FR3116533A1 - Produit de déshydratation interne du sorbitol de haute pureté - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un produit de déshydratation interne du sorbitol caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome d’azote compris entre 0.01 ppm et 150 ppm, de préférence compris entre 0.02 ppm et 20 ppm, de préférence encore compris entre 0.05 ppm et 10 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.07 ppm et 5 ppm, ce taux résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit et en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de souffre compris entre 0.0001 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.0002 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.0004 ppm et 30 ppm et, plus préférentiellement, compris entre 0.0008 ppm et 20 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec dudit produit ; un procédé de purification d’un tel produit et un polymère comprenant un motif correspondant audit produit.

Description

Produit de déshydratation interne du sorbitol de haute pureté
La présente invention concerne un produit de déshydratation interne du sorbitol de haute pureté, un procédé de fabrication d’un tel produit et un polymère comprenant ledit produit en tant que monomère. Tout particulièrement, la présente invention concerne un isosorbide de haute pureté, un procédé de fabrication d’un tel isosorbide et un polymère comprenant l’isosorbide en tant que monomère.
Les alcools de sucre anhydres, notamment les dérivés du sorbitol, sont connus pour leurs applications et usages dans les différentes industries. L’isosorbide, le 1,4 :3,6-dianhydrosorbitol, un produit de déshydratation interne du sorbitol, présente un intérêt majeur en tant que ressource naturelle recouvrable dans la fabrication de polymères. L’isosorbide est en effet un dérivé du sorbitol qui peut être obtenu à partir de diverses ressources naturelles, y compris, l’amidon de maïs et le manioc (tapioca).
En ce qui concerne les utilisations des alcools de sucre anhydres, les exigences en matière de pureté dépendent de l’application envisagée. Dans les application alimentaires et thérapeutiques, par exemple, il est essentiel que les composés en contenant ne comportent aucune impureté qui puisses être nocive à l’individu ou à l’organisme qui les utilise. Pour la préparation de polymères, notamment de polymères qui requièrent une transparence optique comme ceux qui sont employés dans les emballages, une exigence en termes de pureté du monomère est qu’aucun matériau ni impureté ne doit être présent dans le monomère qui pourrait résulter en un degré de coloration inacceptable du polymère durant sa synthèse et/ou sa transformation. Lors de la transformation desdits alcools, plus particulièrement lors de la synthèse des polymères utilisant de l’isosorbide en tant que monomère requièrent des températures élevées, l’isosorbide peut développer une coloration provenant à cause de la présence des impuretés dans celle-ci. Ainsi, la coloration du produit final n’est plus maîtrisée. Une telle coloration n’est donc pas souhaitée.
Plusieurs méthodes de purification des alcools de sucre anhydres sont documentées dans l’art. La purification de ces alcools peut, par exemple, faire intervenir une étape de recristallisation dans des alcools aliphatiques, comme décrit dans le document WO0041985.
Le document WO 2008143269 décrit un procédé d’obtention d’un polycarbonate à base d’isosorbide et d’un diester d’acide carbonique dans lequel la synthèse dudit polymère est suivie une étape de distillation de manière à éliminer le phénol formé. Le polycarbonate ainsi obtenu présente un taux résiduel de Na, Fe et Ca inférieur à 2 ppm.
Afin de garder un taux de cations présents dans un alcool de sucre anhydre en dessous de 1 ppm, le document KR101736182 décrit une méthode de purification d’un tel alcool comprenant un passage sur une résine échangeuse de cations, le pH de la solution comprenant ledit alcool à purifier étant ajusté à au moins 5, par exemple entre 5 et 8, à température ambiante.
Le document KR101736180 décrit quant à lui une méthode de purification d’un alcool de sucre anhydre dans lequel le taux d’acide formique est inférieur à 1 ppm. Cette méthode comprend un passage sur une résine échangeuse d’anions basique forte.
Le document EP1882712 a trait à un polyester obtenu à partir d’un diol et d’un acide carboxylique dans lequel à la fois le taux d’impuretés et le nombre de groupements acides terminaux sont diminués de manière à diminuer l’hydrolyse et donc à améliorer la stabilité du polyester dans le temps. Pour ce faire, le taux d’atomes de soufre dans les monomères est compris entre 0,01 ppm et 100 ppm, le taux d’atomes d’azote dans les monomères est compris entre 0,01 ppm et 2000 ppm et le nombre de groupements acides terminaux dans le polyester est inférieur à 50 équivalents/ tonne métrique.
Le document FR2810040 concerne un procédé de purification d’une composition dans lequel la composition à purifier est soumise successivement à un échange ionique et à une décoloration.
Aujourd’hui, comme indiqué auparavant, dans les multiples applications de l’isosorbide, la pureté joue un rôle crucial sur la qualité des produits obtenus in fine. En particulier la demanderesse a mis en évidence l’impact particulièrement important de certains éléments : l’azote, le souffre, le sodium, le calcium, potassium et magnésium.
Selon la Demanderesse, il n’a d’ailleurs pas été possible jusqu’alors dans la pratique industrielle, de préparer efficacement de produits de déshydratation interne du sorbitol, par exemple de l’isosorbide, présentant simultanément une teneur en azote et souffre très basse.
La Société Demanderesse a trouvé, après de nombreuses recherches, qu’il était possible d’obtenir des produits de déshydratation interne du sorbitol de plus haute pureté pouvant être ensuite utilisés lors de la fabrication de polymères présentant de propriétés optiques très satisfaisantes, notamment au niveau de leur coloration et leur clarté tout en maintenant de bonnes caractéristiques de viscosité et de résistance thermique.
