Brevet FR2580636A1 — publié le 19861024

La présente invention concerne de nouveaux dérivés acryliques de l'urée et leurs procédés de préparation. On connait déjà des dérivés acryliques de l'urée. Les composés acryliques utilisés comme produits de départ sont le plus souvent l'acrylamide et l'acrylonitrile. C'est ainsi qu'on a proposé la polycondensation de l'urée, du formol et de l'acrylamide en milieu faiblement alcalin en vue de préparer des produits méthylolés suivi de l'addition de styrène ou d'acrylate de méthyle (voir en paticulier KOSTYUKOV et al - URSS 272,550, 3 Juin 1970). On a aussi proposé de fabriquer l'acrylamido-méthylène-urée de formule CH2 = CH - C - NH - CH2- NH - C - NH2 O O en condensant du formol, puis de l'urée en milieu sulfurique de façon à obtenir la N - méthylolurée, puis en additionnant ensuite de l'acrylonitrile de façon à obtenir l'acrylamido-méthylène-urée (voir brevet suisse 316404 de CIBA); les produits obtenus peuvent être polymérisés ou copolymérisés et sont utilisés comme produits auxiliaires dans l'industrie du textile, du cuir ou du papier. La présente invention concerne de nouveaux produits de formule CH2 = C - C - NH - CH -NH- C- NH- R I Il 2i CH3 O dans laquelle R est H ou R est un radical de formule CH2= C - C - NH - CH2 2 1 i1 CH3 O lorsque R = H le produit nouveau est le méthacrylamidométhylène-urée, lorsque Rest CH2 = C - C- NH - CH2- CH3 O le produit est le [N N' bis (méthacrylamido-méthylène) urée]. Les spectres Infrarouge et R M N (voir figures annexées) confirment ces structures. Le méthacrylamido-méthylène-urée a pour formule brute C6 H 11 N 3 02. Son poids moléculaire est de 157. Il se présente comme un solide blanc, son point de fusion est de 215 C. - 2 - Le [N,N' bis (méthacrylamido-méthylène) urée] a pour formule brute C1 H18 N4 03. Son poids moléculaire est de 254. Il se présente comme un solide blanc, son point de fusion est de 239 C. Les nouveaux produits objet de l'invention sont polymérisables ou copolymérisables. Ils conviennent particulièrement comme addditifs dans les aminoplates et phénoplastes, notamment ceux utilisés comme colles à bois; il peut aussi être utilisé comme agent réticulant. Les nouveaux dérivés acryliques de l'urée sont préparés de la façon suivante. Le méthacrylamido-méthylène-urée est préparé selon un mode opératoire qui comporte deux étapes. Dans la première, on prépare d'abord un dérivé méthylolé amide en faisant réagir à pH basique supérieur à 7 le méthacrylamide sur le formol. Dans la deuxième étape, on fait réagir le dérivé méthylolé amide sur l'urée à pH acide au plus égal à 4,5. La première étape est réalisée de la façon suivante. On fait réagir dans un solvant non réactif la méthacrylamide avec le formol en présence d'un catalyseur basique par exemple une amine aliphatique et de préférence en présence d'un inhibiteur éther méthylique d'hydroquinone par exemple. Ces solvants non réactifs qui conviennent pour la réalisation de cette première étape sont choisis parmi l'eau, le diméthyl- formamide. Lorsqu'on utilise l'eau comme solvant, le formol est introduit sous forme de solution aqueuse, la température réactionnel est voisine de 50 C et la durée de réaction de 2 heures; l'orsqu'on utilise un solvant organique, le formol est introduit sous forme de paraformaldéhyde, la température est voisine de 80 C et la durée de réaction de 7 heures. Pour la préparation de méthacrylamido-méthylène-urée après la mise en oeuvre de la première étape on ajoute ensuite dans une seconde étape de l'urée à pH acide en quantité telle que l'on met en oeuvre au moins 4 équivalents molaires d'urée pour un équivalent molaire du dérivé méthylolé amide préparé dans la première étape. La mise en oeuvre de quantité inférieure à quatre équivalents conduit à la formation de [N,N' bis (méthacrylamido-méthylène)urée