Brevet FR2648458A1 — publié le 19901221

! La présente invention concerne l'acide diallyl- oxyacétique et ses sels d'addition basiques, leur procédé de préparation et leur application comme agent réticu- lant. Les agents réticulants sont couramment- utilisés pour accéder à des polymères présentant des propriétés particulières ou améliorées. Ils sont généralement employés à faibles doses et l'on souhaite. qu'ils conduisent à des polymères réticules homogènes. Ils doivent donc posséder des propriétés adéquates 'de solubilité, de reactivité, de compatibilité envers les monomères ou les polymères avec lesquels on désire les faire réagir. On sait que l'on obtient aisément des polymères réticulés par polymérisation radicalaire, notamment en solution ou en suspension, d'un ou plusieurs monomeres éthyleér.iques en presence d'un agent réticulant convena- ble, comportant au moins deux fonctions éthyléniques pclymérisables tel que les composes di- ou polyvinyli- cues, les di- ou poiyesters d'acides mono- ou polycar- bcxyl:ques étehyleniques avec des polyols, les bisacryl- amides ccmme le N,N-methyléne bisacry'amide ou l'acide bisacrylamidcacetique. Farmi tous ces agents reticulants polyeéthyléniques connus, l'acide bisacrylamidoacétique sa:ifiê est, à la connaissance de la Demanderesse, le seul qui soit très sc^uble dans l'eau mais c'est un derivé de l'acrylamide dont on souhaite l'absence pour certains usages particuliers en raison de sa toxicité. On recherche donc un agent réticulant diéthylénl.- que, hydrosoluble, compatible notamment avec l'acide acrylique ou ses sels d'ammonium ou de métaux alcalins, ne possédant pas dans sa structure de fragment acryl- amide, pour la fabrication de polymères réticulés, insolubles dans l'eau mais gonflables à l'eau tels que des polymères epaississants ou superabsorbants destinés notamment à des usages cosmétiques et/ou hygiéniques, comme la fabrication des cbuches pour bébés. Le diallyloxyacétate de sodium a déjà été préparé par L. Holmquist, Acta Chem. Scand., 1969, 23, 1045-52, par condensation de l'acide dichloracétique sur un excès de propene-2 oiate-1 de sodium, afin de tester son activité inhibitrice éventuelle sur le neuraminidase du vibrio cholerae. Le diallyloxyacetate d'allyle est par ailleurs décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4.454.065 et dans la demande de brevet européen N'0.094.815. Dans ces documents, il est mentionné comme présentant un point d'ébullition de 55-60 C sous 16 mm/Hg très différent de celui trouvé par la Demanderesse. La Demanderesse a découvert avec étonnement de nouveaux agents réticulants hydrosolubles éthyléniques répondant aux besoins des utilisateurs et ne présentant pas les inconvénients de ceux de l'art antérieur. Les agents réticulants hydrosolubles, éthyléni- ques, selon la présente invention sont les produits de formule ceera À! CH2 =CH - CH2 -C, CH - COOM (I) CH2 = CH - CH2 - O dans laquelle M represente un atome d'hydrogene, de potassium cu de lithium ou un groupe ammonium. C'est pourqu.oi la présente demande a pour objet l'acide diallyioxyacetique et ses sels d'addition avec les bases minérales, à l'exception du sel de sodium. Parmi ces produits, on peut citer plus particu- lièerement: -!'acide diallyloxyacétique; - le dlallyloxyacetate de potassium; - le diallyloxyacétate d'ammonium. On peut citer également le diailyloxyacétate de lithium. Selon l'invention, les produits. de formule générale (I) ci-dessus peuvent être prépares par un procédé caractérisé en ce que l'on effectue une hydrolyse alcaline du diallyloxyacétate d'allyle pour obtenir le sel basique correspondant que soit l'on isole, soit si désiré l'on acidifie en acide diallyloxyacetique que l'on isoie ou si désire, salifie en sei d'ammonium. Dans des conditions préférentielles de mise en oeuvre, le procéde cidessus est caractérise en ce que l'on fait réagir -l'acide glyoxylique avec l'alcool allylique pour obtenir le diallylo.xyacetate d'allyle. L'on fait réagir l'acide glyoxylique de préfé- rence avec un excès d'alcool allylique en présence d'un catalyseur acide et, éventuellement, d'un solvant non miscible à l'eau donnant un azéotrope avec l'eau, pour obtenir le diallyloxyacétate d'allyle. L'hydrolyse est réalisée en faisant réagir le diallyloxyacetate d'allyle avec l'hydroxyde de métal alcalin correspondant. Si désiré, l'on acidifie les sels, basicues en acide dieilyloxyacetique, de préférence.