ES2204492T3 - Procedimiento de fabricacion de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario. - Google Patents

Procedimiento de fabricacion de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario.

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ES2204492T3 ES00900624T ES00900624T ES2204492T3 ES 2204492 T3 ES2204492 T3 ES 2204492T3 ES 00900624 T ES00900624 T ES 00900624T ES 00900624 T ES00900624 T ES 00900624T ES 2204492 T3 ES2204492 T3 ES 2204492T3
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Alain Riondel
Gilles Herbst
Marc Esch
Eric Delaunay
Peter Meyer
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    • C07CACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C213/00Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C213/08Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton by reactions not involving the formation of amino groups, hydroxy groups or etherified or esterified hydroxy groups

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Abstract

Procedimiento de fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario, que tienen la fórmula (I) siguiente: en la cual R representa un radical metilo o bencilo, por reacción, en presencia de agua, del acrilato de N, N- dimetilaminoetilo (ADAME) con un agente cuaternizante de fórmula (II): R ¿ Cl (II) en la cual R es como se ha definido más arriba, caracterizado por el hecho de que: (a) en un reactor cerrado que contiene la totalidad del ADAME y que ha sido presurizado con aire o con aire empobrecido a 0, 5 a 3 bars, se efectúa la reacción introduciendo en contínuo, a la temperatura de 35 a 65ºC, por una parte, el agente cuaternizante (II) y por otra parte, el agua, hasta que se obtiene la concentración deseada de sal (I) en el agua, empezando la introducción del agua cuando se ha añadido 0 - 20% de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II) y la presión al final de la reacción puede llegar a alcanzar los 9 bars; a conti- nuación(b) se despresuriza el reactor, a la vez que se mantiene un contenido de oxígeno constante por introducción simultánea de aire, y después de volver a la presión atmosférica, se elimina el agente cuaternizante residual.