comme impureté. L'addition d'urée ainsi que celle de la quantité d'acide nécessaire pour atteindre un pH au plus égal à 4,5 est faite à froid dans le milieu réactionnel. Le mélange réactionnel est ensuite chauffé pendant environ 3 heures à une température ambiante si le solvant mis en oeuvre est de l'eau, à température voisine de 80 C, si le solvant utilisé est un solvant organique. Le produit de la réaction précipite au fur et à mesure de sa formation. Le précipité obtenu est ensuite récupéré par filtration. La préparation du [N,N' bis (méthacrylamido- méthylène)urée est réalisée en mettant en oeuvre deux étapes. La première - 3- étape est identique à celle utilisée pour la fabrication du méthacry- lamido-méthylène-urée. La deuxième étape est conduite en mettant en oeuvre 0,5 équivalent molaire d'urée pour un équivalent molaire du dérivé méthylolé amide obtenu lors de la première étape. Les exemples suivants illustrent la présente invention. Les quantités sont exprimées en partie en poids. Exemple 1 a) lère étape: synthèse du dérivé méthylol-amide Dans un réacteur agité muni d'un condenseur à reflux, on introduit la charge suivante: - 24 parties de méthacrylamide - 22,4 parties d'une solution de formol à 37 % 0,2 parties de triéthylamine - 0,010 parties d'éther méthylique de l'hydroquinone. Le mélange réactionnel est chauffé pendant 2 heures à 50 C. b) 2ème étape: synthèse du méthacrylamido-méthylène-urée Après refroidissement du mélange réactionnel à 10 C, on ajoute - 67,6 parties d'urée - 15 parties d'acide chlorhydrique concentré (50%) Le pH est alors de 1. Le milieu réactionnel est ensuite agité pendant 15 heures à température ambiante. On recueille un précipité qui se forme tout au long de la réaction. Après filtration, on recueille 31,2 parties de méthacry- lamido-méthylène urée. - Le rendement est de 70,6 %. - le point de fusion est de 215 C. - L'analyse élémentaire donne les résultats suivants - C: 45,86 % (théorie 45,85 %) - H: 7,06 % (théorie 7,05 %) - N: 26,74 % (théorie 26, 86 %) Le spectre infrarouge permet de confirmer la structure du produit obtenu (figure I annexée) Le spectre RMN confirme la structure du méthacrylamido-méthylène- urée (figures 2 et 3 annexées) Exemple 2 lère étape Dans le réacteur de l'exemple 1, on introduit - 200 parties de méthacrylamide -4- - 800 parties de diméthylformamide -'70,5 parties de paraformaldéhyde (pureté 94 %) - 4 parties de triéthylamine - 0,04 partie d'éther méthylique de l'hydroquinone. Le mélange réactionnel est chauffé pendant 7 heures à 80 OC. 2ème étape Après refroidissement du mélange réactionnel à température ambiante, on ajoute 564,5 parties d'urée et 4,3 parties d'acide sulfurique à 98 %. Le mélange réactionnel est chauffé pendant 3 heures à 80 C: il se forme un précipité tout au long de la réaction qui est récupéré par filtration de la solution à 35 C. Après lavage dans le diméthylformamide et dans l'acétone, on recueille 145 parties de méthacrylamido-méthylène-urée. Le rendement est de 42 %. Le point de fusion est de 215 0C. L'analyse élémentaire a donné les résultats suivants - C: 45,71 % -H: 7,02 % -N: 27,07 % Les spectres I.R. et R.M.N. permettent de confirmer la structure du nouveau produit obtenu. Exemple 3 lère étape Dans le réacteur de l'exemple I on introduit: - 85 parties de méthacrylamide - 81 parties d'une solution aqueuse de formol concentrée à 37 96 - 1,7 partie de triethylamine - 0,01 partie d'éther méthylique de I'hydroquinone. Le mélange réactionnel est chauffé pendant deux heures à 50 C. 2ème étape Après refroidissement à une température inférieure à 10 C, on ajoute 30 parties d'urée et 25 cm3 d'une solution aqueuse concentrée d'acide chlorhydrique: il se forme à température ambiante un précipité, 'que l'on filtre, lave à l'eau et sèche à l'acétone. On recueille 