& l'aide d'un acide organique dont ie sel correspondant est peu soluble dans l'eau. Dans des conditions preferentielles de mise en oeuvre de l'invention, le prccedé ci-dessus décrit est réalise de la manière suivante: 1. La reaction de lalcocl allylique avec l'acide glycxylique est réalisee: avec un excès de 5 à:2 moles, avantageusement avec 10 moles d'alcool par mole d'acide glyoxylique, - er. présence d'un solvant choisi parmi le toluène, le cyclohexane et le trichloro-l,l,l-ethane, - en présence d'un catalyseur acide choisi parmi l'acide paratoluenesulfonique, l'acide sulfurique et les résines sulfoniques, échangeuses d'ions, sous forme acide, - avec distillation azèctropique concomitante de l'eau présente et formee dans le milieu réactionnel. 2648458. 2. L'hydrolyse du diallyloxyacétate d'allyle isolé au premier stade du procédé par des moyens connus en soi est réalisée: - à la température ambiante avec un léger défaut d'hydroxyde de sodium, d'hydroxyde pass..... . ou d'hydroxyde de lithium, - avec élimination de l'alcool allylique libéré..DTD: par distillation azèotropique avec de l'eau. 3. L'acidification du diallyloxyacétate de sodium, de potassium ou de lithium en acide diallyloxy- acétique est réalisée: - à la température ambiante, dans un milieu biphasique eau-solvant organique non miscible à l'eau, - avec un léger défaut d'acide oxalique. 4. Le diallyloxyacetate-d'ammonium est obtenu en salifiant l'acide diatlyloxyacétique avec de l'ammoniac, soit sous forme liquide aux environs de -30 C, soit en solution dans un solvant organique soit dans!'eau, puis en evaporant sous vide e.milieu réactionnel obtenu. La présente invention a egalement pour objet !'util'isation des prdu ts de formule générale (I) comme agent de réticulaticn En effet, ces produits peuvent étre aisément copov!yméresés, même à tres faibles doses, avec divers monomères eéhyléniques pour fournir des ccpclymeres reticules pcssedant des proprietes particu- lieres ou améliorées. Ils peuvent être utilisés comme comonomere aussi bien dans des procédes de polymérisation en solution, en suspension ou en émulsion eau dans huile ou huile dans eau, avec des monomères tels que l'acide acrylique, l'acrylate de sodium, l'acrylate de potassium, 1. 'acrylate d'ammonium, l'acrylate de diméthylaminoéthyle libre, salifié ou quaternisé, l'acrylamide, et les dérives similaires correspondant à l'acide méthacrylique, le vinylsulfonate de sodium, le chlorure de diallyl- dimethyl-ammonium, l'acide (meth)acrylamido-2 méthyl-2 propanesulfonique-l, l'acide hydroxy-2 (meth)acryloyl- oxy-3 propanesulfonique-1-, l'acide itaconique, l'acide citraconique, l'acide moléique. Parmi tous les monomères éthyléniques ci-dessus, les monomeres préférés sont l'acide acrylique, les acrylates de métal alcalin, et l'acrylate d'ammonium. Les produits de formule générale (I) sont particulièrement intéressants pour l'obtention de polymères hydrophiles insolubles dans l'eau mais gonflables à l'eau tels que les polymères épaississants, les polymères super-absorbants, à base d'acide acrylique libre, partiellement ou totalement salifié. En effet, avec ces monomeres, les produits de formule générale (I) se copolymerisent aisément et d'une manière homogène, même à des doses pouvant atteindre 0,001 % en proportions molaires, pour fournir des polymères réticulés quasiment insoiubles dans l'eau c'est-a-dire présentant un taux d'extractibles inférieur a 0, -% en. poids par rapport au poids de polymère sec, et presentant par ailleurs d'excellentes proprietes abscrtantes. Les exemples sui.