Description

Procedimiento de fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario.
La presente invención se refiere a la fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario (a partir de ahora denominadas sales cuaternarias), que tienen la fórmula (I) siguiente:
1
en la cual R representa un radical metilo o bencilo, por reacción, en presencia de agua, del acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (ADAME) con un agente cuaternizante de fórmula (II):
(II)R --- Cl
en la cual R es como se ha definido más arriba.
Se emplean soluciones acuosas de sales cuaternarias (I) para preparar polímeros destinados a servir de floculantes catiónicos en el tratamiento de aguas.
La patente europea EP-B-250 325 describe un procedimiento de preparación de soluciones acuosas de sales cuaternarias como las de fórmula (I), procedimiento según el cual, en presencia de por lo menos un inhibidor de polimerización:
- en una primera etapa (a), se hace reaccionar el ADAME con 5 a 20% en peso de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante, o siguiendo una variante (a'), con 5 a 20% en peso, respecto al peso de ADAME, de una solución acuosa de sales cuaternarias, la cual comprende de 50 a 85% en peso de sales cuaternarias; y
- en una segunda etapa (b), se añade en contínuo el agua y el agente cuaternizante hasta la obtención de la concentración deseada de sales cuaternarias en el agua.
Durante las etapas (a) y (b), se mantiene la temperatura a un valor comprendido entre 30 y 60ºC. Además, durante las etapas (a) y (b), en particular cuando se acerca el final de la reacción, se mantiene en el medio de reacción una corriente de gas oxigenado de forma que la relación en volumen (o caudal volumétrico) entre el gas total a la salida del reactor y el volumen (o caudal volumétrico) de oxígeno introducido a la entrada del mismo reactor, es inferior a 100.
Este procedimiento permite preparar soluciones acuosas de sales cuaternarias que tienen una estabilidad a la temperatura ambiente, superior a un año. De todas maneras se constata en estas soluciones un contenido particularmente alto de impurezas, en particular de CH_{2}=CH---
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}
---O---R,
CH_{2}=CH---
\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}
---OH
y ADAME. Además, este procedimiento necesita tiempos de reacción relativamente largos, lo cual representa un inconveniente económico evidente.
En la solicitud internacional WO 89/07 588 se ha propuesto un procedimiento destinado a reducir la formación de impurezas en la reacción de cuaternización. De acuerdo con este procedimiento, la reacción se efectúa a una temperatura comprendida entre 10 y 80ºC, y
(a) en una primera etapa, se introduce en el reactor la totalidad o una parte del agente cuaternizante necesario para la reacción, estando este agente en estado líquido en las condiciones de la reacción,
(b) a continuación se añade el ADAME, y
(c) cuando se ha introducido en el reactor, de 0 a 30% de la cantidad estequiométrica de ADAME, se añade en contínuo y simultáneamente, el resto del agente cuaternizante, el resto de ADAME y el agua hasta la obtención de la concentración deseada de sales cuaternarias,
(d) y, en el caso de que el agente cuaternizante se introduzca al estado gaseoso a la temperatura de reacción, la reacción se efectúa en presencia de oxígeno y se trabaja a una presión de forma que el agente cuaternizante sea líquido a la temperatura de la reacción, y al final de la reacción se disminuye progresivamente la presión hasta la presión atmosférica, y simultáneamente se ajusta el ratio entre el caudal volumétrico de gas total a la salida del reactor y el caudal volumétrico de oxígeno introducido en el reactor, de forma que sea inferior a 100.
El procedimiento anterior según la patente WO 89/07 588 aporta mejoras notables al procedimiento según la patente EP-B-250 325. Sin embargo, se ha visto que la pureza con la cual se obtienen las sales cuaternarias es todavía insuficiente. Así, en el curso de la reacción del ADAME con CH_{3}Cl en medio acuoso que conduce a la sal llamada a partir de ahora con la abreviatura ADAMQUAT MC, se forman como impurezas, además del ácido acrílico (AA) formado por hidrólisis del ADAME, el dímero del ADAMQUAT MC, representado por la fórmula (1):
2
Gracias a una serie de ensayos de reactividad en la polimerización, se ha podido demostrar que estas impurezas afectaban la calidad de los polímeros catiónicos derivados del ADAMQUAT.
La sociedad solicitante ha investigado pues, las condiciones operatorias de preparación de soluciones acuosas de sal de fórmula (I) que sean capaces de minimizar las impurezas citadas, de forma que proponen una sal (I) en solución acuosa de una muy alta calidad analítica.
Este nuevo procedimiento, que constituye el objeto de la presente invención, se caracteriza por el hecho de que:
(a) en un reactor cerrado que contiene la totalidad del ADAME y que ha sido presurizado con aire o con aire empobrecido a 0,5 a 3 bars, se conduce la reacción introduciendo en contínuo, a la temperatura de 35 a 65ºC, en particular de 40 a 60ºC, por una parte, el agente cuaternizante (II) y por otra parte, el agua, hasta que se obtiene la concentración deseada de sal (I) en el agua, empezando la introducción del agua cuando se ha añadido 0 - 20%, en particular 5 - 15% de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II) y la presión al final de la reacción puede llega a alcanzar los 9 bars, en particular de 4 a 7 bars; a continuación
