EP1646601A1 - Procede de preparation de polyols polyehtoxyles a partir de polyols solides a temperature ordinaire et composition mise en oeuvre - Google Patents
Procede de preparation de polyols polyehtoxyles a partir de polyols solides a temperature ordinaire et composition mise en oeuvreInfo
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- EP1646601A1 EP1646601A1 EP04767608A EP04767608A EP1646601A1 EP 1646601 A1 EP1646601 A1 EP 1646601A1 EP 04767608 A EP04767608 A EP 04767608A EP 04767608 A EP04767608 A EP 04767608A EP 1646601 A1 EP1646601 A1 EP 1646601A1
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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- C08L71/00—Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
- C08L71/02—Polyalkylene oxides
Definitions
- the invention relates to a new process for the synthesis of polyalkoxylated pentaerythritol.
- Polyolpolyethers are compounds obtained by adding ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide or isobutylene oxide to polyols, the most common of which are diols, triols, tetrols , pentols, and hexols and certain polyglycerols. These compounds are widely used as diluents, humectants, rheology modifiers, surfactants, defoamers or lubricants. They are also used in functionalization reactions and allow access to monomers such as, for example, acrylates. US Patent No.
- 1,922,459 discloses a process for the preparation of polyethoxylated pentaerythritol, by reaction of ethylene oxide with pentaerythritol in the presence of boric anhydride at 125 ° C for 20 hours followed by elimination of the excess gas, and washing with water of the product obtained.
- US Patent No. 2,401,743 discloses a process analogous to the previous one but in which the catalyst is chosen from acetic acid and fatty acids or the derivatives of these acids, anhydrides, acid chlorides or esters with pentaerythritol.
- 2,450,079 discloses a process for the preparation of polyol polyethers according to which the polyol such as pentaerythritol is mixed with water in a molar proportion of 0.08 to 1.5 moles of water per hydroxyl group, and the mixture resulting is reacted with an alkylene oxide such as ethylene oxide or propylene oxide between 150 ° C and 280 ° C.
- an alkylene oxide such as ethylene oxide or propylene oxide between 150 ° C and 280 ° C.
- 2,166,292 discloses a process for the ethoxylation of pentaerythritol, consisting of reacting it with ethylene carbonate in the presence of potassium carbonate at a temperature inducing the effervescence of carbon dioxide, around 155 ° C., then subjecting the product obtained to the action of the oxide of ethylene in the presence of soda, in an autoclave around 120 ° C for 7 hours.
- the inventor of this process mentions the drawback of using water in the process because it induces by reaction with alkylene oxide, polyglycols.
- Patents 3,190,927 and 3,346,557 disclose a method in which pentaerythritol is dissolved in a polyethoxylated pentaerythritol, such as diethoxylated pentaerythritol at the rate of 3 moles of polyol per 1.8 moles of polyethoxylated polyol, before being subjected to the action of propylene oxide in an autoclave in the presence of sodium hydroxide at about 135 ° C.
- VOCs volatile organic compounds
- EG DA ethylene glycol diacrylate
- DEG DA diethylene glycol diacrylate
- TEG DA triethylene glycol diacrylate contents
- the subject of the invention is a liquid composition at ordinary temperature and under atmospheric pressure, consisting essentially of a mixture of at least one polyalkoxylated polyol and of polyalkoxylated trimethylol propane, characterized in that it is capable of be obtained by reaction under a total pressure of less than 10.10 5 Pa (10 bar) and at a temperature less than or equal to 180 ° C, of a mixture consisting essentially of more than 50% by weight of a polyol having a melting point at ordinary temperature and at atmospheric pressure greater than 180 ° C and preferably greater than 200 ° C, and less than 50% by weight of trimethylol propane (TMP), with at least one gaseous alkylene oxide at room temperature and at atmospheric pressure.
- TMP trimethylol propane
- polyol having a melting point above 180 ° C. at atmospheric pressure is more particularly meant, pentaerythritol, dipentaerythritol, tripenterythritritol or inositol.
- the polyol solution in the TMP comprises at least 70% by weight of polyol.
- the starting polyol is pentaerythritol.
- the alkylene oxide used is chosen from ethylene oxide, propylene oxide or butylene oxide.
- the composition as defined above essentially consists of a mixture of polyethoxylated pentaerythritol and polyethoxylated trimethylol propane, and preferably a composition as defined above for which the polyethoxylation indices of each of the constituents are less than or equal to 10 and more particularly less than or equal to 5.