Selon un premier objet, l’invention porte sur un produit de déshydratation interne du sorbitol caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome d’azote compris entre 0.01 ppm et 150 ppm, de préférence compris entre 0.02 ppm et 20 ppm, de préférence encore compris entre 0.05 ppm et 10 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.07 ppm et 5 ppm, ce taux résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit et en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de souffre compris entre 0.0001 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.0002 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.0004 ppm et 30 ppm et, plus préférentiellement, compris entre 0.0008 ppm et 20 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec dudit produit.
Selon un deuxième objet, l’invention concerne un procédé de purification d’un produit de déshydratation interne de sorbitol selon le premier objet, ledit procédé comprenant une succession d’étapes :
a) une étape de fourniture dudit produit de déshydratation interne de sorbitol,
b) une étape de distillation dudit produit de déshydratation de manière à former un produit de distillation A,
c) une étape de remise en solution dans l’eau dudit produit de distillation A avec ajout d’un composé basique de manière à former une solution B,
d) au moins une étape de décoloration de la solution B issue de l’étape de remise en solution avec ajout d’un composé basique,
e) au moins une étape d’échange ionique de la solution issue de l’étape de décoloration et,
f) une étape de récupération du produit purifié résultant C,
ledit composé basique étant rajouté dans une quantité comprise entre 1 et 6 g, de préférence comprise entre 2 et 5 g par Kg de produit de déshydratation interne de sorbitol fourni à l’étape a).
Selon un troisième objet, l’invention porte sur un polymère choisi parmi un polyester, un polycarbonate, un polyarylether, un polyuréthane ou un polyépoxyde, ledit polymère est caractérisé en ce qu’il comprend un motif correspondant au produit de déshydratation interne du sorbitol selon le premier objet ou obtenu à partir d’un procédé selon le deuxième objet.
Les produits de déshydratation interne du sorbitol selon l’invention présentent un taux de pureté excellent, tout particulièrement des produits présentant à la fois un taux d’atomes de souffre et d’azote très bas.
Le procédé selon l’invention permet donc d’obtenir de tels produits de déshydratation interne du sorbitol ayant une pureté excellente tout en utilisant des techniques classiques de purification.
Les polymères obtenus à base de produits de déshydratation interne du sorbitol selon l’invention présentent des propriétés optiques remarquables en termes de coloration et clarté, sans pour autant affecter les autres caractéristiques essentielles dans le domaine des objets en plastique, telles que la viscosité et de résistance thermique
Description détaillée de l’invention
Un premier objet de l’invention concerne un produit de déshydratation interne du sorbitol présentant un taux total résiduel d’atome d’azote compris entre 0.01 ppm et 150 ppm, de préférence compris entre 0.02 ppm et 20 ppm, de préférence encore compris entre 0.05 ppm et 10 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.07 ppm et 5 ppm, ce taux résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit et présentant un taux total résiduel d’atome de souffre compris entre 0.0001 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.0002 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.0004 ppm et 30 ppm et, plus préférentiellement, compris entre 0.0008 ppm et 20 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec dudit produit.
Par « produit de déshydratation interne du sorbitol », on entend tout produit ou composition résultat, d’une manière quelconque, en une ou plusieurs étapes, de l’enlèvement d’une ou de plusieurs molécules d’eau au niveau de la structure interne originelle du sorbitol.
Il peut s’agit avantageusement de produit de déshydratation interne du sorbitol comme une composition d’isosorbide (1,4-3,6 dianhydro sorbitol).
Selon un mode de réalisation, le produit de déshydratation interne du sorbitol présente un taux total résiduel d’atome de sodium et de potassium compris entre 0.002 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.004 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.006 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.008 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
Par taux résiduel d’atome de sodium et de potassium, on comprend le taux résiduel de l’ensemble des deux atomes en même temps.
Selon un mode de réalisation, le produit de déshydratation interne du sorbitol présente un taux total résiduel d’atome de calcium et de magnésium compris entre 0.005 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.010 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.015 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.020 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
Par taux résiduel d’atome de calcium et de magnésium, on comprend le taux résiduel de l’ensemble des deux atomes en même temps.
Selon un mode de réalisation, le produit de déshydratation interne du sorbitol présente un taux total résiduel d’atome de fer compris entre 0.005 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.010 ppm et 50, de préférence encore compris entre 0.015 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.020 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
Selon un mode de réalisation, le produit de déshydratation interne du sorbitol présente un taux total résiduel d’atome de chlore compris entre 0.005 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.010 ppm et 50, de préférence encore compris entre 0.015 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.020 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
Les produits de déshydratation interne du sorbitol selon l’invention correspondent à de produits ou de compositions telles que définies ci-avant, la déshydratation pouvant être totale ou partielle.
Compte tenu de leurs caractéristiques de pureté, ces produits de déshydratation interne du sorbitol peuvent être utilisés avantageusement dans de nombreuses industries et notamment comme intermédiaire de synthèse, comonomère (y compris allongeur de chaînes), agent solvant, agent plastifiant, agent lubrifiant, agent de charge, édulcorant et/ou principe actif, dans la préparation de produits ou de mélanges, polymériques ou non, biodégradables ou non, destinés aux industries chimiques, pharmaceutiques, cosmétiques ou alimentaires.
