Brevet FR2182130A1 — publié le 19731207

La présente invention a trait au domaine de la séparation de sels décides carboxyalkoxy-succiniques tels que les sels de métaux alcalins, d'ammonium ou d'aminés. Il est connu de former des sels hydrosolubles d'acides répondant à la formule : H R I I H-C -C-H I l COOH COOH dans laquelle R est un radical carboxyalkoxy (-OR'COOH) ayant 10 au total 2 à environ 7 atomes de carbone, R* désignant, de préférence, un groupe alkylène divalent à chaîne droite [-(CH^)^-] dans lequel n est égal à 1-6. Des exemples de ces acides comprennent 1*acide a-carboxyméthoxysuccinique, l'acide a-(l-car-boxybutoxy)succinique, l'acide a-(2-méthyl-3-carboxybutoxy)suc-15 cinique, l'acide cc-(1-carboxyhexoxy)succinique, l'acide ct- carboxyisobutoxysuccinique, etc. L'acide a-carboxyméthoxysuccini-que mentionné ci-dessus s'est montré avantageux, parce que ses sels de métaux alcalins et autres sels hydrosolubles sont faciles à produire à un faible prix de revient, et sont effi-20 caces comme adjuvants améliorant la détergence. Des exemples de sels hydrosolubles d'acide a-carboxy-méthylsuccinique comprennent les sels de métaux alcalins, d'ammonium et d'ammonium-(aieanols inférieurs) dont l'alcanol comprend deux à environ six atomes de carbone, par exemple des sels 25 de sodium, de potassium, d'ammonium, de triéthanolammonium, de diéthanolammonium, de monoéthanolammonium, de monoisopropanol-ammonium, de mono-n-butanolammonium, etc., et des mélanges de deux ou plusieurs de ces sels. Les sels préférés sont les sels de sodium, de potas-30 sium et d'ammonium, les sels de sodium étant particulièrement préférables en raison de leur faible prix, de leur efficacité et de la facilité de leur production. Les adjuvants de la présente invention peuvent être utilisés avantageusement avec une grande variété de substances à 35 activité détergente ou d'agents tensio-actifs, à savoir les dé 73 15129 2 2182130 tergents anionogènes, cationogènes, non ionogènes, ampholytes et du type de zwitterions, de même que tout mélange convenable de ces détergents. On compte parmi ces derniers des savons tels que les savons d'origine naturelle ou synthétique de noix de coco 5 et de suif,à squelette carboné, à chaîne droite ou à chaîne ramifiée. Des mélanges typiques de détergents contiennent les adjuvants de l'invention en présence ou en l'absence d'un ou plusieurs autres adjuvants tels que des sels d'autres acides 10 polycarboxyliques, par exemple l'acide oxydisuccinique, l'acide nitrilo-triacétique, l'acide phosphorique, l'acide tartrique, l'acide tétrahydrofuranne-tétracarboxylique, l'acide citrique, plus une ou plusieurs des substances actives classiques telles que les alkylbenzènesulfonates, les oléfines-sulfonates, les 15 sulfobétaïnes, les alcanolsulfates,lës alcanolalkoxysulfates,des amides, des oxydes d'amines, etc. Lorsque les compositions détergentes préparées sont utilisées en milieux détergents aqueux, le pouvoir détergent de la formulation est favorisé tout comme lorsque les polyphosphates de métaux alcalins cou-20 ramment utilisés comme adjuvants constituent les seuls adjuvants incorporés. De plus, les adjuvants conformes'à l'inventioj^i'engendrent pas ou n'amplifient pas les problèmes d'eutrophie caractéristiques des adjuvants renfermant du phosphore. Les adjuvants de l'invention sont généralement utilisés dans les formulations 25 contenant d'autres agents tels que des abrasifs, des colorants, des parfums, des agents anti-précipitants, des modificateurs de pH, des sels minéraux tels que le chlorure de sodium, des dis-persifs pour savons de chaux, des azurants optiques, des agents bactériostatiques, des additifs modifiant la dureté de l'eau, 30 etc. Il est connu qu'on obtient un sel d'acide a-carboxy- méthoxysuccinique par réaction de sels d'acide glycolique et d'acide maléique en milieu aqueux, en présence d'une quantité a'un métal suffisante d'hydroxyde de zinc ou /alcalino-terreux , par exemple 35 l'hydroxyde de calcium, pour produire un système de sels ayant un pH au moins égal à 8 environ, et de préférence supérieur à environ 11, mesuré à 25°C. La réaction est de préférence, çon- 73 15129 3 2182130 duite à la température de reflux pendant environ une à environ six heures. Par exemple, le système de