(b) se despresuriza el reactor, a la vez que se mantiene un contenido de oxígeno constante por introducción simultánea de aire, y después de volver a la presión atmosférica, se elimina el agente cuaternizante residual, por ejemplo por separación con aire.
Conforme a otras características particulares del procedimiento según la invención:
- se introduce el agente cuaternizante durante un lapso de tiempo de 1 - 7 horas y el agua durante un lapso de tiempo de 2 - 8 horas;
- se conduce la reacción con un ratio molar entre el agente cuaternizante y el ADAME de 1 a 1,1, de preferencia de 1 a 1,05;
- se conduce la reacción con un ratio medio del caudal entre el agua/agente cuaternizante de 0,1 a 1,2, en particular de 0,3 a 0,8.
El procedimiento según la invención permite principalmente preparar soluciones acuosas con una concentración en sales cuaternarias (I) de 50 a 85% en peso, conteniendo cantidades muy débiles de impurezas, como se ilustra en la tabla 1 más adelante.
Además, el procedimiento según la presente invención puede efectuarse en presencia de por lo menos un estabilizante, el cual puede escogerse entre el 3,5-diterc.-butil-4-hidroxitolueno, el éter metílico de la hidroquinona, la hidroquinona, el catecol, el terc.-butil catecol, la fenotiazina, y las mezclas de estos estabilizantes, siendo el contenido de agente(s) estabilizante(s) principalmente de 20 a 2000 ppm, de preferencia de 100 a 1200 ppm, con respecto a la solución acuosa de la sal cuaternaria (I).
Además, se puede añadir al medio de reacción, por lo menos un agente secuestrante para metales, escogido principalmente entre el ácido dietileno triamina penta acético, la sal pentasódica del ácido dietileno triamina penta acético, el ácido N-hidroxietil-etileno diamina triacético y la sal trisódica del ácido N-hidroxietil-etileno diamina triacético, siendo el contenido en agente(s) secuestrante(s) principalmente de 1 a 100 ppm, de preferencia de 5 a 30 ppm, con respecto a la solución acuosa de la sal cuaternaria (I).
De una manera general, los agentes secuestrantes se añaden bajo la forma de una solución acuosa puesto que están generalmente disponibles bajo esta forma. Así, la sal pentasódica del ácido dietileno triamina penta acético comercializada bajo la denominación VERSENEX 80 se presenta bajo la forma de una solución acuosa aproximadamente al 40% en peso.
Los ejemplos siguientes ilustran la presente invención sin limitar sin embargo, el ámbito de la misma. En estos ejemplos, los porcentajes están expresados en peso salvo indicación en contrario.
Ejemplo 1
En un reactor de vidrio de 1 litro, de doble envoltura, especialmente concebido para resistir la presión, equipado con una sonda de temperatura, un agitador específico de gas líquido (turbina con eje hueco), con una válvula ajustada a 10 bars, con un disco de explosión y grifos sumergidos para la introducción de diferentes reactivos, se han cargado 429 g de ADAME. El reactor se ha cerrado, a continuación se ha presurizado con 1 bar de aire empobrecido. La agitación y el calentamiento se han puesto en funcionamiento.
Cuando la temperatura ha alcanzado los 40ºC (temperatura de instrucción: 47ºC), se ha empezado a introducir CH_{3}Cl a razón de 159 g/hora. Cuando se llevan añadidos 15 g de CH_{3}Cl, es decir 10% de la estequiometría en CH_{3}Cl, se ha comenzado la introducción del agua con un caudal de 60 g/hora manteniendo la adición de CH_{3}Cl. El ratio del caudal H_{2}O/CH_{3}Cl se ha mantenido constante a 0,37 a lo largo de toda la reacción. Cuando toda el agua ha sido introducida (a saber 143 g), el reactor se ha ajustado a la presión atmosférica, empleando el protocolo siguiente:
- desgaseado del CH_{3}Cl en exceso durante 30 minutos con introducción simultánea de aire en la carga (caudal: 3 Nl/hora);
- retorno progresivo a la presión atmosférica.
Las trazas de CH_{3}Cl han sido eliminadas a continuación por separación con aire (caudal: 5Nl/hora) durante 30 minutos. El reactor se ha puesto a continuación a enfriar, y seguidamente se ha vaciado.
El producto bruto de la reacción (716 g) ha sido analizado por cromatografía líquida de alta resolución (HPLC) para determinar los contenidos en ácido acrílico y en compuesto (1). Los resultados están expuestos en la tabla 1.
La duración de las diferentes etapas de la reacción fueron las siguientes:
- introducción del CH_{3}Cl : 1 hora
- introducción del H_{2}O : 2,3 horas
- desgaseado : 0,5 horas
- separación : 0,5 horas
para una duración total de aproximadamente 3,5 horas.
Ejemplos 2 a 4
Se ha procedido como en el ejemplo 1, a excepción de que se ha variado el caudal de CH_{3}Cl.
Los resultados están expuestos en la tabla 1.
Ejemplos 5 a 7
Se ha procedido como en el ejemplo 3, a excepción de que se ha empezado a introducir el agua desde el comienzo.
Ejemplos 8 a 10
Se ha procedido como en el ejemplo 3, a excepción de que se ha hecho variar la temperatura.
Los resultados están expuestos en la tabla 1.
TABLA 1
3