105 parties de N'N'(bis méthacry- lamido-méthylène) urée: le rendement est de 83 %. Le point de fusion est de 239 C. Le spectre infra-rouge et RMN permettent de confirmer la structure du nouveau produit obtenu (voir figures 4, 5, 6 annexées) - 5 - L'analyse élémentaire a donné les résultats suivants % calculés % trouvés (théorie) C 51,97 51,85 H 7,09 7,10 N 22,05 22,22 EXEMPLE 4 L'e.xemple 1 est répété en mettant en oeuvre les réactifs suivants - 42,5 parties de méthacrylamide - 40,5 parties d'une solution de formol à 37 % 1 partie de triéthylamine - 0,020 partie d'éther méthylique de l'hydroquinone. Le mélange réactionnel est maintenu 2 heures à 50 C. Dans une deuxième étape on ajoute au mélange réactionnel préalablement refroidi à 10 C, 60 parties d'urée puis 25 cm3 d'une solution aqueuse concentrée d'acide chlorhydrique. Le mélange réactionnel est maintenu deux heures à une température de 15 C. Il se forme un précipité au bout d'une heure qui est filtré. On obtient alors 59 parties de méthacrylamido méthylène-urée. Le rendement est de 75 %. L'analyse par chromatographie en couche mince permet de déceler la présence d'une impureté: il s'agit du NN' (bis-méthacrylamido- methylène) urée. EXEMPLE 5 Une résine urée-formol présente les caractéristiques suivantes: Viscosité à 20 C: 4 poises Extrait sec: 65 % pH: 8 F: 0,55 NH2 Cette résine et modifiée par 6,5 % de méthacrylamido-methylene urée. On dispose alors d'une résine qui présente les caractéristiques suivantes Viscosité à 20 C: 7,3 poises Extrait sec: 65 % pH: 8 F: 0,55 NH2 Ces deux résines sont utilisées pour la fabrication de panneaux particules monocouches à partir de copeaux de bois en mettant en oeuvre les mêmes conditions opératoires: les résines sont durcies à l'aide d'une solution de chlorure d'ammonium. Le tableau suivant indique les caractéristiques des panneaux obtenus Type résine -Résine modifiée Résine non modifiée Résistance en traction (Kg/cm2) 6,1 5,8 Gonflement à l'eau V 20, % 12,5 12,1 Absorption, % 69,3 69,6 Humidité panneau % 5,9 5,9 Formol perforateur mg/100 g 12,5 14 Les mesures ont été déterminées selon les normes suivantes - Teneur en formol (perforateur) Norme EN 120 - Epaisseur, masse volumique, humidité: Norme DIN 52361 - Traction V 20: Norme DIN 68763 Gonflement (%): Norme DIN 52364 REVENDICATIONS 1. Nouveaux dérivés acryliques de l'urée caractérisé par le fait qu'ils ont la formule générale: CH2 = C - C - NH - CH2 - NH - C - NH - R CHI3 0 dans laquelle R est H, le dérivé étant le méthacrylamido-méthylène-urée ou R est CH2 = C - C - NH - CH - 2 il CH3 O le dérivé étant le [N N' bis (méthacrylamido-méthylène) urée] 2. Procédé de préparation du méthacrylamido-méthylène urée selon 1 caractérisé en ce qu'on fait réagir dans une première étape dans un solvant non réactif- la méthacrylamide avec le formol à pH basique supérieur à 7 et en ce que dans une deuxième étape on fait réagir le produit de la réaction obtenu dans la première étape sur l'urée à pH acide au plus égal à 4,5 la quantité d'urée mise en oeuvre étant au moins égale à 4 équivalents molaires pour un équivalent molaire du dérivé méthylolé amide préparé dans la première étape. 3. Procédé de préparation de [N N' bis (méthacrylamido-méthylène) urée] selon I caractérisé en ce qu'on fait réagir dans une première étape dans un solvant non réactif la méthacrylamide avec le formol à pH basique supérieur à 7 et en ce que dans une deuxième étape on fait réagir le produit de la réaction obtenu dans la première étape sur l'urée à pH acide au plus égal à 4,5 la quantité d'urée mise en oeuvre étant égale à 0,5 équivalent molaire pour un équivalent molaire du dérivé méthylolé amide obtenu dans la première étape. 4. Procédé selon 2 et 3 caractérisé en ce que le solvant non réactif est choisi parmi l'eau ou le diméthylformamide.