ES2204493T3

ES2204493T3 - Procedimiento de fabricacion de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario.

Info

Publication number: ES2204493T3
Application number: ES00900625T
Authority: ES
Inventors: Alain Riondel; Gilles Herbst; Marc Esch
Original assignee: Atofina SA
Current assignee: Arkema France SA
Priority date: 1999-01-21
Filing date: 2000-01-20
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2020-01-20
Also published as: FR2788766B1; WO2000043347A1; ATE247625T1; CN1337935A; CA2359976A1; DE60004634D1; KR100468287B1; KR20010101542A; EP1144357B1; AU3056800A; EP1144357A1; JP3640612B2; JP2002535300A; CN1198792C; US7151190B1; FR2788766A1; DE60004634T2

Abstract

Procedimiento de fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario, que responden a la **fórmula** en la cual, R, representa un radical metilo o bencilo, por reacción, en presencia de agua, de acrilato de N, N- dimetilaminoetilo (ADAME), con un agente cuaternizante de fórmula (II): R ¿ Cl (II) en la cual, R es tal y como se define anteriormente, arriba. cuarternizado por el hecho de que: (a) en un reactor cerrado que contiene un 5 ¿ 60% de la cantidad ponderal del ADAME necesario para la reacción y que se ha presurizado mediante aire o mediante aire enrarecido a un valor de 0, 5 a 3 bar, se conduce la reacción, introduciendo, en continuo, a una temperatura de 35 a 65ºC, por una parte, el agente cuaternizante (II) y, por otra parte, el agua y, finalmente, el ADAME restante, hasta las obtención de la concentración pretendida en sal (I) en el agua.

Description

Procedimiento de fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario.

La presente invención, se refiere a la fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario (denominadas, a continuación, en la parte que sigue de este documento, como sales cuaternarias), que responden a la fórmula (I) siguiente:

1

en donde, R, representa metilo o bencilo,

por reacción, en presencia de agua, de acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (ADAME), con un agente cuaternizante de fórmula (II):

(II)R -- Cl

en la cual, R es tal y como se define anteriormente, arriba.

Se utilizan soluciones acuosas de sales cuaternarias (I) para preparar polímeros destinados a servir de floculantes catiónicos en el tratamiento de aguas.

La patente europea EP-B-250 325, describe un procedimiento de preparación de soluciones acuosas de sales cuaternarias, entre las cuales, se encuentran las de la fórmula (I), procedimiento según el cual, en presencia de por lo menos un inhibidor de polimerización:

- en una primera etapa (a), se hace reaccionar ADAME con un 5 a un 20%, en peso, de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante o, según una variante (a), con un 5 a un 20%, en peso, con relación a los pesos de ADAME, de una solución acuosa de sales cuaternarias, la cual comprende de un 50% a un 85%, en peso, de sales cuaternarias; y

- en una segunda etapa (b), se añade, en continuo, agua y el agente cuaternizante, hasta la obtención de la concentración deseada de sales cuaternarias en agua.

Durante el transcurso de las etapas (a) y (b), se mantiene la temperatura a un valor comprendido entre 30 y 60ºC. Además de ello, durante las etapas (a) y (b), y en particular, al acercarse al final de la reacción, se mantiene en el medio reactivo, una corriente de gas oxigenado, de tal forma que, la relación en volumen (o caudal volumétrico), de gas total en la salida del reactor sobre el volumen (o caudal volumétrico) de oxígeno introducido en la entrada de este mismo reactor, es inferior a 100.

Este procedimiento, permite el preparar soluciones acuosas de sales cuaternarias que tienen una estabilidad a la temperatura ambiente de un año. De todos modos, se constata, en estas soluciones, un contenido particularmente elevado de impurezas, de una forma particular, CH_{2}=CH_{2}---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

---O---R,

\hskip0.5mm

CH_{2}=CH_{2}---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

---OH, y ADAME. Además, este procedimiento, necesita tiempos de reacción relativamente prologados, lo cual representa un inconveniente económico evidente.

