BRPI0619392A2 - processo contìnuo para preparar um concentrado aquoso compreendendo água e um lìquido iÈnico tendo ativos iÈnicos - Google Patents
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Abstract
PROCESSO CONTìNUO PARA PREPARAR UM CONCENTRADO AQUOSO COMPREENDENDO áGUA E UM LìQUIDO IÈNICO TENDO ATIVOS IÈNICOS. A presente invenção refere-se a um processo para preparar líquidos lónicos que contêm ativos lónicos e que proporcionam benefícios no tratamento de tecidos, benefícios no tratamento de superfícies e/ou benefícios no tratamento de ar. O liquido iónico é produzido a partir de uma matéria-prima ativa lónica e uma matéria-prima de contraíon formadora de líquido iónico, que compreende, de preferência, outro ativo lónico.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO CONTÍNUO PARA PREPARAR UM CONCENTRADO AQUOSO COMPRE- ENDENDO ÁGUA E UM LÍQUIDO IÔNICO TENDO ATIVOS IÔNICOS".
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a processos para o preparo de líquidos iônicos contendo ativos iônicos, que fornecem benefícios no trata- mento de tecido, benefícios no tratamento de superfície e/ou benefícios no tratamento de ar. O líquido iônico é produzido a partir de uma matéria-prima ativa iônica e uma matéria-prima de contraíon formadora de líquido iônico, que compreende, de preferência, outro ativo iônico.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Nos últimos anos, líquidos iônicos têm sido extensivamente ava- liados como alternativas "verdes", ou amigáveis ao ambiente, aos solventes orgânicos convencionais para uma ampla gama de aplicações sintéticas or- gânicas. Os líquidos iônicos oferecem algumas características exclusivas que os distinguem dos solventes orgânicos convencionais, por exemplo, a ausência de pressão de vapor eficaz, uma ampla faixa líquida, alta polarida- de e alta densidade de carga, características hidrofóbicas ou hidrofílicas e propriedades de solvatação exclusivas.
Adicionalmente, os líquidos iônicos têm se mostrado eficazes em aplicações nas quais a química baseada em água pode ser problemática (por exemplo, aplicações envolvendo transferência de prótons ou nucleofili- cidade), ou em aplicações nas quais a química de coordenação poderia ter um efeito danoso sobre os substratos envolvidos.
Recentemente, os líquidos iônicos e os coquetéis de líquidos iônicos encontraram aplicações em produtos destinados ao consumidor (como formulações para cuidados com a casa, tratamento do ar, limpeza de superfícies, lavanderia e tratamento de tecidos) e produtos industriais. Pro- dutos iônicos para o consumidor dotados de líquidos iônicos exemplificado- res são descritos em US 2004/0077519A1. Além disso, as composições do- tadas de líquidos iônicos compostos de um ativo iônico e um contraíon for- mador de líquido iônico são descritas no Pedido de Patente n° de série US 60/624.128.
Alguns ingredientes usados em produtos destinados ao consu- midor são fornecidos pelos fabricantes em forma altamente concentrada. Em alguns casos, o ingrediente ativo representa até 70 a 90% em peso do con- centrado. Os concentrados podem utilizar solventes orgânicos, como isopro- panol ou etanol e, às vezes, uma quantidade menor (até 10%) de água e/ou tensoativos pode ser usada. No processo de preparo de produtos destinados ao consumidor, os concentrados ativos são diluídos em água e, opcional- mente, em álcoois. Os produtos resultantes são distribuídos aos varejistas e/ou aos consumidores. As características de dispersibilidade e viscosidade destes concentrados ativos podem apresentar sérios problemas aos proces- sadores. Os materiais ativos de tensoativo estão disponíveis como disper- sões aquosas apenas em concentrações relativamente baixas. Geralmente, não é possível preparar tais dispersões aquosas com mais que cerca de 30% dos materiais ativos sem encontrar problemas intratáveis de viscosida- de do produto e estabilidade em armazenagem. Tais problemas se manifes- tam em produtos com fases separadas e/ou em produtos não-derramáveis, como características de dispersão inadequada e/ou de dissolução insatisfa- tória sob condições normais de uso.
É desejável tirar proveito das várias características exclusivas dos líquidos iônicos para resolver esses problemas.
Convencionalmente, os líquidos iônicos são preparados por meio da mistura das matérias- primas em solventes clorados, como cloreto de metileno ou tetracloreto de carbono. Para recuperar o líquido iônico, apli- ca-se vácuo para evaporar os solventes clorados. Não é prático usar este processo convencional para produção industrial por várias razões. A evapo- ração a vácuo é lenta e consome muita energia. Medidas especiais precisam ser empregadas para atender aos requisitos de normalização para manusear estes solventes. É difícil remover, do líquido iônico, os traços finais dos sol- ventes clorados, o que torna os líquidos iônicos resultantes inadequados para muitas aplicações de produtos destinados ao consumidor.