Un deuxième objet de l’invention concerne un procédé de purification d’un produit de déshydratation interne de sorbitol selon le premier objet, ledit procédé comprenant une succession d’étapes :
a) une étape de fourniture dudit produit de déshydratation interne de sorbitol,
b) une étape de distillation dudit produit de déshydratation de manière à former un produit de distillation A,
c) une étape de remise en solution dans l’eau dudit produit de distillation A avec ajout d’un composé basique de manière à former une solution B,
d) au moins une étape de décoloration de la solution B issue de l’étape de remise en solution avec ajout d’un composé basique,
e) au moins une étape d’échange ionique de la solution issue de l’étape de décoloration et,
f) une étape de récupération du produit purifié résultant C,
ledit composé basique étant rajouté dans une quantité comprise entre 1 et 6 g, de préférence comprise entre 2 et 5 g par Kg de produit de déshydratation interne de sorbitol fourni à l’étape a).
De préférence, l’étape de distillation se fait dans un évaporateur continu. Un tel dispositif, par exemple de type à flot tombant ou mieux, de type à film raclé ou short path, permet de limiter les températures et temps de séjour auxquels sont ainsi soumis les bruts réactionnels.
Le pH intermédiaire du produit de distillation A peut-être mesuré.
Le produit de distillation A est remis en solution dans l’eau de manière à obtenir une solution aqueuse comprenant entre 50 et 90 % de matière sèche, de préférence entre 60 et 80 % de matière sèche. Une fois la solution obtenue, un composé basique est rajouté sous agitation à 150 rotations par minute (RPM) et à température ambiante (20°C). Le milieu ainsi obtenu peut être gardé sous agitation pendant une durée comprise entre 30 minutes et deux heures, de préférence, entre 45 minutes et 75 minutes.
Le milieu ainsi obtenu peut être soumis à une étape de filtration.
Le filtrat peut être ensuite dilué dans l’eau de manière à obtenir une solution aqueuse comprenant entre 30 et 70 % de matière sèche, de préférence entre 40 et 60 % de matière sèche.
Le pH de la solution B peut être mesuré.
Selon un mode de réalisation, le pH de la solution B est compris entre 4 et 10, de préférence compris entre 7 et 9.
Selon un mode de réalisation, le composé basique est choisi parmi les hydroxydes alcalino-terreux tels que l’hydroxyde de magnésium, l’hydroxyde de calcium, l’hydroxyde de strontium ou l’hydroxyde de barium, de préférence l’hydroxyde de calcium.
Selon un mode de réalisation, le traitement par l’étape de décoloration comprend au moins un passage sur colonne de charbon actif granulaire.
Selon un mode de réalisation, au moins une étape d’échange ionique est choisie parmi un passage sur une résine cationique ou un passage sur une résine anionique ou un mélange de deux, de préférence la résine cationique est une résine cationique forte et la résine anionique est une résine anionique forte.
De préférence, si le procédé comprend au moins deux étapes d’échange ionique, celles-ci se succèderont de sorte que la solution soit récupérée et passée successivement sur une colonne de résine cationique puis une colonne de résine anionique.
De préférence encore, si le procédé comprend au moins deux étapes d’échange ionique, celles-ci se succèderont de sorte que la solution soit récupérée et passée successivement sur une colonne de résine cationique forte puis une colonne de résine anionique forte.
Le produit de déshydratation interne de sorbitol utilisé selon procédé de purification ci-avant correspond à un produit unique ou à une composition comprenant un mélange d’entités issues de la réaction de déshydratation interne de sorbitol.
Selon un mode de réalisation, le procédé est exempt d’une étape supplémentaire de décoloration après l’étape d’échange ionique et avant l’étape de récupération du produit résultant.
Selon un mode de réalisation, le procédé est exempt d’une étape additionnelle de recristallisation des différents produits intermédiaires dudit procédé.
Selon un mode de réalisation, le procédé de purification d’un produit de déshydratation interne de sorbitol selon le premier objet, ledit procédé consistant en une succession d’étapes :
a) une étape de fourniture dudit produit de déshydratation interne de sorbitol,
b) une étape de distillation dudit produit de déshydratation de manière à former un produit de distillation A,
c) une étape de remise en solution dans l’eau dudit produit de distillation A avec ajout d’un composé basique de manière à former une solution B,
d) au moins une étape de décoloration de la solution B issue de l’étape de remise en solution avec ajout d’un composé basique,
e) au moins une étape d’échange ionique de la solution issue de l’étape de décoloration et,
f) une étape de récupération du produit purifié résultant C,
ledit composé basique étant rajouté dans une quantité comprise entre 1 et 6 g, de préférence comprise entre 2 et 5 g par Kg de produit de déshydratation interne de sorbitol fourni à l’étape a)..
Un troisième objet de l’invention concerne un polymère choisi parmi un polyester, un polycarbonate, un polyarylether, un polyuréthane ou un polyépoxyde, ledit polymère est caractérisé en ce qu’il comprend un motif correspondant au produit de déshydratation interne du sorbitol selon le premier objet ou obtenu à partir d’un procédé selon le deuxième objet.
La présente invention va être décrite de façon encore plus détaillée à l’aide des exemples qui suivent et qui ne sont aucunement limitatifs.
Exemples
Exemple 1: Synthèse de l’isosorbide I1
Dans un réacteur à double enveloppe, sont introduits sous agitation 1 Kg d’une solution de sorbitol à 80% de masse sèche et 8g d’acide sulfurique concentré. Le mélange obtenu est chauffé à 145°C sous vide (100 mbars) pendant 5 heures de façon à éliminer l’eau contenue dans le milieu de réaction et celle provenant de la réaction de déshydratation par distillation.
Le brut de réaction est ensuite refroidi à 100°C puis neutralisé avec 13,7 g d’une solution de soude 50%.
La composition d’isosorbide obtenue est ensuite distillée sous vide à l’aide d’un évaporateur a film raclé en configuration short path. Le pH de l’isosorbide distillé (en solution à 40% matière sèche) est alors à 3,5.
