BR9813676B1

BR9813676B1 - surfatantes aniÈnicos a base de ácido alqueno sulfÈnico.

Info

Publication number: BR9813676B1
Application number: BRPI9813676-3A
Authority: BR
Inventors: Paul D Berger; Christie H Berger; Iris K Hsu
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-11-30
Publication date: 2011-09-06
Also published as: CA2319092A1; EP1056693A4; ES2268806T3; EP1056693A1; CN1221498C; DE69835033T2; BR9813676A; MXPA00006614A; AU1613999A; CN1297427A; CA2319092C; EP1056693B1; US6043391A; WO1999036376A1; DE69835033D1

Description

" SURFATANTES ANIÔNICOS A BASE DE ÁCIDO ALQUENO SULFÔNICO"

Fundamentos da Invenção

Campo da Invenção

A presente invenção se refere a novos surfatantes aniônicos derivados de moléculas de aromáticos ou aromáticos substituídos e ácido alqueno sulfônico. Mais particularmente esta invenção se refere a sulfonatos aromáticos alquil, dialquil e alquilas superiores substituídos e métodos de preparação dos sulfonatos aromáticos substituídos em que um composto arila é alquilado e sulfonado em uma etapa com um ácido alqueno sulfônico antes da neutralização do ácido.

Os novos surfatantes e o novo método para prepará-los apresenta as seguintes vantagens sobre os surfatantes existentes do tipo sulfonato aromático:

1. Sulfonatos aromáticos dialquil e alquilas superiores substituídos podem ser facilmente produzidos e com altos rendimentos.

2. Sulfonatos aromáticos alcoxilados podem ser facilmente produzidos e com altos rendimentos.

3. Di-alquil aromáticos substituídos de cadeias linear e ramificada misturadas podem ser facilmente produzidos e com altos rendimentos.

4. Sulfonatos de alquil benzeno podem ser produzidos sem o uso , atualmente caros, de processos de alquilação convencionais.

5. Alcoxilatos de alquil fenol sulfonados podem ser produzidos sem o uso, atualmente caro, de processos de alquilação convencionais.

6. Os novos surfatantes possuem uma estrutura única onde o grupo sulfonato está ligado a extremidade de uma das cadeias de alquila mais propriamente do que ao anel aromático.

Arte Anterior

Sulfonatos de alquil benzeno são surfatantes comuns para uma ampla variedade de detergentes e uso industrial. Começando logo após a Guerra Mundial II, os detergentes sintéticos baseados na reação de propileno tetramérico e benzeno usando AlCb como catalisador começaram a ganhar popularidade e ampla utilização como detergentes de lavanderia. Durante a década de 60 os sulfonatos de alquilbenzeno baseados em grupos alquil ramificados foram verificados de estarem causando espuma excessiva nas plantas de tratamento de esgoto e em rios e lagos devido a sua baixa biodegradabilidade. Alquilbenzenos lineares baseados na reação de olefinas lineares (US 3585253 publicada por Huang em 15 de Junho de 1971) ou cloroparafinas lineares (US 3355508 publicada por Moulden em 28 de Novembro de 1967) foram desenvolvidos os quais forneceram detergência aceitável e foram rapidamente biodegradados. Mais recentemente, o processo com AlCb foi substituído pelo processo HF e pelo processo Detal por causa das objeções ambientais ao processo com AlCh. A tabela 1 mostra os rendimentos tipicamente obtidos para alquilatos detergentes usando HF como catalisador.

Tabela 1- Rendimentos Típicos de Alquilato Detergente (valores em toneladas).

<table>table see original document page 3</column></row><table>

O uso em detergente é o mercado predominante para alquilbenzenos e sulfonatos de alquilbenzenos. Estes produtos; contudo; também são empregados em quantidades consideráveis como lubrificantes, refrigerantes, surfatantes industriais, dispersantes, emulsificantes, inibidores de corrosão, desemulsificantes e em muitos outros usos. Estes encontram ampla utilização em muitas indústrias entre as quais estão a recuperação de petróleo, refino, polimerização de emulsão, tingimento têxtil, agricultura, limpeza industrial e institucional, fluidos de perfuração, processamento de papel, revestimentos e adesivos.