Portanto, é desejável ter um processo por lote, ou, de preferên- cia, contínuo, para preparar os ativos dos concentrados de líquido iônico em um veículo aquoso. É desejável, também, que o processo contínuo prepare concentrados aquosos com altos teores do princípio ativo. Especificamente, é desejável ter ativos dos concentrados de líquido iônico aquoso com visco- sidade e dispersibilidade adequadas para que os concentrados possam ser facilmente processados em produtos destinados ao consumidor. Adicional- mente, é desejável que os ativos dos concentrados de líquido iônico tenham estabilidade de fase ou de dispersão adequadas para transporte e armaze- namento.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Em um de seus vários aspectos, a presente invenção refere-se a um processo contínuo para preparar um ativo de líquido iônico. Em um e- xemplo da invenção, o processo compreende as etapas de:
introduzir um primeiro reagente que compreende um oxido de amina orgânica e um segundo reagente que compreende um sulfato orgâni- co ou sulfonato orgânico na zona de reação de um reator;
introduzir uma quantidade suficiente de um ácido prótico na zona de reação para que a mistura de reação resultante tenha um pH menor que cerca de 5;
circular os reagentes e o ácido prótico na zona de reação em uma taxa de circulação suficiente para fornecer uma mistura íntima do pri- meiro e do segundo reagentes e o ácido prótico para produzir um fluxo de produto que compreende o dito líquido iônico
remover da zona de reação o dito fluxo de produto que compre- ende um líquido iônico de cátion óxido de amina e sulfato orgânico ou ânion sulfonato orgânico e transferir o fluxo de produto para um separador, contro- lando a introdução do primeiro e do segundo reagentes na zona de reação e a remoção do fluxo de produto da zona de reação de modo que o tempo de permanência da mistura de reação na zona de reação seja suficiente para produzir o líquido iônico;
permitir que o fluxo de produto se separe em uma fase superior e uma fase inferior no dito separador; e recuperar um produto que compreende o líquido iônico, tipica- mente como a fase superior no dito separador.
Em um outro aspecto da invenção, o mesmo processo pode ser empregado para preparar concentrados ativos de líquido iônico utilizando betaína e um sulfato orgânico ou um sulfonato orgânico como as matérias- primas, sendo que a etapa de protonação que emprega um ácido pode ser opcional.
Outros aspectos da invenção, como a fabricação dos líquidos iônicos concentrados baseados em tensoativo supramencionada, sem a uti- lização de solventes halogenados, bem como um novo método para fazer negócios que é proporcionado pela presente invenção, também são apre- sentados mais adiante neste documento.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
O termo "produto destinado ao consumidor", para uso na presen- te invenção, refere-se a um material que é utilizado por um usuário (isto é, um consumidor) em sua própria pessoa ou em torno da mesma, em uma casa (como superfícies de cozinha, superfícies de banheiro, tapetes, pisos, janelas, espelhos e balcões), em um carro (como interiores de automóveis, exteriores de automóveis, superfícies metálicas e pára-brisas), e em outros artigos (como louças, tecidos, panelas, utensílios, utensílios de mesa e co- pos) e o ar que circunda o usuário. O termo "composição de produto desti- nado ao consumidor" pode também incluir materiais utilizados por usuários institucionais (como hotéis, restaurantes, escritórios) ou por provedores de serviços (como tinturarias comerciais e serviços de zeladoria). Os produtos destinados ao consumidor, no presente contexto, podem abranger qualquer produto que contenha um tensoativo.
O termo "produto de uso industrial", para uso na presente inven- ção, refere-se a um material que é utilizado em um processo em escala co- mercial de fabricação de um artigo. Alguns exemplos não-limitadores inclu- em composições de desengorduramento de artigos como artigos metálicos; e composições para tratamento de produtos têxteis para processamento e/ou acabamento de produtos têxteis nos artigos de tecido, como peças de vestuário, artigos fabris de tapeçaria. Os produtos industriais, no presente contexto, podem abranger qualquer tal produto que contenha um tensoativo.
O termo "tratamento", para uso na presente invenção, refere-se a uma composição ou um processo para limpeza, renovação ou manutenção da superfície-alvo ou do ar. Por exemplo, "renovação" inclui os processos de remover a aparência amarrotada ou gasta de um artigo de tecido, ou conferir um odor agradável a um artigo de tecido, ao ar ou a uma superfície macia ou uma superfície dura. A limpeza também abrange cuidados pessoais como banho, lavagem dos cabelos e similares.
"Superfície", "superfície-alvo" ou "superfície tratada" para uso na presente invenção, refere-se a uma superfície inanimada, não-biológica, bem como superfícies biológicas como pele e pêlos. Alguns exemplos não- limitadores de tais superfícies são encontrados em superfícies macias como tecidos, artigos de tecido, produtos têxteis, fibras; e superfícies duras como louças, panelas, utensílios, copos, balcões, superfícies da cozinha, superfí- cies de banheiro, pisos, janelas, interior e exterior de carros, metal e combi- nações dos mesmos.
Para uso na presente invenção, o termo "ativo iônico" significa a forma tônica (catiônica ou aniônica) de um ativo capaz de proporcionar bene- fícios, por exemplo, benefício no tratamento de tecido, benefício no trata- mento de superfície e/ou benefício no tratamento de ar, a um substrato-alvo. O ativo iônico mantém a capacidade de proporcionar tais benefícios. Para uso na presente invenção, os termos "ativo" e "agente de benefício" são in- tercambiáveis.
Para uso na presente invenção o termo "ativo de líquido iônico" significa um líquido iônico composto de ao menos um ativo iônico e ao me- nos um contraíon formador de líquido iônico.
O termo "líquido iônico" para uso na presente invenção, refere- se a um sal que tem uma temperatura de fusão de cerca de 100°C ou me- nos, ou, em uma modalidade alternativa, tem uma temperatura de fusão de cerca de 60°C ou menos, ou, ainda em outra modalidade alternativa, tem uma temperatura de fusão de cerca de 40°C ou menos. Em outras modali- dades, os líquidos iônicos não apresentam ponto de fusão discernível (base- ado na análise de DSC), porém são "fluxíveis" a uma temperatura de cerca de 100°C ou abaixo, ou, em outra modalidade, são "fluxíveis" a uma tempe- ratura de cerca de 20 a cerca de 80°C, isto é, as temperaturas de lavagem do tecido típico ou de prato. Para uso na presente invenção, o termo "fluível" significa que o líquido iônico tem uma viscosidade menor que cerca de 10.000 mPa.s nas temperaturas conforme especificado acima. Em um con- texto de fabricação, os líquidos iônicos são bombeáveis.
