ aufgegeben. Nach dieser Zeit wird der
Druckabfall auf 7 atü abgewartet, dann zur Rückgewinnung der
drei Monomeren entspannt, welche wie in Beispiel 1 beschrieben,
der fraktionierten Kondensation zugeführt werden. Das aufgegebene
Gesamtmonomerengemisch hat demgemäß eine Zusammensetzung
von
82,97 Mol-% TFÄ,
15,77 Mol-% HFP und
1,26 Mol-% PPVÄ.
15,77 Mol-% HFP und
1,26 Mol-% PPVÄ.
Die gebildete Dispersion in einer Menge von 28,5 kg und mit
einem Feststoffgehalt von 15,8 Gew.-% (also 4,5 kg Terpolymerisat)
wird abgelassen. Diese Dispersion wird dann mit 180 g
(= 4 Gew.-%) eines nicht-ionogenen Netzmittels, bestehend aus
oxäthyliertem Nonylphenol (mit 8 bis 12 Äthylenoxideinheiten),
versetzt und von Salzen und Ionen befreit. Sodann wird die so
präparierte Dispersion im Vakuum in einem Umlaufverdampfer durch
den Entzug von Wasser auf einen Feststoffgehalt von ca. 50 Gew.-%
aufkonzentriert. Die Dispersion ist in dieser Form über lange
Zeit stabil.
Das gebildete Terpolymerisat hat gemäß der angegebenen IR-
spektroskopischen Bestimmungsmethode folgende Zusammensetzung:
97,8 Mol-% TFÄ,
1,1 Mol-% HFP und
1,1 Mol-% PPVÄ.
1,1 Mol-% HFP und
1,1 Mol-% PPVÄ.
Es zeigt in der DTA-Kurve ein Schmelzpunktsmaximum bei 310°C,
der Schmelzindexwert, bestimmt wie oben angegeben, beträgt
4,7 g/10 min. Die Schwellrate wurde zu 0,94 bestimmt, was einem
prozentualen Schwund von nur 6% entspricht.
Die eingesetzten 210 g Perfluorpropylperfluorvinyläther entsprechen
einer Konzentration von 9 g/l Flotte. Dennoch wurde
auch hier eine Einbaurate von 2,8 g pro 100 g Terpolymerisat
erzielt. Von den nicht umgesetzten 84 g PPVÄ konnten 65 g oder
77,4% zurückgewonnen werden.
Folgende weitere Eigenschaften wurden bestimmt:
Spritzgußzugstäbe: Reißfestigkeit 16 N/mm², Bruchdehnung 190%, Streckspannung 16 N/mm², alles gemessen bei 23°C;
Preßfolien: Reißfestigkeit 23,6 N/mm², Bruchdehnung 480%;
Dichte: 2,152 g/cm³.
Spritzgußzugstäbe: Reißfestigkeit 16 N/mm², Bruchdehnung 190%, Streckspannung 16 N/mm², alles gemessen bei 23°C;
Preßfolien: Reißfestigkeit 23,6 N/mm², Bruchdehnung 480%;
Dichte: 2,152 g/cm³.
In die in Beispiel 2 beschriebene Apparatur werden 24 l entsalztes
Wasser und 7,5 g Ammoniumperfluorpropoxypropionat als Emulgator
eingegeben. Nach dem Spülen der Apparatur mit Stickstoff
werden der Flotte noch 80 ml CH₂Cl₂ sowie die drei Monomeren in
Mengen von
1200 g (= 12 Mol) TFÄ,
750 g (= 5 Mol) HFP und
300 g (= 1,13 Mol) PPVÄ.
750 g (= 5 Mol) HFP und
300 g (= 1,13 Mol) PPVÄ.
(TFÄ gasförmig, HFP und PPVÄ flüssig) zugeführt. Bei Erreichen
der Polymerisationstemperatur von 28 bis 30°C stellt sich ein
Gesamtdruck von 16 atü ein. Sodann wird durch kontinuierliches
Zupumpen einer 1,5gew.-%igen wäßrigen KMnO₄-Lösung (20 ml/min)
die Polymerisation in Gang gesetzt und über 50 Minuten hinweg
aufrechterhalten. Während dieser Zeit werden von der Flotte bei
konstant gehaltenem Druck weitere 2500 g (= 25 Mol) TFÄ aufgenommen.