Os presentes processos são projetados para otimizar os rendimentos de alquilato detergente (predominantemente monoalquilbenzeno). Os rendimentos de alquilato pesado (predominantemente dialquilbenzeno) são deste modo baixos. Estes alquilatos pesados contudo encontram considerável demanda como surfatantes solúveis em óleo e especialidades químicas. Sulfonatos de dialquilbenzeno (US 4004638 publicado por Burdyn, Chang e Cook em 25 de Janeiro de 1977, US 4536301 publicada por Malloy e Swedo em 20 de Agosto de 1985), sulfonatos de alquil xileno (EP 121964) e sulfonatos dialquil fenol polietoxi alquil (US 4220204 publicado por Hughes, Kudchadker e Dunn em 2 de Setembro de 1980) têm sido todos usados para aumentar a produtividade de óleo bruto; contudo; a disponibilidade destes materiais tem sido limitada até esta invenção por causa dos baixos rendimentos de alquilatos pesados disponíveis para conversão em seus sulfonatos correspondentes. Em adição nenhum processo comercialmente exeqüível está disponível, até esta invenção, para produzir di- e tri- alquilbenzenos onde ambos grupos de alquil linear e ramificado estão presentes no mesmo anel de benzeno.

Sulfonatos de fenol alquil substituído alcoxilados têm sido produzidos e verificados serem úteis como surfatantes em numerosas aplicações. A US 5049311 publicada por Rasheed, Cravey, Berger e O'Brien em 17 de Setembro de 1991, lista muitos usos para estes compostos incluindo surfatantes para Recuperação de Óleo Melhorada, inibidores de corrosão, hidrótropos, agentes espumantes na formação de concreto, surfatantes para carreadores de corantes, surfatantes para lubrificantes de fibra, surfatantes para polimerização de emulsão, detergentes têxteis, agentes espumantes para fluidos de perfuração e emulsificantes agrícolas.

Sumário da Invenção

A presente invenção reside num processo aperfeiçoado para produzir novos compostos alquilaromáticos sulfonados em que o grupo aromático é sulfonado e alquilado em uma etapa. A invenção utiliza o ácido alqueno sulfônico produzido pela sulfonação em filme fino de uma alfa-olefina para alquilar um composto aromático tal como benzeno ou naftaleno ou um composto aromático substituído tal como alquilbenzeno ou alquilnaftaleno ou fenol ou fenol alcoxilado ou alquilfenol alcoxilado para produzir o ácido sulfônico correspondente tendo um grupo alquil adicional derivado da alfa-olefina usada durante a reação. O ácido sulfônico subsequente pode ser usado "como é" ou neutralizado com uma variedade de cátions tais como Na, K, Ca, Mg, Ba, NHU, MEA, DEA, TEA, iso-propanol amina, e outras aminas, etc, para formar agentes aniônicos com atividade de superfície.

Assim um benzeno ou um composto aromático substituído da formulação mostrada abaixo é usado. Naftaleno e qualquer outro aromático policíclico pode substituir o benzeno com resultados similares e oferecer a vantagem adicional de formar derivados de sulfonato de cadeias di- e superiores.

<formula>formula see original document page 5</formula>

R=H, alquil (ramificado ou linear de C1 a C30+) ou alcoxilato (EO, PO, BO ou misturas) R' = H, alquil (ramificado ou linear de C1 a C30+) R" = H, alquil (ramificado ou linear de C1 a C30+)

O benzeno ou o composto aromático substituído é reagido com o ácido alqueno sulfônico produzido a partir da sulfonação de uma alfa-olefina. A sulfonação de uma alfa-olefina produz uma mistura de ácido alqueno sulfônico e sultona cuja composição é mostrada abaixo. O ácido alqueno sulfônico é o precursor do sulfonato de alfa-olefina ou AOS que é um surfatante amplamente usado com muitas aplicações para espumação, limpeza, emulsificação, e umidificação. O ácido alqueno sulfônico é produzido através da reação de SO3 com hidrocarboneto mono-olefínico como conhecido na arte (US 2061617; 2572605 publicado por Fincke em 23 de outubro de 1951; 3444191 publicado por Nelson em 13 de maio de 1969). Um processo para produzir altos rendimentos de ácidos alqueno sulfônicos é revelado por Weil, Stirton e Smith, no JAOCS Vol. 41, Out. 1965, pág. 873- 875.

CH3(CH2)nCH=CHCH2SO3H ácido alqueno sulfônico

<formula>formula see original document page 5</formula> A razão de ácido alqueno sulfônico para sultona é de 1:1 a cerca de 1:4 dependendo da temperatura, pressão, velocidades de fluxo e outros parâmetros de fabricação conhecidos daqueles versados na arte. A posição da dupla ligação do ácido alqueno sulfônico e o número de carbonos no anel da sultona podem também variar dependendo destes mesmos parâmetros.

