Brevet FR2555595A1 — publié le 19850531

La présente invention se rapporte à un procédé de préparation d'une composition contenant un anhydride alcényl succinique et elle concerne, plus particulièrement, un procédé de préparation d'une composition contenant un anhydride alcényl succinique et ayant une excellente teinte, à partir d'une oléfine et d'anhydride maléique. Un anhydride alcényl succinique présente une grande variété d'appli- cations dans les domaines des modifications de résines, des plastifiants, des agents de dispersion, des additifs pour huiles lubrifiantes ou des agents anti-rouille. On peut facilement préparer l'anhydride alcényl succinique en soumettant une oléfine et l'anhydride maléique à une réaction d'addition thermique à haute température, par exemple à 200220 C. Cependant, des quantités notables d'anhydride maléique et d'oléfine n'ayant pas réagi subsis- tent dans le produit de réaction d'addition thermique, de sorte qu'un stade de purification est indispensable. Pour minimiser les matières qui n'ont pas réagi, on a proposé de prolonger la durée de réaction. Cependant, dans un tel procédé, une partie de l'anhydride maléique est susceptible d'être décomposée et des sous-produits sont susceptibles de se former, ce dont il peut résulter une coloration importante, la qualité du produit étant détériorée et ses applications limitées. En outre, un procédé de purification supplémentaire pour l'élimination des sous-produits est nécessaire. L'anhydride maléique possède un point de fusion élevé et est facile- ment sublimé. En conséquence, pendant l'élimination des matières qui n'ont pas réagi par chauffage du produit de réaction précité sous pression réduite, l'anhydride maléique sublimé a tendance à se déposer sur la paroi interne des canalisations, d'o risques d'obstruction avec les problèmes que cela peut poser. D'autre part, on utilise dans certains domaines analogues aux domaines d'application de l'anhydride alcényl succinique, un composé obtenu par copolymérisation d'une oléfine et d'anhydride maléique en présence d'un agent générateur de radicaux. On effectue normalement cette réaction de copolymérisation à une température de 90 à 200 C, c'est-à-dire à une tempéra- ture sensiblement plus basse que la température de la réaction d'addition thermique, le produit résultant présentant de ce fait une belle teinte sans coloration due à la formation de sous-produits. En outre, la conversion est en général bonne et il n'exite pratiquement aucun risque d'ennui par suite de la sublimation de l'anhydride maléique pendant l'élimination par distil- lation des matières qui n'ont pas réagi. Cependant, le composé obtenu par cette réaction radicalaire est une substance du type haut polymère ayant une viscosité relativement élevée et un point de fusion relativement élevé par comparaison avec l'anhydride alcényl succinique. En conséquence, ce composé ne possède pas le même niveau d'efficacité que l'anhydride alcényl succinique bien qu'il soit utilisé dans les mêmes domaines d'application que l'anhydride alcényl succinique. La Demanderesse a effectué des études poussées pour résoudre les problèmes précités rencontrés lors de la production de l'anhydride alcényl succinique et pour fournir un procédé économique des préparatiors d'anhydride alcényl succinique pouvant être utilisé dans les domaines d'application évoqués précédemment. C'est ainsi qu'elle a mis en évidence qu'il était possible de réduire de manière sensible la quantité d'anhydride maléique n'ayant pas réagi et subsistant dans le produit de réaction, en soumettant une oléfine et de l'anhydride maléique à une réaction d'addition thermique puis en soumettant l'oléfine et l'anhydride maléique n'ayant pas réagi, à une réaction radicalaire avec addition d'un peroxyde, un produit satisfaisant pouvant ainsi être obtenu sans effectuer de purification supplémentaire ou bien, si l'on effectue une opération de purification pour