Brevet FR2544321A1 — publié le 19841019

PROCEDE POUR L'ELIMINATION DE BENZENE CONTENU DANS UNE RESINE CARBOXYPOLYMETHYLENE Il est connu d'utiliser les résines carboxypolyméthylènes en tant qu'agents d'épaississement, de suspension, de dispersion et d'émulsifi- cation dans la préparation de produits cosmétiques, d'encres d'imprime- rie, de lubrifiants, de cirages, d'encaustiques, de cires, de peintures et de compositions de revêtement imperméables et résistant à l'huile En général, les résines disponibles dans le commerce sont sous forme solide et sont des poudres légères, blanches faiblement acides Les propriétés de ces résines les rendent intéressantes pour la préparation de composi- tions pharmaceutiques et de produits alimentaires Cependant, les résines disponibles dans le conterce contiennent des quantités apprécia- bles de benzène qui est un agent carcinogène dangereux suspecte de provoquer la leucémie Du fait de leur teneur en benzène, les résines, présentement, ne peuvent être utilisées dans les produits alimentaires et leur utilisation dans les produits pharmaceutiques est soumise à certaines restrictions Il est, par conséquent, fortement souhaitable, de disposer de carboxypolyméthylènes pratiquement exempts de toute teneur en benzène Pour autant que la demanderesse le sache, les fabri- cants de ces résines ont été, jusqu'à présent, incapables de fournir des résines sous une forme exempte de toute teneur substantielle en benzène si ce n'est en modifiant le procédé de fabrication afin d'éviter la contamination du produit par le benzène Cette modification des procédés opératoires, cependant, augmente de façon importante les coûts de fabrication Ainsi, lorsqu'elles sont fournies par des fabricants, les résines ainsi obtenues présentant une teneur notablement réduite en benzène, présentent des coûts de l'ordre de quatre fois supérieurs aux coûts des mêmes résines contenant des quantités appréciables de benzène. La présente invention a pour objet un procédé simple et peu coteux pour pratiquement libérer de leur teneur en benzène, les résines carboxypolyméthylènes L'invention a pour objet un procédé d'élimination du benzène de résines carboxypolyméthylènes comprenant la formation d'une phase solution par dissolution de la résine contenant des quan- tités contaminantes de benzène dans un solvant liquide exempt de benzène, de constituer une phase gazeuse exempte de benzène, de former une dispersion fine de l'une des deux phases dans l'autre, de maintenir ladite suspension pendant un temps suffisant pour permettre que, pratiquement la totalité du benzène de la phase liquide se transfère dans la phase gazeuse et de récupérer la résine produite pratiquement exempte de benzène. Grâce à ce procédé, les résines qui ont, généralement des teneurs initiales d'environ 0,01 à environ 0,5 % en poids de benzène, peuvent être rendues pratiquement exemptes de benzène. Quoique la demanderesse ne souhaite en aucune façon être liée à aucune théorie, il semble que, dans la résine solide, les molécules de benzène sont emprisonnées dans les enroulements des chaînes moléculaires de la résine polymère Lorsque l'on met la résine polymère en solution, les molécules de résine polymère sont solvatées et les chaînes poly- mères, formant partiellement ou totalement des enroulements, laissent échapper les molécules de benzène emprisonnées Lorsque la solution de résine est mise en contact intime avec la phase gazeuse par formation de la dispersion finale indiquée ci-dessus, le transfert des molécules de benzène de la solution dans la phase gazeuse peut se produire, ce qui permet à la résine de la solution d'être pratiquement exempte de tout contaminant benzénique. A l'aide du procédé précité, la teneur en benzène du produit peut pratiquement être réduite à une valeur inférieure à 0,001 % en poids de benzène exprimé par rapport au poids de la résine solide Sous une forme préférée, là résine produite ne contient aucune trace détectable de benzène. Les résines carboxypolyméthylènes à employer dans le procédé selon la présente invention peuvent être des polymères d'acide acrylique ayant des chaînes linéaires ou ramifiées et comportant des motifs répétitifs consistant, en général, en la formule indiquée ci-dessous. CH 2 CH COOH n Généralement le poids moléculaire des résines polymères est compris entre 400 000 