En el documento de solicitud internacional de patente WO 89/07 588, se ha propuesto, de esta forma, un procedimiento destinado a reducir la formación de impurezas en el momento de la reacción de cuaternización. En conformidad con este procedimiento, la reacción, se efectúa a una temperatura comprendida entre unos niveles de 10 y 80ºC, y,

(a) en una primera etapa, se introduce, en el reactor, la totalidad o parte del agente cuaternizante necesario para la reacción, encontrándose este agente en estado líquido, en las condiciones de reacción,

(b) a continuación, se añade ADAME y,

(c) después de que se ha introducido de un 0 a un 30% de la estequiometría del ADAME en el reactor, se añaden, en continuo y simultáneamente, el resto de agente cuaternizante, el resto de ADAME y agua, hasta la obtención de la concentración deseada de sales cuaternarias,

(d) y, en el caso en donde, el agente cuaternizante, se introduce en estado gaseoso a la temperatura de reacción, la reacción, se efectúa en presencia de oxígeno y se impone una presión de tal forma que, el agente cuaternizante, sea líquido a la temperatura de reacción y, al final de la reacción, se disminuye progresivamente la presión hasta la presión atmosférica y, simultáneamente, se impone una relación en caudal volumétrico de gas total en la salida del reactor sobre el volumen volumétrico de oxígeno introducido en el reactor, inferior a 100.

El procedimiento descrito anteriormente, arriba, correspondiente a la solicitud de patente internacional WO 89/07 588, aporta mejoras notables con respecto al procedimiento en concordancia con la patente europea EP-B-250 325. Mientras tanto, ha aparecido que, la pureza con la cual se obtienen las sales cuaternarias, es todavía independiente. Así, de esta forma, durante el transcurso de la reacción del ADAME con CH_{3}Cl, en medio acuoso, que conduce a la sal que se designa igualmente, en la parte que sigue a continuación de este documento, por la abreviación ADAMQUAT MC, se forman, como impurezas, además del ácido acrílico (AA), formado por hidrólisis con ADAME, el dímero del ADAMQUAT MC, representado por la fórmula (1):

2

Gracias a una serie de tests de ensayo de reactividad en polimerización, se ha podido demostrar que, estas impurezas, afectaban a la calidad de los polímeros catiónicos derivados del ADAMQUAT.

La empresa solicitante, ha buscado, por lo tanto, unas condiciones operativas de preparación de soluciones acuosas de la sal de fórmula (I), que sean capaces de minimizar las impurezas anteriormente citadas, de tal forma que se proponga una sal (I) en solución acuosa de muy alta calidad analítica.

Este nuevo procedimiento, que hace por lo tanto el objeto de la presente invención, se caracteriza por el hecho de que:

(a) en un reactor cerrado que contiene un 5-60% de la cantidad ponderal de ADAME necesaria para la reacción y que se ha presurizado mediante aire o mediante aire enrarecido a un valor de 0,5 a 3 bar, se conduce la reacción, introduciendo, en continuo, a una temperatura de 35 a 65ºC, de una forma particular, a una temperatura de 40 a 60ºC, por una parte, el agente cuaternizante (II) y, por otra parte, el agua y, finalmente, el ADAME restante, hasta las obtención de la concentración pretendida en sal (I) en el agua.,

\bullet el inicio de la introducción de agua, empezando cuando se ha añadido un 0-30%, en particular, un 10-20%, de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II);

\bullet el inicio de la introducción del ADAME restante, empezando cuando se ha añadido un 20-80%, en particular, un 30-70%, de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II) y

\bullet pudiendo alcanzar, la presión al final de la reacción, un valor de 9 bar, en particular, 4 a 7 bar; a continuación;

(b) se despresuriza el reactor, al mismo tiempo que se mantiene el contenido constante en oxígeno mediante la introducción simultánea de aire y, después del retorno a la presión atmosférica, se elimina el agente cuaternizante residual, por ejemplo, mediante agotamiento al aire.

En conformidad con otras características particulares del procedimiento en concordancia con la presente invención:

- se introduce el agente cuaternizante durante un lapso de tiempo de 1-7 horas, el agua durante un lapso de tiempo de 1-8 horas, y el ADAME restante durante un lapso de tiempo de 2-8 horas;

- se conduce la reacción con una relación molar del agente cuaternizante con relación al ADAME de 1 a 1,1, de una forma preferente, de 1 a 1,05;

- se conduce la reacción con una relación media del caudal de agua/agente cuaternizante de 0,2-1,5, de una forma particular, de 0,4-1, una relación media del caudal ADAME/agente cuaternizante de 2,5-5, en particular de 3-4, y una relación media del caudal agua/ADAME de 0,2-1,2, de una forma particular, de 0,3-0,9.

El procedimiento en concordancia con la presente invención, permite principalmente el preparar soluciones acuosas que tengan una concentración en sales cuaternarias (I) de 50 a 85%, en peso, y que contienen cantidades muy reducidas de impurezas, tal y como se ilustra en la tabla 1 que se facilita posteriormente.