Deve-se compreender que os termos "líquido iônico", "composto iônico" e "IL" abrangem líquidos iônicos, compósitos de líquido iônico e mis- turas (ou coquetéis) de líquidos iônicos. O líquido iônico pode compreender um componente IL aniônico e um componente IL catiônico. Quando o líquido iônico está em sua forma líquida, esses componentes podem ser livremente associados uns aos outros (isto é, desorganizados). Para uso na presente invenção, o termo "coquetel de líquidos iônicos" refere-se a uma mistura de dois ou mais, de preferência ao menos três, componentes IL diferentes e carregados, sendo que ao menos um componente IL é catiônico e ao menos um componente IL é aniônico. Assim, a combinação de três componentes IL catiônicos e aniônicos em um coquetel resultaria em ao menos dois líquidos iônicos diferentes. Os coquetéis de líquidos iônicos podem ser preparados misturando-se líquidos iônicos individuais com diferentes componentes LI, ou preparando-se os mesmos por meio de química combinatória. Tais com- binações e sua preparação são discutidas em mais detalhes em US 2004/0077519A1 e US 2004/0097755A1. Para uso na presente invenção, o termo "compósito de líquido iônico" refere-se a uma mistura de um sal (que pode ser sólido à temperatura ambiente) com um doador de próton Z (que pode ser um líquido ou um sólido) conforme descrito nos documentos imedi- atamente acima. Após a mistura, esses componentes tornam-se líquidos a cerca de 100°C ou menos, e a mistura se comporta como um líquido iônico.
O ativo iônico que forma o ativo de líquido iônico é qualquer por- ção iônica que fornece o benefício de tratamento desejado a um objeto-alvo ou uma superfície-alvo. Por exemplo, dentro do presente contexto, tratamen- to de tecido refere-se geralmente à limpeza, renovação e/ou tratamento de qualquer material ou produto têxtil, inclusive, mas não se limitando a, fibras soltas ou livres, fios (inclusive filamentos), produtos têxteis tecidos, produtos têxteis não-tecidos, produtos têxteis, artigos de malha, e similares. Os arti- gos de tecido incluem, mas não se limitam a, peças de vestuário, componen- tes usados na fabricação de peças de vestuário, tapetes, estofados e simila- res. Adicionalmente, tais tecidos podem ser formados de qualquer material natural, artificial ou sintético ou uma combinação dos mesmos. Tratamento de superfície refere-se geralmente à limpeza, renovação e/ou tratamento de qualquer material de superfície sólida não-tecido, inclusive, mas não se limi- tando a, pratos, utensílios e outros itens destinados para contato com ali- mentos e superfícies duras, por exemplo, pisos, balcões, eletrodomésticos, pias, potes, vasos sanitários, Iadrilhos e similares bem como higiene pesso- al. O tratamento do ar refere-se à limpeza e/ou renovação de ar ambiente, tipicamente em uma área fechada.
Exemplos de ativos iônicos adequados incluem, mas não se limi- tam à forma iônica de tensoativos, alvejantes, ativadores de aivejamento, builders, agentes microbicidas, amaciantes, corantes, fixadores de pigmento, alvejantes ópticos, conforme descrito no Pedido de Patente N° serial US 60/624.128.
O ativo iônico pode ser aniônico ou catiônico, como necessário para o benefício desejado, e é tipicamente derivado de um sal ou ácido de um agente de benefício conhecido. Por exemplo, se um agente de benefício convencional em forma de sal estiver com a seguinte fórmula X+Y" e o ânion Y fornecer o tecido, superfície ou atividade de tratamento de ar desejada, então, a forma aniônica do agente de benefício é empregada no ativo de líquido iônico. Exemplos de ativos aniônicos adequados incluem, mas não se limitam a, builder à base fostato aniônico, tensoativos detersivos de sulfona- to e sulfato de alquila linear ou ramificada aniônicos, tensoativos detersivos de sulfonato e sulfato alquilado e alcoxilado linear ou ramificado aniônicos, perborato aniônico, percarbonato e alvejantes de perácido e similares. Alter- nativamente, se o cátion X+ do agente de benefício convencional na forma de sal da fórmula X+Y fornecer o tecido, superfície ou atividade de tratamen- to de ar desejada, então, a forma catiônica do agente de benefício é empre- gada no ativo de líquido iônico. Exemplos de ativos catiônicos adequados incluem, mas não se limitam a, agentes microbicidas de amônio quaternário catiônico, amaciantes de tecido de amônio quaternário catiônico, tensoativos de amônio quaternário catiônico e similares. Exemplos de ativos zwiteriôni- cos adequados incluem, mas não se limitam a, tensoativos de oxido de ami- na e tensoativos à base de betaína.
Adicionalmente, um agente de benefício não-iônico ou zwiteriô- nico convencional pode ser convertido em um ativo iônico através de funcio- nalização iônica com um grupo funcional catiônico (como um grupo alquil trimetil amônio) ou um grupo funcional aniônico (como um grupo sulfato).
Alternativamente, um agente de benefício zwiteriônico pode ser ionizado por alterações de pH nas composições a abaixo do pKa do ativo zwiteriônico, resultando em uma forma catiônica do agente de benefício.