et environ 4 000 000 et la valeur de N dans la formule précitée représente le nombre des'motifs répétitifs de la chaine poly- mère Sous une forme particulièrement préférée, le carboxypolyméthylène employé est formé de résines disponibles dans le commerce sous la dénomination commerciale de CARBOPOL de B F Goodrich Company, Cleveland, Ohio, Etats-Unis d'Amérique. Afin de pouvoir employer la résine dans la préparation de compo- sitions pharmaceutiques et alimentaires, il est normalement souhaitable 1 L de-disposer d'une matière purifiée exempte de benzène, sous la forme d'une solution concentrée ou sous la forme d'une poudre de résine sèche reconstituée De façon souhaitable, par-conséquent, la phase en solution est pratiquement exempte de tout ingrédient autre que la résine-et son solvant Une exception réside dans le fait que la solution peut contenir des petites quantités d'agents de préservation antimicrobiens tels que méthylparabène et propylparabène Ces agents de préservation sont, en général, utilisés dans les domaines pharmaceutiques et alimentaires et l'addition de petites quantités de ces agents de préservation n'inter- fère pas la manipulation des solutions des résines ou avec le procédé d'élimination du benzène et, par conséquent, l'inclusion de petites quantités de ces agents de préservation peut, de façon convenable, être effectuée préalablement à l'étape d'élimination du benzène Lorsqu'ils sont présents, ces agents de préservation seront ajoutés à la solution de résine en une quantité en général inférieure à 0,5 % en poids exprimé par rapport au poids de résine dans la solution. Un mode préféré de réalisation de la présente invention, consiste à former la dispersion précitée sous la forme d'une pulvérisation de fines gouttelettes de la phase liquide dans la phase gazeuse constituant la phase continue Les processus et techniques à utiliser pour former une dispersion fine dans l'air des gouttelettes d'une solution liquide sont, bien entendu, bien connus de l'homme de l'art ayant desconnais- sances dans les techniques de séchage par pulvérisation et autres techniques qui sont employées pour mettre en oeuvre la présente inven- tion. Ainsi qu'il apparaltra à l'homme de l'art, cependant, même des solutions relativement diluées de résines carboxypolyméthylènes présen- tent des viscosités relativement élevées et, par conséquent, les résines ont tendance à être d'une nature très hygroscopique, ce qui rend, par conséquent, quelque peu difficile l'évaporation du solvant des goutte- lettes de la solution durant leur chute libre dans la phase gazeuse ce qui serait, normalement l'objet de toute opération de séchage par pulvérisation classique Ainsi, on comprendra qu'afin d'obtenir un produit qui soit pratiquement exempt de benzène les fines gouttelettes liquides doivent être maintenues en contact avec la phase gazeuse pendant une période de temps suffisante pour permettre pratiquement à la totalité du benzène se trouvant dans la phase liquide de passer dans la phase gazeuse De telles modifications des appareillages et procédés de pulvérisation par séchage classique qui doivent être réalisées afin de former efficacement une pulvérisation fine de la solution ou de sécher les gouttelettes de solution, entrent cependant dans les possibilités de l'homme de l'art ayant des connaissances dans le domaine du séchage par pulvérisation et qu'il n'est pas nécessaire de discuter de façon plus détaillée dans les présentes. Une autre forme préférée de mise en oeuvre du procédé selon la présente invention consiste à former une dispersion de la phase gazeuse dans une phase liquide continue par agitation vigoureuse de la phase liquide, en présence de la phase gazeuse-, c'est-a-dire par agitation de la solution de résines à l'aide de moyens classiques tels qu'agitateur, mélangeur ou appareil de mélange permettant d'aérer la phase liquide. Dans de tels cas, l'agitation et l'aération de la solution liquide sont maintenues pendant une période de temps suffisante pour permettre pratiquement à la totalité du benzène présent dans la solution de se séparer par volatilisation de la solution et ainsi de passer dans la phase gazeuse L'élimination de l'impureté benzène peut être accélérée par passage continu d'un courant de gaz exempt de benzène au contact de la solution subissant le traitement et élimination