Claims (11)

1. Procedimiento de fabricación de soluciones acuosas de sales insaturadas de amonio cuaternario, que tienen la fórmula (I) siguiente:
4
en la cual R representa un radical metilo o bencilo, por reacción, en presencia de agua, del acrilato de N,N-dimetilaminoetilo (ADAME) con un agente cuaternizante de fórmula (II):
(II)R --- Cl
en la cual R es como se ha definido más arriba,
caracterizado por el hecho de que:
(a) en un reactor cerrado que contiene la totalidad del ADAME y que ha sido presurizado con aire o con aire empobrecido a 0,5 a 3 bars, se efectúa la reacción introduciendo en contínuo, a la temperatura de 35 a 65ºC, por una parte, el agente cuaternizante (II) y por otra parte, el agua, hasta que se obtiene la concentración deseada de sal (I) en el agua, empezando la introducción del agua cuando se ha añadido 0 - 20% de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II) y la presión al final de la reacción puede llegar a alcanzar los 9 bars; a continuación
(b) se despresuriza el reactor, a la vez que se mantiene un contenido de oxígeno constante por introducción simultánea de aire, y después de volver a la presión atmosférica, se elimina el agente cuaternizante residual.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que se conduce la reacción a una temperatura de 40 a 60ºC.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que se conduce la reacción con una presión que al final de la reacción alcanza de 4 a 7 bars.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que se empieza la introducción del agua cuando se ha añadido 5-15% de la cantidad ponderal necesaria para la reacción del agente cuaternizante (II).
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que se introduce el agente cuaternizante durante un lapso de tiempo de 1 - 7 horas, y el agua durante un lapso de tiempo de 2 - 8 horas.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que se conduce la reacción con un ratio molar entre el agente cuaternizante y el ADAME de 1 a 1,1, de preferencia de 1 a 1,05.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que se conduce la reacción con un ratio medio de caudal agua/agente cuaternizante de 0,1 - 1,2, en particular de 0,3 - 0,8.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por el hecho de que conduce a una solución acuosa con una concentración en sal cuaternaria (I) de 50 a 85% en peso.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que se efectúa en presencia por lo menos de un estabilizante, escogido principalmente entre el 3,5-diterc.-butil-4-hidroxitolueno, el éter metílico de hidroquinona, la hidroquinona, el catecol, el terc.-butil catecol, la fenotiazina, y las mezclas de estos estabilizantes, siendo el contenido de agente(s) estabilizante(s) principalmente de 20 a 2000 ppm, de preferencia de 100 a 1200 ppm con respecto a la solución acuosa de la sal cuaternaria (I).
10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que se efectúa además en presencia por lo menos de un agente secuestrante para metales, escogido principalmente entre el ácido dietileno triamina penta acético, la sal pentasódica del ácido dietileno triamina penta acético, el ácido N-hidroxietil-etileno diamina triacético y la sal trisódica del ácido N-hidroxietil-etileno diamina triacético, siendo el contenido en agente(s) secuestrante(s) principalmente de 1 a 100 ppm, de preferencia de 5 a 30 ppm, con respecto a la solución acuosa de la sal cuaternaria (I).
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que se elimina el agente cuaternizante residual por separación con aire.
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