-vans:lustrent l'invention sans toutefois la lim ter. Dans ces exemples, les tests utilises ont éte realises de ia maniere suivante: - la capacite d'asrpion _'eau du polymère est déterminee à 2C C, en ag:ar.: durant 30 minutes, 0,4 g de polymère dans 50O g d'eau, puis en pesant le gel poiymere obtenu egoutte. Le pofts trouve est ramene à 1 g de polymère; - la capacité d'absorption de solution aqueuse saline du polymère est determinee à 20 C, en agitant durant 30 minutes, 2 g de polymere dans 500 g d'une solution aqueuse contenant 9 g/l de chlorure de sodium puis en pesant le gel polymère obtenu égoutté. Lé poids trouvé est ramené comme précédemment à 1 g de polymère. Le taux d'extractibles est determine selon la méthode suivante: - on place 1 g de-polymère à tester dans 200 g d'une solution aqueuse contenant 9 g/l de chlorure de sodium; - on agite cette suspension pendant 16 heures à 20 C; - on égoutte le gel polymère obtenu et on recueille le filtrat; - on dose sur 100 cm3 du filtrat les fonctions carboxyliques et carboxylates présentes; - on exprime le résultat de ce dosage par gramme de polymère dissous pour 100 g de polymère sec. Exemple 1 On chauffe au reflux avec distillation azéotropi- que de l'eau et recyclage du solvant d'entrainement, un mélange constitué par - 92,6 g d'acide glyoxylique à 80 % en poids dans l'eau, scit 1 mole, - 521 g (1o moles) d'alcool aiiylique, - I!0 g de trichloro-ili-éthane, C - 2,5 g d'acice su!furique concentre à 92. Apres 330 minutes de cnauffage, on a recueilli!a quantite d'eau théorique, on refroidit alors le milieu reactionnel puis cn le neutralise avec de l'hydrogénocar- bonate de sodium et on filtre ensuite les sels minéraux obtenus Le fi!trat es- ensuite concentre sous vide pour eliminer l'excès d'alcool allylique e. le so!vant, puis l'huile residuelie est distillée. On recueille ainsi ,7g (0,29 mole) d'allyloxy-2 glycolate d'allyle, distillant a 50 C sous 5mbar puis 148,6 g (0,7 mole) de diallyloxyacetate d'allyle a 108 C sous 5mbar. L'allyloxy-2 glycolate d'allyle est cité sans constante physique dans le brevet européen N 0.109.044. ExemDle 2 PreParation du diallvloxyacetate de sodium On dissout 21,2 g (0, 1 mole) de diallyloxyacétate d'allyle dans 42 g de toluène puis on introduit dans cette solution 3,92 g (98 mmoles) d'hydroxyde de sodium dissous dans 50 g d'eau. On agite vigoureusement ce milieu réactionnel biphasique pendant 30 minutes à 30 C, puis on décante et l'on recueille la phase aqueuse que l'on soumet à une distillation sous vide pour, éliminer par distillation azeotropique l'alcool allylique libéré. La phase aqueuse est ensuite versée dans de l'acétone pour précipiter le diallyloxyacétate de sodium attendu. On filtre, puis le précipite obtenu est sécheé sous vide à poids contant à 60 C. On obtient ainsi 19g (98 mmoles) de diallyloxyacétate de sodium cristallisé pur présentant un point de fusion de 179-181 C (littéra- ture citée F 179-181 C). Ce produit est très soluble dans l'eau. ExemDle 3 Préparation de l'acide diallyloxyacetiaue Dar.s une solution aqueuse contenant 29,1 g (0,15 mole) de diallyloxyacetate de sodium et 71 g d'eau, on introduit à la température --"iante et sous agitation 100 g d'oxyde de die-hy-e puis une solution de 17,6 g (0,1l mole; d'acide oxalique cristallisé avec deux molécules d'eau dans.2 g d'eau. Le rmilieu biphasique obtenu est agite vigoureusemenr pendant 10 minutes puis ii est decante. La phase ethêere est ensuite séchée sur sulfate de sodium anhycdre, filtrée et enfin concentreée a sec sous vide. On obt:ent ains 2^- g (0,14 mole) d'acide diallyloxyacétique pur. Cet acide se présente