continue du gaz chargé en benzène de la proximité du liquide Ainsi, par exemple, un courant de gaz comprimé peut être amené à barboter de façon continue dans la phase liquide subissant le traitement On peut appliquer le vide à la phase liquide afin d'améliorer et d'accélérer l'îlimination du benzène Le liquide peut être maintenu dans une enceinte qui est, au moins partiellement, mise sous vide après une aération et une agitation supplémentaires de la phase liquide Le traitement continu de la solu- tion peut être réalisé par alimentation en continu de la solution dans un appareil du type VERSATOR (dénomination commerciale) modifié ou autre appareillage de mélange dans lequel le liquide est continuellement agité et aéré pour former une dispersion fine de bulles de gaz dans le liqui- de, un autre gaz étant amené de façon continue dans l'appareil et un effluent gazeux formé de gaz chargé de benzène étant continuellement extrait, sous pression réduite, de la phase liquide aérée et agitée. Quoique dans la présentes référence soit faite à une "aération", il est bien entendu que la phase gazeuse associée à la phase liquide n'est pas nécessairement de l'air Dans certains cas, il peut être souhaitable d'éviter la présence d'oxygène ou d'autres constituants de l'air dans la solution subissant un traitement et d'autres gaz peuvent être employés tels que des gaz inertes, par exemple hydrogène ou de la vapeur d'eau telle que de la vapeur d'eau saturée, de la vapeur d'eau sursaturée ou de la vapeur d'eau surchauffée Par référence à "aération" ou comprendra tous ces modes de réalisation. Sous une forme préférée, le solvant employé pour former la solu- tion de résine est de l'eau D'autres solvants peuvent, bien entendu, être employés De façon souhaitable, le solvant est un de ceux dans lesquels la résine présente une solubilité d'au moins 10 %, plus géné- ralement d'au moins 15 %, exprimée par rapport au poids de résine dans la solution, de façon à ce que des solutions relativement concentrées de la résine puissent être formées et que, par conséquent, des solutions exemptes de benzène purifiées, relativement concentrées, puissent être obtenues De plus, lorsque les concentrations élevées de la résine sont dissoutes dans le solvant, de moindres frais d'énergie sont requis pour éliminer le solvant de la solution dans le cas o l'on souhaite récu- pérer la résine sous une forme sèche D'autres exemples de solvants convenables incluent éthanol, glycérol, et propylène glycol, ainsi que des mélanges de l'un ou de plusieurs des composés précités avec de l'eau. Selon une forme préférée, la solution contiendra d'environ 0,1 à environ 50 % en poids de résine exprimé par rapport au poids de la solution Une solution à concentration de 0,1 % ou supérieure, de résine pratiquement exempte de benzène peut, utilement constituer la base d'un produit pharmaceutique liquide et on peut préparer également des solutions pouvant atteindre au moins environ 50 % de concentration Ces derniers concentrats peuvent être employés dans les formulations de produits pharmaceutiques et alimentaires Les viscosités des solutions obtenues dépendent du poids moléculaire de la résine subissant le traitement ainsi que du poids de la résine dissoute dans la solution De façon classique, cependant, les solutions de résine contenant plus d'environ 5 % en poids de la résine, présentent la consistance mucilagi- neuse ou pâteuse Avec des résines de poids moléculaires plus élevés, il peut être préférable d'employer des solutions ne contenant pas plus d'environ 15 % en poids de résine, car à des teneurs supérieures de la résine solide dissoute, la viscosité de la solution de résine peut être tellement élevée que se présentent alors des difficultés pour former une dispersion fine de la phase gazeuse dans la phase liquide Généralement du fait de la viscosité relativement élevée des solutions, on se heur- tera à des difficultés dans le séchage par la pulvérisation ou dans toutes autres méthodes de formation d'une dispersion de gouttelettes fines de la solution liquide contenant plus d'environ 5 % en poids de la résine dans la solution Ainsi, lorsqu'il est nécessaire de former une dispersion de gouttelettes liquides fines de la solution de résine, on utilisera en général des solutions de résine qui ne contiendront qu'en- viron 5 %, et même moins, en