- the invention relates to a process for the preparation of a liquid composition at ordinary temperature and under atmospheric pressure, consisting essentially of a mixture of '' at least one polyalkoxylated polyol and polyalkoxylated trimethylol propane, characterized in that it comprises the reaction under a total pressure less than 10 ⁇ 10 5 Pa (10 bars) and at a temperature less than or equal to 180 ° C, of a mixture consisting essentially of more than 50% by weight of a polyol having a melting point n at ordinary temperature and at atmospheric pressure greater than 180 ° C and preferably greater than 200 ° C, and less than 50% by weight of trimethylol propane (TMP), with at least one gaseous alkylene oxide at room temperature and under atmospheric pressure.
- TMP trimethylol propane
- the subject of the present invention is a process for the preparation of esters of acrylic acid or of methacrylic acid, free of ethylene glycol acrylate and / or of acrylate of propylene glycol, characterized in that it implements the composition as defined above.
- esters are used in two main fields: Applications using the so-called "RADCURE” technology (crosslinking by radiation) to produce coatings, varnishes, paints, adhesives, seals or objects.
- esters are also used in the following fields: - polyurethanes for foam, coating, sealant, adhesive and elastomer applications (the advantages being: very precisely controlled functionality; the absence of low molecular weight glycols which eliminates the risk of fog ("fogging" in English)), - epoxy derivatives for applications: coatings, adhesives, composites (the advantages being: a rigorously controlled functionality, the absence of low molecular weight glycols avoids the creation of their epoxidized derivatives which are harmful to health; while retaining a reasonable viscosity facilitating processing), - derivatives of the formai type for applications: monomers, plasticizers, esters (the advantages being: strictly functionality controlled; the removal of low molecular weight derivatives inducing sensitivity to water because of their very hydrophilic nature), - esters for applications as lubricants, plasticizers or surfactants (the advantages being: strictly controlled functionality; the elimination of derivatives of low molecular weights inducing sensitivity to water due to their very hydrophilic nature
- TMP 12.86 kg of TMP are poured into a 200 liter autoclave, which is heated to 105 ° C., then 30 kg of pentaerythritol are gradually added with stirring while keeping the mixture in the molten state. It is completed by the addition of 88 g of potash pellets. The resulting mixture is dried for one and a half hours while maintaining it at 130 ° C. The mixture is then placed under a nitrogen atmosphere at a pressure of approximately 3.1 bars (approximately 3.1 ⁇ 10 5 Pa).
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Abstract
Composition liquide à température ordinaire et sous pression atmosphérique, consistant essentiellement en un mélange d'au moins polyol polyalcoxylé et de trimé thylol propane polyalcoxylé, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par réaction sous une pression totale inférieure à 10.105 Pa (10 bars) et à une température inférieur ou égale 180° C, d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol ayant un point de fusion à température ordinaire et sous pression atmosphérique supérieure à 180° C et de préférence supérieure à 200° C, et de moins de 50 % en poids de triméthylol propane (TMP), avec au moins un oxyde d'alkylène gazeux à température ambiante et sous pression atmosphérique.
Description
Procédé de préparation de polyols polyéthoxylés à partir de polyols solides à température ordinaire et composition mise en œuvre.
L'invention a trait à un nouveau procédé de synthèse de pentaérythritol polyal- coxylé. Les polyolpolyéthers sont des composés obtenus par addition d'oxyde d'éthylène, d'oxyde de propylène, d'oxyde de butylène ou d'oxyde d'isobutylène à des polyols, dont les plus courants sont les diols, les triols, les tétrols, les pentols, et hexols et certains polyglycérols. Ces composés sont largement utilisés comme diluants, humectants, modificateurs de rhéologie, tensioactifs, antimousse ou lubrifiants. Ils sont aussi utilisés dans des réactions de fonctionnalisation et permettent l'accès à des monomères tels que par exemple les acrylates. Le brevet américain N° 1,922,459 divulgue un procédé de préparation de pen- taérythritol polyéthoxylé, par réaction de l'oxyde d'éthylène avec le pentaérythritol en présence d'anhydride borique à 125° C pendant 20 heures suivie de l'élimination de l'excès de gaz, et du lavage à l'eau du produit obtenu. Le brevet américain N° 2,401,743 divulgue un procédé analogue au précédent mais dans lequel le catalyseur est choisi parmi l'acide acétique et les acides gras ou les dérivés de ces acides, anhydrides, chlorures d'acide ou esters avec le pentaérythritol. Le brevet américain N° 2,450,079 divulgue un procédé de préparation de polyolpolyéthers selon lequel le polyol comme le pentaérythritol est mélangé à de l'eau dans une proportion molaire de 0,08 à 1,5 moles d'eau par groupe hydroxyle, et le mélange résultant est mis à réagir avec un oxyde d'alkylène comme l'oxyde d'éthylène ou l'oxyde de propylène entre 150° C et 280° C. Le brevet américain N° 2,166,292 divulgue un procédé d'éthoxylation du pentaérythritol, consistant à le faire réagir avec de l'éthylène carbonate en présence de carbonate de potassium à une température induisant l'effervescence du dioxyde carbone, autour de 155° C, puis à soumettre le produit obtenu à l'action d'e l'oxyde d'éthylène en présence de soude, dans un autoclave autour de 120° C pendant 7 heures. L'inventeur de ce procédé mentionne l'inconvénient de mettre en œuvre de l'eau dans le procédé car elle induit par réaction avec l'oxyde d'alkylène, des polyglycols.