O ácido alfa-olefina sulfônico é reagido com benzeno ou compostos aromáticos substituídos numa temperatura elevada até pouco abaixo da temperatura de decomposição dos reagentes e na presença de uma quantidade limitada de água. Um catalisador foi verificado ser útil para reduzir a temperatura de reação, os tempos de reação e melhorar os rendimentos. Os catalisadores úteis incluem H2SO4, ácido metano sulfônico, ácido sulfosuccínico, e outros ácidos fortes catalisadores geralmente usados em alquilação. Temperaturas mais altas, até as temperaturas de decomposição dos reagentes são preferidas. Pressão pode ser necessária para alcançar as temperaturas mais altas desejadas quando se usa materiais de partida de baixo ponto de ebulição tal como benzeno e para evitar que a água escape durante os primeiros estágios da reação. As bases ou os sais de metais alcalinos de vários ácidos carboxílicos tal como acético, propiônico ou carbonates tal como carbonato de sódio ou potássio podem ser usados como catalisadores se a base ou o sal sulfonato de alcalinos terrosos correspondentes são preferencialmente desejados ao ácido sulfônico livre. A reação resulta no produto abaixo mostrado. O ácido livre pode ser ainda reagido com qualquer um de um número de cátions tal como Na, K, NH4, Ca, Mg, Ba, aminas, etc. para formar os sais aniônicos com atividade de superfície. O naftaleno e qualquer outro aromático policíclico pode ser substituído por benzeno com resultados similares.

<formula>formula see original document page 6</formula>

R= nenhum, alquil (ramificado ou linear de C1 a C30+) ou alcoxilato (EO, PO, BO ou misturas)

R' = H, alquil (ramificado ou linear de C1 a C30+)

R" = H, alquil (ramificado ou linear C1 a C30+) R'"= CH3(CH2)nCH(CH2)mSO3H

Assim um objetivo da presente invenção é fornecer um método de produção de uma etapa de surfatantes aniônicos úteis que são derivados de sulfonatos aromáticos mono-substituídos, e poli-substituídos. Nós definimos poli-substituído como tendo dois ou mais substituintes num composto aromático. Mais particularmente o objetivo da presente invenção é fornecer novos compostos e seus métodos de produção em que um composto aromático é alquilado e sulfonado em uma etapa com um ácido alqueno sulfônico antes da neutralização do ácido. O ácido alqueno sulfônico pode incluir um grupo alquila tanto linear quanto ramificado, enquanto a sulfonação leva a formação de um produto que tem o grupo funcional sulfonato ligado ao grupo alquila mais propriamente do que ao anel aromático.

Além disso, um objetivo da presente invenção é fornecer métodos de produção de compostos alquilaromáticos mono-, e poli-substituídos onde ambos grupos alquil linear e ramificado podem ou não estar presentes no mesmo anel cíclico.

Adicionalmente, um objetivo da presente invenção é fornecer um método de produção de uma etapa de sulfonatos de alquilaromáticos mono-substituídos, e poli- substituídos em que um ácido alqueno sulfônico é usado para alquilar benzeno, naftaleno, um composto aromático mono-substituído, e um composto aromático poli-substituído, antes da neutralização do ácido sulfônico, para produzir o ácido sulfônico correspondente tendo o grupo alquila adicional derivado da alfa-olefina usada na sulfonação e em que o método inclui a reciclagem da água e do aromático não reagido para aumentar o rendimento do ácido alquilaromático sulfônico.

Descrição Detalhada da Invenção

Sulfonatos de alfa-olefina são amplamente usados como surfatantes para cuidados pessoais, polimerização de emulsão, espuma contra incêndio e uma ampla variedade de outros usos. Estes materiais são produzidos por sulfonação de uma alfa-olefina usando um reator de filme fino de SO3. Weil, Stirton e Smith (JOACS Vol.42, Out. 1965, pág. 873-875) descreve a reação de 1-hexadeceno e 1-octadeceno com SO3 seguida pela neutralização com NaOH para formar os sulfonatos de hexadeceno correspondentes. Os inventores notam que o produto final não é um componente único mas predominantemente uma mistura de dois materiais. Estes são o sulfonato de alqueno e sulfonato de hidroxialcano. O sulfonato de hidroxialcano está presente devido a formação de uma sultona intermediária quando o SCb reage com a alfa-olefina. A neutralização com NaOH não apenas neutraliza o ácido formado nesta reação mas também abre o anel da sultona formando o sulfonato de alqueno adicional e o sulfonato de hidroxialcano. Isto resulta num produto final tendo aproximadamente a seguinte composição mostrada na tabela 2:

Tabela 2- Produtos Típicos da Reação alfa-olefina/SOs/NaOH

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US 3845114 publicada por Sweeney e House em 29 de Outubro de 1974, ensina que a adição de quantidades limitadas de água ao ácido AOS e o subsequente aquecimento a 150° C converte a sultona em ácido alqueno sulfônico e ácido hidroxialcano sulfônico. A presença de água durante a abertura do anel evita a dimerização do ácido alqueno sulfônico. A remoção da água desidrata o ácido hidroxialcano sulfônico retornando a sultona mas deixa o ácido alqueno sulfônico intacto. A repetição do processo de adição de quantidades limitadas de água, aquecimento a 150° C e remoção de água reduz o conteúdo de ácido hidroxialcano sulfônico e aumenta o conteúdo de ácido alqueno sulfônico. Este processo é mostrado abaixo.

<formula>formula see original document page 8</formula>

Num outro estudo anterior, Ault e Eisner (JOACS Vol. 39, Fev. 1962, pág. 132-133), descreve que o ácido catalisou a adição de fenóis e éteres fenílicos ao ácido oléico. Eles descobriram que pelo uso de um catalisador ácido, tal como ácido polifosfórico ou ácido metano sulfônico, eles poderiam produzir ácidos esteáricos aril substituídos como mostrado abaixo.

<formula>formula see original document page 9</formula>

onde x + y = 14 e a + b = 15

US 3502716 publicada por Kite em 24 de março de 1970, utiliza bases ou carboxilatos de metais alcalinos terrosos reagidos a alta temperatura com anidridos de ácido hidroxi sulfônico para produzir os sais de sulfonatos de alqueno de bases ou de alcalinos terrosos correspondentes. Este trabalho demonstra que os ácidos AOS podem ser predominantemente convertidos a sais de ácidos alqueno sulfônicos a altas temperaturas.

US 3951823 publicada por Straus, Sweeney, House e Sharman em 20 de Abril de 1976, ensina a reação de ácido AOS com ele próprio e outros monômeros sulfonados para produzir dímeros di-sulfonados tendo boas propriedades espumantes para uso em aplicações de espuma em esvaziamento de poço. Esta referência especificamente requer que ambos monômeros contenham um grupo sulfonato. Esta referência ensina que materiais de partida adequados devem conter pelo menos cerca de 5 átomos de carbono não aromático por molécula, um grupo funcional sulfonato, isto é, -SO3- , e um dos seguintes: (1) uma dupla ligação carbono-carbono, isto é, -CH=CH-; (2) um grupo hidroxi alcanol, ou um grupo éster sulfonato dos quais o grupo sulfonato acima é um componente, isto é, uma sultona, e os grupos funcionais devem ser substituintes ligados aos átomos de carbono não aromáticos com o balanço sendo de carbono e/ou hidrogênio.

Apesar das inovações anteriores, e provavelmente porque os sulfonatos aromáticos di-substituídos e alquila superior substituídos foram considerados sub-produtos indesejáveis, aqueles versados na arte nunca tentaram usar o ácido AOS da reação de uma alfa-olefina e SO3, antes da neutralização, para alquilar e sulfonar simultaneamente um composto aril tal como benzeno, naftaleno, ou benzeno e naftalenos substituído,. A presente invenção forma novos derivados de ácido sulfônico e sulfonatos pela alquilação e sulfonação simultânea de compostos aromáticos resultando na formação de derivados de ácidos sulfônicos e sulfonato que são úteis como agentes aniônicos com atividade de superfície. O ácido da reação de uma alfa-olefina e SO3 e a subsequente repetida hidrólise e desidratação com água resulta na formação de ácido alqueno sulfônico como ensinado na US 3845114. Nós encontramos que este ácido forte pode ser usado para alquilar compostos aromáticos. Um ácido forte adicional como catalisador é benéfico para obter rendimentos proveitosos de produto final. Ao contrário da US 3951823, nossa invenção não requer que ambos reagentes contenham pelo menos cerca de 5 átomos de carbono não aromáticos por molécula, um grupo funcional sulfonato, isto é, -SO3", e um dos seguintes: (1) uma dupla ligação carbono-carbono, isto é, -CH=CH-; (2) um grupo hidroxi alcanol, ou um grupo éster sulfonato do qual o grupo sulfonato acima é um componente, isto é, uma sultona, e os grupos funcionais devem ser substituintes ligados aos átomos de carbono não aromáticos com o balanço sendo carbono e/ou hidrogênio. De fato a maioria dos materiais de partida preferidos tais como benzeno, naftaleno, alquilbenzenos e alquilnaftalenos não preenchem nenhum dos critérios mencionados na US 3951823.