Das gesamte aufgenommene Monomerengemisch hatte demgemäß
eine Zusammensetzung von
85,8 Mol-% TFÄ,
11,6 Mol-% HFP und
2,6 Mol-% PPVÄ.
11,6 Mol-% HFP und
2,6 Mol-% PPVÄ.
Der Kessel wird entspannt, und die verbliebenen Monomeren werden
getrennt und zurückgeführt. Die Dispersion wird gemäß Beispiel 1
aufgearbeitet. Es werden 2450 g Terpolymerisat erhalten, das
nach der IR-Analyse folgende Zusammensetzung aufweist:
98,2 Mol-% TFÄ,
1,0 Mol-% HFP und
0,8 Mol-% PPVÄ.
1,0 Mol-% HFP und
0,8 Mol-% PPVÄ.
Das Terpolymerisat besitzt einen MFI-Wert von 8 g/10 min und eine
Schwellrate von 0,91, bestimmt wie angegeben in Beispiel 1.
In die in Beispiel 2 beschriebene Apparatur werden eingegeben
23 l entsalztes Wasser und darin gelöst 30 g Perfluoroctansäure,
10 ml Ammoniak (18gew.-%ige in H₂O) und 20 g Ammoniumpersulfat.
Nach Spülen der Apparatur mit N₂ wird eine Mischung aus 130 ml
CH₂Cl₂ und 70 ml CHCl₃ zugegeben, ferner der Flotte 250 g
(= 0,94 Mol) PPVÄ zugepumpt sowie dem Reaktionsgefäß 750 g
(= 5 Mol) HFP und 1200 g (= 12 Mol) TFÄ aufgepreßt. Es stellt
sich ein Druck von 15 atü ein. Nachdem die Flotte auf die gewählte
Polymerisationstemperatur von 10 bis 12°C gebracht worden
ist, wird die Polymerisation durch Zupumpem einer 0,25gew.-%igen
wäßrigen Lösung von Diammonium-Eisen(II)-sulfat (Mohr′sches Salz)
gestartet. Im Lauf von 35 Minuten werden 1990 ml Starterlösung
eingeschleust und dem Reaktor weitere 2500 g (= 25 Mol) TFÄ zur
Aufrechterhaltung des Polymerisationsdrucks zugeführt. Das gesamte
eingebrachte Monomerengemisch setzt sich demnach wie folgt
zusammen:
86,2 Mol-% TFÄ,
11,6 Mol-% HFP und
2,2 Mol-% PPVÄ.
11,6 Mol-% HFP und
2,2 Mol-% PPVÄ.
Nach der Aufarbeitung gemäß Beispiel 1 werden 2,8 kg eines
Terpolymerisats erhalten, das die Zusammensetzung
98,6 Mol-% TFÄ,
0,75 Mol-% HFP und
0,65 Mol-% PPVÄ besitzt
0,75 Mol-% HFP und
0,65 Mol-% PPVÄ besitzt
und einen Schmelzindex-Wert von 1 g/10 min, sowie eine Schwellrate
von 1,02 aufweist (bestimmt wie in Beispiel 1 angegeben).
Prüfstäbe, die aus 2 mm starken Preßfolien ausgestanzt werden,
besitzen eine Reißfestigkeit (23°C) von 23 N/mm² und eine
Bruchdehnung von 410%.
In die in Beispiel 2 beschriebene Apparatur werden 24 l entsalztes
Wasser gegeben und darin 1 g Perfluorpropoxypropionsäure aufgelöst.
Nach Spülen mit N₂ werden über eine Pumpe nacheinander
80 ml CH₂Cl₂ und 300 g (= 1,13 Mol) PPVÄ sowie über eine Druckschleuse
750 g (= 5 Mol) flüssiges HFP eingebracht. Über den
Gasraum werden dem Kessel dann noch 1200 g (= 12 Mol) TFÄ zugeführt.
Bei der Polymerisationstemperatur von 29°C stellt sich
ein Druck von 16 atü ein. Die Polymerisation wird durch Einspeisen
einer 1,5gew.-%igen wäßrigen KMnO₄-Lösung gestartet, und diese
Lösung in einer Menge von 13 ml/min weiter zudosiert. Über die
Polymerisationszeit von 76 min werden dem Kessel über die Druckhalte
automatik weitere 2500 g (= 25 Mol) TFÄ zugeführt. Dann
polymerisiert man bis auf 7 atü ab, entspannt den Reaktor und
führt die ausgasenden Monomeren dem Rückgewinnungsaggregat zu.
