ES2274230T3 - Composicion que comprende una mezcla mono- y polilactillactato de alquilo. - Google Patents

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Abstract

Composición que comprende una mezcla de mono- y polilactillactatos de alquilo de fórmula: CH3CH(OH)[C(O)OCH(CH3)]n-1CO2R (I) en la cual R representa un radical alquilo que tiene un número de átomos de carbonos que van de 1 a 4 y n es un número entero igual a 2, 3 o 4.

Description

Composición que comprende una mezcla de mono- y polilactillactato de alquilo.
La presente invención concierne a una composición oligomérica de ésteres de ácido láctico que comprende una mezcla de mono- y polilactillactatos de alquilo de fórmula:
(I)CH_{3}CH(OH)[C(O)OCH(CH_{3})]_{n-1}CO_{2}R
en la cual R representa un radical alquilo que tiene un número de átomos de carbonos que van de 1 a 4 y n es un número entero igual a 2, 3 o 4.
La invención concierne más particularmente a una composición de mono-polilactillactatos de etilo.
Esta composición puede ser utilizada sola o en combinación con otros solventes, específicamente, como agentes de limpieza y de desengrasado en máquinas y en medio no acuoso de superficies sólidas tales como las piezas metálicas, las cerámicas, el vidrio, las materias plásticas que han sido manchadas con aceites o grasas de mecanización y/o de su protección temporal. Las mismas pueden igualmente ser utilizadas para la eliminación del flujo de los circuitos impresos. Esta operación de eliminación del flujo consiste en eliminar el flujo de soldadura.
Además del poder solvente, los agentes de limpieza y/o de desengrasado deben poseer otras características tales como específicamente tener un punto de destello elevado, una baja toxicidad, ser inodoro y no liberar a la atmósfera compuestos orgánicos volátiles (COV).
La composición de la presente invención responde igualmente a los criterios precedentemente mencionados.
Específicamente, la misma no tiene olor, posee un punto de destello elevado (>100ºC), una temperatura de ebullición elevada y una tensión de vapor baja. Además, la misma es biodegradable y no tóxica.
La composición de la presente invención puede ser igualmente utilizada para la obtención de láctidos - dímeros cíclicos - que son precursores de selección para la obtención de poliláctidos utilizados como biomateriales.
Según nuestro conocimiento, la obtención de una composición no ha sido descrita en el arte anterior.
H.V. Claborn (US 2,371,281) describe un procedimiento de obtención de lactillactato de alquilo haciendo reaccionar el láctido (3,6-dimetil-1,4-dioxano-2,5-diona) con un alcohol R^{1}OH según la reacción:
1
De esta forma, se obtiene con un rendimiento de 82%, el lactillactato de etilo haciendo reaccionar 0,5 moles de láctido seco con un exceso de alcohol etílico anhidro, en presencia de ácido bencen sulfónico como catalizador, a 70ºC durante 6 horas 30 minutos. Después de la eliminación del exceso de alcohol, el medio de reacción es sometido a una destilación fraccionada bajo presión reducida.
La fracción principal (78 g) identificada como siendo el lactillactato de etilo es un líquido ligeramente viscoso, incoloro e inodoro que destila a 110ºC - 113ºC bajo 7,5 mmHg.
C.E. Rehbert y M.B. Dixon (Journal. Amer. Chem. Soc., 74, página 1609, 1952) que dan las propiedades físicas de varios lactillactatos de alquilo (metilo, etilo, n-propilo, n-butilo, n-hexeno, n-octilo) mencionan que esos compuestos pueden ser obtenidos según el método de H.V. Claborn mencionado precedentemente (US 2,371,281) aunque esos compuestos son sub-productos en la preparación de simples lactatos de alquilo en estado de laboratorio, la conversión en lactillactato de alquilo siendo habitualmente del orden de 5% a 20% dependiendo de la relación alcohol/ácido láctico utilizado durante de la esterificación de dicho ácido láctico.
Esos mismos autores señalan igualmente (Jour. Amer. Chem. Soc.: 72, página 5759, 1950) que esos lactillactatos de alquilo pueden ser obtenidos por trans-esterificación de lactato de alquilo en presencia de H_{2}SO_{4}.