sels ainsi obtenu est amené à réagir avec un carbonate de métal alcalin tel que le carbonate de sodium ou de potassium à une température modérée d'environ a 5 60°G, par exemple, et refroidie/la température ambiante d'environ métal 25-30°C, après quoi le carbonate de zinc ou de/alcalino-terreux ei^uspension est séparé par filtration, ce qui donne une solution aqueuse contenant le carboxyméthoxy-succinate trisodique ou le carboxyméthoxy-succinate tripotassique. Ces solutions 10 peuvent aussi être obtenues par d'autres opérations, par exemple acide et en transformant le sel de zinc ou de métal alcalxno-terreux en/ en faisant réagir l'acide ct-carboxyalkoxy-succinique avec une base organique ou minérale pour produire d'autres sels, par exemple les sels d'ammonium ou d'alcanol-ammonium. 15 La séparation des sels hydrosolubles d'acide carboxy- méthoxysuccinique, sous la forme de particules, de solutions qui les contiennent,est difficile. Le résultat classique ou fréquent de l'essai de séparation des matières solides de la solution par une opération simple, par exemple par séchage 20 ordinaire au tambour, ou séchage par pulvérisation pour éliminer l'eau, est la production d'une matière impure et collante qui est contaminée par de très grandes quantités de corps réaction-nels résiduels et de sous-produits. De plus, le produit usuel obtenu par cette évaporation classique est hygroscopique, ce qui 25 engendre des problèmes en ce qui concerne la conservation et la manutention du sel lui-même, ainsi que des matières en particules telles que les détergents qui contiennent ce sel. Il est nécessaire de trouver un procédé efficace de production d'un sel d'acide succinique qui soit sensiblement 30 exempt de contamination par des sous-produits réactionnels résiduels et qui ne soit pas hygroscopique pendant la conservation et la manutention. Conformément à la présente invention, des sels hydratés hydrosolubles d'acides carboxyalkoxy-succiniques, notamment le carbc::yméthoxy-succinate trisodique sous les formes tétrahy-dratée et pentahydratée, peuvent être produits par formation d'un système ternaire renfermant le sel, de l'eau et un alcool 73 15129 4 2182130 inférieur, notamment le méthanol, la composition du système étant à 1 Extérieur d'une zone caractérisée par une forte viscosité et l'inaptitude à former une matière solide par cristallisation, et, en outre, par le fait que lors de la cristalli-5 sation, la composition de la phase liquide change de direction en s'écartant de ladite zone qui doit être évitée, la composition du système initial est avantageusement préparée par addition de l'alcool inférieur à une solution aqueuse du sel désiré, de manière à faire passer la composition totale du système 10 liquide dans les zones désirées de composition, et le sel obtenu est ensuite cristallisé et-séparé de la phase liquide par filtrat ion ou par d'autres opérations de séparatiorjêntre des matières solide et liquide. On peut obtenir de cette manière un produit très 15 pur qui n'est pas hygroscopique et qui n'a pas tendance à s'agglomérer. Un produit très avantageux est le sel de sodium de l'acide carboxyméthoxysuccinique que l'on peut obtenir sous les formes pentahydratée et tétrahydratée et, habituellement, en mélanges dans des proportions variable.s. 20 Les détails de l'opération de production des sels de sodium d'acide carboxyméthoxysuccinique sont illustrés sur la figure unique du dessin annexé, qui est un diagramme ternaire montrant les zones préférées de l'opération et la zone qui doit être évitée pour la composition du système. 25 Sur cette figure, la zone hachurée "B" délimitée par les compositions 20, 19, 18, 23 et 22 doit être évitée. Une zone préférée de travail est celle qui est désignée dans son ensemble par "A", dans laquelle le système renferme au moins 10 $ en poids d'eau. (Toutes les compositions et tous 30 les pourcentages sont exprimés en poids dans le présent mémoire, sauf indication contraire). La zone préférée est donc la zone dont les limites de composition sont représentées par les points 12, 13, 14, 34, 15, 16, 17, 18, 19, 20 et 21. Le système est avantageusement formé par combinaison de l'alcanol 35 et de la solution aqueuse du sel à séparer, addition d'alcanol à la solution ou vice versa, l'alcool