Además, el procedimiento en concordancia con la presente invención, puede conducirse en presencia de por lo menos un estabilizante, el cual puede elegirse de entre el 3,5-ditert.butil-4-hidroxitolueno, el éter metílico de hidroquinona, la hidroquinona, el catecol, el tert.-butilcatecol, el fenotiazina, y las mezclas de estos estabilizantes, encontrándose principalmente comprendido, el contenido en agente(s) estabilizante(s), dentro de unos márgenes que van de 1 a 100 ppm, de una forma preferente, de 5 a 30 ppm, con relación a la solución acuosa de sal cuaternaria (I).

Además, se puede añadir, al medio reactivo, por lo menos un agente secuestrante para metales, elegido principalmente de entre el ácido dietilentriaminpentaacético, la sal pentasódica del ácido dietielentriaminpentaacético, el ácido N-hidroxietiletilendiamintriacético y la sal trisódica del ácido N-hidroxietiletilendiamintriacético, encontrándose principalmente, comprendido, el contenido en agente(s) secuestrante(s), entre unos márgenes que van de 1 a 100 ppm, de una forma preferente, entre unos márgenes que van de 5 a 30 ppm, de la solución acuosa de sal cuaternaria (I).

De una forma general, los agentes secuestrantes, se añaden en forma de una solución acuosa, debido al hecho de que éstos, se encuentran generalmente disponibles bajo esta forma. Así, de este modo, la sal pentasódica del ácido dietilentriaminpentaacético comercializada bajo la denominación VERSENEX 80, se presenta en forma de una solución acuosa a un 40% en peso, aproximadamente.

Los ejemplos que se facilitan a continuación, ilustran la presente invención, sin no obstante limitar en absoluto su alcance. En dichos ejemplos, los porcentajes facilitados, se refieren a peso, excepto indicación contraria.

Ejemplo 1

En un reactor de cristal de 1 litro de capacidad útil, provisto de doble pared, especialmente concebido para soportar la presión, y equipado con una sonda de temperatura, con un agitador específico de gas líquido (turbina con un eje hueco), con una válvula tarada a una presión de 10 bar, con un disco de explosión y con tubos que se encuentran sumergidos para la introducción de diferentes reactivos, se procedió a cargar 200 g de ADAME (a saber, un 46,6% de la totalidad de ADAME). El reactor, se cerró y, a continuación, se presurizó, con una presión de aire correspondiente a 1 bar de aire enrarecido. Se procedió a poner en marcha los dispositivos de agitación y del calentamiento.

Desde el momento en el cual la temperatura alcanzó un nivel de 40ºC (temperatura del procedimiento = 47ºC), se comenzó a introducir el CH_{3}Cla un caudal de 70 g/h. Cuando se procedió a introducir 35 g de CH_{3}Cl, se procedió también a iniciar la introducción de agua, a un caudal de 28,6 g/h. Después de un transcurso de tiempo de reacción de 1 hora, el caudal de CH_{3}Cl, se llevó a un valor de 20,9 g/hora. La introducción del resto de ADAME (a saber, 229 g), se inició después de un transcurso de tiempo de reacción correspondiente a 1,5 horas de reacción, a un caudal de 76,3 g/h. Al final de la reacción, el reactor, se llevó a la presión atmosférica, procediendo a utilizar el protocolo siguiente:

- desgaseado del CH_{3}Cl en exceso, durante un transcurso de tiempo de 30 minutos, con la introducción simultánea de aire en la carga (caudal: 3 lN/h);

- regreso progresivo a la presión atmosférica, y eliminación de las trazas de CH_{3}Cl, por agotamiento al aire (caudal: 5 lN/h), durante un transcurso de tiempo de 30 minutos.

Se procedió, a continuación, a enfriar el reactor y, después, a vaciarlo. Se recuperaron 710 g de ADAMQUAT MC 80, cantidad ésta que se analizó en cromatografía líquida de alto rendimiento (HPLC), para determinar los contendidos de AA y del compuesto(1). Los resultados obtenidos, se recopilan en la tabla 1.

Las duraciones de las diferentes fases de la reacción, fueron las siguientes:

- introducción de CH_{3}Cl	:	5,25 h
- introducción de H_{2}O	:	5 h
- introducción de ADAME	:	3 h
- desgaseado	:	0,5 h
- agotamiento	:	0,5 h

a saber, una duración total de aproximadamente 6, 75 horas.

