WO2006072699A1 - Procede de recristalusation et / ou purification de composes type azoique - Google Patents

Procede de recristalusation et / ou purification de composes type azoique Download PDF

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azo compound
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crystallization step
alkoxy
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Jean-Michel Bossoutrot
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Arkema France
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C253/00—Preparation of carboxylic acid nitriles
    • C07C253/32—Separation; Purification; Stabilisation; Use of additives
    • C07C253/34—Separation; Purification

Definitions

  • the present invention relates to a process for recrystallization and / or purification of azo-type compounds.
  • the compounds of the azo type and in particular 2,2'-azobis (isobutyronitrile), are well-known products which are used in particular as swelling agents or synthesis intermediates or initiators of polymerization reactions using free radicals. These reactions can be bulk, solution, suspension or emulsion polymerization reactions and use a variety of monomers, for example (meth) acrylic, vinylic, such as acrylamide, acrylonitrile, (meth) acrylate or alkyl, styrene, acetate and vinyl chloride, vinylidene chloride.
  • the fields of application are therefore very diverse and concern in particular (but not exclusively) sheets or acrylic fibers, flocculants, paints, coating resins, graft polyols, polystyrene, PVC, PVA, PMMA .
  • Azo compounds are generally obtained by oxidizing the corresponding hydrazoic derivatives. After oxidation, the resulting suspension is drained and then dried to give a solid in powder form of average particle size generally between 20 and 110 microns.
  • 2,2'-azobis (isobutyronitrile) obtained by reacting the corresponding hydrazoic derivative with chlorine, in an aqueous medium, is in the form of a powder with an average particle size of about 45 ⁇ m after drying and the particle size at 10% by weight (d10) is about 20 ⁇ m.
  • the process you! described in the application FR 2826652 comprises a step in which the hydrazoic compound is oxidized in a liquid medium, in the presence of a sufficient amount of crystals of the corresponding azo compound (seeds).
  • the present invention solves some or all of the above problems.
  • An object of the present invention is to obtain crystals of azo compound of formula (I) of average particle size between 150 and 700 microns.
  • Another object of the present invention is to obtain azo compound crystals of formula (I) of very narrow particle size.
  • Another object of the present invention is to obtain crystals of azo compound of formula (I) of high purity.
  • the process according to the present invention comprises a step of dissolving an azo compound of formula (I)
  • R and R ' may be the same or different, and each represents:
  • a linear or branched alkyl group preferably a C 1 -C 6 alkyl group, optionally substituted with a hydroxyl, alkoxy or carboxy group or with a halogen atom, or a cycloalkyl group preferably having from 3 to 6 atoms carbon, optionally substituted by hydroxy, alkoxy, carboxy or a halogen atom, or an aryl group such as phenyl or naphthyl, optionally substituted with a hydroxy, alkyl, alkoxy or carboxy group or with a halogen atom, or
  • an aralkyl group such as benzyl, phenethyl, optionally substituted with one or more alkyl, alkoxy, hydroxy or carboxy groups, or with one or more halogen atoms; or R and R 'form with the carbon atom to which it is (or they are) connected, a cycloalkyl radical, in a solvent, followed by a crystallization step.
  • the process according to the present invention may comprise a precooling step prior to the crystallization step.
  • the azo compound of formula (I) used in the dissolution step can be prepared beforehand according to the conventional method.
  • An azo compound of formula (I) whose quality has deteriorated, for example agglomerated during storage, or polluted by a third body may also be used in the dissolution step.
  • a solvent there may be mentioned, for example, methylene chloride, acetone, methanol, methyl ethyl ketone or water-saturated methyl ethyl ketone.
  • Methyl ethyl ketone and water saturated methyl ethyl ketone are preferred.
  • the process according to the present invention may comprise a filtration step after that of dissolving to separate the solid impurities.
  • the temperature of the dissolving step is preferably between 15 and 40 0 C.
  • the final temperature of the crystallization is preferably -10 to 1O 0 C.
  • the process may comprise, between the pre-cooling step and the crystallization step, a step in which a sufficient quantity of azo compound crystals of the same chemical formula as the azo compound used in the precooled medium is introduced into the pre-cooled medium. the dissolution step.