étant ajouté en propor— ... tions d'environ 0,5 à 10 parties par partie de solution de sel, 73 15129 5 2182130 ce qui donne tin système contenant environ 33 à 91 fi d'alcool. Une gamme préférée pour l'alcanol va d'environ 1:1 à environ 4:1 ou de 50 à 80 fi en poids. On préfère encore davantage un rapport de l'alcanol à la solution aqueuse de 1,5:1 à 2,5:1 5 (ceci représente environ 60 à environ 72 fi en poids de la composition du système). Un autre rapport très préférable de l'alcool à la portion aqueuse .va de 3,5:1 à 4:1, c'est-à-dire environ 78 à 80 fi° en poids de méthanol dans la composition du système. En ce qui concerne les autres composants, on utilise 10 généralement une teneur en eau de 15 à 50 fi>. les rapports sel:eau sont avantageusement compris entre 1:10 et 1:1, c'est-à-dire environ 9,1 à 50 fi sur base non alcoolique. Une gamme préférée de rapports du sel à l'eau va de 15 à 25 fi sur la base du composant aqueux, c'est-à-dire 13,1 à 20 fi en solution aqueuse 15 exempte d'alcool. Les principes de cette opération sont applicables à divers autres sels en plus du carboxyméthoxy-succinate de sodium, plus particulièrement illustré dans le présent mémoire, à savoir, par exemple, le carboxyméthoxy-succinate de potassium, le car-20 boxyméthoxysuccinate d'ammonium, le carboxyméthoxy-succinate de monoéthanolammonium, le carboxyméthoxy-succinate de diéthanol-ammonium, le carboxyméthoxy-succinate de triéthanolammonium, le carboxyéthoxysuccinate de sodium, le carboxyéthoxysucci- nate de potassium , le carboxyéthoxysuccinate d'am- 25 monium, le carboxyéthoxysuccinate de monoéthanolammonium, le carboxyéthoxysuccinate de diéthanolammonium, le carboxy-éthoxy-succinate de triéthanolammonium, le carboxypropoxy-succ'inate de sodium, le carboxybutoxysuccinate de sodium, le carboxypentoxysuccinate de sodium et le carboxyhexoxy-30 succinate de sodium. Les sels indiqués ci-dessus existent sous diverses formes hydratées renfermant différentes quantités (moles) d'eau d'hydratation par mole de sel hydraté. Des exemples d'alcanols comprennent le méthanol, l'é-35 thanol, l'isopropanol, et le n-propanol. On préfère le méthanol, à cause de ses caractéristiques remarquables de solu 73 15129 6 2182130 bilité, de son faible prix et de la facilité avec laquelle on l'obtient. De nombreux composés détergents, intésessants à être utilisés avec les adjuvants produits conformément au procédé de 5 l'invention, sont indiqués dans "Surface Active Agents", de Schwartz et Perry, "Interscience Publishers, Inc.", New York 1949. On doit apporter beaucoup de soin au réglage des proportions dans la liqueur-mère, de même que dans les systèmes initiaux. Sinon, on obtient des systèmes ayant la consistance ou 10 . la viscosité de mélasses. Le sel n'est pas facile à séparer d'un tel système par les opérations classiques de filtration ou de centrifugation. L'aire "B" représentée sur la figure est une zone de ce type. Cette aire correspond aux proportions initiales ■ du système, dans l'ensemble, ou aux proportions, de la liqueur-15 mère à un instant quelconque à mesure que la cristallisation progresse, dans une opération discontinue ou continue. Une fois que la liqueur-mère du système est entrée dans cette région "B", la séparation du sel sous la forme de particules solides, et avec un haut degré de pureté, est difficile, voire même im-20 possible. Ainsi, un aspect important du procédé de l'invention consiste à éviter une plage indésirable de proportions dans des systèmes du type défini ci-dessus. La zone indésirable de compositions à éviter peut être rencontrée de diverses façons. En premier lieu, elle peut être 25 produite au début de la formation du système de sel, d'eau et d'alcanol dans les circonstances dans lesquelles on combine les composants dans des proportions telles que le système total tombe dans la région définie. En outre, la liqueur-mère peut arriver dans la région indésirable après la formation, d'un sys-30 tème initial convenable, comme conséquence de la précipitation du sel. Dans ce dernier cas, on observe que la précipitation progresse de façon satisfaisante, mais jusqu'à un point seulement ; toutefois, la séparation du sel d'un tel système est difficile. 