US 6191087 describe una composición para desengrasar que contiene un éster de ácido láctico.
Todos esos métodos permiten obtener un lactillactato de alquilo (fórmula I, n = 2) según métodos de laboratorio que consisten en extraer dicho lactillactato de alquilo por destilación (fraccionada) a bajas presiones de medios de reacción diversos.
Esta forma de operar es difícilmente transponible al estado industrial debido al hecho de las bajas presiones necesarias para obtener dichos lactillactatos de alquilo y con la utilización de presiones más elevadas se correría el riesgo de provocar descomposiciones y/o reacciones secundarias.
La presente invención tiene por lo tanto como objeto una composición que comprende una mezcla de mono- y polilactillactato de alquilo de fórmula:
(I)CH_{3}CH(OH)[C(O)OCH(CH_{3})]_{n-1}CO_{2}R
en la cual R representa un radical alquilo que tiene un número de átomos de carbono que va de 1 a 4 y n es un número entero igual a 2, 3 o 4.
De preferencia, el radical alquilo es un radical metilo, etilo, propilo, isopropilo o n-butilo. Más particularmente, el radical alquilo es un radical etilo.
La composición según la invención puede comprender de:
-
35 a 85 partes en peso de lactillactato de alquilo (n = 2 en la fórmula (I)), a continuación L_{2}A;
-
10 a 60 partes en peso de dilactil-lactato de alquilo (n = 3 en la fórmula (I)), a continuación L_{3}A; y de
-
1 a 20 partes en peso de trilactil-lactato de alquilo (n = 4 en la fórmula (I)), a continuación L_{4}A;
L_{2}A + L_{3}A + L_{4}A representan 100 partes en peso.
La composición según la invención puede además contener un lactato de alquilo de fórmula CH_{3}CH(OH)CO_{2}R (II) en la cual R tiene el mismo significado que en la fórmula (I), a razón específicamente de 0,1 a 1 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla L_{2}A + L_{3}A + L_{4}A.
La misma puede igualmente comprender oligómeros de masas moleculares superiores, es decir polilactillactatos de alquilo en los cuales n > 4 a razón, específicamente de 0,1 a 4 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla L_{2}A + L_{3}A + L_{4}A.
La composición de la presente invención puede ser obtenida por esterificación con conversión total de una solución de ácido láctico comercial previamente concentrado, dicha conversión total siendo obtenida eliminando el agua formada por destilación azeotrópica.
A modo de ilustración de soluciones de ácido láctico comercial utilizables según la presente invención, se citarán las soluciones del comercio a 50%, 80%, 88% o 90% de materia seca siendo entendido que tales soluciones son de hecho mezclas de agua, de monómero, de dímero y de oligómeros de ácido láctico.
La concentración de las soluciones de ácido láctico comerciales puede ser realizada por simple evaporación en una o varias etapas, a una temperatura que va de 100ºC a 170ºC, a presión atmosférica o bajo presión reducida y eso, hasta obtener una composición de acido láctico que tiene un contenido de ácido láctico total - LAT - deseado. El LAT corresponde a la masa de ácido láctico monómero contenido en 100 g de la composición de ácido láctico.
Esta masa es determinada después de la saponificación en peso determinado (0,1 a 0,3 g) de la composición oligomérica. Después de la neutralización de la mezcla de reacción, la misma es analizada por la técnica de cromatografía líquida de alto rendimiento (CLHP) con detección refractométrica. Este análisis puede hacerse en una columna intercambiadora de cationes de tipo "SHODEX SH 1011" utilizando el ácido sulfúrico N/100 como eluente. Esta técnica permite determinar la masa de ácido láctico monómero contenido en la muestra probada y por simple cálculo, la LAT.
La reacción de concentración es seguida por medición del peso del agua eliminada y por la cantidad de agua en el concentrado determinada por el método de dosificación del agua Karl Fisher.
La esterificación se efectúa de forma clásica en presencia de un catalizador ácido seleccionado en particular del grupo que comprende el ácido sulfúrico, el ácido fosfórico, el ácido para-tolueno sulfónico, el ácido metano sulfónico así como las resinas ácidas tales como por ejemplo la Amberlyst A15.