Les brevets américains N° 3,190,927 et N° 3,346,557 divulguent une méthode dans laquelle le pentaérythritol est dissout dans un pentaérythritol polyéthoxylé, comme le pentaérythritol diéthoxylé à raison de 3 moles de polyol pour 1,8 moles de polyol polyéthoxylé, avant d'être soumis à l'action de l'oxyde de propylène dans un autoclave en présence d'hydr oxyde sodium à environ 135° C. Le brevet américain N° 3,291,845 divulgue un procédé d'alcoxylation de polyols ayant un point de fusion élevé, c'est à dire entre 200° C et 270° C, en les dissolvant préalablement dans un polyol ayant un point de fusion inférieur à 170° C et de préférence inférieur à 100° C. Les auteurs de ce brevet ont ainsi préparé du pentaérythritol polyéthoxylé en dissolvant le pentaérythritol (PTE) de départ dans du trimethylol propane (TMP) (TMP / PE : environ 3/1). Lorsque l'on prend en compte l'ensemble des réglementations relatives à la diminution de la concentration dans l'atmosphère terrestre en composés organiques volatiles (dénommés VOC) et plus particulièrement de la Directive européenne 2001/59EC, qui impose dans les monomères acryliques, des teneurs en éthylène glycol diacrylate (EG DA) et en diéthylène glycol diacrylate (DEG DA) inférieures à 0,2 %, la teneur en ces deux produits devant elle aussi être inférieure à 0,2 % , des teneurs en triéthylène glycol diacrylate (TEG DA) inférieure à 0,1 % sauf à étiqueter ces monomères comme substance irritante voir toxique, ce qui interdit alors leur utilisation dans de nombreux secteurs industriels, l'ensemble des procédés de l'état de la technique sont insatisfaisants. C'est pourquoi la demanderesse s'est attachée à développer un nouveau procédé qui permette d'obtenir des polyols polyalcoxylés de qualité conforme à la Directive européenne sus-mentionnée. Selon un premier aspect, l'invention a pour objet une composition liquide à température ordinaire et sous pression atmosphérique, consistant essentiellement en un mélange d'au moins un polyol polyalcoxylé et de trimethylol propane polyalcoxylé, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par réaction sous une pression totale inférieure à 10 .105 Pa (10 bars) et à une température inférieure ou égale à 180° C, d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol ayant un point de fusion à température ordinaire et sous pression atmosphérique supérieur à 180° C et de préférence supérieur à 200° C, et de moins de 50 % en poids de trimethylol propane
(TMP), avec au moins un oxyde d'alkylène gazeux à température ambiante et sous pression atmosphérique. Par polyol ayant un point de fusion supérieur à 180° C sous pression atmosphérique, on désigne plus particulièrement, le pentaérythritol, le dipentaérythritol, le tripen- taérythritol ou l'inositol. Selon un aspect particulier, la solution de polyol dans le TMP comprend au moins 70 % en poids de polyol. Selon un autre aspect particulier de la présente invention, le polyol de départ est le pentaérythritol. Selon un autre aspect particulier de la présente invention, l'oxyde d'alkylène mis en œuvre, est choisi parmi l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène ou l'oxyde de butylène. Selon un autre aspect particulier de la présente invention la composition telle que définie précédemment, consiste essentiellement en un mélange de pentaérythritol polyéthoxylé et de trimethylol propane polyéthoxylé, et de préférence une composition telle que définie ci-dessus pour laquelle les indices de polyéthoxylation de chacun des constituants sont inférieurs ou égaux à 10 et plus particulièrement inférieurs ou égaux à 5. Selon un deuxième aspect, l'invention a pour objet un procédé de préparation d'une composition liquide à température ordinaire et sous pression atmosphérique, consistant essentiellement en un mélange d'au moins un polyol polyalcoxylé et de trimethylol propane polyalcoxylé, caractérisé en ce qu'il comprend la réaction sous une pression totale inférieure à l0.105 Pa (10 bars) et à une température inférieure ou égale 180° C, d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol ayant un point de fusion à température ordinaire et sous pression atmosphérique supérieur à 180° C et de préférence supérieur à 200° C, et de moins de 50 % en poids de trimethylol propane (TMP), avec au moins un oxyde d'alkylène gazeux à température ambiante et sous pression atmosphérique. Selon un troisième aspect de la présente invention, celle-ci a pour objet un pro- cédé de préparation d'esters de l'acide acrylique ou de l'acide méthacrylique, exempt d'acrylate d'éthylène glycol et / ou d'acrylate de propylène glycol, caractérisé en ce qu'il met en œuvre la composition tel que définie précédemment.