Exemplo 1

Adicionou-se 78,0 g de benzeno (1,00 Mol) a um balão de fundo redondo de 2000 mL, de cinco bocas equipado com agitador em hélice, termômetro, e condensador de água. As duas bocas vazias foram fechadas com rolhas de vidro esmerilhado. A tabela 3 lista a carga para o exemplo 1. Durante a agitação, 240 g (0,839 mol) de ácido AOS (P.Eq. =286), tendo a análise mostrada na tabela 4 abaixo, foram adicionados a 21° C. A temperatura foi gradualmente elevada a 110° C por um período de 3 horas. Um tubo coletor foi adicionado para recuperar qualquer benzeno não reagido que tenha sido destilado. A mistura foi mantida a 110° C até nenhum benzeno ser observado na destilação. O benzeno recuperado foi pesado e a atividade do ácido alquilbenzeno sulfônico foi determinada pelo valor ácido e atividade CID (titulação em 2 fases) do material remanescente no frasco. Foram recuperadas 48,9 g de benzeno. No frasco permaneceram 266,3 g de produto. O percentual de conversão foi calculado como se segue:

100 χ ((78,0 g - 48,9 g)/(0,8 χ 78 g)) = 46,6% A atividade do produto, determinada pela titulação CID foi encontrada ser de 44,4%. Como é sabido por aqueles versados na arte, a titulação CID que utiliza Hiamina 1622 é um método de determinação de atividade surfatante de materiais aniônicos. A tensão superficial a 22° C para uma solução 0,10% neutralizada a pH 7,0 com NaOH foi de 42,9 mN/m e a concentração crítica de micela (CMC) foi de 0,05 %.

Tabela 3- Material de Carga do Exemplo 1

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Tabela 4- Analise do Acido AOS

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Exemplo 2

Adicionou-se 78,0 g de benzeno (1,00 mol) a um reator Parr Bomb de 2 litros em aço inoxidável equipado com agitador, controle de aquecimento, controle de refrigeração e disco de ruptura de 300 PSI. Foram adicionados 28,3 g (0,100 mol) de ácido sulfosuccínico 70% como catalisador que continha 8,49 g de água. Durante a agitação, 301g (1,05 moles) de ácido AOS (P.Eq. =286), tendo a análise mostrada na tabela 4 acima, foram adicionados a 21° C.

A carga para o exemplo 2 está listada na tabela 5. A temperatura foi gradualmente elevada até 150° C e mantida nesta temperatura por 4 horas. Após 4 horas a temperatura foi diminuída abaixo de 110° C e todo o benzeno não reagido e a água foram deixados destilar e foram coletados, dosados e re-introduzidos no frasco de reação. O frasco foi novamente aquecido a 150° C e mantido nesta temperatura por 4 horas. Após 4 horas a temperatura foi diminuída abaixo de 110° C e todo o benzeno não reagido e a água foram deixados destilar e foram coletados, dosados e re-introduzidos no frasco de reação. Este processo de re-introdução de água e benzeno, aquecimento a 150° C por 4 horas, resfriamento abaixo de IlO0 C e destilação do benzeno e da água foram repetidas uma terceira vez. A análise do produto final após a terceira seqüência de reação e destilação indicou 92,6% de conversão do ácido AOS em ácido alquilbenzeno C14-C16 sulfônico. A atividade do produto remanescente no frasco, determinada pela titulação CID, foi de 92,5% assumindo um peso equivalente do produto de 364. A tensão superficial a 22° C para uma solução 0,10% neutralizada a pH 7,0 com NaOH foi de 32,2 mN/m e o CMC foi de 0,65%. A tensão superficial na CMC foi de 29,5 mN/m e o tempo de umidificação Draves para 0,10% do sal sódico do produto foi de 4,2 segundos. Estes valores indicam que o produto é um excelente surfatante.

Tabela 5- Material de Carga do Exemplo 2

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Tabela 6- Análise do Produto do Exemplo 2