Os Ativos lônicos
Os ativos de íon catiônico podem ser derivados dos seguintes reagentes:
(a) tensoativos detersivo de oxido de amina, inclusive sem Iimi- tação aqueles tendo a fórmula:
<formula>formula see original document page 9</formula>
em que R3 é um grupo C8-22 alquila, C8-22 hidróxi alquila, C8-22 alquil fenila e misturas dos mesmos; R4 é um grupo C2-3 alquileno ou C2-3 hidróxi alquileno ou mistruas dos mesmos; χ é de O a cerca de 3; e cada R5 é, independente- mente, um grupo C1-3 alquila ou C1-3 grupo hidróxi alquila ou um grupo óxido de polietileno que contém uma média de cerca de 1 a cerca de 3 grupos óxi- do de etileno; ou os grupos R5 podem ser ligados uns aos outros, através de um átomo de oxigênio ou nitrogênio, para formar uma estrutura em anel. e
(b) tensoativos detersivos de betaína, inclusive sem limitação aqueles tendo a fórmula:
R-N(+)(R1)2-R2COO(-)
em que R é selecionado do grupo consistindo em C10 a C22 alquila, C10 a C22 alquil arila e C10 a C22 arilalquila, sendo que todos estes são opcio- nalmente interrompidos por ligações de amido ou éter; cada R1 é um grupo alquila C1 a C3; e R2 é um grupo alquileno C1 a C6.
Em uma modalidade do processo da presente invenção, os rea- gentes de oxido de amina são protonados para formar os ativos tônicos cati- ônicos no ativo de líquido iônico resultante. O ativo de íon catiônico resultan- te tem a fórmula:
<formula>formula see original document page 10</formula>
em que R3, R4 e R5 são conforme descrito acima.
Em outra modalidade, as betaínas podem ser usadas como os reagentes para formar o ativo de íon catiônico no ativo de líquido iônico re- sultante. O ativo iônico* catiônico resultante (forma pronada) tem a fórmula:
R-N(+)(R1)2-R2COOH
em que R, R1 e R2 são conforme descrito acima.
No processo da presente invenção, o(s) seguinte(s) sulfato ou sulfonatos orgânico(s) consistem em reagentes tipo tensoativo exemplifica- dores, que podem ser pareados com os reagentes de óxido de amina ou betaina acima para formar o ativo de líquido iônico.
(1) sulfatos de alquila (AS), sulfatos de alcóxi e sulfatos de alcóxi alquila, em que alquila ou alcóxi é linear, ramificado ou mistruas dos mes- mos; além disso, a fixação do grupo sulfato à cadeia de alquila pode ser terminal sobre a cadeia de alquila (AS), interna sobre a cadeia de alquila (SAS), isto é, secundária, ou misturas das mesmas: alguns exemplos não- Iimitadores incluem sulfatos de alquila lineares C10-C20 que têm a fórmula:
CH3(CH2)xCH2-OSO3M+,
em que x é um número inteiro igual a ao menos 8, de preferência ao menos cerca de 10; e M+pode ser H ou metal alcalino ou cátions de metal alcalino- terroso. Por exemplo, os reagentes podem compreender Na+, K+, Mg++, e similares; ou sulfatos de alquila secundária lineares Ci0-C2oque têm a fórmu- la:
OSO3-M+ | CH3(CH2)x(CH)(CH2)yCH3
em que χ + y é um número inteiro igual a ao menos 7, de preferência ao me- nos cerca de 9; χ ou y pode ser 0; e M+ é H ou metal alcalino ou cátions de metal alcalino-terroso. Os reagentes podem compreender H+, Na+, K+, Mg++, e similares; ou alquil etóxi sulfatos secundários C10 a C20 que têm a fórmula:
O(CH2CH2O)zSO3M+ | CH3(CH2)x(CH)(CH2)yCH3 em que χ + y é um número inteiro igual a ao menos 7, de preferência ao me- nos cerca de 9; χ ou y pode ser 0; ζ é de cerca de 1,2 (em média.) a cerca de 30; e M+ é H ou um metal alcalino ou cátion de metal alcalino-terroso. Por exemplo, os sais de betaína podem compreender Na+, K+, Mg++, e simila- res; alguns exemplos não-limitadores de sulfatos de alcóxi incluem derivados sulfatados de copolímeros alcóxi comercialmente disponíveis, como Pluro- nics® (de BASF);
(2) mono e diésteres de sulfossuccinatos: alguns exemplos não- limitadores incluem sulfossuccinatos de monoéster saturados e insaturados C12-18, como sulfossuccinato de Iaurila disponível como Mackanate LO-100® (de The Mclntyre Group); sulfossuccinatos de diéster saturados e insatura- dos Cq - C12, como sulfossuccinato de éster dioctílico disponível como Aero- sol OT® (de Cytec Industires, Inc.);
(3) sulfonatos de alquilarila, sendo que alguns exemplos não- limitadores destes incluem tosilato, sulfonatos de alquilarila que têm alquilas lineares ou ramificadas, saturadas ou insaturadas C8-C14; alquil benzeno sulfonatos (LAS) como C11-C18 alquil benzeno sulfonatos; e benzeno sulfo- natos;
(4) sulfonatos de éter alquil glicerol que têm 8 a 22 átomos de carbono na porção alquila;
(5) sulfatos de cadeia média ramificada (HSAS)1 sulfonatos de alquilarila de cadeia média ramificada (MLAS) e sulfatos de polióxi alquileno alquila de cadeia média ramificada; alguns exemplos não-limitadores de MLAS são descritos em US 6.596.680; US 6.593.285; e US 6.202.303;
(6) óleos sulfatados e sulfonatados e ácidos graxos, lineares ou ramificados, como aqueles sulfatos ou sulfonatos derivados de sabão de óleo de coco de potássio disponível como Norfox 1101® de Norman, Fox & Co. e oleato de potássio de Chemron Corp., bem como sulfonatos de parafi- na;
(7) sulfonatos de éster de ácido graxo que têm a seguinte fórmu- la:
Ri-CH(SO3-)CO2R2
em que R1 é alquila linear ou ramificada C8 a C18 e R2 é alquila linear ou ra- mificada C1 a C6.