Las relaciones correspondientes a los caudales utilizados, eran las siguientes:

- H_{2}O/CH_{3}/Cl	:	0,41, durante la primera hora, y a continuación,
		1,37, durante el resto de la reacción;
- H_{2}O/ADMAME	:	0,37
- ADAME/CH_{3}l	:	3,64

Ejemplo 4

Se procedió de la misma forma que en el ejemplo 1, excepto en cuanto a lo referente al hecho de que se aumentó el caudal de CH_{3}Cl.

Los resultados obtenidos, se recopilan también en la tabla 1.

3

Claims

1.Procedimiento de fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario, que responden a la fórmula (I) siguiente:

4

en la cual, R, representa un radical metilo o bencilo,

(II)R -- Cl

en la cual, R es tal y como se define anteriormente, arriba.

cuarternizado por el hecho de que:

(a) en un reactor cerrado que contiene un 5-60% de la cantidad ponderal del ADAME necesario para la reacción y que se ha presurizado mediante aire o mediante aire enrarecido a un valor de 0,5 a 3 bar, se conduce la reacción, introduciendo, en continuo, a una temperatura de 35 a 65ºC, por una parte, el agente cuaternizante (II) y, por otra parte, el agua y, finalmente, el ADAME restante, hasta las obtención de la concentración pretendida en sal (I) en el agua,

\bullet el inicio de la introducción de agua, empezando cuando se ha añadido un 0-30%, de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II);

\bullet el inicio de la introducción del ADAME restante, empezando cuando se ha añadido un 20-80%, de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II) y

\bullet pudiendo alcanzar, la presión al final de la reacción, un valor de 9 bar; y a continuación,

(b) se despresuriza el reactor, al mismo tiempo que se mantiene el contenido constante en oxígeno mediante la introducción simultánea de aire y, después del retorno a la presión atmosférica, se elimina el agente cuaternizante residual.

2. Procedimiento, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que, la reacción, se conduce a una temperatura comprendida dentro de unos márgenes que van de 40 a 60ºC.

3. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que, la reacción, se conduce con una presión, la cual, al final de la reacción, alcanza un nivel de 4 a 7 bar.

4. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que, la introducción de agua, se inicia, en el momento en el que se ha añadido un 10-20%, de la cantidad necesaria de agente cuaternizante (II) para la reacción.

5. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que, la introducción de ADAME restante, se inicia, en el momento en el que se ha añadido un 30-70%, de la cantidad necesaria de agente cuaternizante (II).

6. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que, el agente cuaternizante, se introduce durante un lapso de tiempo de 1-7 horas, el agua durante un lapso de tiempo de 1-8 horas, y el ADAME restante durante un lapso de tiempo de 2-8 horas;

7. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que, la reacción, se conduce con un valor de la relación molar del agente cuaternizante con relación al ADAME de 1 a 1,1, de una forma preferente, de 1 a 1,05;

8. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que, la reacción, se conduce con una relación media del caudal de agua/agente cuaternizante de 0,2-1,5; una relación media del caudal ADAME/agente cuaternizante de 2,5-5; y una relación media del caudal agua/ADAME de 0,2-1,2.

9. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que éste conduce a una solución acuosa que tiene una concentración de sal cuaternaria (I) comprendida dentro de unos márgenes que van de un 50 a un 85%, en peso.

10. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que, éste, se conduce en presencia de por lo menos un estabilizante, el cual puede elegirse de entre el 3,5-ditert.-butil-4-hidroxitolueno, el éter metílico de hidroquinona, la hidroquinona, el catecol, el tert.-butilcatecol, el fenotiazina, y las mezclas de estos estabilizante, encontrándose comprendido, el contenido en agente(s) estabilizante(s), dentro de unos márgenes que van de 20 a 2000 ppm, de una forma preferente, de 100 a 1200 ppm, con relación a la solución acuosa de sal cuaternaria (I).

11. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que, éste, se conduce, además, en presencia de por lo menos un agente secuestrante para metales, elegido principalmente entre el ácido dietilentriaminpentaacético, la sal pentasódia del ácido del ácido dietilentriaminpentaacético, el ácido N-hidroxietil-etilendiamintriacético y la sal trisódica del ácido N-hidroxietiletilendiamintriacético, encontrándose principalmente, comprendido, el contenido en agente(s) secuestrante(s), entre unos márgenes que van de a 1 a 100 ppm, de una forma preferente, entre unos márgenes que van de 5 a 30 ppm, de la solución acuosa de sal cuaternaria (I).

12. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por el hecho de que se elimina el agente cuaternizante residual, por agotamiento al aire.