  • the particle size of the crystals introduced in this step is preferably between 5 and 300 ⁇ m, and advantageously between 50 and 300 ⁇ m.
  • the amount of crystals introduced is preferably between 0.1 and 15% by weight of the amount of azo compound of formula (I) dissolved in the dissolution step and it is advantageously between 0.5 and 10% by weight. .
  • crystals of formula (I) having a solvent content of less than 0.3% by weight and preferably between 0.02 and 0.07% by weight can be obtained.
  • the particle size of the crystals obtained is further tightened as the particle size of the crystals introduced just before the crystallization step is narrowed.
  • the pre-cooling rate and the cooling rate of the crystallization step is between 0.05 and 1 0 C / min and preferably between 0.05 and 0.4 ° C. / min.
  • the crystals can be washed with water and then dewatered and dried.
  • the crystals of formula (I) obtained after the crystallization step are in a massive and very compact form and have a bulk density greater than that of crystals obtained by precipitation.
  • the process according to the present invention is particularly suitable for the recrystallization and / or purification of 2,2'-azobis (isobutyronitrile) (AZDN).
  • AZDN 2,2'-azobis (isobutyronitrile)
  • the temperature of the medium is then maintained at 0 ° C. for 30 minutes.
  • the resulting suspension is then filtered through a filter which is thermostatically controlled at 0 ° C.
  • the filtrate obtained is then weighed and the wet solid is washed with 307 g of water. After washing with water, the solid is dried in an oven under vacuum and at room temperature.
  • crystals with an average particle size of 150 ⁇ m are obtained with a diameter at 10% of the distribution of 80 ⁇ m and a diameter of 90% of 240 ⁇ m and containing 0.04% by weight of MEK (determination carried out by NMR: Resonance Nuclear Magnetic).
  • Crystals with an average particle size of 540 ⁇ m are obtained with a diameter at 10% of the distribution of 230 ⁇ m and a 90% diameter of 904 ⁇ m and containing 0.3% by weight of MEK.
  • Example 2 The procedure is as described in Example 1.
  • the amount of AZDN introduced just before the crystallization step is 6.7 g.
  • Crystals with an average particle size of 210 ⁇ m are obtained with a diameter at 10% of the 125 ⁇ m distribution and a 90% diameter of 315 ⁇ m and a MEK content of 0.04%.
  • Example 4 The procedure is as described in Example 1 except that the AZDN introduced just before the crystallization step has an average particle size of 250 microns. Crystals with an average particle size of 450 ⁇ m and containing 0.04% by weight of MEK are obtained.
  • Example 2 The procedure is as described in Example 2 except that the pre-cooling and cooling time is 70 min instead of 175 min. Crystals with an average particle size of 450 ⁇ m are obtained.
  • Example 2 The procedure is as described in Example 2 except that the pre-cooling and cooling time is 45 min. Crystals with an average particle size of 170 ⁇ m are obtained.
  • Example 2 The procedure is as described in Example 1 except that the amount of AZDN introduced just before the crystallization step is 16.7 g. Crystals having an average particle size of 175 ⁇ m are obtained with a diameter at 10% of the distribution of 110 ⁇ m and a diameter at 90% of 250 ⁇ m and a MEK content of 0.04%.
  • Example 2 The procedure is as described in Example 1 except that the amount of crystals introduced just before the crystallization step is 3.34 g. Crystals with an average particle size of 265 ⁇ m are obtained with a diameter at 10% of the distribution of 170 ⁇ m and a 90% diameter of 390 ⁇ m and a MEK content of 0.04%.
  • Example 2 The procedure is as described in Example 1 except that the amount of crystals introduced just before the crystallization step is 0.17 g. Crystals with an average particle size of 430 ⁇ m are obtained with a diameter at 10% of the distribution of 270 ⁇ m and a diameter of 90% of 620 ⁇ m but with a MEK content of 0.3%.

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Abstract

La présente invention concerne un procédé de recristallisation et/ou purification de composés type azoïque. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé comprenant une étape de dissolution d'un composé azoïque, éventuellement une étape de pré- refroidissement, éventuellement une étape d'introduction d'une quantité suffisante de cristaux et enfin une étape de cristallisation.