éliminer les substances, volatiles sous pression réduite, on ne se heurte pas à des pro- blèmes tels que l'obstruction des canalisations par suite de dépôt d'anhydri- de maléique. Le produit ainsi obtenu n'est pas un anhydride alcényl succini- que pur mais un mélange de composés utiles dans les mêmes domaines d'applica- tion que l'anhydride alcényl succinique. On a trouvé que le produit possède sensiblement le même niveau d'efficacité que l'anhydride alcényl succinique quand on l'emploie à des fins classiques. D'autre part, conformément à ce procédé, il n'est pas nécessaire de trop élever le degré de conversion dans la réaction d'addition thermique et, par conséquent, on peut abaisser la température de réaction et en abréger la durée, ce qui permet d'améliorer notablement la teinte et la qualité du produit par rapport à l'anhydride alcényl succinique obtenu par le procédé classique. La présente invention a été élaborée à partir de ces découvertes. En conséquence, les principaux buts de la présente invention sont de fournir: - un procédé de production économique d'une composition contenant un anhydride alcényl succinique; - un procédé industriellement avantageux pour préparer une composi- tion contenant un anhydride alcényl succinique pouvant servir dans les mêmes domaines d'application que l'anhydride alcényl succinique; et - çn procédé industriellement avantageux pour préparer une composi- tion contenant un anhydride alcényl succinique ayant une excellente teinte utilisable dans les mêmes domaines d'application que l'anhydride alcényl succinique. Plus précisément, la présente invention fournit un procédé de pré- paration d'une composition contenant un anhydride alcényl succinique, qui consiste à soumettre une oléfine et de l'anhydride maléique à une réaction d'addition thermique, suivie d'une réaction radicalaire avec addition d'un peroxyde. Dans le procédé selon l'invention, on soumet une oléfine et de l'anhydride maléique à une réaction d'addition thermique puis à une réac- tion radicalaire avec addition d'un peroxyde. Eh tant qu'oléfine utilisable dans ce procédé, on peut mentionner des composés ayant dans leurs molécules des doubles liaisons éthylénique- ment insaturées et comportant au moins 3 atomes de carbone, habituellement de 3 à 10 000 atomes de carbone, de préférence de 4 à 5000 atomes de carbone et plus préférentiellement encore, de 8 à 2000 atomes de carbone. L'oléfine peut être une substance unique ou un mélange d'oléfines ayant des nombres différents d'atomes de carbone. Parmi les oléfines, on préfère les -k-oléfines et surtout les - en l'absence d'un solvant. La température pour la réaction d'addition ther- mique est en général de 170 à 260 C, de préférence de 180 à 250 C et, mieux encore, de 190 à 230 C. La durée de réaction est en général de 0,5 à 24 heures et, de préférence, de 2 à 12 heures. Le rapport molaire de l'olé- fine à l'anhydride maléique à mettre en oeuvre est en général de 1:0,5 à 1:2, de préférence de 1:1 à 1:2. On effectue habituellement la réaction d'addition thermique jusqu'à la réaction d'un maximum de 95 % en moles, de préférence de 30 à 95 % en moles et, mieux encore de 60 à 90 % en moles de l'anhydride maléique mis en oeuvre. On refroidit l'appareil de réaction pour mettre fin à la réaction d'addition thermique. Pour la réaction radicalaire (seconde étape), on ajoute un peroxyde au produit de la réaction d'addition thermique et on soumet l'anhydride maléique qui n'a pas réagi à une réaction radicalaire. Le peroxyde à ajouter au produit de réaction d'addition thermique peut être un agent générateur de radicaux classique tel que le peroxyde de di-t-butyle ou l'hydroperoxyde de t-butyle. On ajoute le peroxyde à raison de 0,001 à 0,1% moles par rapport à l'oléfine mise en oeuvre. La température pour la réaction radicalaire est en général de 100 à 260 C et de préférence, de 130 à 200 C. Pratiquement la totalité de l'anhydride maléique qui n'a