JP2002535300A - 不飽和第四級アンモニウム塩の水溶液の製造方法 - Google Patents

不飽和第四級アンモニウム塩の水溶液の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水の存在下でN,N−ジメチルアミノエチルアクリレートと、化学式II:R−Clの四級化剤とを反応させて化学式Iの不飽和第四級アンモニウム塩の水溶液を製造する方法。 【解決手段】 (a)密閉反応器中に反応に必要なDAMEAの5〜60重量%を収容し、0.5〜3バールの空気または貧空気で加圧し、35〜65℃の温度で所望の水中濃度の塩Iが得られるまで四級化剤IIと、水と、残りのDAMEAとを連続的に導入して反応させ、水の導入は反応に必要な量の四級化剤IIの0〜30重量%を添加した後に開始し、残りのDAMEAの導入は反応に必要な量の四級化剤IIの20〜80重量%を添加した後に開始し、反応終了時の圧力は9バール以下にし、(b)反応器を減圧すると同時に空気を導入して酸素含有率を一定に維持し、大気圧へ戻した後に残留する四級化剤を除去する(I、IIでR=メチルまたはベンジル)。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の分野】
本発明は、水の存在下で、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート(DA
MEA)と、化学式(II): R−Cl (II) (ここで、Rはメチルまたはベンジル基を表す) の四級化剤とを反応させて、化学式(I):
【0002】
【化2】 (ここで、Rは上記と同じ意味を有する) に対応する不飽和第四級アンモニウム塩(以下、四級塩という)の水溶液を製造
する方法に関するものである。
【0003】
【従来の技術】
上記の四級塩(I)の水溶液は水処理用カチオン凝集剤として使用されるポリ
マーの製造で用いられる。 欧州特許第EP−B−250,325号には化学式(I)の四級塩を含む水溶
液の製造方法が開示されている。この方法は少なくとも1種の重合抑止剤の存在
下で、 第1段階(a)でDAMEAを反応に必要な四級化剤の5〜20重量%と反応
させるか、変形例(a')として、DAMEAをDAMEAの重量に対して5〜
20重量%の第四級アンモにウム塩の水溶液(50〜85重量%の四級塩を含む
)と反応させ、 第2段階(b)で所望の水中濃度の四級塩が得られるまで水と四級化剤とを連
続的に添加する。 段階(a)および段階(b)の間、温度を30〜60℃に保つ。また、段階(
a)および段階(b)の間、特に反応の終点近くで反応器の入口から導入する酸
素流に対する反応器出口から排出される全ガス量の容積比(流量比)が100以
下となるように反応混合物中に酸素含有ガス流を維持する。 この方法では室温で1年以上安定な四級塩の水溶液が製造できるが、得られた
水溶液中に不純物、特に[化3]、[化4]:
【0004】
【化3】
【0005】
【化4】
【0006】 およびDAMEAが高い含有率で含まれるという欠点がある。さらに、この方法
は反応時間が長いため、経済的に不利である。 国際出願第WO89/07,588号には、上記の第四級化反応での不純物の
生成量を減らす方法が提案されている。この方法は反応を10〜80℃の温度で
行い、 (a)第1段階で反応に必要な四級化剤(反応条件下で液体状態にある)の全て
または一部を反応器に導入し、 (b)次に、DAMEAを添加し、 (c)DAMEAの化学量論量の0〜30%を反応器に導入したときに、四級化
剤の残部とDAMEAの残部と所望濃度の四級塩が得られるまでの水とを同時に
連続的に添加し、 (d)四級化剤を反応温度でガス状態で導入する場合は、酸素の存在下で反応を
行い、四級化剤が反応温度で液体状態になるように圧力を加え、反応終了時には
、圧力を徐々に減圧して大気圧にし、同時に反応器の入口から導入される酸素の
流量に対する反応器出口から排出される全ガス量の流量比を100以下にする。
【0007】 この国際特許WO89/07,588号の方法はEP−B−250,325号
の方法に比べて大幅に改良されるが、得られる四級塩の純度はまだ不十分である
。すなわち、水性媒体中でのDAMEAとCH3Clとの反応時に不純物として
DAMEAの加水分解で生じるアクリル酸(AA)の他に、塩(以下、ADAM
QUAT MC)と、化学式(1)で表されるこのADAMQUAT MCの二量
体:
【0008】
【化5】
【0009】 とが生じる。 重合の反応性に関する一連の試験によってこれらの不純物がADAMQUAT
から得られるカチオンポリマーの品質を損なうということを分かった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本出願人は、上記不純物量を最小限に抑えて、分析品質が非常に高い塩(I)
水溶液を得ることができる、化学式(I)の塩の水溶液の製造条件を見い出した
【0011】
【課題を解決する手段】
本発明の対象は下記(a)および(b)を特徴とする新規な方法にある: (a)密閉反応器中に反応に必要なDAMEAの5〜60重量%を収容し、0.