Le distillat est récupéré puis remis en solution dans l’eau afin d’obtenir une solution à 70% de matière sèche. Dans cette solution, on ajoute 2,5g d’hydroxyde de calcium sous agitation vigoureuse et à température. Le milieu est laissé sous agitation pendant 1H.
Le milieu est alors trouble et opaque. Le milieu est alors filtré sur filtre Becko (0,45µm) pour obtenir une solution limpide. De l’eau est ensuite ajouter afin d’obtenir une solution à 50% MS. Le pH de la solution final est de 8,5.
Cette solution est ensuite percolée sur une colonne garnie de charbon actif granulaire à une vitesse de 0,5VV :H (volume de solution par volume de lit fixe et par heure).
La solution est alors récupérée et passée successivement sur une colonne de résine cationique forte puis une colonne de résine anionique forte. La solution est alors concentrée sous vide pour obtenir, après cristallisation et broyage du solide, une poudre blanche.
Exemple 2: Synthèse de l’isosorbide I2
Dans un réacteur à double enveloppe, sont introduits sous agitation 1 Kg d’une solution de sorbitol à 80% de masse sèche et 8g d’acide sulfurique concentré. Le mélange obtenu est chauffé à 145°C sous vide (100 mbars) pendant 5 heures de façon à éliminer l’eau contenue dans le milieu de réaction et celle provenant de la réaction de déshydratation par distillation.
Le brut de réaction est ensuite refroidi à 100°C puis neutralisé avec 13,7 g d’une solution de soude 50%.
La composition d’isosorbide obtenue est ensuite distillée sous vide à l’aide d’un évaporateur a film raclé en configuration short path.
L’isosorbide distillé est remis en solution dans de l’eau distillée afin de former une solution à 50% de matière sèche. Le pH de cette solution est de 3,5
Cette solution est ensuite percolée sur une colonne garnie de charbon actif granulaire à une vitesse de 0,5VV :H
La solution est alors récupérée et passée successivement sur une colonne de résine cationique forte puis une colonne de résine anionique forte.
La solution est alors concentrée sous vide pour obtenir, après cristallisation et broyage du solide, une poudre blanche.
Lors de cette synthèse, le composé basique n’a pas été rajouté lors de l’étape de mise en solution du produit de distillation.
Exemple 3: Synthèse de l’isosorbide I3
Dans un réacteur à double enveloppe, sont introduits sous agitation 1 Kg d’une solution de sorbitol à 80% de masse sèche et 8g d’acide sulfurique concentré. Le mélange obtenu est chauffé à 145°C sous vide (100 mbars) pendant 5 heures de façon à éliminer l’eau contenue dans le milieu de réaction et celle provenant de la réaction de déshydratation par distillation.
Le brut de réaction est ensuite refroidi à 100°C puis neutralisé avec 13,7 g d’une solution de soude 50%.
La composition d’isosorbide obtenue est ensuite distillée sous vide à l’aide d’un évaporateur a film raclé en configuration short path.
Le distillat est récupéré puis remis en solution dans l’eau afin d’obtenir une solution à 70% de matière sèche. Dans cette solution, on ajoute 3g de carbonate de magnésium sous agitation vigoureuse et à température ambiante. Le milieu est laissé sous agitation pendant 1H. La solution étant légèrement trouble, le milieu est filtré sur filtre Becko (0,45µm)
De l’eau est ensuite ajouter afin d’obtenir une solution à 50% matière sèche. Le pH de la solution final est de 9,5.
L’isosorbide distillé est remis en solution dans de l’eau distillée afin de former une solution à 50% de matière sèche.
Cette solution est ensuite percolée sur une colonne garnie de charbon actif granulaire à une vitesse de 0,5VV :H suivi d’un traitement au noir poudre à la hauteur de 2% massique de noir par rapport à la matière sèche. La solution est ensuite filtrée pour récupérer la solution d’isosorbide.
La solution est alors concentrée sous vide pour obtenir, après cristallisation et broyage du solide, une poudre blanche.
Exemple 4: Synthèse de l’isosorbide I4
Dans un réacteur à double enveloppe, sont introduits sous agitation 1 Kg d’une solution de sorbitol à 80% de masse sèche et 8g d’acide sulfurique concentré. Le mélange obtenu est chauffé à 145°C sous vide (100 mbars) pendant 5 heures de façon à éliminer l’eau contenue dans le milieu de réaction et celle provenant de la réaction de déshydratation par distillation.
Le brut de réaction est ensuite refroidi à 100°C puis neutralisé avec 13,7 g d’une solution de soude 50%.
La composition d’isosorbide obtenue est ensuite distillée sous vide à l’aide d’un évaporateur a film raclé en configuration short path.
Le distillat est récupéré puis remis en solution dans l’eau afin d’obtenir une solution à 70% de matière sèche. Dans cette solution, on ajoute 9g d’une solution d’hydroxyde de tetraethylammonium (solution aqueuse à 35% matière sèche) sous agitation et à température ambiante. Le milieu est laissé sous agitation pendant 1H. La solution est limpide après ce traitement.
De l’eau est ensuite ajouté afin d’obtenir une solution à 50% matière sèche. Le pH de la solution final est de 11.
L’isosorbide distillé est remis en solution dans de l’eau distillée afin de former une solution à 50% de matière sèche.
Cette solution est ensuite percolée sur une colonne garnie de charbon actif granulaire à une vitesse de 0,5VV :H suivi d’un traitement au noir poudre à la hauteur de 2% massique de noir par rapport à la matière sèche. La solution est ensuite filtrée pour récupérer la solution d’isosorbide.
