BR112015012175B1 - processo para preparação de monômeros de ácido fosfônico - Google Patents
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Abstract
“PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MONÔMEROS DE ÁCIDO FOSFÔNICO” É descrito um processo simples e comercialmente viável para preparação de monômeros de ácido fosfônico contendo essencialmente nenhum diéster ou composto de ácido fosforoso inorgânico.
Description
[0001] A invenção refere-se a um processo para preparação de monômeros de ácido fosfônico.
[0002] Os polímeros contendo grupos de ácido fosforoso são úteis em muitas aplicações incluindo revestimentos e adesivos. Os grupos de ácido fosfórico provê adesão melhorada do polímero ao substrato metálico, forma reticulantes na presença de íons metálicos divalentes, e promove a adsorção do polímero nas partículas de pimento, tais como dióxido de titânio, para formar partículas compostas. Entretanto, tais monômeros contêm, geralmente, muitas impurezas indesejáveis e/ou subprodutos.
[0003] A patente norte-americana No. US 6,710,161 descreve uma composição de monômero contendo ácido fosfórico que é substancialmente livre de determinados compostos de ácido fosfórico. Entretanto, o monômero deve ser tratado antes do uso de modo a remover o composto de ácido fosfórico indesejado, e apenas então ele pode ser polimerizado com um comonômero para produzir um polímero que pode ser utilizado para preparar revestimentos.
[0004] Seria desejável ter um processo simples, direto para preparação dos monômeros de ácido fosfônico.
[0005] A invenção refere-se ao processo compreendendo contatar o ácido metacrílico (MAA) com um reagente fosfórico da fórmula:
[0006] Sendo que n é um número tendo um valor médio de 1 a 3, sob condições de reação suficientes para produzir um produto compreendendo um composto de ácido fosfórico da fórmula:
[0007] Surpreendentemente, o monômero do produto pode ser produzido de modo que ele esteja substancialmente livre de ácido fosfórico inorgânico e, substancialmente livre de diéster reticulante, evitando, assim, a necessidade de etapas de purificação consumindo tempo e dinheiro para a remoção de tais compostos.
[0008] Como utilizado aqui, “um”, “uma”, “o”, “a”, “pelo menos um”, e “um ou mais” são utilizados intercaladamente. Os termos “compreende”, “inclui”, e variações dos mesmos não tem um significado limitativo quando estes termos aparecem no relatório descritivo e nas reivindicações. Assim, por exemplo, uma composição que inclui partículas de “um” polímero hidrofóbico pode ser interpretada como significando que a composição inclui partículas de “um ou mais” polímero hidrofóbicos.
[0009] Ademais aqui, as citações de faixas numéricas em seus pontos limites incluem todos os números incluídos naquela faixa (por exemplo, 1 a 5 inclui, 1, 1,5, 2, 2,75, 3, 3,80, 4, 5, etc.). Para o propósito da invenção deve ser entendido que consistente com o que um técnico no assunto saberia que uma faixa numérica pretende incluir e suportar todas subfaixas possíveis que estão incluídas naquela faixa. Por exemplo, a faixa de 1 a 100 pretende cobrir de 1,01 a 100, de 1 a 99,99, de 1,01 a 99,99, de 40 a 60, de 1 a 55, etc.
[0010] Adicionalmente, as citações das faixas numéricas e/ou valores numéricos, incluindo tais citações nas reivindicações, podem ser lidos por incluir o termo “cerca de”. Em tais exemplos, o termo “cerca de” referem-se às faixas numéricas e/ou valores numéricos que são substancialmente os mesmos que aqueles citados aqui.
[0011] A menos que declarado de forma contrária, ou implícito no contexto, todas as partes e porcentagens estão baseadas no peso e em todos os métodos de teste são atuais à data de depósito deste pedido. Para o propósito da prática de patentes norte-americana, o conteúdo de qualquer referência de patente, pedido de patente, ou publicação é incorporado aqui por referência em sua íntegra (ou sua equivalente versão US é assim incorporada por referência) especialmente com relação a descrição das definições (para a extensão não inconsistente com qualquer definição especificamente provida neste relatório descritivo) e conhecimento geral do estado da técnica.
[0012] O ácido metacrílico (MAA) é bem conhecido eamplamente disponível comercialmente.
[0013] No processo da invenção, MAA é reagido com oreagente fosforoso da fórmula I: onde n é um número tendo um valor médio de 1 a 3. A quantidade de MAA empregada vantajosamente é de 0,5 a 10 moles por mol de reagente fosforoso. Em várias concretizações da invenção, a quantidade de MAA empregado é de 1 a 3 moles por mol de reagente fosforoso, ou de 1,5 a 2 moles por mol de reagente fosforoso. As misturas dos reagentes fosforosos podem ser empregadas.
[0014] O MAA e o reagente fosforoso são contatados sob condições de reação suficientes para produzir um monômero de ácido fosfônico da fórmula II:
[0015] Em uma concretização da invenção, os reagentes são contatados sob pressão reduzida em temperatura elevada por um tempo suficiente para produzir o monômero desejado. Vantajosamente, a temperatura é de 70°C a 170°C e irá depender, como conhecido pelos técnicos no assunto, sobre a pressão empregada, o estágio do processo, e a composição da mistura de reação. Preferivelmente, a temperatura do processo é de 90°C a 150°C, e mais preferivelmente de 120°C a 140°C. A água é um subproduto da reação e, é vantajosamente removida quando ela vaporiza ou ferve a mistura de reação. A pressão é, vantajosamente de 0 a 101,3 kPa (0 a 760 mmHg), e preferivelmente de 26,7 a 80,0 kPa (200 a 600 mmHg) e, mais preferivelmente, de 60,0 a 73,3 kPa (450 a 550 mmH).