pas réagi subit en général la réaction au cours d'une période de 30 minutes à 10 heures. La composition ainsi obtenue contenant un anhydride alcényl succinique est en général un mélange comprenant un produit d'addition de l'oléfine et de l'anhydride maléique (c'est-à-dire un anhydrique alcényl succinique) et un copolymère de l'oléfine et de l'anhydride maléique. La réaction pour la formation de l'anhydride alcényl succinique est schématisée par l'équation (I) ci-après dans laquelle R est un atome d'hydrogène ou un radical alkyle: R - CH2 - CH = CH2 + CH = CH O 0 (I) R - CH = CH - CH2 - CH - CH2 La réaction pour la formation du copolymère de l'oléfine et de l'anhydride maléique est schématisée par l'équation (II) ci-après dans la- quelle R est tel que défini plus haut: m R -CH - CH = CH2 + n CH = CH (II) ( --CH - CH2)m ( CH CH-C-n 2 O/n CH2 g O R Ainsi, le rapport du produit d'addition au copolymère correspond pratiquement au rapport de la conversion dans la réaction d'addition thermi- que (c'est-à-dire de la conversion de l'anhydride maléique dans la réaction d'addition thermique) à la conversion dans la réaction radicalaire. La composition obtenue par les réactions mises en jeu dans les deux étapes ci-dessus, présente habituellement un point de fusion de -50 à 95 C et une viscosité de 10 2 à 1 Pa.s à 100 C. Par exemple, quand on utilise comme oléfine de départ une c(-oléfine à chalne droite contenant au moins 28 atomes de carbone, la composition résultante a en général un point de fusion de 55 à 95 C et une viscosité de 30.10 3 à 150.10-3 Pa.s à 1000 C. D'autre part, l'anhydride maléique qui n'a pas réagi et qui demeure dans le produit de réaction représente en général moins de.3 % de la quantité mise en oeuvre. Alors que dans le procédé classique l'anhydride maléique qui n'a pas réagi et qui demeure dans le produit soulève des problèmes au cours de l'opération de purification ou qu'une tentative de réduction de la quanti- té d'anhydride maléique restant n'ayant pas réagi au moyen d'une réaction à haute température et de longue durée aboutit à une détérioration générale du produit, la mise en oeuvre du procédé de la présente invention ne laisse pratiquement pas subsister d'anhydride maléique n'ayant pas réagi dans le produit, ce qui évite tout problème pendant l'opération de purification. Par ailleurs, la teinte et la qualité du produit sont améliorées, le produit pouvant de ce fait être avantageusement utilisé par exemple comme modifica- teur de résine, agent de dispersion ou un agent anti-rouille. Les exemples suivants, dans lesquels toutes les proportions sont en poids, servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. Exemple 1 Dans un ballon, on introduit 650 g (1 mole) d'un mélange d'c et, après balayage poussé avec de l'azote gazeux, on fait réagir à une tempé- rature de 200 C pendant 4 heures (réaction d'addition thermique). La conver- sion de l'anhydride maléique dans cette réaction est de 70 %. On refroidit le mélange de réaction et on ajoute 1,46 g (0,01 mole) de peroxyde de dit- butyle à une température de 170 C. On fait réagir le mélange pendant 1 heure à 170 C (réaction radicalaire). La conversion de l'anhydride maléique dans cette réaction est d'au moins 99 %. On ne constate pas de formation notable de sous-produits colorés, et le produit présente une teinte satisfaisante et constitue un produit final sans aucune autre purification. Les propriétés physiques apparaissent dans le Tableau 1 ci-après. Exemple de comparaison Dans un ballon, on introduit 650 g (1 mole) d'un mélange d'O l'éthylène à faible degré de polymérisation et 98 g (1 mole) d'anhydride ma- léique et, après un balayage poussé à l'azote gazeux, on fait réagir à 200 C pendant 6 heures puis à 220 C pendant 2 heures supplémentaires. La conver- sion de l'anhydride maléique dans cette réaction est de 85 %. Ensuite, on cherche à éliminer l'anhydride maléique sous pression réduite, ceci provo- quant