Brevet FR2750697A1 — publié le 19980109

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE SOLUTIONS AQUEUSES DE SELS D'AMMONIUM QUATERNAIRE INSATURÉS La présente invention porte sur la fabrication d'une solution aqueuse du sel d'ammonium quaternaire insaturé, répondant à la formule (I) suivante: CH3 CH3 I O@/ e H2C=C-C-O-CH2-CH2-N - CH3, Cl (I) IIl O CH3 par réaction, en présence d'eau, du méthacrylate de N,Ndiméthylaminoéthyle avec CH3-Cl comme agent quaternisant. Les solutions aqueuses de ce sel (I) sont utilisées pour préparer des polymères destinés à servir de floculants dans le traitement des eaux. A l'heure actuelle, on est contraint de conduire le procédé ci-dessus a la pression atmosphérique, car la synthèse sous pression conduit à un produit instable thermiquement. Cependant, le procédé actuel sous pression atmosphérique présente le désavantage d'utiliser un excès de CH3-Cl plus important - dont la conséquence directe est un rejet gazeux de CH3-Cl plus important - que si la synthèse était effectuée sous pression. Par ailleurs, un procédé de préparation du sel (I) sous pression est connu par la demande de brevet japonais J 5 76-103 185. Conformément à ce procédé connu, une solution aqueuse à 50-80% (pp) d'un (méth)acrylate de formule: CH R1 1H3 I / CH2=C-C-O-Y-N II \ 2 0 R2 dans laquelle: - Y représente un groupe alkylène inférieur ou hydroxyalkylène inférieur; et - R1 et R2 représentent chacun indépendamment un groupe alkyle inférieur est amenée en contact avec un halogénure d'alkyle ou d'alkaryle pour quaterniser le méthacrylate ci-dessus. Le seul exemple illustrant cette quaternisation est effectué avec addition de chlorure de méthyle sous une pression maximale de 4,5 bars, à une température de 25-30'C. En dehors de l'inconvénient indiqué ci-dessus concernant le rejet du chlorure de méthyle en excès, ce procédé conduit à une hydrolyse importante du composé de départ, par exemple du méthacrylate de N,N- diméthylaminoéthyle en acide méthacrylique, cette réaction parasite étant favorisée par le mode d'introduction du méthacrylate de N,N-diméthyl- aminoéthyle et de l'eau qui sont ajoutés déjà mélangés et en début de réaction. Cette présence d'acide méthacrylique dans la solution aqueuse finale obtenue dégrade la qualité analytique de celle-ci, et, peut, dans certaines applications, avoir une influence néfaste sur sa valeur d'usage en polymérisation. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. De façon surprenante, la Société déposante a maintenant découvert que le procédé sous pression pouvait conduire à un produit thermiquement stable, à la condition qu'il soit effectué en présence d'un composé particulier. La présente invention a donc d'abord pour objet un procédé de fabrication d'une solution aqueuse du sel d'ammonium quaternaire insaturé de la formule (I) telle que définie ci-dessus, par réaction, en présence d'eau, du méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle avec CH3-Cl comme agent quaternisant, ledit procédé étant conduit sous pression, caractérisé par le fait qu'il est conduit en présence de sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique. On introduit le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique généralement à raison de 1 à 100 ppm, de préférence, de 5 à 30 ppm par rapport à la solution aqueuse de sel (I). Ledit sel pentasodique est préférentiellement introduit au début de la réaction. D'une manière générale, ledit sel pentasodique est ajouté sous la forme d'une solution aqueuse, car il est principalement disponible sous cette forme. Ainsi, ledit sel pentasodique, commercialisé sous la dénomination VERSENEX 80, se présente sous la forme d'une solution aqueuse à 40% en poids environ. La réaction selon l'invention est généralement conduite sous une pression de 2 à 9 bars, de préférence de 3 à 6 bars, et à une température de 35 à 65'C, en particulier de 40 à 55'C. La réaction selon l'invention est par ailleurs conduite avec un rapport molaire de CH3-Cl au méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle qui est généralement de 1 à 1,1, de préférence de 1,01 à 1,05. En outre, au moins un stabilisant, choisi notamment parmi le 3,5ditert.-butyl-4-hydroxytoluène, l'éther méthylique d'hydroquinone, l'hydroquinone, le catéchol, le tert.-butyl catéchol et leurs mélanges, est avantageusement associé au méthacrylate de N,N-diméthyl- aminoéthyle dès le début de la réaction, à raison de 50 à 2000 ppm, de préférence de 100 à 1000 ppm, par rapport à la solution aqueuse de sel (I). Une mise en oeuvre particulièrement préférée du procédé selon l'invention est la suivante: (a) dans un réacteur fermé, qui contient le méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle et le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique et qui a été pressurisé par de l'air de 1 à 3 bars, on introduit en continu, à la température de 40 - 55'C, 5 à 15% de la quantité pondérale nécessaire à la réaction de CH3- Cl; (b) ensuite, on ajoute en continu, à la température de 45 - 'C, l'eau et le reste de CH3-Cl jusqu'à l'obtention de la concentration souhaitée en sel (I) dans l'eau, la pression en fin de réaction pouvant atteindre 6 - 9 bars; puis (c) on dépressurise le réacteur et, après retour à la pression atmosphérique, on élimine le CH3-Cl résiduaire par exemple par strippage à l'air. Les solutions sont à des concentrations notamment d'environ 50 à 85% en poids de sel quaternaire (I) dans l'eau. Les