La solution est alors concentrée sous vide pour obtenir, après cristallisation et broyage du solide, une poudre blanche.
Les isosorbides produits sont respectivement notés I1, I2 et I3. Les quantités d’azote, de souffre, de sodium et potassium, de magnésium, de fer, de chlore et de calcium sont repris dans le Tableau 1.
Ces éléments sont dosés par spectroscopie d’émission atomique par couplage à plasma induit (en anglais Inductively coupled plasma-atomic emission spectroscopy ICP AES).
Ex I1 CEx I2 CEx I3 CEx I4
Azote (ppm) 0.01 0.01 0,01 1100
Souffre (ppm) 0.0001 100 103 95
Sodium et potassium (ppm) 0.0001 65 74 125
Magnesium (ppm) 0,001 0,1 98 0,1
Fer (ppm) 0.001 95 75 50
Chlore (ppm) 0.001 125 100 105
Calcium (ppm) 0.002 51 0,001 0.001
Exemple 5 : Polyesters PEI30T à base d’isosorbide I1 selon l’exemple 1
Dans un réacteur de 7 L sont ajoutés 893 g (14,4 mol) d’éthylène glycol, 700 g (4,8 mol) d’isosorbide I1, 2656 g (16 mol) d’acide téréphtalique, 0,70 g d’Irganox 1010 et 0.70g d’Hostanox P-EPQ (antioxydant), 0,9820 g de dioxyde de germanium (catalyseur). Pour extraire l’oxygène résiduel des cristaux d’isosorbide, 4 cycles vide-azote sont effectués une fois la température du milieu réactionnel comprise entre 60 et 80°C.
Le mélange réactionnel est ensuite chauffé à 250°C (4°C/min) sous 2,5 bars de pression et sous agitation constante (150 tr/min). Le taux d’estérification est estimé à partir de la quantité de distillat collectée. Puis, la pression est réduite à 0,7 mbar en 90 minutes selon une rampe logarithmique et la température amenée à 265°C.
Ces conditions de basse pression et de température ont été maintenues jusqu’à obtenir une augmentation de couple de 19.8 Nm par rapport au couple initial.
Enfin, un jonc de polymère est coulé par la vanne de fond du réacteur, refroidi dans un bac d’eau thermorégulé à 15°C et découpé sous forme de granulés d’environ 15 mg.
En utilisant un tel procédé permet d’éviter le contact entre le polymère chauffé avec l’oxygène, de manière à réduire la coloration et la dégradation thermo-oxydative.
La résine ainsi obtenue a une viscosité réduite en solution de 60.5 mL/g. L’analyse par RMN 1H du polyester P1 montre qu’il contient 30.4 mol % d’isosorbide par rapport aux diols.
Le taux de motif diéthylène glycol est de 2.3 mol %.
Le polymère est amorphe est présente une Tg de 112.4°C.
La coloration du polymère mesurée sur les granulés est la suivante L*= 60.8, a*=0.1, b*=3.9.
Le haze mesuré sur des plaques injectées de 2mm d’épaisseur est 2.8.
Exemple 6 : Exemple Polyesters PEI30T à base d’isosorbide I2 selon l’exemple 2
Le protocole de l’exemple 5 est reproduit avec l’isosorbide de I2.
La résine obtenue a une viscosité réduite en solution de 61.2 mL/g.
L’analyse par RMN 1H du polyester P2 montre qu’il contient 29.9 % mol d’isosorbide par rapport aux diols.
Le taux de motif diéthylène glycol est de 2.5 mol %. Le polymère est amorphe est présente une Tg de 112.1°C.
La coloration du polymère mesurée sur les granulés est la suivante L*= 55.4, a*=0.2, b*=7.2.
Le haze mesuré sur des plaques injectées de 2mm d’épaisseur est 5.1.
Exemple 7 : Exemple Polyesters PEI30T à base d’isosorbide I3 selon l’exemple 3
Le protocole de l’exemple 5 est reproduit avec l’isosorbide de I3.
La résine obtenue a une viscosité réduite en solution de 60.8 mL/g.
L’analyse par RMN 1H du polyester P3 montre qu’il contient 30.5 % mol d’isosorbide par rapport aux diols.
Le taux de motif diéthylène glycol est de 2.3 mol %.
Le polymère est amorphe est présente une Tg de 113.0°C.
La coloration du polymère mesurée sur les granulés est la suivante L*= 53.4, a*=0.3, b*=6.9.
Le haze mesuré sur des plaques injectées de 2mm d’épaisseur est 4.8.
Exemple comparatif 8 : Exemple Polyesters PEI30T à base d’isosorbide I4 selon l’exemple 4
Le protocole de l’exemple EXP1 est reproduit avec l’isosorbide de I4.
La résine obtenue a une viscosité réduite en solution de 61.8 mL/g.
L’analyse par RMN 1H du polyester P3 montre qu’il contient 30.1 % mol d’isosorbide par rapport aux diols.
Le taux de motif diéthylène glycol est de 2.3 mol %.
Le polymère est amorphe est présente une Tg de 111.3°C.
La coloration du polymère mesurée sur les granulés est la suivante L*= 54.1, a*=0.3, b*=7.5.
Le haze mesuré sur des plaques injectées de 2mm d’épaisseur est 5,6
Les résultats d’exemples 5 à 8 sont repris dans le Tableau 2 ci-dessous.
