Brevet FR2637599A1 — publié le 19900413

NOUVEAUX COMPOSES AMIDOFLUORES LEUR OBTENTION ET LEUR UTILISATION La plupart des tensioactifs fluorés se trouvant actuellement sur le marché sont issus des deux grandes familles de base perfluoroalkylée suivantes RFS02F et RFC2H4-I RF représente une chaîne perfluoroalkylée linéaire ou ramifiée. Les procédés d'obtention de ces bases sont connus depuis de nombreuses années et lespremiers brevets sont déjà tombés dans le domaine public. I1 est bien connu que l'élaboration des tensioactifs fluorés à partir de ces produits de départ, peut poser des problème6 techniques d'ordre divers, comme par exemple la séparation des sous produits et des composés réac tifs en excés ou le retraitement des solvants etc. Ce qui finalement augmente le prix de revient des tensioactifs obtenus. Pour palier à ces inconvénients, il a été mis au point et c'est ce qui constitue la nouveauté principale de la présente invention, des nouveaux tensioactif s, compos Qs amidofluorés, préparés à l'aide d'une méthode simple et originale, ne produisant aucun déchet ou sous produit, ou solvant à retraiter. C'est un procédé à "une cuve" (one pot reaction). Le procédé selon l'invention consiste dans le fait que les sous produits sont transformés au cours du traitement et condensés avec le produit principal @ Ainsi les excés sont "digéré" ne laissant aucun déchet. Par exemple à partir du composé RFSO2F et d'une diamine, on obtient le produit intermédiaire décrit dans le brevet US 2759019/56 : RFSOzNHC3H6N(CH3)2. Pour sa préparation au lieu d'utiliser le diéthyléther comme solvant, on utilise selon l'invention l'amine en excès , et le surplus d'amine sera "digéré" par un traitement ultérieur ; par exemple par adjonction d'un halogénure d'acide alcanoique, les réactions sont les suivantes L'amine en excés réagit également avec le monochloro acétate d'éthyle formant le composé suivant:: NH2-C3H6-#(CH3)2-CH2-COOEt Cl Dans une deuxième série de réactions qui se font presque instantanément lester subit une aminolyse en milieu anhydre, ce qui conduit aux produits de condensation peptidique suivants En fonction de la température, du dosage et du temps d'adjonction du monochloroacétate d'éthyle, on obtient un mélange de tensioactifs fluorés plus ou moins évolués vers la polycondensation ou vers la substitution de l'atome d'hydrogène lié à l'atome d'azote Par ailleurs l'utilisation comme base de départ du composé R C H -I pose un autre problème . Il est bien connu que son amination directe donne de très mauvais rendements, il y a production d'un taux important de produits d'éliminationqui est l'alcène correspondant.Pour cette raison, certains fabricants font intervenir dans le procédé une sulfonation qui est évidemment très laborieuse et couteuse. On peut éviter la formation d'alcène en employant un excés d'amine, ce qui nous conduit au produit suivant RFC2H4NHC3H6-N(CH3)2 Ensuite, la réaction d'un monohalogénure d'acétate d'éthyle sur le produit principal et sur l'excès d'amine produit les composés suivants RFC2H4NHC3H6N(CH3)2COOEt et NH2-03H6-N+(CH3)2CH2-COOEt Ces produits réagissant à leur tour par aminolyse, selon l'invention on obtient les substances suivantes On peut utiliser d'autres amines et aussi d'autres bases de départ comme par exemple le composé RF(CH2)n-SO2-X ou RF(CH2)n -COX, sans sortir du cadre de l'invention. X est un halogénure n est un nombre entier de 0 à 6 Ces polyamides fluorés obtenus selon l'invention contiennent encore un groupement ester. On hydrolyse par la soude ou la potasse caustique en quantité suffisante, pour obtenir les sels correspondants. Les exemples qui suivent illustrent l'invention et montrent comment elle peut être mise en pratique, mais ces exemples ne sont nullement limistatifs. Exemple n01 Dans un réacteur, muni d'un réfrigérant à reflux et d'un agitateur on introduit 61,2pp (0, 6 mole) de dimethylamino propylamine, on chauffe à 60-70 C et on ajoute lentement 100, 4 pp (0, 2 mole) de fluorure de