poids de résine. La réaction peut être mise en oeuvre à froid, c'est-à-dire dans des solutions aqueuses à une température descendant jusqu'à O %C La phase de résine liquide, la phase gazeuse, ou les deux peuvent cepen- dant, être chauffées à température ambiante Plus élevée est la tempéra- ture, plus rapide sera le transfert du benzène de la phase liquide dans la phase gazeuse Alors qu'en théorie-, il est possible d'employer des solutions à n'importe quelle température pouvant aller jusqu'au point d'ébullition du solvant, en pratique l'emploi de températures par trop élevées augmente les coûts du procédé et peuvent donner lieu à des problèmes d'évaporation par trop rapide du solvant de la solution Ainsi qu'il a été noté ci-dessus, o il est souhaité d'obtenir une résine solide reconstituée, purifiée et exempte de benzène, il est possible d'obtenir ces produits solides reconstitués par pulvérisation-séchage d'une dispersion fine de gouttelettes liquides de la solution de résine et dans de tels cas on laisserait normalement tomber les gouttelettes dans un courant ascendant d'un gaz convenable chauffé au-dessus de la température ambiante afin de produire l'évaporation du solvant Alors que certaines des résines sont sensibles à la température, d'autres ne le sont pas et des températures pouvant atteindre jusqu'à 1000 C peuvent être employées, des températures supérieures n'étant cependant pas nécessaires et, généralement, lorsque la dispersion liquide-gaz est maintenue à une température élevée supérieure à la température ambiante, on peut travailler à des températures pouvant atteindre 60 à 700 C environ. A titre illustratif et non limitatif, sont donnés les exemples suivants conformes à la présente invention. EXEMPLE 1 9 d'une résine de carboxypolyméthylène d'un poids moléculaire approximativement égal à 1 250 000 et disponible sous la dénomination commerciale de Carbopol 941, et contenant 3085 ppm de benzène, sont dissous dans 490 g d'eau dans un récipient de 2 litres pour former une solution à 2 % en poids et l'ensemble est mélangé, de façon continue, à l'aide d'un appareillage de laboratoire pourvu d'un agitateur à lames. La vitesse du mélangeur est ajustée de façon à ce que la solution soit convenablement aérée Des échantillons de la solution sont prélevés après 5 minutes et une heure pour une analyse quant à la teneur en benzène L'échantillon prélevé, après 5 minutes, contient 504 ppm de benzène (calculé en tant que ppm de Carbopol 941), alors qu'aucune trace de benzène ne peut être décelée dans l'échantillon prélevé après une heure. EXEMPLE 2 200 g de Carbopol 941 (contenant 3085 ppm de benzène) sont dissous dans 9 800 g d'eau dans un récipient de 15 litres pour former une solution à 2 % en poids et l'ensemble est mélangé, de façon continue, à l'aide d'un appareillage de laboratoire pourvu d'un agitateur à lames. La vitesse du mélangeur est fixée au maximum pour que la solution soit aérée autant qu'il soit possible Des échantillons de la solution sont prélevés à des intervalles d'une heure et analysés quant à leur teneur en benzène Après Il heures de mélange, le benzène est totalement éliminé de la solution. EXEMPLE 3 400 9 de Carbopol 941 (contenant 3085 ppm de benzène) sont dissous dans 19 600 9 d'eau dans un récipient de 30 litres pour former une solution à 2 % en poids et on mélange, de façon continue, à l'aide de deux mélangeurs de laboratoire pourvus chacun d'un agitateur à lames. Les vitesses-des mélangeurs sont maintenues au maximum pour que la solution soit aérée autant qu'il soit possible En outre, la solution est chauffée à 60-700 C et maintenue à cette température pendant toute la durée du traitement Des échantillons de la solution sont prélevés à des intervalles d'une heure et analysés-quant à leur teneur en benzène. Après 8 heures de mélange, on constate que le benzène est totalement éliminé de la solution. EXEMPLE 4 8,73 kg de Carbopol 941 (contenant 4740 ppm de benzène) contenus dans un récipient sont dissous dans 560 litres d'eau dans une chambre de préparation ayant une capacité de 3 800 litres pour former une solution de l'ordre de 1,5 %, La solution est mélangée en continue à l'aide d'un mélangeur à turbine de 5 cv La vitesse du mélange est ajustée pour que la solution soit soigneusement aérée De plus, de l'air comprimé filtré- est passé à travers la