La eliminación del agua es efectuada por destilación azeotrópica. A modo de ilustración de accionadores azeotrópicos utilizables según la presente invención, se citará el ciclohexano, el tolueno.
De preferencia, se utilizará el ciclohexano.
La esterificación con conversión total de la solución de ácido láctico concentrada se efectúa a temperaturas comprendidas entre 70ºC y 100ºC a presión atmosférica y con una relación molar alcohol/ácido láctico que va de 1,3 a 2.
Terminada la reacción, el medio de reacción es sometido a un tratamiento básico con vistas a neutralizar el catalizador ácido.
De preferencia, se efectúa ese tratamiento en un lecho de resina básico tal como sobre resina Amberlyst A21, en el que el lecho de resina es lavado con un solvente tal como un lactato de alquilo.
Se concentra seguidamente por destilación bajo presión reducida de forma de eliminar la totalidad del lactato de alquilo proveniente por una parte de la reacción de esterificación y por otra parte, del lavado de la resina.
Los productos de la composición según la invención han sido identificados por cromatografía en fase gaseosa (CPG) acoplada a un espectómetro de masa.
La composición de la invención puede ser igualmente obtenida a partir de un lactato de alquilo de fórmula (II) por trans-esterificación en presencia de un catalizador seleccionado entre los orto titanatos de alquilo tales como el orto titanato de etilo, el acetil acetonato de zirconio, el tributil estaño, las bases fuertes tales como KOH, NaOH, los hidróxidos de amonio cuaternarios. A fin de desplazar el equilibrio de la reacción a continuación:
2
se elimina el alcohol co-producido.
El medio de reacción es tratado de forma conocida a fin de eliminar el catalizador utilizado. El medio de reacción es seguidamente concentrado bajo presión reducida de forma de eliminar el lactato de alquilo no transformado.
La composición de la presente invención es un líquido incoloro, sin olor, que tiene un punto de destello superior a 100ºC.
La misma puede ser utilizada sola o en combinación con otros solventes, como agente de limpieza y/o desengrasado específicamente de piezas metálicas.
Los ejemplos que siguen ilustran la invención.
Ejemplos
Preparación de una composición de mono- y polilactil lactato de etilo por esterificación con conversión total de un ácido láctico previamente concentrado.
Obtención de un ácido láctico concentrado.
Reactivo utilizado
Se utiliza una composición de ácido láctico comercial que presenta un contenido de ácido láctico total - LAT - de 88,7 y un contenido de agua libre de 13,3%.
El LAT corresponde a la masa de ácido láctico monómero contenido en 100 g de la composición de ácido láctico.
El LAT es determinado como se describió precedentemente.
Modo de operación
El ácido láctico comercial es concentrado hasta la obtención de un LAT deseado. Para hacerlo, se introduce en un evaporador rotativo la composición comercial de ácido láctico a concentrar y luego se elimina el agua bajo 100 mbar a una temperatura que va de 60ºC a 130ºC. La reacción es seguida por la medición de la cantidad de agua eliminada y por el porcentaje de agua en el concentrado determinada por el método de Karl Fisher.
El LAT es medido como se describió precedentemente.
Ejemplo 1
En un reactor de 250 ml, provisto de un sistema de calentamiento termostático, de una medicación de temperatura, y unido a una columna a destilar adibática de 10 platos teóricos unida a una cabeza de columna con reflujo variable, se introducen:
-
100 g de ácido láctico concentrado obtenido según el modo de operación precedentemente descrito y que presenta un LAT de 101,6 y un contenido ponderal en agua libre igual a 8%;
-
75 g de etanol;
-
75 g de ciclohexano;
-
0,3 g de ácido sulfúrico a 96%.
Los condensados en la cabeza de la columna son re-enviados en parte a la columna para destilar, en parte hacia un decantador. La fase ligera de decantación es reciclada hacia el bullidor, la fase pesada es eliminada.
Se lleva la tasa de reflujo de forma de destilar el azeótropo ternario ciclohexano/etanol/agua (75,5%/19,7%/4,8%) cuyo punto de ebullición es de 61,2ºC. Se vigilará durante toda la reacción no sobrepasar esta temperatura en la cabeza de la columna en 0,3 o 0,4ºC. Para esto, la tasa de reflujo será ajustada en el curso del desarrollo de la manipu-
lación.