perfluorooctylsulfonyle. La réaction est exothermique, on maintient la température à 80-95 C pendant l'addition et ensuite on mélange encore pendant deux heures à 80-90 C. On laisse refroidir le mélange à 70-80 C et on ajoute en petites portions 73,5pp (0, 6 mole) de monochloracétate d'éthyle en agitant. La réaction est exothermique ; on empèche la température de monter au delà de 115 C. On laisse tourner le mélange à 80 C pendant 15 heures, ensuite on ajoute 300 pp d'eau, on mélange 15 minutes et on ajoute une solution contenant 66 pp (1,07 mole) de potasse caustique technique et 120 pp d'eau. La température est maintenue à 80-82 C en mélangeant pendant 6 heures. Le mélange obtenu pèse 721 pp. Après repos, sa densité à 24 C est de 1, 167 et son pH 10, 8. I1 contient environ 25% de matière active. Résultats des mesures teneur en matière active tension superficielle tension interfaciale des solutions (%) dynes/cm dynes/cm 0,1 14,9 4,2 0,01 15,0 0,001 17,5 test de Ross and Miles Solution contenant 0,025% de matière active Hauteur de mousse mesurée à la température de 25 C : t. t5mn 196 mm 160 mm Exemple n 2 : On dissout dans 52, 8 pp d'eau 10 pp d'urée, 20 pp de butyldiglycol, 10 pp de laurylamidobétaiùe (30%), 1, 7 pp d'octyl sulfate de soude (40%) et4, 5 pp de produit obtenu dans l'exemple n 1 et on ajuste le pH à 8. La solution obtenue est un émulseur concentré utilisable à la dilution de 15 à 20 fois son poids. Ce type d'émulseur est connu sous le nom d'AFFF: Agent Formant un Film Flottant. Résultats des mesures de la solution 6% Tension superficielle (dynes/cm) Tension interfaciale (dynes/cm) 15,2 1,5 Résultats d'essais d'extinction sur feu d'heptane et réallumage selon la norme AFNOR S-60-210 . Pour une solution 6% Extinction 99% ----------------- 60 secondes Extinction 100 %---------------- 100 secondes Réallumage 100% ---------------- 660 secondes Exemple n 3 Dans un réacteur, muni d'un réfrigérant à reflux et d'un agitateur, on verse 122, 4 pp (1, 2 mole) de dimethylaminopropylamine, on chauffe à 60-70"C et on ajoute en plusieurs portions 94,8 pp (0, Zmole) de iodure de perlluorohexylethane. On maintient la température entre 80 et 900C pendant l'addition et ensuite on mélange encore pendant trois heures à 90"C. Puis on laisse descendre la température à 70 C et on ajoute en plusieurs petites portions 147 pp (1,2 mole) de monochloracétate d'éthyle en agitant. La réaction est exothermique et on veille à ce que la température ne dépasse pas 115 C. On laisse tourner le mélange à 800 C pendant 15 heures, ensuite on ajoute 250 pp d'eau, on mélange 15 minutes et on verse une solution contenant 103 pp (1,67 mole) de potasse caustique technique et 200 pp d'eau. La température est maintenue à 80-82 C en mélangeant pendant 6 heures. Le mélange obtenu pèse 917 pp. n contient environ 25% de matière active. Résultats des mesures Teneur en matière active tension superficielle tension interfaciale des solutions (%) (dynes/cm) (dynes/cm) 0,1 16,7 5 0,01 19,0 0,001 25,2 Exemple n 4: On dispose 30 pp de solution colloïdale de gomme Xanthane traitée selon l'exemple n 6 du brevet MC n 1939 et on ajoute 20 pp de laurylsulfate de triéthanolamine à 40%, 5 pp d'octyl sulfate de soude à 40%, 8 pp de butyldiglycol, 10 pp d'urée et 3,3 pp de surfactant à 25 % obtenu selon l'exemple n03.On complète le mélange par 23, 7 pp d'eau. La solution concentrée obtenue est un émulseur polyvalent utilisé pour combattre les feux d'hydrocarbures et les feux de liquides polaires. Ce type de produit est connu sous le nom d'APPPP ou A4P : Agent Produisant une Pellicule Protectrice Polyvalente. Elle est utilisée en diluant six parties de concentré dans 94 parties d'eau, pour les essais suivants Tension superficielle : 18 dynes/cm Tension interfaciale sur cyclohexane : 2 dynes/cm Extinction sur feu d'heptane (norme AFNOR 5-60-210) 99% ------------------------------- 70 secondes 100% ------------------------------- 120 secondes Réallumage 100 % ----------------------- 720 secondes Extinction sur