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Adicionou-se 253,5 g de alquilbenzeno (1,00 mol) obtidos pela alquilação de benzeno com HF usando parafina linear C10-C14, e tendo a análise mostrada na tabela 7, a um balão de fundo redondo de 2000 mL, de cinco bocas equipado como no exemplo 1. Adicionou-se 10,0 g de H2SO4 de grau reagente e o agitador foi desligado.Adicionou-se 301,0 g (1,05 moles) de ácido AOS, tendo a análise mostrada na tabela 4 acima, e a mistura aquecida a 140° C por um período de duas horas. A carga do exemplo 3 é mostrada na tabela 8. A mistura foi mantida a 140° C e analisou-se periodicamente o valor ácido crescente (AV) até o valor permanecer constante. Após o AV permanecer constante a amostra foi resfriada e o H2SO4 não reagido foi recuperado por extração da amostra com um volume igual de água deionizada. A quantidade de H2SO4 recuperada foi de 9,59 g ou 95,9% da quantidade adicionada a reação. Foram recuperados 529,1 g de produto após a extração do H2SO4 com água. A análise deste material forneceu 96,2% de ácido dialquil benzeno sulfônico assumindo um P.M. de 539. As curvas de IV dos materiais de partida, AOS (Figura 1) e alquilbenzeno linear (Figura 2) e do produto final (Figura 3) mostram a perda da bandas da sultona a 1330-1360, 940, 895 e grupos alqueno a 1700, 1165, 1040, 965 e 910 indicando a conversão de ácido AOS em sulfonato de alquilbenzeno alquilado.

Tabela 7- Análise de Alquilbenzeno Linear

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Tabela 8- Material de Carga do Exemplo 3

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Exemplo 4

Adicionou-se 229 g de alquilbenzeno (1,00 mol) obtidos pela alquilação de benzeno com HF usando propileno tetramérico, e tendo a análise mostrada na tabela 9, a um balão de fundo redondo de 2000 mL, de cinco bocas equipado como no exemplo 1. Adicionou-se 49,0 g de H2SO4 de grau reagente (0,500 mol) e o agitador foi desligado. Adicionou-se 301,0 g de ácido AOS (1,05 moles), tendo a análise mostrada na tabela 4 acima, e a mistura aquecida a 150° C por um período de duas horas. A carga do exemplo 4 está listada na tabela 10. A mistura foi mantida a 150° C e analisou-se periodicamente o valor ácido crescente (AV) até o valor permanecer constante. Após o AV permanecer constante a amostra foi resfriada e o H2SO4 não reagido foi recuperado por extração da amostra com um volume igual de água deionizada. A quantidade de H2SO4 recuperada foi de 47,3 g ou 96,5% da quantidade adicionada a reação. Foram recuperados 528,5 g de produto após a extração do H2SO4 com água. A análise deste material forneceu 56,8% de sulfonato de dialquil benzeno assumindo um P.M. de 515.

Tabela 9- Material de Carga do Exemplo 4

PROPRIEDADE ANALISE

Aparência Liquido transparente

Indice de bromo, ppm 30

Cor, Pt-Co < 3

Peso molecular médio 229

Distribuição homóloga, % em peso

C9 3,7

C10 2,8

C11 9,3

C12 65,8

C13 15,5

C14 2,3

C15 0,6

Tabela 10- Material de Carga do Exemplo 4

<table>table see original document page 14</column></row><table> Exemplo 5

226,0 g de fenol com 3 moles de EO (1,00 mol) obtido pela alquilação de fenol usando óxido de etileno foram adicionados a um balão de fundo redondo de 1000 mL, de cinco bocas equipado como no exemplo 1. Adicionou-se 295,0 g de ácido AOS C16 (1,00 mol) e a mistura aquecida 150° C por um período de duas horas. A carga do exemplo 5 está listada na tabela 11. A mistura foi mantida a 150° C e analisou-se periodicamente o valor ácido crescente (AV) até o valor permanecer constante. Estes valores são mostrados na Tabela 12. Após o AV permanecer constante a amostra foi resfriada. Foram recuperados 520,7 g de produto. A análise deste material forneceu 70,0% de alquilfenoletoxi sulfonato assumindo um P.M. de 521.

Tabela 11- Material de Carga do Exemplo 5

<table>table see original document page 15</column></row><table>

Tabela 12- Análise de Mistura de Reação

<table>table see original document page 15</column></row><table>

Exemplo 6

Adicionou-se 94,0 g de fenol (1,00 mol) a um balão de fundo redondo de 1000 mL,de cinco bocas equipado como no exemplo 1. Adicionou-se 306 g de ácido AOS C16 (1,04 mol) e a mistura aquecida a 120° C por um período de duas horas. A carga do exemplo 6 é mostrada na tabela 13. A mistura foi mantida a 120° C e analisou-se periodicamente o valor ácido crescente (AV) até o valor permanecer constante (tabela 14). Após o AV permanecer constante a amostra foi resfriada e 400 g de produto foram recuperadas. A análise deste material forneceu 147,8 AV (100% de alquilfenol sulfonato assumindo um P.M. de 389. A titulação CID forneceu 2,47 meq/g ou 405 P.Eq.