sous la forme d'une huile, il possède un pka de 2.9 et il est soluble dans l'eau et dans les sclvants organiques usuels tels que l'oxyde de diéthyle, le dichlorométhane toutefois, en solution aqueuse, il s'hydrolyse. Microanalyse Ce.HL2 4 calculés 55,80 7,03 trouves 55,8 7,0 Analyse physique RMN' C (CDCI3) à 50,4 MHz COOH: 170,8 ppm =CH-: 133,25 ppm CH2=: 116,3 ppm s o O CH- O: 95,8 ppm CH2-O: 67,8 ppm Exemple 4 On dissout à la température ambiante 230 g (3,2 moles) d'acide acrylique dans 150 g d'eau contenant 129 g (2,3 moles) d'hydroxyde de potassium, puis dans cette solution, on introduit: g d'une solution aqueuse d'acide diéthylène- triaminopentaacétique à 9,6 g/l, - 467 mg de persulfate de sodium dissous dans 5 g d'eau, - 1.5 mg (0,59 mmole) de diallyloxyacetate de sodium dissous dans 5 g d'eau, _V -:0_,4 g d'eau. On obtient ainsi 634 g d'une solution aqueuse désignée A. Dans un réacteur de polymerisation, on chauffe au reflux, sous agitation, pendant 30 minutes, en atmosphere inerte: - 634 g de cyclchexane, - 3,5 g d'éthylcellulose contenant de 48 à 49,5 % de groupements ethoxyles et présentant a 25 C une viscosité de 200 mPa.s, puis on introduit en 90 minutes, sous agitation et en atmosphère inerte, la solution A. L'introduction terminée, cn poursuit le reflux pendant 1 heure, puis on élimine 240 g d'eau par distillation azeotropique et enfin, on refroidit la suspension obtenue à la tempéra- ture ambiante. On filtre le polymère cherché puis on le sèche à poids constant à e80c. On obtient ainsi 332 g de g polymère acide acryliqueacrylate de sodium réticule présentant les caractéristiques suivantes: capacité d'absorption d'eau: 2!3 g/g, - capacité d'absorption d'une solution aqueuse saline à 9 g/1: 40,5 g/g, -'taux d'extractibles: 2,6 % Exemple 5 On prépare une solution aqueuse contenant: - 366 g d'eau permutée, - 52 g (0,93 mole) d'hydroxyde de potassium, - 0,8 g (4,1 mmoles) de diallyloxyacétate de sodium, - 80 g (1,11 mole) d'acide acrylique, - 57 mg (0,11 mmole) de di'thylenetriaminopenta- acétate de sodium. Dans cette solution soigneusement désoxygénee, on introduit sous agitation, àa 4OC: - 160 mg (6,7 mmnoies) de persulfate de sodium dissous dans 2 g d'eau, - 120 mg (6,- mmcies) de meaDislfite de sodium dissous dans 2 g c'eau. Après un léger temps de latence. la polymérisa- tion démarre et ie milieu réactionnei se:ransforme en un gel avec un échauffement nota le. Lorsqoe la température 2' du milieu reactionnel est revenue à la température ambiante, le gel pclymére obtenu est se'he:6 heures à C, puis 10 heures à 100 C. On obtient ainsi, apres broyage, une poudre blanche constituée par un copolymere acide acrylique-acrylate de potassium réticulé presentant les caractéristiques suivantes: - extrait sec: 93,8 %, - capacité d'absorption d'eau: 113 g/g, - capacite d'absorption d'une solution aqueuse à 9 g/l de chlorure de sodium 28,8 g. REVENDICATIONS 1. L'acide diallyloxyacetique et ses sels d'addition avec les bases minerales, à l'exception du sel de sodium. 5. 2. L'acide diallyloxyacétique. 3. Le diallyloxyacetate de potassium. 4. Le diallyloxyacétate d'ammonium. 5. Procédé de préparation de l'acide diallyloxy- acétique et de ses d'addition avec les bases minérales, à l'exception du sel de sodium, caractérisé en ce que l'on effectue une hydrolyse alcaline du diallyloxyacétate d'alkyle pour obtenir le sel basique correspondant que soit l'on isole, soit si désiré l'on acidifie en acide diallyloxyacétique que l'on isole ou si désiré, salifie en sel d'ammonium. 6. Procéde selon la revendication 5, caractérise en ce que le diallyloxyacétate d'allyle est obtenu en faisant reagir!'a-ide glyoxylique avec de l'alcool ailylique. ú 7. Azpicaic-n de 'acl de diallyloxyacéeique cmmre agent re:ticuianz. 8. Application du diailyloxyaseéate de sodium, de potassium, de lithiumr ou d'ammoniumr comme agent reticu- lant.