De tels esters sont utilisés dans deux domaines principaux : Les applications utilisant la technologie dite "RADCURE" ( réticulation par radiations ) pour réaliser des revêtements, des vernis , des peintures , des adhésifs , des joints ou des objets. Les applications classiques des monomères (méth)acryliques pour la préparation de polymères et / ou Copolymères (méth)acryliques par la méthodes classiques de polymérisation ; qu'il s'agisse de la polymérisation en : solution , en masse , en émulsion ou micro-émulsion ou en suspension ou micro-suspension. Ces esters sont aussi utilisés dans les domaines suivants : - les polyuréthanes pour des applications mousses , revêtements,, joints, adhésifs et élastomères (les avantages étant : une fonctionnalité contrôlée de façon très précise ; l'absence de glycols de faible poids moléculaire qui supprime le risque de brouillard (" fogging " en langue anglaise)), - les dérivés époxydés pour des applications : revêtements, adhésifs, composites (les avantages étant : une fonctionnalité contrôlée de façon rigoureuse, l'absence de glycols de faible poids moléculaire évite la création de leurs dérivés époxydés qui sont nuisibles pour la santé ; tout en conservant une viscosité raisonnable facilitant la mise en oeuvre ), - les dérivés de type formai pour les applications : monomères , plastifiants , es- ters (les avantages étant : une fonctionnalité strictement contrôlée ; la suppression de dérivés de faibles poids moléculaires induisant une sensibilité à l'eau du fait de leur caractère très hydrophile), - les esters pour des applications comme lubrifiants, plastifiants ou tensioactifs (les avantages étant : une fonctionnalité strictement contrôlée ; la suppression de déri- vés de faibles poids moléculaires induisant une sensibilité à l'eau du fait de leur caractère très hydrophile ; faible viscosité), - les polyesters, comme démarreur (starter en langue anglaise) pour les Dendri- mères et / ou les Polyesters branchés ou comme co-monomère pour les applications classiques des Polyesters (mêmes avantages), - les diluants et les réactifs pour les applications classiques des diluants réactifs (revêtements , vernis , peintures , encres , adhésifs , joints réticulés par des produits réagissant avec les groupements Hydroxyles : Polyisocyanates, résines mélamine-
formol), ainsi que pour les applications faisant appel à la technologie du "Cationic curing " qui permet, au delà des applications mentionnées ci-dessus, d'accéder à la formation d'objets (stéréolithographie ) (mêmes avantages et absence de composés organiques volatiles) . Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois la limiter.