Description

PROCEDE DE RECRISTALLISATION ET / OU PURIFICATION DE COMPOSES TYPE AZOIQUE
La présente invention concerne un procédé de recristallisation et/ou purification de composés type azoïque.
Les composés de type azoïque, et notamment le 2,2'-azobis (isobutyronitrile), sont des produits bien connus qui sont utilisés notamment comme agent gonflant ou intermédiaire de synthèse ou initiateur des réactions de polymérisation mettant en œuvre des radicaux libres. Ces réactions peuvent être des réactions de polymérisation en masse, en solution, en suspension ou en émulsion et faire appel à des monomères très variés par exemple (méth)acryliques, vinyliques, tels que l'acrylamide, Pacrylonitrile, le (méth)acrylate d'alkyle, le styrène, l'acétate et le chlorure de vinyle, le chlorure de vinylidène. Les domaines d'application sont donc très divers et concernent notamment (mais non exclusivement) les feuilles ou fibres acryliques, les floculants, les peintures, les résines d'enduction, les polyols greffés, le polystyrène, le PVC, le PVA, le PMMA.
Les composés azoïques sont en général obtenus en oxydant les dérivés hydrazoïques correspondants. Après oxydation, la suspension résultante est essorée, puis séchée pour donner un solide sous forme de poudre de granulométrie moyenne généralement comprise entre 20 et 110 μm. Par exemple, le 2,2'-azobis (isobutyronitrile) obtenu en faisant réagir le dérivé hydrazoïque correspondant avec le chlore, dans un milieu aqueux, se présente sous forme de poudre de granulométrie moyenne d'environ 45 μm après séchage et la granulométrie à 10 % en poids (d10) est d'environ 20 μm.
Or les composés azoïques, sous la forme telle que décrite précédemment, posent de nombreux problèmes : ils génèrent des poussières susceptibles de présenter un risque d'explosion et/ou d'hygiène industrielle, - ils présentent une mauvaise aptitude à la coulabilité, et des problèmes de mottage sont souvent rencontrés lors de leur stockage. La demande française FR 2826652 décrit un procédé de fabrication d'un composé azoïque par ensemencement, à partir du composé hydrazoïque.
Le procédé te! que décrit dans la demande FR 2826652 comprend une étape dans laquelle le composé hydrazoïque est oxydé dans un milieu liquide, en présence d'une quantité suffisante de cristaux du composé azoïque correspondant (semences).
La présente invention permet de résoudre en partie ou en totalité les problèmes ci-dessus.
Un but de la présente invention est d'obtenir des cristaux de composé azoïque de formule (I) de granulométrie moyenne comprise entre 150 et 700 μm.
Un autre but de la présente invention est d'obtenir des cristaux de composé azoïque de formule (I) de granulométrie très resserrée.
Un autre but de la présente invention est d'obtenir des cristaux de composé azoïque de formule (I) de grande pureté.
Le procédé, selon la présente invention, comprend une étape de dissolution d'un composé azoïque de formule (I)
R R
R' N : : N R'
CN CN
(!) dans laquelle R et R' pouvant être identiques ou différents, et représentant chacun :
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié, de préférence un groupe C1-C6 alkyle, éventuellement substitué par un groupe hydroxy, alkoxy, carboxy ou par un atome d'halogène, ou - un groupe cycloalkyle ayant de préférence de 3 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué par un groupe hydroxy, alkoxy, carboxy ou par un atome d'halogène, ou - un groupe aryle tel que phényle ou naphtyle, éventuellement substitué par un groupe hydroxy, alkyl, alkoxy, carboxy ou par un atome d'halogène, ou
- un groupe aralkyle, tel que benzyle, phénéthyle, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes alkyle, alkoxy, hydroxy, carboxy, ou par un ou plusieurs atomes d'halogène ; ou bien R et R' forment avec l'atome de carbone auquel il est (ou ils sont) reliée(s), un radical cycloalkyle, dans un solvant, suivie d'une étape de cristallisation. Le procédé selon la présente invention peut comprendre une étape de pré-refroidissement avant l'étape de cristallisation.
Le composé azoïque de formule (I) utilisé dans l'étape de dissolution peut être préalablement préparé selon le procédé classique.