35 Les propriétés des systèmes de sels d'acide carboxymétho xysuccinique sont généralement semblables à celles des systèmes trisodiques ; toutefois, la solubilité des sels de potassium est supérieure à celle des sels de sodium, en sorte qu'on donne habituellement la préférence à des systèmes qui sont plus con-40 centrés en sel que les systèmes de sels sodiques. les systèmes de type ammonium, ammonium quaternaire, alcanol-ammonium, aminés et amides divers, sont souvent formés par réaction de l'acide succinique substitué avec l'ammoniac qui est la base appropriée, ou par d'autres réactions convenables bien connues. 45 Sur les graphiques, les lignes en traits interrompus qui convergent sur les compositions pentahydratées ou tétra- 73 15129 i 2182130 hydratées représentent en outre des zones dans lesquelles la tendance à la production de ces hydrates respectifs prédomine. Ainsi, une composition comprise dans la portion définie ci-dessus de la zone "A" et, en outre, entre les lignes 14-11 et 5 13-11 en traits interrompus, donne principalement le tétrahy-drate (NaCMOS^B^O). De même, un système dans la composition se trouve initialement entre les lignes 14-10 et 16-10 en traits interrompus et dans la zone "A" préférée, donne principalement le pentahydrate (NaCMOS.Si^O). 10 La mise en oeuvre du procédé est illustrée, en outre, par les exemples suivants : Exemple 1 On ajoute 9 kg d'une solution aqueuse contenant 19,2 % en poids du sel de sodium d'acide carboxyméthoxysuccinique 15 (sodium-CMOS) à 36 kg de méthanol en dix minutes à la température ambiante, sous agitation. Ceci donne un système contenant 3,84 i° de sel, 16,16 $ d'eau et 80 % de méthanol, en négligeant les impuretés secondaires. On agite la suspension pendant environ 16 heures, puis on la filtre. On sèche le ré-20 sidu de filtrat ion jusqu'à une teneur en eau de 22,6 i» (la teneur théorique en eau pour le sel tétrahydraté est de 21,8 ^). La diffraction des rayons X montre que le produit est le sel tétrahydraté. L'analyse par résonance magnétique nucléaire montre qu'il s'agit de sodium-CMOS pur, aucune impureté ne pou-25 vant être décelée. On obtient 2,1 kg de matières solides Msé-chées", qui correspondent à un taux de séparation de 93,5 i° sur la base du carboxyméthoxysuc'cinate de sodium initial. Exemple 2 On ajoute 100 g de méthanol, en agitant, à 100 g d'une 30 solution de sodium-CMOS contenant 19,1 i° en poids de ce sel, à la température ambiante. Lorsque l'addition est terminée, on obtient initialement une solution limpide, de composition 9,55:40,55:50. On agite la solution pendant deux heures. Le carboxyméthorxysuccinate de sodium solide se sépare progressi-^5 vement par précipitation. On centrifuge la suspension pour séparer les matières solides du solvant* On sèche les matières solides humides. On sépare 20,3 g de produit'cristallin contenant 73 15129 8 2182130 26,7 f° d'eau (le sel pentahydraté contient 25,9 d'eau), la diffraction des rayons X confirme la structure cristalline du sel pentahydraté. le taux de séparation est de 78 fo sur la base~du carboxyméthoxy-succinate de sodium. 5 Exemple 3 On répète le mode opératoire de l'exemple 2, mais le rapport en poids du méthanol à la solution de sodium-CMOS est égal à 1,5:1, le système renfermant environ 7,64 $ de sel, 32,36 i<> d'eau et 60 i° d'alcool. Le taux de séparation est de 10 88 °fo% L'analyse du produit par diffraction des rayons X montre qu'il s'agit d'un mélange des sels pentahydraté et tétrahydraté. Exemple 4 On ajoute 100 g de méthanol à 100 g de solution aqueuse à 33,6 io de sodium-CMOS, comme dans i'exemple 2, ce qui cor-15 respondrait à la composition 16,8:33,2:50. On obtient une suspension épaisse. Après séparation et séchage, le taux de séparation est supérieur à 89 Exemple 5 On ajoute 250 g de méthanol à 100 g de solution à 16,8 % 20 de sodium-CMOS. Ceci correspond à un système de composition 4,8:23,8:71,6. On sépare le produit comme dans l'exemple 2. On le lave avec 50 ml de solution aqueuse méthanolique contenant 25 i° en poids de méthanol. On contrôle la pureté du produit par résonance magnétique nucléaire avant et après la précipitation 25 au méthanol et le lavage. L'analyse donne les résultats suivants : Composant Moles $ avant après Sodium-CMOS 82 100 30 Eumarate de sodium 4 0 Glycolate de sodium 4 0 Maléate de sodium 7 0 Autres impuretés organiques 3 0 Exemple comparatif 6 35 On ajoute 100 g d'une solution aqueuse contenant 18,3 i° de sodium-CMOS à 250 g de méthanol, comme dans l'exemple 1. 