Brevet FR2011172A1 — publié le 19700227

la présente invention se rapporte à des dispersions aqueuses stables de phénols. Quand on désire préparer une dispersion aqueuse d'une substance dans l'eau on utilise habituellement à cette fin un des 5 nombreux agents dispersants dont on dispose» Une bonne dispersion est parfois difficile à obtenir quand la substance est insoluble ou sensiblement insoluble dans l'eau. Des difficultés particulières se présentent dans le cas des phénols dont la solubilité dans l'eau est faible ou nulle. Des phénols importants de cette sorte sont les 10 phénols à inhibition stérique ayant des propriétés antioxydantes. On entend par phénol à inhibition stérique un phénol ayant un groupe volumineux, par exemple alkyle tertiaire, en position ortho ou para du groupe hydroxyle phénolique. Ces phénols jouissant de propriétés .aûrtiÔT^dantes sont bien connus en technologie. On sait également 15 incorporer de tels phénols dans des polymères de diverses sortes où leurs propriétés antioxydantes sont précieuses. Parmi ceux-ci figurent les polymères naturels comme le caoutchouc et les polymères synthétiques comme les polyoléfines, les polyesters et les polyamides. Pour incorporer des additifs dans les polymères il est par-20 fois nécessaire de préparer d'abord une dispersion aqueuse. Ainsi, quand on désire incorporer un additif dans une polyamide, une pratique préférée consiste à ajouter une dispersion aqueuse de l'additif à une solution aqueuse des ingrédients formant la polyamide, puis à chauffer le mélange pour évaporer l'eau présente initialement et 25 celle éventuellement formée dans la réaction de polymérisation, puis terminer celle-ci à une température élevée. La dispersion aqueuse de l'additif peut toutefois être ajoutée à un stade quelconque au cours de la polymérisation. Quand l'additif est un phénol insoluble ou sensiblement insoluble dans l'eau, par exemple un antioxydant phéno-30 lique à inhibition stérique, il a été jusqu'ici difficile d'obtenir une dispersion aqueuse stable. Quand la dispersion est instable, c'est-à-dire que la matière en suspension a tendance à se déposer facilement, il est difficile dans la pratique industrielle de mesurer la quantité correcte du phénol sous forme de dispersion. En 35 outre il y a des risques d'engorgement par la matière déposée des robinets et des conduites de charge. Des difficultés particulières se présentent avec les antioxydants phénoliques à inhibition stérique qui contiennent plusieurs noyaux aryliques dans la molécule, c'est-à-dire des phénols polynucléaires. Ces antioxydants phénoli-40 ques polynucléaires sont particulièrement importants pour la 69 20426 69 20426 2 2011T 72 stabilisation des polymères synthétiques, et spécialement-des-polyamides, contre les effets dégradants exercés par la chaleur et lroxygène, par exemple l'oxygène de l'air. Parmi ces antioxydants phénoliques polynucléaires on peut mentionner le bis-{2-hydroxy-3-5 alphaméthylcyclohexyl-5-mét1àylphényl)méthâne, le 1.1.3-tris(2'-méthy1-41-hydroxy-51 t.Butyl-phényl)butane, le 1.1.5.5-tétrakis-(21-méthyl-41-hydroxy-5't.butylphényl) pentane et le 1.2-bis-( 2 ' -hydroxy-3'-t.-butyl-5'-éthylphényl) éthane. Ces phénols sont sensiblement insolubles dans l'eau et il n'est pas possible d'obtenir 10 des dispersions aqueuses stables de ces phénols en utilisant comme agents dispersants les composés d'usage courant, comme par exemple un sel de métal alcalin d'un produit de condensation polymère de formaldéhyde et d'un acide naphtalène-sulfonique. Outre qu'il est difficile d'obtenir des dispersions aqueuses stables, ces phénols 15 sont difficiles à mouiller. Il a été trouvé selon l'invention qu'une classe particulière de composés convenait particulièrement à la préparation de dispersions aqueuses stables de phénols sensiblement insolubles dans l'eau. Ce sont des composés tensio-actifs contenant un groupe ammo-20 nium quaternaire. Ces composés avaient été utilisés jusqu'ici à diverses fins comme le ramollissement des textiles, le flottage des minerais et à titre de désinfectants. Ainsi la présente invention fournit une dispersion aqueuse stable d'un phénol sensiblement insoluble dans l'eau comprenant 25 de l'eau, ledit phénol et un composé tensio-actif contenant un groupe ammonium quaternaire. L'invention fournit également un procédé de fabrication d'une dispersion aqueuse stable de ce type, consistant à mélanger ensemble de l'eau, un desdits phénols et un desdits composés tensio-actifs. 