Un composé azoïque de formule (I) dont la qualité s'est dégradée, par exemple agglomérée en cours de stockage, ou polluée par un tiers corps peut également être utilisé dans l'étape de dissolution.
A titre d'exemple de composé azoïque, on peut citer le 2,2' azobis isobutyronitrile (R = FV ≈ CH3), le 2,2'-azobis(2,4-diméthyl-valéronitrile), le 2,2'- azobis(2-méthylbutyronitrile), le 1 ,1 '-azobis(1 -cyclohexanecarbonitrile) et l'acide 4,4'-azobis(4-cyanopentanoique).
Comme solvant, on peut citer par exemple le chlorure de méthylène, l'acétone, le méthanol, la méthyléthylcétone ou la méthyéthylcétone saturée en eau.
La méthyléthylcétone et la méthyléthylcétone saturée en eau sont préférées.
Le procédé selon la présente invention peut comprendre une étape de filtration après celle de dissolution pour séparer les impuretés solides.
La température de l'étape de dissolution est de préférence comprise entre 15 et 40 0C. La température finale de la cristallisation est de préférence comprise entre -10 et 1O 0C. Selon une variante, le procédé peut comprendre, entre l'étape de prérefroidissement et celle de cristallisation, une étape dans laquelle on introduit dans le milieu pré-refroidi une quantité suffisante de cristaux de composé azoïque de même formule chimique que le composé azoïque utilisé dans l'étape de dissolution.
La granulométrie des cristaux introduits dans cette étape est de préférence comprise entre 5 et 300 μm, et avantageusement comprise entre 50 et 300 μm.
La quantité de cristaux introduits est de préférence comprise entre 0,1 et 15 % en poids de la quantité de composé azoïque de formule (I) dissous dans l'étape de dissolution et elle est avantageusement comprise entre 0,5 et 10 % en poids.
L'introduction de cristaux de composé azoïque avant l'étape de cristallisation permet de réduire, de préférence d'un facteur compris entre 5 et 10, la teneur en solvant résiduel dans les cristaux obtenus. Ainsi, des cristaux de formule (I) ayant une teneur en solvant inférieure à 0,3 % en poids et de préférence entre 0,02 et 0,07 % en poids peuvent être obtenus.
La granulométrie des cristaux obtenus est d'autant plus resserrée que la granulométrie des cristaux introduits juste avant l'étape de cristallisation est resserrée.
Selon une autre variante du procédé, la vitesse de pré-refroidissement et la vitesse de refroidissement de l'étape de cristallisation est comprise entre 0,05 et 10C / min et de préférence comprise entre 0,05 et 0,4° C / min.
Quelle que soit la variante, à l'issue de l'étape de cristallisation, les cristaux peuvent être lavés à l'eau et ensuite essorés et séchés.
Quelle que soit la variante, les cristaux de formule (I) obtenus après l'étape de cristallisation se présentent sous une forme massive et très compacte et ont une densité apparente supérieure à celle des cristaux obtenus par précipitation . Le procédé selon la présente invention convient tout particulièrement à la recristallisation et/ou purification du 2,2'-azobis (isobutyronitrile) (AZDN). PARTIE EXPERIMENTALE
• Exemple 1
On introduit 1333 g de méthyléthylcétone (MEK) saturée en eau dans un réacteur de 2 litres. Le réacteur est ensuite agité pendant 15 min à 300 tr/min puis on laisse décanter. On introduit alors 334 g d'AZDN dans le réacteur contenant le MEK et on agite à 500 tr/min. On porte le mélange résultant à 350C et on le maintient à 35°C pendant 30 min. Puis on arrête le chauffage et on refroidit le mélange de 350C à O0C en 175 min. Lorsque la température du milieu est de 280C, on introduit 33,4 g d'AZDN ayant une granulométrie moyenne de 50 μm.
La température du milieu est ensuite maintenue à 00C pendant 30 minutes. Puis on filtre la suspension résultante sur un filtre thermostaté à 00C. On pèse alors le filtrat obtenu et on lave le solide humide avec 307 g d'eau. Après lavage à l'eau, on sèche le solide à l'étuve sous vide et à température ambiante.
Enfin, on obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 150 μm avec un diamètre à 10% de la distribution de 80 μm et un diamètre à 90 % de 240 μm et contenant 0,04 % en poids de MEK (dosage effectué par RMN : Résonance Magnétique Nucléaire).