solution passant par une entrée basse du réci- pient et sortant à travers la surface de la solution pour entraîner le benzène de ce récipient Les échantillons de la solution sont prélevés après une, deux et trois heures de mélange et d'aération et analysés quant à leur teneur en benzène Les quantités de benzène (calculées en tant que ppm de Carbopol 941) sont de 326 ppm après une heure, 22 ppm après deux heures et ne sont pas décelables après trois heures Le benzène est complètement éliminé de la solution après trois heures de mélange et d'aération. EXEMPLE 5 8,73 kg de Carbopol 941 (contenant 4740 ppm de benzène) sont dissous dans 620 litres d'eau dans une chambre de préparation ayant une capacité de 3 800 litres pour former une solution de l'ordre d'environ 1,4 % La solution est mélangée en continue à l'aide d'un mélangeur à turbine de-7,5 cv La vitesse du mélange est ajustée pour que la solu- tion soit soigneusement aérée De plus, de l'air comprimé filtré est passé à travers la solution par une entrée basse du récipient et s'échappe par la surface de la solution de façon à aider à l'entraî- nement du benzène du récipient. Les échantillons de la solution sont extraits après 4 minutes immédiatement après que la solution a été préparée, à l'aide d'un préleveur et après les lère et 2 ème heures de mélange et d'aération, puis analysés quant à la teneur en benzène Les quantités de benzène (calculées en tant que ppm de Carbopol 941) sont de 4 739 ppm après 4 minutes, 221 ppm après une heure et ne sont pas décelables après deux heures de mélange et d'aération Le benzène est complètement éliminé de la solution après deux heures de mélange et d'aération, Les procédés des exemples 4 et 5 peuvent être modifiés pour que soient appliqués de l'air comprimé à l'entrée basse de la chambre de préparation et le vide dans le volume gazeux situé au dessus de la solution dans le récipient de préparation L'élimination des gaz sous pression réduite du dessus de la solution aérée accélère l'élimination du benzène de la solution. D'autres procédés ont été mis en oeuvre avec des solutions conte- nant des concentrations supérieures de résines carboxypolyméthylènes. EXEMPLE 6 g de de Carbopol 941 (contenant 3085 ppm de benzène) sont dissous dans 950 g d'eau dans un récipient de 2 litres pour former une solution à 5 % en poids ayant l'aspect d'un mucilage et la solution est mélangée en continue à l'aide d'un appareillage de laboratoire pourvu d'un agitateur à lames La vitesse du mélangeur est ajustée pour que la solution soit soigneusement aérée En outre, un courant d'air comprimé est passé à travers la surface de la solution pour contribuer à l'élimi- nation du benzène Des échantillons de la solution sont prélevés après une et deux heures de mélange et d'aération et analysés quant à leur teneur en benzène Les quantités de benzène, (calculées en tant que ppm de Carbopol 941) sont de 20 ppm après une heure et ne sont pas déce- lables après deux heures de mélange et d'aération Le benzène est complètement éliminé de la solution ayant l'aspect d'un mucilage après deux heures de mélange et d'aération. EXEMPLE 7 g de Carbopol 941 (contenant 3085 ppm de benzène) sont dissous dans 450 g d'eau dans un récipient de 2 litres pour former une solution à 10 % présentant une consistance pâteuse La solution est mélangée en continu à l'aide d'un appareillage de laboratoire pourvu d'un agitateur à lames La vitesse du mélangeur est ajustée pour que la solution soit soigneusement aérée En outre, un courant d'air comprimé est passé à travers la surface du mucilage ayant l'aspect d'une pâte pour contribuer à l'élimination du benzène Des échantillons de la solution sont préle- vés après une heure de mélange et d'aération et analysés quant à leur teneur en benzène Le benzène est complètement éliminé de la solution en moins d'une heure de mélange et d'aération. L'exemple suivant est un exemple de traitement d'une résine de carboxypolyméthylène présentant un poids moléculaire supérieur. EXEMPLE 8 9 d'une résine de carboxypolyméthylène ayant un poids molécu- laire approximativement égal à 4 000 000 et disponible sous la dénomina- tion commerciale Carbopol 940, contenant en outre 589 ppm de benzène, sont dissous dans 950 9 d'eau dans un récipient de 2 litres pour former une solution ayant l'aspect d'un mucilage Ceci est alors mélangé