Os sulfatos e sulfonatos orgânicos são preferenciais para uso na presente invenção.
O processo
A presente invenção abrange, mas não se limita a, um processo contínuo para preparar um ativo de líquido iônico. O processo é descrito em detalhe a título de referência a uma modalidade específica do processo con- tínuo, sendo que o ativo de líquido iônico é composto de óxido de amina e sulfato de alquila. Entretanto, deve ser entendido que o processo pode ser usado para preparar outros ativos de líquido iônico compostos de qualquer combinação daqueles ativos iônicos descritos acima.
Além disso, o processo contínuo exemplificado da presente in- venção pode ser usado para preparar outros ativos de líquido iônico com- postos de, por exemplo, um amaciante de tecidos catiônico, um microbicida catiônico, ou um tensoativo catiônico com um ativador de alvejamento aniô- nico ou um tensoativo aniônico. Em uma modalidade, o ativo de líquido iôni- co é composto de cátions de amônio quaternário e ânions sulfonato de alqui- la. Naturalmente, o processo para preparar parte do ativo de líquido iônico pode não requerer a etapa de protonação.
Uma modalidade genérica deste aspecto da presente invenção inclui as etapas de alimentar continuamente um oxido de amina e um sulfato de alquila em uma zona de reação onde ocorre a mistura íntima dos reagen- tes. O reator pode ser um reator com tanque de agitação, um reator de fluxo fechado com misturadores estáticos ou um reator de alça de recirculação. Um doador de próton, como ácido sulfúrico, pode ser diretamente alimenta- do na zona de reação para protonar o oxido de amina, produzindo, assim, o ativo de líquido iônico. Um fluxo de produto que contém o ativo de líquido iônico é removido da zona de reação e alimentado em um separador de fa- se. O ativo de líquido iônico pode ser facilmente recuperado da camada su- perior do separador de fase.
Uma vez que as condições de regime permanente são estabele- cidas no reator, a taxa de introdução dos reagente (oxido de amina e sulfato de alquila) na zona de reação é controlada para ser aproximadamente igual à taxa de remoção do fluxo de produto da zona de reação de modo que o tempo de permanência da mistura de reação e/ou dos reagentes na zona de reação seja mantido constante. Outras variáveis na zona de reação, como taxa de temperatura, agitação e circulação, também são, de preferência, mantidas constantes.
Nesta modalidade, para obter o ativo de líquido iônico desejado através do processo contínuo da presente invenção, oxido de amina e sulfa- to de alquila são introduzidos no reator contínuo em uma razão molar para satisfazer a estoiquiometria, tipicamente uma razão molar entre cerca de 1:1, ou cerca de 0,9:1, ou de cerca de 1,2:1. As matérias-primas de oxido de a- mina e sulfato de alquila podem estar sob a forma de concentrados aquosos. Uma matéria-prima de óxido de amina típica pode ser um concentrado a- quoso bombeável, com cerca de 20 a cerca de 40 %, em peso, de óxido de amina. Em uma modalidade da presente invenção, a matéria-prima contém cerca de 30 %, em peso, de óxido de amina tipo tensoativo (por exemplo, C10-C20 óxido de dimetilamina) em água e tem uma viscosidade de cerca de 150 mPa.s (150 centipoises). Os concentrados de óxido de amina exemplifi- cadores estão disponíveis comercialmente junto à Stepan Lonza ou Kao, sob o nome comercial de Ammonyx®, Barlox® e Amphitol®. Uma matéria-prima de sulfato de alquila típica pode ser um concentrado aquoso que tem cerca de 20 a 70 %, em peso, de preferência cerca de 30 a 60 %, em peso, de sul- fato de alquila. Em uma modalidade da presente invenção, a matéria-prima contém cerca de 50 a 70 %, em peso, de sulfato de alquila em água e tem uma viscosidade maior que cerca de 500 mPa.s (500 centipoises). Os con- centrados de sulfato de alquila exemplificadores são disponíveis comercial- mente junto à Stepan ou Kao sob o nome comercial de Stepanol® ou E- mal®. Em adição a água, as matérias-primas podem conter, também, sol- ventes auxiliares, como metanol, etanol e outros álcoois inferiores (C3-C6) e tais solventes (de preferência não-halogenados) podem ser empregados para reduzir a viscosidade do sistema.
Um doador de próton é, também, introduzido na mistura de rea- ção para protonar o oxido de amina, por meio disso converte-se o mesmo no cátion de oxido de amina. Os doadores de próton exemplificadores são áci- dos práticos, incluindo, mas não se limitando a, ácido sulfúrico, ácidos base- ados em halogênio (como HF, HCI, HBr, HI, HCIO4), ácido nítrico, ácido fos- fórico, ácido trifloroacético ou ácido p-toluenossulfônico (PTSA). A quantida- de de doador de próton na mistura de reação deveria ser suficiente para manter a mistura de reação em um pH menor que cerca de 5, de preferência de cerca de 3 a cerca de 5, e, com mais preferência, de cerca de 3,5 a cerca de 4.
O reator contínuo, especialmente a zona de reação, é mantida acima da temperatura ambiente, de preferência em uma temperatura de cer- ca de 40°C a cerca de 99°C, ou de cerca de 50°C a cerca de 85°C, de modo que o líquido iônico esteja em sua forma líquida. O óxido de amina em maté- rias-primas de sulfato de alquila pode ser aquecido acima da temperatura ambiente, de preferência a uma temperatura de cerca de 50°C a cerca de 70°C ou uma temperatura igual à temperatura de reator. O preaquecimento das matérias-primas reduz suas viscosidades para facilitar a transferência na zona de reação e minimizar a queda de temperatura na zona de reação. O preaquecimento de matérias-primas e aquecimento do reator pode ser feito através de qualquer meio conhecido, por exemplo, através de um trocador de calor.