73 15129 9 2182130 Ceci correspond à un système contenant environ 5,3 de sel, 23,3 io d'eau et 72,4 $ de méthanol. Il se forme une matière poisseuse à consistance de mélasse. Le milieu ne peut pas être agité. Il nlest pas possible de séparer le carboxyméthoxysuc- 5 cinate de sodium du système, par filtration. Exemple comparatif 7 On concentre 200 g d'une solution aqueuse contenant 11,35 io de sodium-CMOS à 52 g,par évaporation de l'eau, et on ajoute 130 g de méthanol. La composition calculée du système 10 est d'environ 12,4:16»1:71,5. Une matière poisseuse et à consistance de gomme est formée comme dans l'exemple 6. Il n'est pas possible de séparer le sodium-CMOS du système par filtration. Exemple 8 15 On suit des modes opératoires analogues aux exemples 1 et 2 pour définir les courbes représentées sur la figure unique, pour le carboxyméthoxysuccinate de sodium, avec diverses compositions à 2°C, 25°C et 50°C. Exemple 9 20 On prépare du carboxyméthoxysuccinate de calcium en faisant réagir des sels d'acide glycolique et d'acide maléique en milieu aqueux en présence de CatOH^ pour produire un système de sels,de pH au moins égal à 8, mesuré à 25°C. La réaction est conduite à la température de reflux. 25 Le produit obtenu est le suivant : Composant (sous la forme acide) Sels de calcium (moles jo) Acide carboxyméthoxysuccinique 74 Acide maléique 8 30 Acide glycolique 11 Ether méthylique d'acide glycolique 3 Acide fumarique 3 Méthanol 1 100 On fait réagir le produit calcique avec du carbonate de potassium à environ 60° et on le refroidit à la température ambiante. La suspension de carbonate de calcium est ensuite 73 15129 2182130 filtrée, ce qui donne -une solution aqueuse de composition suivante : Composant (sous la forme acide) Sels de potassium (fo en poids dans la 5 solution) ' Acide carboxyméthoxysuccinique 2.7,5 Acide maléique 0,6 Acide glycolique 1,2 Ether méthylique d'acide glycolique 0,5 10 Acide fumarique 1,7 Méthanol Traces On évapore l'eau de la solution de sel de potassium jusqu'à ce que la concentration en carboxyméthozysuccinate de potassium soit égale à 72,5 i° en poids. On mélange la solution 15 résultante avec du méthanol (5,5 parties de méthanol par partie de solution). On sépare le précipité de carboxyméthoxysuccinate de potassium. Exemple 10 On ajoute 3,0 g de carbonate d'ammonium à 100 g d'une 20 solution aqueuse contenant 8,1 fo en poids d'acide carboxyméthoxysuccinique, ce qui donne un système de pH égal à 9,0. Ensuite, on ajoute 1150 g de méthanol à la solution de sel. Un précipité se forme. On sépare 4,0 g du sel d'ammonium d'acide carboxyméthoxysuccinique. 73 15129 n 2182130 KB7BHDI0ATI0H3 1. Procédé de production d'un sel hydrosoluble d'un acide carboxyalkoxysuccinique à partir d'une solution aqueuse, caractérisé par le fait qu'il consiste à mettre la solution en 5 contact avec du méthanol dans des proportions de 0,5 à 10 parties en poids par partie de solution aqueuse et à former un système suffisamment concentré dans le méthanol plus l'eau, pour permettre la/tormation du sel hydraté sous une forme solide séparable, sans formation d'une phase liquide incapable de 10 précipiter le produit solide initialement ou à mesure que la composition liquide change, avec la formation de matière solide, à cristalliser un sel hydraté et à le séparer de la phase liquide. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le sel est le pentahydrate ou le tétrahydraté 15 du sel de sodium d'acide carboxyméthoxysuccinique ou leurs mélanges, et la phase liquide contient au moins 10 $ en poids d'eau et elle est maintenue dans la zone (A) du graphique annexé, initialement et pendant la cristallisation. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en 20 outre par le fait que le méthanol est présent dans les proportions de 60 à 72 fo de la phase liquide. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en outre par le fait que le méthanol est présent dans des proportions de 78 à 80 $ de la phase liquide. 25 5c Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la cristallisation s'effectue à la température ambiante.