30 Dans les groupes ammonium quaternaires SDnt inclus les groupes cycloammonium dans lesquels l'atome d'azote quaternaire fait partie d'un noyau hétérocyclique saturé. Pour qu'un composé soit tensio-actif dans un milieu aqueux, il doit contenir dans la même molécule un groupe hydrophile 35 et un groupe hydrofuge. Dans les composés' tensio-actifs utilisés dans la présente invention le groupe hydrophile est le cation ammonium quaternaire. Le groupe hydrofuge est usuellement un radical hydrocarboné. Des radicaux hydrocarbonés particulièrement stables sont les radicaux alkyle à chaîne longue, c'est-à-dire contenant au moins 10 atomes de carbone. Une classe particulièrement convenable de composés tensio-actifs applicable à l'invention est représentée «par la formule générale 69 20426 ' 2011172 e X dans laquelle R représente un groupe alkyle ayant au moins 10 atomes de carbone, RiR2 et Rj qui peuvent être identiques.ou différents, représentent chacun un 5 groupe alkyle à chaîne longue. n ' ayant pas plus de quatre atomes de carbone, ou un groupe benzyle, à la condition qu'il n'y en ait qu'un qui soit un groupe benzyle, et X" représente un anion* La nature de l'anion X~ n'est pas critique et celui-ci peut être un chiorure, un bromure, un méthosulfate ou un éthosulfate. Des exemples particu- 10 liera de ces composés tensio-actifs appropriés sont le bromure de eétyl-triméthyl-ammonium et le chlorure de lauryl-diméthylbenzyl- ammonium. Conviennent également les composés tensio-actifs ammonium quaternaires dits ampholytiques dans lesquels la cation ammonium quaternaire est satisfait par un anion dans la même molécule, c'est- 15 à-dire la classe de composés connus sous le nom de bétaïnes. Les dispersions aqueuses selon l'invention peuvent contenir jusqu'à 25 $ en poids et même plus dudit phénol, bien qu'on puisse bien entendu préparer éventuellement des dispersions ayant une teneur en phénol très inférieure. La quantité d'agent tensio-20 actif utilisée est convenablement comprise entre 0,1 et 1,0 fo en poids du phénol à disperser, des quantités inférieures ou supérieures étant d'ailleurs possibles. On prépare les dispersions aqueuses par simple agitation de l'eau, du phénol et de l'agent tensio-actif. La période d'agitation peut ne pas dépasser cinq minuter mais elle 25 est commodément comprise entre dix et quarante-cinq minutes, des périodes plus longues pouvant bien entendu être appliquées. On peut éventuellement introduire une petite quantité d'un agent anti-mousse, par exemple du type des silicones. La température du mélange est sans importance et l'on peut opérer à une température quelconque 30 comprise entre 0 et 100°C, mais il est commode d'effectuer le mélange à la température ambiante, par exemple entre 5 et 25°C. Les composés tensio-actifs utilisés dans l'invention ont l'avantage d'effectuer facilement le mouillage des particules du phénol, ce qui permet la préparation rapide dlune dispersion homogène. En outre les 35 dispersions aqueuses selon l'invention ainsi préparées sont stables et ne donnent pas lieu à un dépôt significatif pendant une période de plusieurs jours au moins. On a examiné un certain nombre d'autres classes d'agents tensio-actifs et aucun d'eux n'a montré les avantages offerts par 40 les composés tensio-actifs utilisés dans l'invention assurant le 69 20426 4 2011172 mouillage facile du phénol et la formation de dispersions stables aqueuses dudit phénol. les dispersions aqueuses stables selon l'invention sont particulièrement propres à être ajoutées aux ingrédients formant le 5 polymère, spécialement ceux qui forment des polyamides, qui sont ensuite polymérisés, aux fins d'incorporation du phénol dansle polymère. Dans le cas des polyamides la dispersion aqueuse est ajoutée aux ingrédients formant la polyamide, qui peut par exemple être une solution aqueuse d'adipate d'hexaméthylène-diammonium (sel "Nylon 10 6.6"). On chauffe alors le mélange à une température à laquelle se produit la polymérisation, normalement entre 200 et 3Q0°C, en récipient clos mais en laissant à l'eau ajoutée initialement