Se eliminan 123 g de fase acuosa a 18% de agua. Para compensar la pérdida de etanol en la fase pesada, durante la reacción, se introduce, con la ayuda de una bomba, en un bullidor poco a poco 80 g de etanol.
La reacción es seguida por dosis de tomas sucesivas del bullidor:
-
dosis de agua por le método de Karl Fisher,
-
dosis de acidez en el bullidor.
La reacción dura 3:30h aproximadamente.
El criterio de fin de reacción es el siguiente: % H^{+} (expresado en ácido láctico) < 0,5%.
Se enfría el medio y se trata la mezcla de reacción con 10 g de una resina básica fuerte del tipo Amberlyst nº A21 que se ha enjuagado con 10 g de lactato de etilo.
Luego se concentra el medio en el evaporador rotativo y se elimina el lactato de etilo por destilación bajo presión reducida (10 mbar) en la columna ya descrita. El criterio de fin de la destilación es la temperatura del bullidor inferior o igual a 120ºC. Se destilan 74,2 g de lactato de etilo. Se recupera en el bullidor 59 g de un líquido compuesto
por:
-
44,25 g de lactillactato de etilo L_{2}E,
-
12,98 g de dilactil-lactato de etilo L_{3}E,
-
1,475 g de trilactil-lactato de etilo L_{4}E y
-
0,295 g de lactato de etilo (LE)
-
-% H^{+} = 0,03% (expresado en ácido láctico)
-
Punto de destello: 103ºC.
La composición en lactato de etilo oligómero es determinada por CPG.
-
Cromatógrafo: HP 5890
-
Columna CP WAX 52 (50 m*0,53/2 \mum)
-
Gas vector: Helio 6 ml/min
-
Inyector: 200ºC
-
Detector: 280ºC \muTCD
-
Programa Horno: 50ºC durante 3 min
-
Rampa: 15ºC/min hasta 240ºC
-
Meseta final: 240ºC durante 15 min
-
Tiempos de retención:
-
LE: 11,25 min
-
L_{2}E: 15,2 min
-
L_{3}E: 21,1 min
-
L_{4}E:26,7 min
Los productos han sido identificados por cromatografía acoplada a un espectómetro de masa.
Ejemplo 2
La misma reacción pero se cargan 100 g de ácido láctico concentrado que tiene un LAT de 107,4% y titulando 3% de agua libre, dosificada por le método de Karl Fisher.
Se eliminan 85 g de fase pesada.
Se compensa la pérdida de etanol con una adición progresiva de etanol de 60 g de etanol. Después del tratamiento con la resina Amberlyst A15 y la destilación del lactato de etilo (31 g), se obtienen 96 g de un líquido incoloro compuesto por:
-
38,016 g de L_{2}E,
-
43,20 g de L_{3}E,
-
14,40 g de L_{4}E y
-
0,384 g de lactato de etilo
-
-% H^{+} = 0,03% (expresado en ácido láctico)
Ejemplo 3
Idem al Ejemplo 1 pero se reemplaza el ácido sulfúrico por 6 g de Amberlyst A15. La duración de la reacción es de 4 horas.
Preparación de una composición de mono- y polilactillactato de etilo por trans-esterificación.
Se cargan en un reactor de 300 ml provisto de una columna de Vigreux, 100 g de lactato de etilo comercial y 5 g de orto titanato de etilo (Ti(OC_{2}H_{5})_{4}).
Se lleva al reflujo bajo presión atmosférica y se destila poco a poco el etanol liberado, o sea 17,3 g en 3 horas.
Se deja enfriar la mezcla de reacción, y se trata con agua destilada: el orto titanato precipitado bajo la forma de un sólido fino que se elimina por centrifugación. Luego se destila el etanol restante y luego el lactato de etilo no transformado (bajo 10 mbar). Se obtiene en el bullidor 37 g de un líquido incoloro compuesto por:
-
29,97 g de L_{2}E,
-
6,475 g de L_{3}E,
-
0,37 g de L_{4}E y
-
0,185 g de lactato de etilo
-
-% H^{+} = no medible.