Para obter resultados desejados da invenção de maneira ótima, a configuração do reator, as propriedades (como viscosidade) da mistura de reação e a taxa de fluxo volumétrico pode ser tal que o fluxo turbulento é mantido na zona de reação. Em uma modalidade, o sistema de reator opera em um número de Reynolds de cerca de 10.000. Em outras modalidades, o sistema de reator opera em um número de Reynolds de ao menos cerca de 2000, de preferência de cerca de 5000 a cerca de 50.000, na zona de rea- ção.
Em uma modalidade, o tempo de permanência (simplesmente medido como entrada versus saída ao longo do tempo, em regime perma- nente) da mistura de reação no reator é de cerca de 5 segundos a cerca de 10 horas ou de cerca de 0,1 minuto a cerca de 30 minutos. Em outra modali- dade, o tempo de permanência da mistura de reação no reator é de cerca de 30 segundos a cerca de 15 minutos. O tempo de permanência também pode ser determinado pelo tempo necessário para um marcador (por exemplo, bastão de corante ou traçador radioativo) passar através do reator.
Será avaliado que parâmetros operacionais similares podem ser usados em processos por lote dentro do escopo da presente invenção, como apresentado mais adiante neste documento.
Para recuperar o ativo de líquido iônico resultante do fluxo de reação, o fluxo de reação é removido do reator contínuo e alimentado em um separador de fase. Permite-se que o fluxo de reação se separe através da tensão interfacial e/ou gravidade. Em uma disposição típica, o fluxo de rea- ção é alimentado no separador próximo ao ponto médio do mesmo e o sepa- rador é dotado de dois tubos de descarga. O primeiro tubo de descarga se une ao separador em um local adjacente ou na parte superior do separador. O segundo tubo de descarga está conectado a um local no ou próximo ao fundo do separador e se estende para cima ao longo da parte externa do separador para manter a altura da camada inferior no separador em um nível desejado logo abaixo do local onde o separador e o primeiro tubo de des- carga se encontram. Os ativos de líquido iônico se concentram em uma ca- mada separada superior sobre o topo da camada aquosa inferior e a cama- da superior é removida do separador de fase através de um tubo de descar- ga em um tanque de armazenamento. A camada superior do separador po- de conter água e solvente auxiliar bem como o ativo de líquido iônico. Em uma modalidade, a camada superior recuperada contém de cerca de 50 a cerca de 100%, em peso, ou de cerca de 60 a cerca de 90%, em peso, de ativos de líquido iônico. Em outra modalidade, a camada superior recupera- da compreende de cerca de 0 a cerca de 35%, em peso, de água ou de cer- ca de 10 a cerca de 25%, em peso, de água. Em outra modalidade, a cama- da superior recuperada compreende de cerca de 0 a cerca de 15%, em pe- so, ou de cerca de 5 a cerca de 12%, em peso, de álcool, por exemplo, me- tanol e/ou etanol
Os ativos de líquido iônico representativos são produzidos atra- vés deste processo contínuo e recuperados como a camada superior do se- parador ou reator por lote. Estes têm as propriedades aproximadas conforme mostrado abaixo.
<table>table see original document page 16</column></row><table>
O ativo IL (A) é composto de oxido de dodecil dimetil amina e sulfato Isalchem 123®, que é derivado de álcool Isalchem 123® (disponível junto à Sasol Chemical Industries, Ltd., Johannesburg, África do Sul) através de processos de sulfatação conhecidos na técnica.
O ativo IL (B) é composto de oxido de dodecil dimetil amina e sulfato Lial 123®, que é derivado de álcool Lial 123® (disponível junto à Sa- sol Chemical Industires, Ltd., Johannesburg, África do Sul) através de pro- cessos de sulfatação conhecidos na técnica.
1. Todas as medidas são realizadas em um sistema de DSC de Perkin Elmer Pyris 1. As amostras são aquecidas da temperatura ambiente até 75 C a 10 °C por minuto, resfriadas a -50 °C a 5 °C por minuto; manti- das a -50°C durante 60 minutos, então aquecidas a 75 °C a 10 °C por minu- to. O final da transição de primeira ordem no segundo traço de aquecimento é relatado como a "temperatura de fusão completa". O início da transição de primeira ordem no traço de resfriamento é relatado como a "temperatura de início de solidificação".
<table>table see original document page 17</column></row><table>
2. Todas as medidas são realizadas em um viscosímetro de co- ne e placa de TA Instruments AR 1000. Um 2o cone de aço inoxidável angu- lado com diâmetro de 40 mm é usado. Todos os experimentos são executa- dos sob as condições: uma taxa de elevação de temperatura de 5 °C/min e uma tensão de cisalhamento constante de 5 Pa. A viscosidade da amostra é relatada de 30 a 80 °C.
3. ND indica que a amostra estava muito viscosa para obter da- dos sob as condições de teste.
Os ativos dos concentrados de líquido iônico preparados pelo processo contínuo da presente invenção fornecem um teor de ativo maior do que os concentrados de ativo aquoso atualmente disponíveis junto aos for- necedores. Ademais, estes ativos dos concentrados de líquido iônico têm um perfil de viscosidade desejado de modo que estes possam ser facilmente formulados em produtos destinados ao consumidor que empregam equipa- mento de processamento padrão de modo que seja desnecessário utilizar bombas de alta temperatura ou alta pressão. Adicionalmente, estes ativos dos concentrados de líquido iônico apresentam estabilidade de fase sob condições de armazenamento e transporte típicas.
Embora a descrição anteriormente mencionada descreve um processo contínuo preferencial para a fabricação dos líquidos iônicos con- centrados, baseados em tensoativo da presente invenção, deve ser entendi- do que o processo da presente invenção também pode ser conduzido por lote.