5〜3バールの空気または貧空気で加圧し、35〜65℃、特に40〜60℃の
温度で所望の水中濃度の塩(I)が得られるまで四級化剤(II)と、水と、残り
のDAMEAとを連続的に導入して反応させ、 水の導入は反応に必要な量の四級化剤(II)の0〜30重量%、特に10〜2
0重量%を添加した後に開始し、 残りのDAMEAの導入は反応に必要な量の四級化剤(II)の20〜80重量
%、特に30〜70重量%を添加した後に開始し、 反応終了時の圧力は9バール以下、特に4〜7バールにし、 (b)反応器を減圧すると同時に空気を導入して酸素含有率を一定に維持し、大
気圧へ戻した後に残留する四級化剤を例えば空気でストリッピングして除去する
【0012】
【実施の態様】
本発明方法の他の具体的特徴は下記にある: 1) 四級化剤は1〜7時間かけて導入し、水は1〜8時間かけて導入し、残り
のDAMEAは2〜8時間かけて導入する。 2) 反応をDAMEAに対する四級化剤のモル比を一般に1〜1.1、好まし
くは1〜1.05にして行う。 3) 反応を水/四級化剤の平均流量比を水/四級化剤の平均流量比を0.2〜
1.5、特に0.4〜1にし、残りのDAMEA/四級化剤の平均流量比を2.
5〜5、特に3〜4にし、水/残りのDAMEAの平均流量比を0.2〜1.2
、特に0.3〜0.9にして行う。
【0013】 本発明方法では特に四級塩(I)の濃度が50〜85重量%で、下記〔表1〕
に示すように不純物の量が非常に少ない水溶液を製造することができる。 本発明方法はさらに、3,5−ジ(tert-ブチル)−4− ヒドロキシトルエン
、ハイドロキノンメチルエーテル、ハイドロキノン、カテコール、tert-ブチル
カテコール、フェノチアジンおよびこれらの混合物からなる群の中から選択され
る少なくとも1種の安定化剤の存在下で行うことができる。この安定化剤の含有
率は四級塩(I)の水溶液に対して20〜2000ppm、好ましくは100〜
1200ppmである。
【0014】 さらに、反応媒体にジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミン五酢
酸五ナトリウム塩、N−(ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン三酢酸および
N−(ヒドロキシエチル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩からなる群の
中から選択される少なくとも1種の金属イオン封鎖剤を添加することができるこ
の金属イオン封鎖剤の含有率は四級塩(I)の水溶液に対して1〜100ppm
、好ましくは 5〜30ppmである。一般に金属イオン封鎖剤は水溶液で入手
できるので、一般にそのままの状態で添加する。すなわち、商品名Versen
ex80で市販のジエチレントリアミン五酢酸五ナトリウム塩を約40重量%水
溶液の状態で用意する。 以下、本発明の実施例を説明するが、本発明が下記実施例に限定されるもので
はない。以下の実施例において特に記載のない限り%は重量%である。
【0015】実施例1 温度計、気/液攪拌機(中空軸を有するタービン)、10バールにセットされ
た弁、破裂ディスクおよび各種反応物を導入するための浸漬管を取付けた、特別
に耐圧設計された1リットル容のジャケット付きガラス反応器中に200gのD
AMEA(すなわち全DAMEAの46.6%)を導入した。反応器を密閉した
後、1バールの貧空気(air appauvri)で加圧し、攪拌と加熱を開始した。 温度が40℃に達した時に(プロセス温度:47℃)、CH3Clの導入を7
0g/時の流量で開始した。35gのCH3Clを導入した時に水の導入を28
.6g/時の流量で開始した。1時間反応させた後、CH3Clの流量を20.