Exemple 1
On verse dans un autoclave de 10 litres, 405 g de trimethylol propane [CH3-CH2-C(CH2OH)3 ; TMP] que l'on chauffe à 115° C puis on ajoute progressive- ment 1153 g de pentaérythritol [C(CH2OH)4], sous agitation en maintenant le mélange à l'état fondu. On complète par l'addition de 7,66 g de lessive de potasse. Le mélange résultant est séché pendant une heure et demi en le maintenant à 120° C. On constate qu'à l'issue de ce séchage la teneur en eau du mélange est inférieure à 0,1 % en poids. Le mélange est ensuite mis sous atmosphère d'azote à une pression d'environ 1,2 bars (environ 1.2.105 Pa). On introduit ensuite pendant trois heures en portant la température à 140 °C, tout en maintenant la pression dans l'autoclave en dessous de 3,5 bars (3,5.105 Pa), 2272 g d'oxyde d'éthylène. On laisse le mélange résultant à cette température pendant 40 minutes puis on le refroidit à 80 °C et le neutralise. Le produit finalement isolé présente les caractéristiques suivantes :
Exemple 2
On verse dans un autoclave de 200 litres, 12,86 kg de TMP que l'on chauffe à 105° C puis on ajoute progressivement 30 kg de pentaérythritol sous agitation en maintenant le mélange à l'état fondu. On complète par l'addition de 88 g de pastilles de potasse. Le mélange résultant est séché pendant une heure et demi en le maintenant à 130° C. Le mélange est ensuite mis sous atmosphère d'azote à une pression d'environ 3,1 bars (environ 3,1 .105 Pa).
On introduit ensuite progressivement sous agitation en portant la température à 150° C, tout en maintenant la pression dans l'autoclave en dessous de 9 bars (9.105 Pa), 49,56 kg d'oxyde d'éthylène. On laisse le mélange résultant à cette température pendant 40 minutes puis on le refroidit à 80° C et le neutralise. Le produit finalement isolé présente les caractéristiques suivantes :
Claims
Revendications 1. Composition liquide à température ordinaire et sous pression atmosphérique, consistant essentiellement en un mélange d'au moins un polyol polyalcoxylé et de trimethylol propane polyalcoxylé, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être ob- tenue par réaction sous une pression totale inférieure à 10.105 Pa (10 bars) et à une température inférieur ou égale 180° C, d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol ayant un point de fusion à température ordinaire et sous pression atmosphérique supérieure à 180° C et de préférence supérieure à 200° C, et de moins de 50 % en poids de trimethylol propane (TMP), avec au moins un oxyde d'alky- lène gazeux à température ambiante et sous pression atmosphérique.
2. . Composition telle que définie à la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par réaction d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol choisi parmi le pentaérythritol, le dipentaé- rythritol, le tripentaérythritol ou l'inositol et de moins de 50 % en poids de trimethylol propane (TMP), avec au moins un oxyde d'alkylène gazeux.
3. Composition telle que définie à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par réaction d'un mélange constitué essentiellement de plus de 70 % en poids de polyol.
4. Composition telle que définie à l'une des revendications 2 ou 3, caracté- risée en ce qu'elle est susceptible d'être obtenue par réaction d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol dans lequel le polyol est le pentaérythritol et de moins de 50 % en poids de trimethylol propane (TMP), avec au moins un oxyde d'alkylène gazeux. •
5. Composition telle que définie à l'une des revendications 1 à 4, caractéri- sée en ce que l'oxyde d'alkylène mis en œuvre est choisi parmi l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène ou l'oxyde de butylène.
6. Composition telle que définie à l'une des revendications 1 à 5, consistant essentiellement en un mélange de pentaérythritol polyéthoxylé et de trimethylol propane polyéthoxylé.
7. Composition telle que définie à la revendication 6, pour laquelle les indices de polyéthoxylation de chacun des constituants sont inférieurs ou égaux à 10.
8. Composition telle que définie à la revendication 7, pour laquelle les indices de polyéthoxylation de chacun des constituants sont inférieurs ou égaux à 5.
9. Procédé de préparation d'une composition liquide à température ordinaire et sous pression atmosphérique, consistant essentiellement en un mélange d'au moins un polyol polyalcoxylé et de trimethylol propane polyalcoxylé, caractérisé en ce qu'il comprend la réaction sous une pression totale inférieure ou égale à 10 .105 Pa (10 bars) et à une température inférieure ou égale 180 °C, d'un mélange constitué essentiellement de plus de 50 % en poids d'un polyol ayant un point de fusion à température ordinaire et sous pression atmosphérique supérieur à 180° C et de préférence supérieur à 200° C, et de moins de 50 % en poids de trimethylol propane (TMP), avec au moins un oxyde d'alkylène gazeux à température ambiante et sous pression atmosphérique. 10 Procédé de préparation d'esters de l'acide acrylique ou de l'acide méthacrylique, exempt d'acrylate d'éthylène glycol et / ou d'acrylate de propylène glycol, caractérisé en ce qu'il met en œuvre la composition tel que définie à l'une des revendica- tions 1 à 8.
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