Tabela 13- Material de Carga do Exemplo 6 <table>table see original document page 16</column></row><table>

Tabela 14- Análise de Mistura de Reação do Exemplo 6

<table>table see original document page 16</column></row><table>

Exemplo 7

Misturas de alquilarilsufonatos naturais e sintéticos são usadas para fornecer tensões interfaciais ultra baixas (< 1,0 χ IO"2" mN/m) quando usadas em combinação com vários materiais alcalinos tais como NaOH ou Na2C03 e contatado com óleo bruto. Por exemplo, US 4536301 publicada por Malloy e Swedo em 20 de Agosto de 1985 usa misturas de sulfonatos de mono e dialquilbenzeno para obter tensões interfaciais ultra baixas contra o óleo bruto, US 4004638 publicada por Burdyn, Chang e Cook em 25 de Janeiro de 1977 usa misturas similares junto com agente alcalino para obter IFT ultra baixo e GB 2232428 depositada por Muijs, Beers e Roefs em 6 de Junho de 1989, usa misturas de sulfonatos alcalinos de dialquilbenzeno e sulfonatos alcalinos de polialcoxifenil-éter também para obter valores baixos de II7T. Todas estas referências reivindicam recuperação aumentada de óleo por injeção das misturas de sulfonato em reservatórios subterrâneos de óleo bruto.

A utilidade dos produtos da invenção como surfatantes para Enchimento de Polímero Surfatante Alcalino foi avaliado neste exemplo usando composições surfatantes como abaixo formulado.

Formulação A

17,0 g de isopropanol

5,0 g de etileno glicol

16,4 g de água deionizada

11,6 g de NaOH (50% aquoso) 30,0 g de sulfonato de dialquil benzeno do exemplo 3 acima

20,0 g de ácido monoalquilbenzeno ramificado sulfônico (98% ativo, P. Eq. = 309)*

♦Preparado por sulfonação usando ar/SCb em filme descendente fino de alquilbenzeno da alquilação com HF de benzeno com propileno tetramérico.

Formulação B

17,0 g de isopropanol

5,0 g de etileno glicol

16,4 g de água deionizada

11,6 g de NaOH (50% aquoso)

30,0 g de sulfonato de dialquil benzeno, Fonte comercial (94,6% ativo, P.Eq. = 429)

20,0 g de ácido monoalquilbenzeno ramificado sulfônico (98% ativo, P. Eq.= 309)*

Cada uma das duas formulações surfatantes acima foram diluídas a 0,3% em peso com água do mar simulada de composição mostrada ma tabela 5. A alcalinidade de cada amostra foi ajustada de 0,6 a 1,40% em peso de NaOH e o IFT de cada amostra contra um óleo bruto chinês a 45° C foi medido usando um tensiômetro interfacial modelo 500 da Universidade do Texas, Austin, TX.

Os resultados mostrados na tabela 16 abaixo indicam que o sulfonato de dialquilbenzeno produzido pela invenção fornece tensões interfaciais ultra baixas comparado a e um pouco superior ao sulfonato de alquilbenzeno sulfonato produzido pelo processo HF.

Tabela 15- Solução de Água do Mar Sintética

INGREDIENTE CONCENTRAÇÃO (mg/L)

CO3^2 375 HCO3- 1342 Cl- 691 SO4- 4,8 <table>table see original document page 18</column></row><table>

Sólidos totais dissolvidos

3648

Tabela 16- Tensões Interfaciais Contra Óleo Bruto, 45° C

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As propriedades de superfície dos novos compostos que incluem baixas CMCs, baixas tensões superficiais e interfaciais, e tempos rápidos de umidificação, os tornam ideais para uma ampla variedade de aplicações surfatantes incluindo emulsificantes, agentes umidificadores, dispersantes, agentes espumantes, hidrótropos, detergentes e limpadores para indústrias e produtos tais como campo petrolífero, agricultura, têxtil, inibidor de corrosão, carreadores de corantes, fluidos de perfuração, lubrificantes, concreto e cimento.

Claims

1. Composto alquilaromático sulfonado CARACTERIZADO por compreender a seguinte estrutura: <formula>formula see original document page 19</formula> em que: a) a porção aromática do dito composto aromático é selecionada do grupo que consiste de benzeno, policíclico, aromático, e fenol, e b) R é H, alquil ou alcoxilato ramificado ou linear de C1 a C30, c) R' é H, alquil ramificado ou linear de C1 a C30, d) R" é H, alquil ramificado ou linear de C1 a C30, e e) R'" é uma cadeia alquil de 14 a 30 átomos de carbono de comprimento, terminal sulfonada apresentando a estrutura: CH3(CH2)nCH(CH2)mS03H.