9g/時に減らした。1.5時間反応させた後に、DAMEAの残部(すなわち
229g)の導入を76.3g/時の流量で開始した。反応終了時に、下記の手
順に従って反応器を大気圧に戻す:
【0016】 1) 過剰なCH3Clを30分間脱気しながら、それと同時に反応物中に空気を
導入する(流量:3Nl/時)、 2) 徐々に大気圧に戻す。 次に、痕跡量のCH3Clを空気でストリッピングして30分間除去した(流
量:5Nl/時)。最後に反応器を冷却し、空けた。
【0017】 710gのADAMQUAT MC 80を回収し、高速液体クロマトグラフィ
ー(HPLC)で分析し、AAおよび化合物(1)の含有率を求めた。結果は〔
表1〕に示してある。 反応の各段階の継続時間は下記の通り: CH3Clの導入:5.25時間 H2Oの導入 :5時間 DAMEAの導入:3時間 脱気 :0.5時間 ストリッピング :0.5時間 したがって、合計継続時間は約6.75時間。
【0018】 用いた流量比は下記の通り: H2O/CH3Cl :反応の最初の1時間は0.41、残りの時間は1.3
7、 H2O/DAMEA :0.37 DAMEA/CH3Cl:3.64実施例2 実施例1と同じ操作で製造したがCH3Clの流量を増やした。 結果は〔表1〕に示してある。
【0019】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SL,SZ,TZ,UG,ZW ),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU, TJ,TM),AE,AL,AM,AT,AU,AZ, BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,CN,C R,CU,CZ,DE,DK,DM,EE,ES,FI ,GB,GD,GE,GH,GM,HR,HU,ID, IL,IN,IS,JP,KE,KG,KP,KR,K Z,LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MA ,MD,MG,MK,MN,MW,MX,NO,NZ, PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG,SI,S K,SL,TJ,TM,TR,TT,TZ,UA,UG ,US,UZ,VN,YU,ZA,ZW Fターム(参考) 4H006 AA02 AC52 AD10 BA94 BB31 BB61 BC10 BC11 BC14 BC18 BC19 BC31 BC35 BC40 4J100 AL08P BA32P CA01 EA06 JA18

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水の存在下で、N,N−ジメチルアミノエチルアクリレート(
    DAMEA)と、化学式(II): R−Cl (II) (ここで、Rはメチルまたはベンジル基を表す) の四級化剤とを反応させて、化学式(I): 【化1】 (ここで、Rは上記と同じ意味を有する) に対応する不飽和第四級アンモニウム塩の水溶液を製造する方法において、 下記(a)および(b)を特徴とする方法: (a)密閉反応器中に反応に必要なDAMEAの5〜60重量%を収容し、0.
    5〜3バールの空気または貧空気で加圧し、35〜65℃の温度で所望の水中濃
    度の塩(I)が得られるまで四級化剤(II)と、水と、残りのDAMEAとを連
    続的に導入して反応させ、 水の導入は反応に必要な量の四級化剤(II)の0〜30重量%を添加した後に
    開始し、 残りのDAMEAの導入は反応に必要な量の四級化剤(II)の20〜80重量
    %を添加した後に開始し、 反応終了時の圧力は9バール以下にし、 (b)反応器を減圧すると同時に空気を導入して酸素含有率を一定に維持し、大
    気圧へ戻した後に残留する四級化剤を除去する。
  2. 【請求項2】 反応を40〜60℃の温度で行う請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】 反応終了時の圧力が4〜7バールになるように反応を行う請求
    項1または2に記載の方法。
  4. 【請求項4】 反応に必要な量の四級化剤(II)の10〜20重量%を添加し
    たときに水の導入を開始する請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 反応に必要な量の四級化剤(II)の30〜70重量%を添加し
    たときに残りのDAMEAの導入を開始する請求項1〜4のいずれか一項に記載
    の方法。
  6. 【請求項6】 四級化剤を1〜7時間かけて導入し、水を1〜8時間かけて導
    入し、残りのDAMEAを2〜8時間かけて導入する請求項1〜5のいずれか一
    項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 DAMEAに対する四級化剤のモル比を一般に1〜1.1、好
    ましくは1〜1.05にして反応させる請求項1〜6のいずれか一項に記載の方
    法。
  8. 【請求項8】 水/四級化剤の平均流量比を0.2〜1.5にし、残りのDA
    MEA/四級化剤の平均流量比を2.5〜5にし、水/残りのDAMEAの平均
    流量比を0.2〜1.2にして反応させる請求項1〜7のいずれか一項に記載の
    方法。
  9. 【請求項9】 四級塩(I)の50〜85重量%濃度の水溶液を得る請求項1
    〜8のいずれか一項に記載の方法。
  10. 【請求項10】 反応を3,5−ジ(tert-ブチル)−4−ヒドロキシトルエ
    ン、ハイドロキノンメチルエーテル、ハイドロキノン、カテコール、tert-ブチ
    ルカテコール、フェノチアジンおよびこれらの混合物からなる群の中から選択さ
    れる少なくとも1種の安定化剤の存在下で行い、安定化剤の含有率は四級塩(I
    )の水溶液に対して20〜2000ppm、好ましくは100〜1200ppm
    にする請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
  11. 【請求項11】 反応をジエチレントリアミン五酢酸、ジエチレントリアミン
    五酢酸五ナトリウム塩、N−(ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン三酢酸お
    よびN−(ヒドロキシエチル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩からなる
    群の中から選択される少なくとも1種の金属イオン封鎖剤の存在下で行い、金属
    イオン封鎖剤の含有率を四級塩(I)の水溶液に対して1〜100ppm、好ま
    しくは 5〜30ppmにする請求項10に記載の方法。
  12. 【請求項12】 残留する四級化剤を空気でストリッピングして除去する請求
    項1〜11のいずれか一項に記載の方法。
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