et à celle formée dans la polymérisation de s'échapper sous forme de vapeur. On peut également ajouter la dispersion aqueuse au mélange initial 15 des ingrédients générateuig/de polyamide à un stade quelconque de la polymérisation. Dans l'exemple mentionné le polymère est la poly-hexaméthylène-adipamide. Un avantage des dispersions aqueuses selon l'invention est qu'elles ne gênent pas la réaction de formation de la polyamide. En outre, les composés tensio-actifs utilisés dans les 20 présentes dispersions aqueuses n'exercent pas d'effet nuisible au cours du filage de la polyamide en filaments. Les exemples suivants illustrent la présente invention mais ne sont pas limitatifs. Les parties et les pourcentages y sont exprimés en poids. 25 TraTWTPT/E 1 - Préparation d'une dispersion aqueuse selon l'invention. On ajoute 4,9 parties de bromure de cétyl-triméthyl-ammonium et 0,5 partie d'une silicone anti-mousse à 4 000 parties d'eau et on agite le mélange jusqu'à dissolution du composé d'ammonium quaternaire. On ajoute alors 1 000 parties de 1.1.3-tris-(2 30 méthyl-4'-hydroxy-51-t.butylphényl)butane et on agite la suspension ainsi obtenue pendant quinze minutes, ce qui donne une dispersion aqueuse stable lisse. EXEMPLE 2 - Comparaison avec d'autres dispersions aqueuses. On ajoufce à de l'eau, à raison de 0,0625 % en poids de 35 l'eau, les composés tensio-actifs énumérés dans le tableau I suivant On ajoute alors, à raison de 12,5 du poids de l'eau, du 1.1.3-tris (2'-méthyl-4'-hydroxy-5*-t.butylphényl)butane. On agite les mélanges pendant quinze minutes, la proportion du phénol agité qui a été mouillée a été évaluée à vue par l'examen de la suspension et la 40 proportion est indiquée dans la colonne II du tableau. Lorsqu'un 69 20426 2011172 degré- raisonnable de mouillage a été obtenus on laisse la dispersion au repos et 11 on détermine visuellement la stabilité. la stabilité est indiquée à la colonne III du tableau. TABLEAU- 5 I II III Composé tensio-actif % phénol mouillé Stabilité de la dispersion A. Composés utilisés dans l'invention 10 15 Bromure de cétyl-triméthyl ammonium \00% 15% 20 25 Bétaïne contenant un groupe 1 alkyle (dodécyle) à chaîne longue B. Composés de comparaison Palmitate de potassium Oléate de méthyle sulfoné Dioctylsulfosuccinate de sodium 1 Sel de sodium d'un produit de condensation acide naphtalène-sulf onique/f ormaldéhyde 1 % Hexamétaphosphate de sodium 5% Produit de condensation phénol/ f ormaldéhyde sulfoné 1 % Diéthanolamine moins de 1 % 30 4-diméthylaminopyrine Produit de condensation nonyl-phényl/oxyde d1éthylène Monooléate de polyoxyéthylène-sorbitane 50% 15% 60% 15% 60% Stable pendant plusieurs jours Stable Instable Instable Instable Instable * Portion mouillée stable * Portion mouillée stable * 35 40 Produit de condensation aminé grasse/oxyde d'éthylène Acide 3-aminopropionique (bêta- alanine) 60% Instable * Dans ces dispersions on observe un moussâge excessif qui "emprisonne" le phénol non-mouillé. Dans la colonne III du tableau le terme d' "instable" signifie que quelques minutes après la fin de l'agitation on distingue une couche limpide entre laquelle le phénol s'est déposé. Le terme de "stable" signifie qu'il n'y a pas de signe de dépôt volumineux. 69 20426 6 2011172 EXEMPLE 3 On prépare une suspension aqueuse à 12,5 % de 1.1.3-tris-(2'-méthyl-41-hydroxy-5'-t.butylphényl)butane comme dans l'exemple 2 à l'aide de bromure de cétyl-triméthyl-ammonium comme agent ten-5 sio-actif et on laisse reposer pendant quinze jours au cours desquels la concentrationdu phénol au sommet et à la base du récipient est déterminée par intervalles. Les concentrations tombent entre 10,7 et 13*2 % ce qui indique qu'il n'y a pas de dépôt significatif du phénol. 10 EXEMPLE 4 - Application d'une dispersion aqueuse selon l'invention à la formation de polymère. On ajoute 5 parties de la dispersion aqueuse de l'exemple 1 par un sas dans un autoclave contenant à la température de 220°C un mélange partiellement polymérisé obtenu par chauffage à cette 15 température d'une charge initiale de 2263 parties de sel de "Nylon 6,6" et 0,765 partie d'hypophosphite de sodium d^n^^'eau. A peu près en même temps on ajoute également par un sas/40 parties de bioxyde de titane sous la forme d'une dispersion aqueuse à 40 % en poids. On continue à chauffer le mélange en laissant l'eau s'échap-20 per sous forme de vapeur jusqu'à ce qu'on ait atteint une température finale de 274°C. Le polymère Nylon 6,6 fondu est alors extrudé de l'autoclave et refroidi de sorte qu'il se solidifie. Il peut être filé en filaments de manière satisfaisante. 