Über ein Ventil am Kesselboden wird die Flotte mit dem darin suspendierten
Polymerisat abgelassen und das welche, relativ grobkörnige
Suspensionspolymerisat mittels einer Siebtasse von der
Flotte abgetrennt. Das Produkt wird anschließend mehrmals mit
entsalztem Wasser gründlich nachgewaschen und dann auf Blechen
in einem Ofen bei 200°C 12 Stunden lang getrocknet und zuletzt
noch 8 Stunden bei 280°C thermisch nachbehandelt. Die Ausbeute
beträgt 2650 g Terpolymerisat in Form eines weißen, körnigen,
rieselfähigen Produkts mit einer Zusammensetzung
98,9 Mol-% TFÄ,
0,7 Mol-% HFP und
0,4 Mol-% PPVÄ.
0,7 Mol-% HFP und
0,4 Mol-% PPVÄ.
(bestimmt durch IR-Analyse). Das Terpolymerisat besitzt einen
Schmelzindex-Wert von 8,5 g/10 min (bestimmt wie in Beispiel 1).
Claims (4)
1. Verfahren zur Copolymerisation von 93 bis 76 Mol-%
Tetrafluoräthylen mit 1 bis 4 Mol-%, bezogen auf die
Gesamtmenge des zugegebenen Monomerengemisches, an
Perfluorpropylperfluorvinyläther, in Gegenwart von
radikalbildenden Katalysatoren und üblichen regelnden
Kettenübertragungsmitteln bei Drücken von 4,05 bis 51,7 bar
und Temperaturen von +10 bis +150°C, gegebenenfalls
auch in Gegenwart von Emulgatoren und Puffersubstanzen,
dadurch gekennzeichnet, daß die Copolymerisation
unter Zugabe von 20 bis 6 Mol-%, bezogen auf die Gesamtmenge
des zugegebenen Monomerengemisches, an Hexafluorpropen,
sowie in Gegenwart eines bei 20°C und
Normaldruck flüssigen, regelnden Kettenübertragungsmittels,
das eine genügende telogene Aktivität aufweist,
um dem Copolymerisat einen Schmelzindex-Wert bei
5 kg Belastung und 372°C von 0,1 bis 200 g/10 min, gemessen
nach ASTM D 1238-65-T, zu verleihen, in wäßriger
Phase durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Copolymerisation in Gegenwart von 0,01 bis
2 Gew.-%, bezogen auf die vorgelegte wäßrige Flotte,
eines üblichen Emulgators und gegebenenfalls in Gegenwart
von üblichen Antikoagulationsmitteln oder üblichen
Dispersionsstabilisatoren nach dem Verfahren der
Emulsionspolymerisation durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Copolymerisation nach dem Verfahren der
Suspensionspolymerisation durchgeführt wird, gegebenenfalls
unter Zugabe von üblichen Emulgatoren, bis zu
einer Konzentration von höchstens 150 ppm, bezogen auf
die vorgelegte wäßrige Flotte.
4. Nicht-elastisches thermoplastisches Terpolymerisat,
dadurch gekennzeichnet, daß es aus anteiligen Einheiten,
wobei die Anteile ausgedrückt sind in Mol-%, von
94,6 bis 99,0 Mol-% des Tetrafluoräthylens, 3,0 bis
0,3 Mol-% des Hexafluorpropens und 2,4 bis 0,7 Mol-%
des Perfluorpropylperfluorvinyläthers besteht, und
daß es ferner einen Schmelzindex-Wert bei 5 kg
Belastung und 372°C von 0,1 bis 200 g/10 min, gemessen
nach ASTM D 1238-65-T, aufweist, ausgenommen solche
Terpolymerisate, die neben anteiligen Einheiten des
Tetrafluoräthylens aus anteiligen Einheiten von
mehr als 2,7 Mol-% Hexafluorpropen in Verbindung mit
anteiligen Einheiten von weniger als 1,2 Mol-%
Perfluorpropylperfluorvinyläther bestehen.
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