exemples qui vont suivre, donnés à titre indicatif, permettent de mieux comprendre l'invention. Dans ces exemples, les pourcentages indiqués sont des pourcentages en poids, et les abréviations suivantes ont été utilisées: - MADAME: méthacrylate de diméthylaminoéthyle - MADQUAT MC 75: solution aqueuse de chlorure de méthacryloyloxyéthyltriméthylammonium à % - EMHQ: éther méthylique de l'hydroquinone - VERSENEX 80: sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine penta acétique. EXEMPLE 1: Préparation de MADOUAT MC 75 Dans un réacteur en verre de 1 1, spécialement conçu pour tenir la pression (pression de service de 1,2 x 106 Pa (12 bars), pression d'épreuve de 6 x 106 Pa (60 bars)), équipé d'un agitateur spécifique gaz-liquide, d'une spire de refroidissement, d'une sonde de température et d'un manomètre, ainsi que d'une soupape de sécurité, on charge 0,0083 g de VERSENEX 80 (solution aqueuse à 40% de matières actives), et 471 g de MADAME stabilisé à 800 ppm d'EMHQ. Le réacteur est fermé, puis pressurisé avec 1 bar d'air. Pour conduire la réaction de quaternisation du MADAME, on utilise 159 g de CH3-Cl et 207,5 g d'eau, les conditions opératoires étant: [CH3Cl]/[MADAME] = 1,05, et valeur moyenne du rapport de débit d'injection H20/CH3Cl (en g/h) = 0,7. Le milieu est porté à 47'C et on commence à introduire CH3-Cl liquide à un débit de 40 g/h. Lorsque 10% de la totalité du chlorure de méthyle ont été introduits (soit 16 g), on commence à ajouter l'eau à un débit de 28 g/h, tout en poursuivant l'introduction du restant de chlorure de méthyle. La durée totale d'introduction du CH3-Cl est de 4 heures, celle de l'eau, de 7 heures. En fin de réaction, lorsque l'ajout d'eau est fini, la pression atteint 6 x 105 Pa (6 bars). Le réacteur est alors dépressurisé progressivement, tout en introduisant un débit d'air, de façon à avoir un rapport gaz résiduaire/gaz entrant égal à 1 (durée: 1 heure). Après retour à la pression atmosphérique, le CH3-Cl résiduaire est ensuite éliminé à chaud par strippage à l'air (durée - 30 minutes). On obtient ainsi 818 g de MADQUAT MC 75. Les résultats en termes de stabilité au stockage sont rassemblés dans le Tableau 1 ci-dessous. Le test de stabilité consiste à immerger dans un bain d'huile à 92'C des tubes à essai fermés et remplis à 80% avec le produit à tester. La stabilité est appréciée en mesurant la durée avant polymérisation. EXEMPLE 2 On a reproduit l'Exemple 1. Les résultats sont également rapportés dans le Tableau 1. EXEMPLE 3 (Comparatif) On a reproduit l'Exemple 1, mais sans VERSENEX 80. Les résultats sont également rapportés dans le Tableau 1. Tableau 1 $ Exemple Quantité de VERSENEX 80 Stabilité par rapport au produit final (ppm) (heures) 1 10 162 2 10 168 3 (comparatif) sans 2 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une solution aqueuse du sel d'ammonium quaternaire insaturé, répondant à la formule (I) suivante: CH3 CH3 IH O/ e H2C=C-C-O-CH2-CH2-N - CH3, Cl (I) IIl O CH3 par réaction, sous pression et en présence d'eau, du méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle avec CH3-Cl comme agent quaternisant, caractérisé par le fait qu'il est conduit en présence de sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on introduit le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique à raison de 5 à 30 ppm par rapport à la solution aqueuse de sel (I). 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'on introduit le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique au début de la réaction. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'on introduit le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique sous la forme d'une solution aqueuse. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction sous une pression de 2 à 9 bars, en particulier de 3 à 6 bars. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction à une température de 35 à 65'C, en particulier de 40 à 55'C. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction avec un rapport molaire du CH3-C1 au méthacrylate de N,N- diméthylaminoéthyle de 1 à 1, 1, de préférence de 1,01 à 1,05. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'au moins un stabilisant, choisi notamment parmi le 3,5-ditert.-butyl-4-hydroxytoluène, l'éther méthylique de l'hydroquinone, l'hydroquinone, le catéchol, le tert.-butyl catéchol et leurs mélanges, est associé au méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle dès le début de la réaction, à raison de 50 à 2000 ppm, de préférence de 100 à 1000 ppm, par rapport à la solution aqueuse de sel (I). 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que: (a) dans un réacteur fermé, qui contient le méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle et le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine pentaacétique et qui a été pressurisé par de l'air de 1 à 3 bars, on introduit en continu, à la température de 40 - 55'C, 5 à 15% de la quantité pondérale nécessaire à la réaction de CH3-Cl; (b) ensuite, on ajoute en continu, à la température de 45 - 55'C, l'eau et le reste de CH3-Cl jusqu'à l'obtention de la concentration souhaitée en sel (I) dans l'eau, la pression en fin de réaction pouvant atteindre 6 - 9 bars; puis (c) on dépressurise le réacteur et, après retour à la pression atmosphérique, on élimine le CH3-Cl résiduaire par exemple par strippage à l'air. - Solutions aqueuses obtenues par le procédé tel que défini à l'une des revendications 1 à 9.