l'obstruction des canalisations du système de distillation. C'est pour- quoi, on réalise la distillation de l'anhydride maléique en chauffant les canalisations du système de distillation een lesmaintenant chaudes. Le pro- duit obtenu est assez fortement coloré et des substances colorées insolubles se déposent dans le réacteur et précipitent dans la partie inférieure du produit. Les propriétés physiques du produit sont indiquées dans le Tableau 1. Exemple de référence Dans un ballon, on introduit 650 g (1 mole) d'un mélange d' -oléfines contenant de 30 à 60 atomes de carbone obtenu par une polymérisation de l'éthylène à faible degré de polymérisation et 98 g (1 mole) d'anhydride maléique, on balaye soigneusement avec de l'azote gazeux et on chauffe à C. On ajoute ensuite 8,76 g (0,06 mole) de peroxyde di-t-butyle en 2 heures tout en surveillant le dégagement de chaleur, ce qui permet d'ef- fectuer la copolymérisation radicalaire. Après l'achèvement de l'addition uu peroxyde, on maintientle système de réaction à 180 C pendant 1 heure pour achever la réaction. La conversion de l'anhydride maléique dans cette réaction est d'au moins 98 %. La teinte du produit est bonne et ce produit peut constituer le produit final sans aucune autre purification. Les pro- priétés physiques sont indiquées dans le Tableau 1. Tableau 1 Viscosité * 1 Teinte *2 Pénétration Point de (Pa.s) (Gardner) d'aiguille*3 fusion *4 (1/10 mm) ( C) Exemple 1 50.10-3 9 - 10 2 - 3 72 - 76 Exemple de7-6 Exemple de 40.10-3 17 - 18 5 72 - 76 comparaison 1 8 Exemple de 200.10-3 2 - 3 3 74 - 76 référence e * 1. Viscosité: mesurée à 100 C par un viscosimètre de modèle B fabriqué par Tokyo Keiki Seizosho K.K. * 2.Teinte: mesurée à 100 C selon la norme ASTM D 1544. * 3. Pénétration d'aiguille: mesurée à 25 C selon la norme ASTM D-132161T. * 4. Point de fusion: mesuré à l'aide d'un appareil automatique de mesure de point de fusion: METTLER fabriqué par METTLER INSTRUMENTE AG. Il est évident à l'examen du Tableau 1 que la composition contenant un anhydride alcényl succinique provenant de l'exemple 1 possède une faible viscosité, sa teinte étant en outre notablement améliorée par rapport à celle du produit de l'exemple de comparaison qui illustre un procédé classique. Exemple 2 Dans un ballon, on introduit 319 g (1 mole)d'un mélange d'"-oléfines contenant de 20 à 28 atomes de carbone obtenu par une polymérisation de l'éthylène à faible degré de polymérisation ("Dialen" 208-marque déposée- fabriqué par Mitsubishi Chemical Industries, Ltd) et 98 g (1 mole) d'anhy- dride maléique, puis après un balayage à l'azote, on fait réagir à 200 C pendant 4 heures. La conversion de l'anhydride maléique dans cette réaction est de 72 %. On refroidit le mélange de réaction et on ajoute 1, 46 g (0,01 mole) de peroxyde de di-t-butyle à une température de 170 C. On laisse ensuite réagir le mélange pendant 1 heure à 170 C. La conversion de l'anhydride maléique dans cette réaction est d'au moins 98 %. On obtient un composé ayant une teinte satisfaisante comme dans l'exemple 1. On mesure les propriétés physiques de la même façon que dans l'exemple 1. Les résultats obtenus sont donnés dans le Tableau 2 ci-dessous. Tableau 2 Viscosité (Pa.s) 280.10-3. Teinte (Gardner) 6 - 7 Pénétration d'aiguille (1/10 mm) 2 - 3 Point de fusion ( C) 51 - 54 REVENDICATIONS 1. Procédé de préparation d'une composition contenant un anhydride alcényl succinique, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre une oléfine et l'anhydride maléique à une réaction d'addition thermique suivie d'une réaction radicalaire avec addition d'un peroxyde. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oléfine est une X 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oléfine contient de 3 à 10 000 atomes de carbone. 4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on poursuit la réaction d'addition thermique jusqu'à ce que 30 à % d'anhydride maléique aient réagi.