[0016] Um inibidor de polimerização é vantajosamente empregado no processo. O inibidor é empregado em uma quantidade suficiente para prevenir a polimerização indesejada. Muitos inibidores, e métodos de seu uso, são conhecidos pelos técnicos no assunto, e muitos inibidores estão comercialmente disponíveis. Exemplos de inibidores incluem fenotiazina (PTZ), 4-hidroxi-TEMPO (4-HT), hidroquinona metoxi (MeHQ) e hidroquinona (HQ).
[0017] Vantajosamente, a reação não requer solvente ou catalisador adicional, e produz o produto desejado em alto rendimento. O processo não requer reagentes onerosos, tais como (CH3)3SiBr.
[0018] Um frasco de fundo redondo de 1000 ml, com quatro gargalos equipado com um agitador em cima, um termo-acoplador e uma coluna de destilação 10-bandejas é carregada com ácido 2-hidroxietil fosfônico (125 g, 0,991 mol), ácido metacrílico (180g, 2,1 mol) e 45 mg de fenotiazina. O agitador é desligado e ajustado a 200 rpm, e a pressão do reator é ajustada a 65,1 kPa (488 mmHg). O conteúdo do frasco é aquecido a 130°C durante 45 minutos. O destilado começa a acontecer quando a temperatura do recipiente alcança 125°C e a temperatura do vapor permanece entre 80°C e 90°C. Depois de uma hora, a temperatura de vapor começa a elevar. O calor é ligado, e o vácuo é liberado. Uma amostra é tomada e analisada em espectroscopia 1H-NMR e 31P-NM. Os resultados do NMR indica que 16% do álcool de partida permanece na amostra. A pressão do reator é reduzida a 65,3 kPa (490 mmHg) novamente e o conteúdo é aquecido a 140°C. O destilado é colhido na faixa de temperatura do vapor de 60°C a 80°C por uma hora adicional.
[0019] O MAA remanescente é removido sob vácuo completo (< 1,3 kPa)(< 10 mmHg) em uma temperatura do recipiente de 100 a 120°C. o produto pesa 174 g (89% do rendimento teórico) e é analisado por espectroscopia de 1H, 13C, 31P-NMR. Os resultados são consistentes com a estrutura esperada de um monômero com a fórmula III (ácido (metacroiloxi)etil fosfônico:
[0020] Para algumas aplicações, não é necessário remover o MAA remanescente, como a mistura não separada pode ser utilizada para polimerização.
[0021] Um frasco de fundo redondo com 250 ml, de quatro gargalos equipado com um agitador acima, um termo-acoplador e uma coluna de destilação com 10 bandejas é carregado com o ácido 2-hidroximetil fosfônico (42 g, 0,38 mol), ácido metacrílico (93, g, 1,1 mol) e 45 mg de fenotiazina. O agitador é desligado e ajustado a 200 rpm, e a pressão do reator é ajustada para 66,3 kPa (497 mmHg).
[0022] O conteúdo do frasco foi aquecido a 130°C durante 45 minutos. O destilado começa a formar-se quando a temperatura do recipiente alcança 125°C e a temperatura do vapor permanece entre 80°C a 90°C. Após dura horas, a pressão é reduzida para o vácuo completo (< 1,3 kPa) (< 10 mmHg), e o MAA remanescente é removido em uma temperatura no recipiente de 100°C a 120°C. O produto pesa 57g (84% de rendimento teórico) e foi analisado através de espectroscopia 1H, 31P- NMR. Os resultados são consistentes com a estrutura esperada de um monômero com a fórmula IV, ácido (metacroiloxi)metil fosfônico.
Claims (12)
1. Processo para preparação de monômeros de ácido fosfônico, caracterizadopelo fato de compreender contatar o ácido metacrílico (MAA) com um ou mais reagentes fosforosos da fórmula: onde n é um número tendo um valor médio de 1 a 3, sob condições de reação para produzir um produto compreendendo um composto de ácido fosfórico da fórmula: sendo que a reação é conduzida na ausência do solvente adicionado.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o contato ser conduzido na presença de um inibidor de polimerização selecionado a partir do grupo consistindo de fenotiazina, 4-hidroxi-TEMPO, hidroquinona metoxi e hidroquinona.
3. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizadopelo fato de o contato ser conduzido em uma faixa de temperatura de 70°C a 170°C.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizadopelo fato de o contato ser conduzido em uma faixa de temperatura de 130°C a 170°C.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizadopelo fato de o contato ser conduzido em uma faixa de pressão de 0 a 101,3 kPa (0 a 760 mmHg).
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de o contato ser conduzido em uma faixa de pressão de 60,0 a 73,3 kPa (450 a 550 mmHg).
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 6, caracterizado pelo fato de 0,5 a 10 mol de MAA ser empregado por mol de reagente fosforoso.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado pelo fato de o MAA ser empregado na faixa de 1 a 3 moles por mol de reagente fosforoso.
9. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizado pelo fato de o MAA ser empregado na faixa de 1,5 a 2 moles por mol de reagente fosforoso.
10. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado pelo fato de o produto ser livre de ácido fosforoso inorgânico.
11. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado pelo fato de o produto ser livre de diéster reticulante.
12. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 11, caracterizado pelo fato de o contato ser conduzido na ausência de catalisador adicionado.
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