feu d'acétone (norme AFNOR S-60-201) 99% ------------------------------- 40 secondes 100% ------------------------------- 60 secondes Réallumage 100% ------------------------1 200 secondes Exemple 5:: On fait réagir, dans un réacteur muni d'un réfrigérant à reflux et d'un agitateur, 122,4 pp (1, 2 mole) de dimethylaminopropylamine avec 114,4 pp (o, 2 mole) d'un mélange d'iodure de perfluoroalkyléthane chauffé préalablement à 30 C, répondant à la formule CnF2nC2H4 I et contenant environ (% poids) : 54% C6F13-C2H4I 27% C8F17-C2H4I 11% C10F21-C2H4I 4,5% C12F25-C2H4I 2% C14F29-C2H4I 1% C16F33-C2H4I La température est maintenue à 90 C en agitant pendant 4 heures. Ensuite on laisse refroidir à 70 C et on ajoute en plusieurs portions 147 pp (1, 2 mole) de monochloroacétate d'éthyle en mélangeant. La réaction est exothermique, et on règle la vitesse d'addition de telle façon que la température reste au dessous de 115 C. Après addition complète, on mélange à 80-85 C pendant 15 heures. Ensuite, on ajoute 250 pp d'eau et on mélange un quart d'heure. On verse une solution préalablement préparée, contenant 103 pp (1, 67 mole) de potasse caustique technique et 200 pp d'eau. On continue de mélanger à 80-82 C pendant 6heures. Le mélange obtenu pèse 944 pp. Il contient environ 25% de matière active. Résultats des mesures teneur en matière active \ tension superficielle | tension interfaciale sur des solutions (%) en dynes/cm cyclohexane (dynes/cm) 0,1 17,2 5,2 0,01 20,0 0,001 24,0 Exemple n 6 On exécute la meme préparation décrite dans l'exemple n 4, mais à la différence qu'au lieu d'utiliser 3, 3 pp de surfactant à 25% obtenu suivant l'exemple n03 on utilise le surfactant préparé selon l'exemple n 1. Les résultats obtenus avec une solution à 6% sont les suivants Tension superficielle : 16, 0 dynes/cm Tension interfaciale sur cyclohexane : 2, 0 dynes/cm Extinction d'un feu d'heptane (norme AFNOR S-60-210) 99% ... . - - - - - - - - - - . 50 secondes 100 % ------------------------------- 90 secondes Réallumage 100% ------------------------- 800 secondes Extinction d'un feu d'acétone (norme AFNOR S-60-201) 99 % ------------------------------- 30 secondes 100 % ------------------------------- 45 secondes Réallumage ------------------------------ 1 200 secondes REVENDICATIONS (1) Nouveaux tensioactifs amidofluorés exempts de dérivés des protéines, caractérisés par le fait qu'ils contiennent un radical perfluoroalkyl, ayant 4 à 20 atomes de carbone et une ou plusieurs liaisons peptidiques symbolisées par -CONH-, issues d'une aminolyse d'une fonction ester carboxylique, répondant à la formule générale suivante RF: groupement perfluoroalkyl contenant 4 à 20 atomes de carbone A : SO2ou CO ou néant n: un nombre entier de O à 3 m: un nombre entier de 3 à 6 p : un nombre entier de 1 à 2 x : un nombre entier de 1 à 6 R1: un atome d'hydrogène ou un groupement alkyle substitué ou un groupement alcanacyl substituté. R2 et R3 : deux groupements alkyles mineurs différents ou identiques. (2) Nouveaux procédés de fabrication de tensioactifs amidofluorés selon la revendication (1), caractérisés par le fait qu'ils ne produisent aucun déchet et que l'excès d'amine employé dans la préparation est consommé par une condensation finale après adjonction d'un halogénure d'ester alcanoique. (3) Nouveaux procédés d'obtention selon les revendications (1) et (2), caractérisés par le fait que le monohalogénure d'ester dlcanoïque est le monochlorure d'acétate d'éthyle. (4) Nouveaux procédés de fabrication selon les revendications (1), (2), (3), caractérisés par le fait que la consommation de l'excès d'amine est effectué par leur condensation ou polycondensation sur la molécule fluorée principale. (5) Nouveaux tensioactifs fluorés selon la revendication (1), caractérisés par le fait qu'on les utilise dans différents domaines de la technique pour diminuer la tension superficielle de l'eau ou des huiles , et en particulier dans la composition des mousses extinctrices pour la lutte contre l'incendie.