• Exemple 2
On opère comme décrit à l'exemple 1 à l'exception de l'introduction d'AZDN juste avant l'étape de cristallisation. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 540 μm avec un diamètre à 10% de la distribution de 230 μm et un diamètre à 90% de 904 μm et contenant 0,3 % en poids de MEK.
• Exemple 3
On opère comme décrit à l'exemple 1. La quantité d'AZDN introduite juste avant l'étape de cristallisation est de 6,7 g. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 210 μm avec un diamètre à 10% de la distribution de 125 μm et un diamètre à 90% de 315 μm et une teneur en MEK de 0,04 %.
• Exemple 4 On opère comme décrit à l'exemple 1 sauf que l'AZDN introduit juste avant l'étape de cristallisation a une granulométrie moyenne de 250 μm. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 450 μm et contenant 0,04 % en poids de MEK.
• Exemple 5
On opère comme décrit à l'exemple 2 sauf que la durée de pré-refroidissement et refroidissement est de 70 min au lieu de 175 min. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 450 μm.
• Exemple 6
On opère comme décrit à l'exemple 2 sauf que la durée de pré-refroidissement et refroidissement est de 45 min. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 170 μm.
• Exemple 7
On opère comme décrit à l'exemple 1 sauf que la quantité d'AZDN introduite juste avant l'étape de cristallisation est de 16,7 g. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 175 μm avec un diamètre à 10% de la distribution de 110 μm et un diamètre à 90 % de 250 μm et une teneur en MEK de 0,04%.
• Exemple 8
On opère comme décrit à l'exemple 1 sauf que la quantité de cristaux introduite juste avant l'étape de cristallisation est de 3,34 g. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 265 μm avec un diamètre à 10% de la distribution de 170 μm et un diamètre à 90 % de 390 μm et une teneur en MEK de 0,04 %.
• Exemple 9
On opère comme décrit à l'exemple 1 sauf que la quantité de cristaux introduite juste avant l'étape de cristallisation est de 0,17 g. On obtient des cristaux de granulométrie moyenne de 430 μm avec un diamètre à 10 % de la distribution de 270 μm et un diamètre à 90 % de 620 μm mais avec une teneur en MEK de 0,3 %.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé cle cristallisation et/ou purification de composé azoïque comprenant une étape de dissolution d'un composé azoïque de formule (I)
R R
R' C N = N C R'
CN CN
(I) dans laquelle R et R' pouvant être identiques ou différents, et représentant chacun :
- un groupe alkyle linéaire ou ramifié, de préférence un groupe C1-C6 alkyle, éventuellement substitué par un groupe hydroxy, alkoxy, carboxy ou par un atome d'halogène, ou
- un groupe cycloalkyle ayant de préférence de 3 à 6 atomes de carbone, éventuellement substitué par un groupe hydroxy, alkoxy, carboxy ou par un atome d'halogène, ou - un groupe aryle tel que phényle ou naphtyle, éventuellement substitué par un groupe hydroxy, alkyl, alkoxy, carboxy ou par un atome d'halogène, ou
- un groupe aralkyle, tel que benzyle, phénéthyle, éventuellement substitué par un ou plusieurs groupes alkyle, alkoxy, hydroxy, carboxy, ou par un ou plusieurs atomes d'halogène ; ou bien R et R' forment avec l'atome de carbone auquel il est (ou ils sont) reliée(s), un radical cycloalkyle, dans un solvant, suivie d'une étape de cristallisation.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend une étape de pré-refroidissement avant l'étape de cristallisation.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la vitesse de pré-refroidissement et la vitesse de refroidissement de l'étape de cristallisation est comprise entre 0,05 et 1 °C/min.
4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on introduit entre l'étape de pré-refroidissement et l'étape de cristallisation des cristaux de composé azoïque de granulométrie moyenne comprise entre 50 et 300 μm.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité de cristaux de composé azoïque introduite représente entre 0,1 et 15 %, de préférence entre 0,5 et 10 % en poids de composé azoïque dissous dans l'étape de dissolution.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la température de dissolution est comprise entre 15 et 40 0C.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la température finale de l'étape de cristallisation est comprise entre -10 et 100C.
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