De fato, quando considerada em seu aspecto mais amplo, uma característica importante do presente processo é que este pode ser conduzi- do na ausência de hidrocarbonetos halogenados, como aqueles tipicamente usados na fabricação de composições de líquido iônico. Conforme será fa- cilmente avaliado pelo versado na técnica, ao evitar a necessidade de se utilizar e recuperar hidrocarbonetos halogenados em um processo de fabri- cação de grande escala simplifica-se bastante o projeto de e a operação.
Dessa forma, a presente invenção abrange também:
um processo para preparar um líquido iônico que compreende:
a.) preparar uma mistura de reação através da misturação de óxido de amina protonado, betaína protonada ou mistruas dos mesmos com um sulfato orgânico ou um sulfonato orgânico ou misturas dos mesmos, na presença de água ou de água-álcool, porém na ausência de solventes de hidrocarboneto halogenado, durante um tempo suficiente para permitir a formação do líquido iônico;
b.) interromper a misturação para permitir que a mistura de rea- ção se separe em uma fase superior e uma fase inferior; e
c.) reter a fase superior que compreende o dito líquido iônico.
As várias condições de reação observadas acima também po- dem ser usadas neste processo mais geral fornecido pela a presente inven- ção.
Além disso, deve ser entendido que a produção de fluidos iôni- cos baseados em tensoativo descrita na presente invenção proporciona no- vas oportunidades de se reduzir o custo do fabricante de produtos que con- têm um ou mais componentes tensoativos. Em princípio, um fabricante de produtos dotados de tensoativo para distribuição em regiões amplamente espalhadas, até mesmo globais, poderia preferir obter a matéria-prima de tensoativo de algum local ou locais de suprimento mais ou menos centralizados e, então, usar a matéria-prima de tensoativo para formular o produto acabado para distribuição e venda local. Esta fornecimento centralizado poderia também permitir que o produto acabado localmente formulado seja ajustado às necessidades, hábitos e prá- ticas locais. Por exemplo, a formulação de detergentes de lavanderia em regiões com água dura pode exigir ingredientes auxiliares diferentes daque- les formulados em regiões com água mole, mesmo que a natureza dos pró- prios tensoativos possa ser a mesma em ambas as instâncias. Com o uso de tal sistema de "suprimento central - formulação local", as necessidades localizadas poderiam ser satisfeitas de forma simples e econômica.
O problema com este plano de abordagem é que os tensoativos apresentam com freqüência um comportamento de fase complexo, de modo que estes precisam ser fornecidos na forma de composições relativamente diluídas. Como resultado, grande parte dos custos de transporte se deve à presença de água na matéria-prima de tensoativo.
Especialmente em relação aos tensoativos de oxido de amina, a remoção de água de matérias-primas de tensoativo não é um problema trivi- al. Devido ao comportamento de fase, mesmo as "pastas" de tensoativo a- quoso mais concentradas compreendiam, até o momento, apenas cerca 30% a 40%, em peso, de tensoativo (com o restante formado principalmente por água) para permanecerem bombeáveis nas instalações de fabricação. Vários solventes podem ser adicionados para diminuir a viscosidade de con- centrados, mas com uma custo adicionado. De fato, em concentrações mai- ores que cerca de 40%, em peso, em água, os sistemas de tensoativo de óxido de amina/água são essencialmente intratáveis sob condições normais de operação em fábrica. Além do mais, tentativas de reduzir a viscosidade de pastas de óxido de amina/água concentradas por aquecimento são desa- conselháveis, uma vez que o óxido de amina pode começar a se decompor em temperaturas tão baixas quanto 100°C. Conforme pode ser observado a partir das descrições aqui con- tidas, a presente invenção fornece matérias-primas de tensoatívo mais alta- mente concentradas (por exemplo, tão baixas quanto 10% a 30% de água, em peso), mais ainda bombeáveis, que oferecem a oportunidade de se obter reduções consideráveis de custos de transporte. Conseqüentemente, o pla- no de negócios supramencionado se torna agora viável. A invenção no pre- sente documento abrange também:
Um método para obter reduções de custo na fabricação de pro- dutos que compreendem um ou mais componentes tensoativos, sendo que o dito método compreende:
a.) estabelecer ao menos um local de suprimento para converter os ditos um ou mais componentes tensoativos em um líquido iônico baseado em tensoativo;
b.) estabelecer um ou mais locais receptores distantes do dito local de suprimento para receber lotes do dito líquido iônico do dito local de suprimento;
c.) transportar o dito líquido iônico de um local de suprimento para os ditos um ou mais locais receptores; e
d.) empregar o dito líquido iônico nos ditos um ou mais locais receptores para a fabricação os ditos produtos.
O líquido iônico dos Exemplos 1 a 5 é novamente enfocado. Conforme observado nas tabelas acima, os líquidos tônicos preparados a partir de óxido de dodecil dimetil amina e álcool sulfatado Isalchem 123® têm surpreendentemente um perfil de viscosidade preferencial sobre os Ii- quidos iônicos preparados a partir de álcool sulfatado Lial 123®.