VISCOSITE % ISB TG L* a* b* haze
PEI30T I1 60,5 30.4 112.4 60.8 0.1 3.9 2.8
PEI30T I2 61.2 29.9 112.1 55.4 0.2 7.2 5.1
PEI30T I3 60.8 30.5 113 53.4 0.3 6.9 4.8
PEI30T I4 61.8 30.1 111.3 54.1 0.3 7.5 5.6
A partir des résultats obtenus dans les exemples 5 à 8, les valeurs du paramètre b* et du haze des polyesters à base de l’isosorbide selon l’invention (I1) sont les plus basses. Les polyesters à base de l’isosorbide selon l’invention présentent donc une coloration et une clarté plus satisfaisantes.
Exemple 9: Exemple Polycarbonate à base d’isosorbide I1 selon l’exemple 1
Dans un réacteur de 3 L sont ajoutés 1040 g (4.86 mol) de diphenyl carbonate, 502 g (3.44 mol) d’isosorbide I1, 213 g (1.48 mol) de 1,4-cyclohexanedimethanol, 420 mg d’Irganox 1010 et 420 mg d’Hostanox PEPQ (antioxydants), 6.1mg de carbonate de cesium (catalyseur). Pour extraire l’oxygène résiduel des cristaux d’isosorbide, 4 cycles vide-azote sont effectués une fois la température du milieu réactionnel comprise entre 60 et 80°C.
La colonne de distillation est chauffée à 110°C pour éviter la cristallisation du phénol qui est libéré pendant la réaction. La vitesse d’agitation est quant à elle ajustée à 120 rpm (celle-ci sera réduite au fur et à mesure que la viscosité augmentera). Le réacteur est ensuite chauffé et une rampe de vide est appliquée tout en augmentant la température du milieu réactionnel. Les conditions de températures et pression utilisées sont les suivantes :
- Chauffage à 150°C à 800 mbar pendant 15 min
- Chauffage de 150 à 190°C tout en diminuant de 800 à 100 mbar en 45 min
- Chauffage de 190 à 220°C tout en diminuant la pression de 100 à 60 mbar en 45 min
- diminution de la pression de 60 à 10 mbar à 220°C en 30 min.
Après ces 30 minutes, le couple est de 22.6 Nm pour une agitation de 50 rpm.
Un jonc de polymère est coulé par la vanne de fond du réacteur, refroidi dans un bac d’eau thermo-régulé à 15°C et découpé sous forme de granulés d’environ 15 mg.
La résine ainsi obtenue a une viscosité réduite en solution de 52.5 mL/g.
L’analyse par RMN 1H du polycarbonate P4 montre qu’il contient 74.2 % mol d’isosorbide par rapport aux diols.
Le polymère est amorphe est présente une Tg de 130.4°C.
La coloration du polymère mesurée sur les granulés est la suivante L*= 71.8, a*=0.0, b*=5.4.
Le haze est mesuré sur des plaques injectées de 2mm d’épaisseur est 1.4.
Exemple 10 : Exemple Polycarbonate à base d’isosorbide I3 selon l’exemple 3
Le protocole de l’exemple 9 est reproduit avec cette fois l’isosorbide de I3. La résine ainsi obtenue a une viscosité réduite en solution de 49.4 mL/g.
L’analyse par RMN 1H du polycarbonate P5 montre qu’il contient 70.1 % mol d’isosorbide par rapport aux diols.
Le polymère est amorphe est présente une Tg de 126.0°C.
La coloration du polymère mesurée sur les granulés est la suivante L*= 63.7, a*=-0.1, b*=8.7.
Le haze mesuré sur des plaques injectées de 2mm d’épaisseur est 4.1.
Les résultats d’exemples 9 et 10 sont repris dans le Tableau 3 ci-dessous.
VISCOSITE % ISB TG L* a* b* haze
POLYCARBONATE I1 52.5 74.2 130.4 71.8 0.0 5.4 1.4
POLYCARBONATE I3 49.4 70.1 126 63.7 -0.1 8.7 4.1
A partir des résultats obtenus dans les exemples 9 et 10, les valeurs du paramètre b* et du haze des polycarbonates à base de l’isosorbide selon l’invention (I1) sont les plus basses. Les polycarbonates à base de l’isosorbide selon l’invention présentent donc une coloration et une clarté plus satisfaisantes.
Exemples 11 : Exemple Polysulfone à base d’ isosorbide I1 selon l’exemple 1
Dans un tricol équipé d’un col de cygne et d’une arrivée d’azote sont solubilisés 2,92 g (0,020 mol, 1 éq.) d’isosorbide I1 (placé préalablement dans un dessicateur pour éliminer l’eau résiduelle), 5,08 g (0,020 mol, 1 éq.) de difluorodiphenyl sulfone et 5,58 g (0,040 mol, 2 éq.) de K2CO3 dans 18,7 g de DMSO. Le ballon est chauffé à 140°C à l’aide d’un bain d’huile pendant 20h. En fin de réaction, 15 mL de DMSO sont ajoutés pour diluer le milieu. Le milieu réactionnel est ensuite précipité sous forme de fils dans 1 000 mL d’eau, est filtré sur Büchner, puis séché avec une étuve sous vide.
La polysulfone P6 ainsi obtenue a une viscosité réduite en solution de 36.1 mL/g Le polymère est amorphe est présente une Tg de 236.5°C.
Le polymère a ensuite été mis sous forme de film par méthode d’évaporation de solvant à partir d’une solution de polymère à 20w% dans du DMSO. La solution visqueuse de polymère a été appliqué avec une lame de métal sur un substrat en verre. Le dépôt est ensuite évaporé lentement en étuve suivant le protocole suivant : 50°C pendant 16h, 80°C pendant 1h, 130°C pendant 1h, 130°C pendant 1h et 180°C pendant 2h.
Au final un film d’une épaisseur de 100 microns environ est obtenu. Le film est incolore et a un haze de 0.2.