Evaluación de una composición según la presente invención como agente de limpieza y de desengrasado:
Se realiza la mezcla a continuación constituida por:
-
50 g de butoxi propionato de n-butilo,
-
50 g de la composición de mono- y polilactillactoto de etilo del Ejemplo 1.
\newpage
Se determina la eficacia de dicha mezcla para eliminar 90% de una suciedad repartida sobre una tela metálica de mallas cuadradas (8 mallas por cm) 5 x 5 cm de WEBER en forma de cilindro de diámetro 20 mm, los dos bordes de la generatriz estando distantes 0,5 mm.
Modo de operación
La tela metálica es limpiada con cloruro de metileno con las precauciones asociadas al cloruro de metileno. La rejilla es enjuagada con solvente a evaluar y luego pesada y finalmente secada. Con la ayuda de una brocha, se reparten alrededor de 2 g de una suciedad (pesada de manera precisa) constituida, en peso, por:
-
28,5% de aceite de motor PLANETELF ACD 32,
-
28,5% de aceite de bomba OLEOFLUX CPO AC,
-
14,3% de grasa ecuador rosada,
-
14,3% de arena de Fontainebleau,
-
14,4% de polvo de carbón.
La rejilla es entonces sumergida en 50 ml de la mezcla a evaluar bajo agitación (500 rev/min). Al mismo tiempo, un cronómetro es desencadenado.
La rejilla es extraída a 1, 3, 5, 7'30, 10, 12'30, 15 min y luego es pesada en el tiempo (t) sin detener el cronómetro (duración de esta manipulación aproximadamente 20 segundos).
Esas mediciones son seguidas de 5 min en 5 min hasta la obtención de una eficacia igual o superior a 90%, es decir cuando 90% de la suciedad ha sido eliminada (tiempo de eficacia: 90%).
Con la mezcla precedentemente descrita, el tiempo de eficacia 90% es de 45 min.
A modo comparativo, el tiempo de eficacia 90% del butoxi-propionato de n-butil solo (punto de destello igual a aproximadamente 40ºC) es de 40 min.

Claims (9)

1. Composición que comprende una mezcla de mono- y polilactillactatos de alquilo de fórmula:
(I)CH_{3}CH(OH)[C(O)OCH(CH_{3})]_{n-1}CO_{2}R
en la cual R representa un radical alquilo que tiene un número de átomos de carbonos que van de 1 a 4 y n es un número entero igual a 2, 3 o 4.
2. Composición según la reivindicación 1, caracterizada porque el radical alquilo es un radical metilo, etilo, isopropilo o n-butilo.
3. Composición según la reivindicación 2, caracterizada porque el radical alquilo es un radical etilo.
4. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque comprende:
-
35 a 85 partes en peso de lactillactato de alquilo (n = 2 en la fórmula (I)), a continuación L_{2}A;
-
10 a 60 partes en peso de dilactil-lactato de alquilo (n = 3 en la fórmula (I)), a continuación L_{3}A; y de
-
1 a 20 partes en peso de trilactil-lactato de alquilo (n = 4 en la fórmula (I)), a continuación L_{4}A;
L_{2}A + L_{3}A + L_{4}A representan 100 partes en peso.
5. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la misma contiene además un lactato de alquilo de fórmula CH_{3}CH(OH)CO_{2}R (II) en la cual R tiene el mismo significado que en la fórmula (I), a razón de 0,1 a 1 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla L_{2}A + L_{3}A + L_{4}A.
6. Composición según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la misma contiene además polilactillactatos de alquilo (I) en los cuales n es superior a 4, a razón, de 0,1 a 4 partes en peso por 100 partes en peso de la mezcla L_{2}A + L_{3}A + L_{4}A.
7. Utilización de una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como agente de limpieza y/o de desengrasado de piezas metálicas.
8. Utilización de una composición según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, que contiene además, al menos un solvente como agente de limpieza y/o de desengrasado de piezas metálicas.
9. Utilización según la reivindicación 8, caracterizada porque el solvente es el butoxi propionato de n-butilo.
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