2. Composto alquilaromático sulfonado de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo composto aromático mono-substituído ser selecionado entre alquilbenzeno, benzeno alcoxilado, fenol e alquilnaftaleno.

3. Composto alquilaromático sulfonado estabelecido na reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo composto aromático poli-substituído ser selecionado entre alquilfenol, fenol alcoxilado, alquilfenol alcoxilado e naftaleno.

4. Composto alquilaromático sulfonado estabelecido na reivindicação 1 CARACTERIZADO pelo dito grupo alcoxi ser selecionado do grupo que consiste de óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, e combinações de dois ou mais onde o número de grupos alcoxilato está na faixa de 1 a 100.

5. Método de preparação de um composto alquilaromático sulfonado CARACTERIZADO por compreender as etapas de reação de um composto aromático com um ácido alqueno sulfônico, numa razão molar de cerca de 1:1, numa temperatura de reação de 110 a 150°C, com o uso opcional de um catalisador ácido para formar um composto alquilaromático sulfonado com a seguinte estrutura: <formula>formula see original document page 20</formula> em que: a) a porção aromática do dito composto é selecionada do grupo que consiste de benzeno, aromático policíclico e fenol, b) R é H, alquil ou alcoxilato ramificado ou linear de C1 a C30, c) R' é H, alquil ramificado ou linear de C1 a C30, d) R" é H, alquil ramificado ou linear de C1 a C30, e e) R'" é uma cadeia alquil de 14 a 30 átomos de carbono de comprimento, terminal sulfonada apresentando a estrutura: CH3(CH2)nCH(CH2)mS03H.

6. Método de acordo com a reivindicação 5 CARACTERIZADO pelo composto aromático mono-substituído ser selecionado entre alquilbenzeno, benzeno alcoxilado, fenol e alquilnaftaleno.

7. Método de acordo com a reivindicação 5 a 6, CARACTERIZADO pelo composto aromático poli-substituído ser selecionado entre alquilfenol, fenol alcoxilado, alquilfenol alcoxilado e naftaleno.

8. Método de acordo com a reivindicação 5 a 7 CARACTERIZADO pelo dito grupo alcoxi substituído no dito composto aromático ser selecionado do grupo que consiste de óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, e combinações de dois ou mais onde o número de grupos alcoxilato está na faixa de 1 a 100.

9. Método de acordo com a reivindicação 5 a 8 CARACTERIZADO pelo alqueno ser uma alfa-olefina contendo de 14 a 30 átomos de carbono.

10. Método de acordo com a reivindicação 5 a 9 CARACTERIZADO pela dita reação ainda compreender a etapa: adição de um catalisador a mistura reacional do composto aromático e do ácido alqueno sulfônico.

11. Método de acordo com a reivindicação 10 CARACTERIZADO pelo dito catalisador ser selecionado do grupo que consiste de ácido sulfurico, ácido metano sulfônico, e ácido sulfosuccínico.

12. Método de acordo com a reivindicação 5 a 11 CARACTERIZADO pelo método de preparação do ácido alquilaromático sulfônico ainda combinar a etapa: neutralização do ácido alquilaromático sulfônico antes do uso de um dos seguintes: base, alcalino terroso e aminas.

13. Método de acordo com a reivindicação 5 a 12 CARACTERIZADO pela neutralização, e alquilação do composto aromático serem acompanhados simultaneamente pela adição de um catalisador na forma de um sal carregando um cátion para a mistura reacional do aromático e do ácido alqueno sulfônico, onde o dito cátion é selecionado do grupo que consiste de Na, K, NHU, Ca, Mg, Ba, e aminas.

14. Método de acordo com a reivindicação 13 CARACTERIZADO pelo catalisador ser selecionado do grupo que consiste dos sais de base de ácidos fracos, ácido acético, ácido propiônico, e ácido carbônico.

15. Método de acordo com a reivindicação 5 a 14 CARACTERIZADO pela reação ainda compreender um meio de converter um percentual mais alto do composto aromático em ácido alquilaromático sulfônico, em que os meios compreendem as etapas adicionais: adição de água a mistura reacional, elevação da temperatura da mistura reacional a cerca de 150° C por cerca de 4 horas, redução da temperatura a cerca de 100° C, destilação de essencialmente todo o aromático não reagido e água da mistura reacional, e repetição do aquecimento a cerca de 150° C por cerca de 4 horas, redução da temperatura a cerca de 100° C, e destilação do aromático não reagido e água até essencialmente todo o composto aromático ser convertido em ácido alquilaromático sulfônico.