Exemple 12 : Exemple Polysulfone à base d’ isosorbide I2 selon l’exemple 2
Le protocole de l’exemple 11 est reproduit avec cette fois l’isosorbide de I2.
La polysulfone P7 ainsi obtenue a une viscosité réduite en solution de 35.8 mL/g Le polymère est amorphe est présente une Tg de 236.2°C.
Un film de 100 microns réalisé suivant la même procédure que dans l’exemple 11 est légèrement jaune et a un haze de 1.1.
A partir des résultats obtenus dans les exemples 11 et 12, les valeurs du du haze des polysulfones à base de l’isosorbide selon l’invention (I1) sont les plus basses. Les polysulfones à base de l’isosorbide selon l’invention présentent donc une clarté plus satisfaisante.
Les résultats des exemples 11 et 12 sont présentés le Tableau 4.
VISCOSITE % ISB TG L* a* b* haze
POLYSULFONE I1 36.1 ? 236.5 / / / 0.2
POLYSULFONE I2 49.4 70.1 126 / / / 1.1
Exemple 13 : Exemple diester d’isosorbide D1 à base d’isosorbide I1 selon l’exemple 1
Dans un réacteur à double enveloppe, sont introduits sous agitation 3,04Kg d’acide caprylique (acide gras saturé linéaire en C8) suivi de 1,4 Kg d’isosorbide I1 (rapport molaire acide gras/Isosorbide : 2,2). On ajoute ensuite 30g d’acide méthanesulfonique et 8,4 g d’acide hyposphosphoreux.
Le réacteur est chauffé à une température de consigne de 160°C et un vide de 100mbars est appliqué au système. Une fois le milieu à 90°C et les premières gouttes d’eau distillées, une rampe de vide de 1000 à 30mbars est réalisée sur 5h. Une fois la rampe terminée, la consigne de température du réacteur est amenée à 170°C pour une durée de 2h à 30 mbars.
Une fois l’estérification terminée, le chauffage est coupé et le milieu est ramené à une température de 115°C. On ajoute ensuite 15mL d’une solution de soude à 50% pour neutraliser les catalyseurs. Le milieu de réaction est laissé à refroidir à température ambiante.
L’excès d’acide gras utilisé est distillé sur évaporateur à film raclé. Le diester est récupéré en pied de cuve tendu que l’excès d’acide est distillé.
La mesure de la coloration selon l’échelle APHA est réalisée sur un spectrophotomètre Lovibond PFX-i Series selon la méthode ASTM D-1209 (janvier 2005), avec une cuve rectangulaire de 5 cm en échelle de couleur APHA par un colorimètre adapté sur le produit sans dissolution dans un solvant quelconque.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 5.
Indice d’acide 1,0 mgKOH /g
Acide gras libre 0,1%
Diester 4,3%
Isosorbide 92,8%
Coloration APHA 42
Exemple 14 : Exemple diester d’isosorbide D2 à base d’isosorbide I2 selon l’exemple 2
La procédure d’estérification et les techniques de purification sont identiques à l’exemple précédent si ce n’est que l’isosorbide de départ est le I2.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 6.
Indice d’acide 1,5 mgKOH /g
Acide gras libre 0,2%
Diester 4,1%
Isosorbide 93,3%
Coloration APHA 82
A partir des résultats obtenus dans les exemples 13 et 14, les diesters d’isosorbide à base de l’isosorbide selon l’invention présentent une coloration plus satisfaisante.
Exemple 15: Exemple Diglycidylether d’ isosorbide D3 à base d’isosorbide I1 selon l’exemple 1
Dans un réacteur agité à double enveloppe, muni d’un Dean Starck inversé surmonté d’un réfrigérant, sont introduits 232g d’isosorbide, 644 g d’épichlorhydrine (5eq molaire) ainsi que 2.32g de bromure de tetraéthylammonium (TEAB). Le milieu de réaction est mis en chauffe (température de consigne : 110°C) sous 275mbars. Après distillation d’une quantité d’épichlorhydrine suffisante pour remplir le Dean-Stark inverse, on introduit à l’aide d’une pompe 235g de solution aqueuse d’hydroxyde de sodium à 50% en masse sur une durée de 3 heures. Lors de l’addition, la distillation de l’azéotrope eau-épichlorhydrine et la démixtion dans le Dean-Stark permet de soustraire l’eau introduite et formée lors de la réaction. Une fois l’introduction de soude terminée, le milieu est laissé en chauffe et en distillation jusqu’à obtenir une température du milieu de 90°C. Arrivée à cette température, le chauffage est coupé et le milieu est laissé à refroidir à température ambiante. Le milieu est ensuite dépoté et les sels formés au cours de la réaction sont filtré à l’aide fritté en verre de porosité 3. Le gâteau de sels est ensuite lavé à l’aide de 150g d’épichlorhydrine. Le filtrat est récupéré. L’épichlorhydrine résiduelle est éliminée par distillation sous vide à l’aide d’un évaporateur rotatif.
Nous obtenons 352g d’une huile visqueuse homogène jaune.
Les résultats sont présentés dans le Tableau 7.
Equivalent EPOXY (g/eq) 175
Taux de conversion Isosorbide (%) 100%
Coloration Gardner 1,6
Viscosité ( mPa.s ) 3100
Epichlorhydrine résiduel (g/100g) Non detecté
Teneur en eau (g/100g) 0.05
Exemple 16: Exemple Diglycidylether d’ isosorbide D4 à base d’isosorbide I2 selon l’exemple 2
Réaction identique à l’exemple précédent si ce n’est que l’isosorbide utilisé est le I2. Les résultats sont présentés dans le Tableau 8.