en continu à l'aide d'un appareillage de laboratoire pourvu d'un agitateur à lames En outre, un courant d'air comprimé est passé à travers la surface de la solution pour contribuer à l'élimination du benzène Un échantillon de la solution est prélevé après une heure de mélange et d'aération et analysé quant à sa teneur en benzène Le benzène n'est pas décelable après une heure de mélange et d'aération Le benzène est complètement éliminé de la solution en moins d'une heure de mélange et d'aération. La méthode analytique employée dans les exemples ci-dessus permet de déceler de façon précise, 10 ppm ( 0,001 % de benzène) Les procédés de mélange et d'aération décrits dans les exemples l et 4 à 8 sont poursui- vis pendant une periode prolongée comprise entre une à six heures après les périodes mentionnées ci-dessus dans les exemples On considère que les teneurs en benzène restant dans les solutions sont par conséquent réduites à une valeur inférieure à 1 ppm. RLVENUICATIONS 1. Procédé d'élimination du benzène de résines carboxypolymé- thylènes selon lequel on prépare une phase liquide par dissolution de la résine contenant des quantités contaminantes de benzène dans un solvant liquide exempt de benzène, on amène une phase gazeuse exempte de benzène, on crée une dispersion fine de l'une desdites phases dans l'autre, on maintient la dispersion pendant une période suffisante pour permettre pratiquement à la totalité du benzène de la phase liquide de passer dans la phase gazeuse et on récupère une phase de résine pratiquement exempte de benzène. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la résine contient initialement de 0,01 à 0,5 % en poids de benzène. 3. Procédé selon la revendication-2, dans lequel la résine produite, pratiquement exempte de benzène, contient moins d'environ 0,01 % en poids de benzène exprimé par rapport au poids de la résine solide. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase liquide contient d'environ 0,1 à environ 50 % en poids de résine. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel est constituée une dispersion de la phase gazeuse dans la phase liquide continue. 6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la dispersion est formé par agitation vigoureuse de la phase liquide en présence d'une phase gazeuse. 7. Procédé selon la revendication 5, dans lequel la dispersion est créée dans une enceinte dans laquelle on fait au moins en partie le vide pour éliminer le gaz chargé en benzène de la dispersion. 8. Procédé selon une quelconque des revendications 5, 6 ou 7, dans lequel un courant de bulles de gaz est passé au travers de la dispersion. 9 Procédé selon la revendication 1, dans lequel une dispersion formée par pulvérisation de fines gouttelettes de la phase liquide est formée dans la phase gazeuse continue. 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant l'étape consis- tant à laisser le solvant s'évaporer des gouttelettes au cours de leur chute dans la phase gazeuse et de récupérer une phase résine exempte de benzène solide. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 9 dans lequel la phase gazeuse est de l'air, un gaz inerte, de la vapeur d'eau ou un de leurs mélanges. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 9 dans lequel la phase gazeuse est de l'air. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 9 dans lequel la dispersion est maintenue à une température de l'ordre de O à environ 100 'C. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 9 dans lequel la dispersion est maintenue à une température comprise entre environ 60 et 700 C. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 9 dans lequel le solvant est de l'eau, de l'éthanol, du glycérol, du propylène-glycol ou un de leurs mélanges. 16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 5 ou 9 dans lequel le solvant est de l'eau. 17. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la phase liquide est essentiellement formée de ladite résine, du solvant et de un ou plusieurs agents de préservation antimicrobiens. 18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel l'agent de préservation est présent en une quantité inférieure à environ 0,5 % en poids exprimé par rapport au poids de la résine. 19 Procédé selon la revendication 17, dans lequel la phase liquide est essentiellement formée de résine et du solvant.