69 20426 7 2011172 REVENDICATIONS • 1. Une dispersion aqueuse/d ' unapîienol sensiblement insoluble dans l'eau, caractérisée par le fait qu'elle comprend de 1"eau, ledit phénol et un composé tensio-actif contenant un groupe 5 ammonium quaternaire. 2. Une dispersion selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le composé tensio-actif contient un radical hydrocarboné . 3. Une dispersion selon la revendication 2, caractérisée 10 par le fait que le radical hydrocarboné est un radical alkyle contenant au moins 10 atomes de carbone. 4. Une dispersion selon la revendication 3, caractérisée par le fait que le composé tensio-actif est un composé représenté par la formule générale © G 3 15 dans laquelle R représente un groupe alkyle ayant au moins 10 atomes de carbone, , R2?tR^ qui peuvent être identiques ou différents, représentent chacun un groupe alkyle à chaîne courte n'ayant pas plus de 4 atomes de carbone, ou un groupe benzyle, à la condition qu'il n'y ait pas plus d'un groupe benzyle, et X" repré- 20 sente un anion. 5. Une dispersion selon la revendication 4, caractérisée par le fait que 1'anion représenté par X~ est un anion chlorure, bromure, méthosulfate ou éthosulfate. 6. Une dispersion selon la revendication 5, caractérisée 25 par le fait que le composé tensio-actif est le bromure de cétyl- triméthyl-ammonium ou le chlorure de lauryl-diméthyl-benzyl-ammonium. 7. Une dispersion selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le composé tensio-actif est un composé tensio- 30 actif d'ammonium quaternaire ampholytique dans lequel le cation ammonium quaternaire est satisfait par un anion dans la même molécule. 8. Une dispersion selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée par le fait qu'elle contient jusqu'à 35 25 de phénol. 69 20426 8 2011172 9. Une dispersion selon l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisée par le fait que la quantité d'.agent tensio-actif est comprise entre 0,1 et 1 f» en poids du phénol. ' 10. Une dispersion selon l'une quelconque des précédentes 5 revendications, caractérisée par le fait que le phénol est un phénol à inhibition stérique ayant des propriétés antioxydantes. 11. Une dispersion selon la revendication 10, caractérisée par le fait que le phénol est vin phénol polynucléaire. 12. Une dispersion selon la revendication t f, caractéri- 10 sée par le fait que le phénol est le bis-(2-hydroxy-3-alpha-méthyl- cyclohexyl-5-méthylphényl)méthane, le 1.1.3-tris(2'-méthyl-4'-hydroxy-5'-t.butylphényl)butane ou le 1.1.5.5.-tétrakis-(2'-méthyl-41-hydroxy-51-t.butylphényl)pentane. 13. Un procédé de préparation d'une dispersion aqueuse sta- 15 ble d'un phénol comme défini dans l'une quelconque des précédentes revendications, caractérisé par le fait qu'on agite de l'eau, le phénol et le composé tensio-actif. 14. Un procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que la période d'agitation est de dix à quarante-cinq 20 minutes. 15. Un procédé selon la revendication 13 ou 14, caractérisé par le fait que la température d'agitation est de 5 à. 25°C. 16. Un procédé pour l'incorporation dans un polymère d'un phénol sensiblement insoluble dans l'eau, caractérisé par le fait 25 qu'il consiste à ajout en/aux ingrédients formant le polymère une dispersion aqueuse stable d'un phénol selon l'une quelconque des revendications 1 à 1"2, puis à effectuer la polymérisation. 17. Un procédé selon la revendication 16, caractérisé . par le fait que le polymère est une polyamide. 30 18. Un procédé selon la revendication 17, caractérisé par le fait que la polyamide est la polyhexaméthylène-adipamide. 19- Un procédé selon l'une quelconque des revendications 17 ou 18, caractérisé par le fait que la dispersion aqueuse du phénol est ajoutée au cours de la polymérisation. 35 20. Polyhexaméthylène-adipamide dans laquelle est incor poré un phénol sensiblement insoluble dans l'eau, fabriquée par un procédé selon l'une quelconque des revendications 18 ou 19.