Equivalent EPOXY (g/eq) 178
Taux de conversion Isosorbide (%) 100%
Coloration Gardner 2,7
Viscosité ( mPa.s ) 3400
Epichlorhydrine résiduel (g/100g) Non detecté
Teneur en eau (g/100g) 0.07
A partir des résultats obtenus dans les exemples 15 et 16, les diglycidylethers d’isosorbide à base de l’isosorbide selon l’invention présentent une coloration plus satisfaisante.
Exemple 17: Exemple de coating avec Diglycidylether d’ isosorbide D3 à base d’isosorbide I3 selon l’exemple 3
5g d’époxy d’isosorbide D3 sont mélangés avec 1,18g d’IPDA (AHEW=42,5g/eq). Le mélange est ensuite appliqué sur un Q panel en acier à l’aide d’un barcoater, puis est placé en étuve pendant 1h à 80°C puis 2h à 180°C.
Le coating final d’une épaisseur de 151 microns présente une dureté Persoz de 297s, une dureté crayon de 16N un gloss à 20° de 96.7. Lors du test d’adhésion au cross cutter aucun élément ne s’est décollé du substrat.
Exemple 18 : Exemple de coating avec le Diglycidylether d’isosorbide D4 à base d’isosorbide I4 selon l’exemple 4
5g d’époxy d’isosorbide D4 sont mélangés avec 1,18g d’IPDA (AHEW=42,5g/eq). Le mélange est ensuite appliqué sur un Q panel en acier à l’aide d’un barcoater, puis est placé en étuve pendant 1h à 80°C puis 2h à 180°C.
Le coating final d’une épaisseur de 145 microns présente une dureté Persoz de 295s, une dureté crayon de 16N un gloss à 20° de 91.1. Lors du test d’adhésion au cross cutter aucun élément ne s’est décollé du substrat.
A partir des résultats obtenus dans les exemples 17 et 18, les coatings à base de diglycidylethers d’isosorbide à base de l’isosorbide selon l’invention présentent un gloss à 20°C plus satisfaisant.

Claims (12)

  1. Produit de déshydratation interne du sorbitol caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome d’azote compris entre 0.01 ppm et 150 ppm, de préférence compris entre 0.02 ppm et 20 ppm, de préférence encore compris entre 0.05 ppm et 10 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.07 ppm et 5 ppm, ce taux résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit et en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de souffre compris entre 0.0001 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.0002 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.0004 ppm et 30 ppm et, plus préférentiellement, compris entre 0.0008 ppm et 20 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec dudit produit.
  2. Produit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de sodium et de potassium est compris entre 0.002 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.004 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.006 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.008 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
  3. Produit selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de calcium et de magnésium est compris entre 0.005 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.010 ppm et 50 ppm, de préférence encore compris entre 0.015 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.020 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
  4. Produit selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de fer est compris entre 0.005 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.010 ppm et 50, de préférence encore compris entre 0.015 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.020 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
  5. Produit selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu’il présente un taux total résiduel d’atome de chlore est compris entre 0.005 ppm et 100 ppm, de préférence compris entre 0.010 ppm et 50, de préférence encore compris entre 0.015 ppm et 20 ppm, et, plus préférentiellement, compris entre 0.020 ppm et 10 ppm, ce taux total résiduel étant exprimé en poids sec par rapport au poids sec total dudit produit.
  6. Procédé de purification d’un produit de déshydratation interne de sorbitol selon l’une des revendications 1 à 5, ledit procédé comprenant une succession d’étapes :
    a) une étape de fourniture dudit produit de déshydratation interne de sorbitol,
    b) une étape de distillation dudit produit de déshydratation de manière à former un produit de distillation A,
    c) une étape de remise en solution dans l’eau dudit produit de distillation A avec ajout d’un composé basique de manière à former une solution B,
    d) au moins une étape de décoloration de la solution B issue de l’étape de remise en solution avec ajout d’un composé basique,
    e) au moins une étape d’échange ionique de la solution issue de l’étape de décoloration et,
    f) une étape de récupération du produit purifié résultant C,
    ledit composé basique étant rajouté dans une quantité comprise entre 1 et 6 g, de préférence comprise entre 2 et 5 g par Kg de produit de déshydratation interne de sorbitol fourni à l’étape a).
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le pH de la solution B est compris entre 4 et 10, de préférence compris entre 7 et 9.
  8. Procédé selon l’une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le composé basique est choisi parmi les hydroxydes alcalino-terreux tels que l’hydroxyde de magnésium, l’hydroxyde de calcium, l’hydroxyde de strontium ou l’hydroxyde de baryum, de préférence l’hydroxyde de calcium.
  9. Procédé selon l’une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le traitement par l’étape de décoloration comprend au moins un passage sur colonne de charbon actif granulaire.
  10. Procédé selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu’au moins une étape d’échange ionique est choisie parmi un passage sur une résine cationique ou un passage sur une résine anionique ou un mélange de deux, de préférence la résine cationique est une résine cationique forte et la résine anionique est une résine anionique forte.
  11. Procédé selon l’une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que le procédé est exempt d’une étape supplémentaire de décoloration après l’étape d’échange ionique et avant l’étape de récupération du produit résultant.
  12. Polymère choisi parmi un polyester, un polycarbonate, un polyarylether, un polyuréthane ou un polyépoxyde, ledit polymère est caractérisé en ce qu’il comprend un motif correspondant au produit de déshydratation interne du sorbitol selon l’une des revendications 1 à 5 ou obtenu à partir d’un procédé selon l’une des revendications 6 à 11.
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