Sem se ater à teoria, acredita-se na hipótese de que esta melho- ria no perfil de viscosidade pode se dever ao fato de que o Lial 123® é pro- duzido a partir de uma matéria-prima que compreende apenas cerca de 45%, em peso, de álcoois secundários, enquanto que a matéria-prima de álcool Isalchem 123® compreende cerca de 95%, em peso, de álcool secun- dário. Naturalmente, isto resulta em 45% versus 95%, em peso, de sulfatos de alquila secundários, respectivamente. Conseqüentemente, a presente invenção abrange também, co- mo uma modalidade preferencial, líquidos iônicos que compreendem uma porção de oxido de amina orgânica (especialmente C12-C14 oxido de dimeti- lamina) em combinação com uma porção de álcool sulfatado derivada de um álcool secundário e que compreende mais de 45%, de preferência cerca de 50% a cerca de 100%, com a máxima preferência, ao menos cerca de 95%, em peso, de álcool secundário sulfatado (especialmente álcool secundário C12 - C13). Os líquidos iônicos podem compreender, ainda, os baixos teores de água ou de água-álcool (especialmente etanol) supramencionados. Tais líquidos iônicos preferenciais têm um perfil desejável de viscosidade, con- forme observado acima, e são isentos de solventes halogenados.
Este efeito técnico recentemente reconhecido sustenta o aspec- to mais amplo da invenção, isto é: O uso de um derivado de sulfato de alqui- la de uma matéria-prima de álcool secundário, sendo que a dita matéria- prima de álcool compreende mais que 45%, em peso, de substituintes de álcool secundário, para preparar um líquido iônico com um perfil de viscosi- dade aprimorado (isto é, bombeável) a temperaturas de 80°C, e abaixo, de preferência sem a utilização de solventes de hidrocarboneto halogenado.
Todos os documentos citados estão, em sua parte relevante, aqui incorporados, a título de referência; A citação de qualquer documento não deve ser interpretada como admissão de que este represente técnica anterior com respeito à presente invenção. Se algum significado ou definição de um termo deste documento escrito entrar em conflito com algum signifi- cado ou definição do termo em um documento incorporado por referência, o significado ou definição atribuída ao termo neste documento escrito terá pre- cedência.
Embora modalidades particulares da presente invenção tenham sido ilustradas e descritas, deve ficar evidente aos versados na técnica que várias outras alterações e modificações podem ser feitas sem que se desvie do caráter e âmbito da invenção. Portanto, pretende-se cobrir nas reivindica- ções anexas todas essas alterações e modificações que se enquadram no escopo da presente invenção.
Claims (10)
1. Processo contínuo para preparar um concentrado aquoso compreendendo de cerca de 10% a cerca de 30%, em peso, de água e 70% a 90%, em peso, de um ingrediente ativo, o qual é um líquido iônico tendo cátion de oxido de amina, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: introduzir um primeiro reagente compreendendo um oxido de amina orgânico e um segundo reagente matéria-prima, a referida matéria- prima compreendendo de 50% a 100%, em peso, de um sulfato de alquila secundária, na zona de reação de um reator; introduzir um ácido prótico na zona de reação de modo que a mistura de reação resultante tenha um pH menor do que cerca de 5; circular o primeiro e o segundo reagentes e o ácido prótico na zona de reação em uma taxa de circulação para determinar um número de Reynolds de pelo menos cerca de 2.000 do primeiro e segundo reagentes e do ácido prótico, para produzir um fluxo de produto compreendendo o dito líquido iônico; remover o dito fluxo de produto da zona de reação e transferir o fluxo de produto para um separador, em que o fluxo de produto compreende um líquido iônico, o qual compreende um cátion de óxido de amina e um â- nion de sulfato de alquila secundária; controlar, ao mesmo tempo, a introdução do primeiro e do se- gundo reagentes na zona de reação e a remoção do fluxo de produto da zo- na de reação de modo que o tempo de permanência da mistura de reação na zona de reação seja de cerca de 0,1 minuto a cerca de 30 minutos para produzir o líquido iônico; e permitir que o fluxo de produto se separe em uma fase superior e uma fase inferior e recuperar o líquido iônico da fase superior, o referido processo sendo realizado sem o uso de solventes halogenados.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro reagente em forma protonada compreende cátion de óxido de amina tendo a fórmula: <formula>formula see original document page 23</formula> em que R3 é um grupo alquila C8-22, um grupo hidróxi alquila C8-22 ou um grupo alquil fenila C8-22 lineares, ramificados ou uma combinação de linear e ramificado; R4 é um alquileno C2-3 ou um hidróxi alquileno C2-3; χ é de cerca de O a cerca de 3; e cada R5 é um grupo alquila C1-3 ou um grupo hidróxi alquila C1-3 ou um grupo óxido de polietileno contendo uma média de cerca de 1 a cerca de 3 grupos óxido de etileno; opcionalmente, os grupos R5 po- dem estar ligados uns aos outros, através de um átomo de oxigênio ou nitro- gênio, para formar uma estrutura de anel, e em que o dito segundo reagente é uma matéria-prima compreendendo pelo menos cerca de 95%, em peso, de sulfato de álcool C12-C13 secundário.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de circulação determina um número de Reynolds de cerca de 5.000 a cerca de 50.000.
4. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a zona de reação é aquecida até uma temperatura maior que a temperatura ambiente.
5. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o processo compreende opcionalmente adicionar um solvente orgânico à zona de reação de modo que a mistura de reação resultante te- nha uma viscosidade de cerca de 0,01 a cerca de 0,07 Pa.s a 60 °C.
6. Processo de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o solvente orgânico é selecionado do grupo que consiste em ál- coois C1-C8, dióis C2-C8, glicóis C2-C8, e misturas dos mesmos.
7. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o ácido prótico é selecionado do grupo que consiste em ácido sulfúrico, ácidos baseados em halogênio, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido trifluoroacético ou ácido p-toluenossulfônico, e misturas dos mesmos.
8. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o pH da mistura de reação está na faixa de cerca de 2 a menos do que cerca de 5.
9. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a razão molar de oxido de amina para sulfato de alquila secun- dária é de cerca de 1:1.
10. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o óxido de amina e o sulfato de alquila secundária serem preaquecidos a uma temperatura de cerca de 50°C a cerca de 70°C.
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