Brevet FR2804111A1 — publié le 20010727

NOUVEAUX MONOMÈRES À GROUPES AMINO QUATERNAIRES, LEUR PROCÉDÉ DE FABRICATION, ET LES NOUVEAUX (CO)POLYMÈRES OBTENUS À PARTIR DE CES NOUVEAUX MONOMÈRES. La présente invention porte sur de nouveaux monomères à groupes amino quaternaires, sur leur procédé de fabrication, et sur les nouveaux (co)polymères obtenus à partir de ces nouveaux monomères. Les composé du type de ceux de formule dans laquelle - R(0) représente H ou CH3 ; - A représente -0- ou -NH- ; - D représente une chaîne alkylène linéaire ou ramifiée en C1-C6 ; - R(1) et R(2), identiques ou différents, représentent chacun indépendamment H ou alkyle en C1-5 sont bien connus dans la littérature. Des composés importants de cette famille sont l'acrylate de N,N-diméthylamino éthyle (ADAME) et le méthacrylate de N,N-diméthylamino éthyle (MADAME) . avec R(0) = H ou CH3. Une très nombreuse littérature-brevets décrit la fabrication de solutions aqueuses de sels d'ammonium quaternaire, à partir de l'ADAME et du MADAME, ces sels, pour les plus représentatifs d'entre eux, pouvant être représentés par la formule avec R(0) = H ou CH3 et R(3) = CH3 ou benzyle, ces sels pouvant être désignés par l'abréviation (M)ADAMQUAT MC ou (M)ADAMQUAT BZ suivant que R(3) représente CH3 ou benzyle. Cette réaction est une quaternisation, en présence d'eau, du composé de départ avec un agent quaternisant R(3) - Cl. Les solutions aqueuses de sels quaternaires ainsi obtenues servent notamment à préparer des polymères destinés à servir de floculants cationiques dans le traitement des eaux. Par le brevet CZ-A-250 962, on connaît les composés de formule dans laquelle - R(0) représente H ou -CH3 ; - R(2) représente -CH3, -C2H5, -C3H7 ou -C4Hg ; - R(3) représente -CH3, -C2H5, -C3H7, -C4H9, C6H5 ou -CH2C6H5 ; et - X représente C1 ou Bre. Au cours de travaux de recherche et de développement, la Société déposante a découvert de nouveaux monomères, lesquels font l'objet de la présente demande, ainsi que leur procédé de fabrication et les homo- ou copolymères comportant des motifs dérivés de ces nouveaux monomères. Des dispersions aqueuses salines ou sans sel réalisées à partir de ces nouveaux monomères et apportant une solution à des problèmes techniques posés à l'homme du métier font l'objet de trois demandes de brevets français déposées ce jour au nom de la Société déposante. La présente invention a donc d'abord pour objet les composés de formule (I) . dans laquelle - R1 représente H ou -CH3 ; - R2 représente -CH3 ; -C2H5 ; -C3H7 ou,-C4H9 ; et - le composé (I) est facultativement quaternisé sur l'un des azotes, ce qui est symbolisé par le fait que les R3, Xe et associés à cet azote sont entre crochets ; - lorsque le composé (I) est quaternisé sur un seul azote, R3 et Xe ont les significations suivantes: (1) R3 représente -CH3 ou -CH2C6H5 ; et Xe représente C1 ou CH30S03e ; ou (2) R3 représente un groupement alkyle en Cl-C12 ; et Xe représente Bre ou Ie ; - lorsque le composé (I) est quaternisé sur les deux azotes, les deux Xe peuvent être identiques ou différents et les deux R3 peuvent être identiques, auquel cas . (3) R3 représente un groupement alkyle en C5-C12 ; et Xe représente CH30S036, Bre ou Io ; ou différents, auquel cas (4) l'un des R3 représente -CH3 ou -CH2C6H5 ; et Xe représente C1e ou CH30S030 ; et l'autre représente un groupe alkyle en C5 -C12 ; et Xe représente BrO ou 16 ; et les mélanges de ces composés. A titre d'exemple de composé (I) , on peut citer le composé de formule (Ia) . que l'on pourra désigner par l'abréviation S-ADAMQUAT BZ. Les composés de l'invention peuvent avantageusement se présenter en solution aqueuse. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication des composés de formule (I) tels que définis ci-dessus, caractérisé par le fait que l'on introduit, à une température de 35 à 80 C, dans une solution dans un solvant organique ou un mélange de solvants organiques d'un composé de formule (II) dans laquelle R1 et R2 sont tels que définis ci-dessus, un agent quaternisant de formule (III) . R3 - X O (III) dans laquelle O - R3 et X ont les significations (1) et (2) indiquées ci-dessus, auquel cas le rapport molaire agent quaternisant (III) / composé (II) est compris entre 0,9 et 1,5, et l'on obtient un composé (I) quaternisé sur un seul azote ; ou O - R3 et X ont la signification (3) indiquée ci-dessus ou deux agents quaternisants différents sont O introduits, les R3 et X de ces deux agents quaternisants ayant la signification (4) indiquée ci- dessus, auquel cas le rapport molaire agent (s) quaternisant(s) (III) / composé (II) est compris entre 0,9 et 1,5, et l'on obtient un composé (I) quaternisé sur les deux azotes, puis qu'on laisse se dérouler la réaction à ladite température jusqu'à disparition complète ou sensiblement complète du ou des composés (III), et qu'on ajoute de l'eau, puis qu'on sépare une solution aqueuse de composé (I), et qu'on élimine l'eau le cas échéant. Comme solvant(s) organique(s), on utilise, par exemple, le chloroforme, le dichlorométhane, le dichloroéthane et leurs mélanges. La réaction n'est généralement pas conduite sous pression, excepté si au moins un agent quaternisant (III) est à l'état gazeux. On introduit le ou les agents quaternisants (III) dans la solution du composé (II) généralement en l'espace de 0,5 - 2 heures, et, après l'introduction de la totalité du ou des agents quaternisants, on conduit la réaction des composés (II) et (III) généralement pendant un laps de temps de 10 à 40 heures. Après la séparation de la solution aqueuse de composé (I), on préfère débarrasser la solution aqueuse obtenue de toute trace de solvant organique par stripping à l'air sous pression réduite. Le procédé précité conduit à une solution aqueuse ayant une concentration en composé (I) qui est, de préférence, de 65 à 75% en poids. Conformément à une caractéristique particulière du procédé ci-dessus, celui-ci est conduit en présence d'au moins un stabilisant choisi notamment parmi l'hydroquinone, l'éther méthylique de l'hydroquinone et le 3,5-ditert.- butyl-4-hydroxytoluène et les mélanges de ces stabilisants, la teneur en agent (s) stabilisant (s) étant notamment de 400 à 2 000 ppm par rapport à la solution aqueuse de composé (I) final. On peut préparer le composé (II) en faisant réagir un composé de formule (IV) . dans laquelle R2 est tel que défini ci-dessus, avec l'anhydride (méth)acrylique en présence de triéthylamine, avec un rapport molaire anhydride (méth)acrylique/composé (IV) de 0,5 à 2, à une température de 20 à 100 C, en particulier de 30 à 60 C, pendant un laps de temps de 2 à 10 heures, en présence d'au moins un stabilisant, tel que la phénothiazine, l'éther méthylique de l'hydroquinone, le 3,5- ditert.-butyl-4-hydroxytoluène et l'hydroquinone, et les mélanges de ces stabilisants, à raison de 200 à 3000 ppm par rapport à la charge. Dans la réaction avec l'anhydride (méth) acrylique, la triéthylamine sert à catalyser la réaction et à piéger l'acide (méth)acrylique formé sous forme de sel. Elle est utilisée généralement à raison de 1 à 2 équivalents molaires par rapport à l'anhydride (méth)acrylique. La présente invention a également pour objet des homopolymères ou copolymères comportant des motifs d'au moins un monomère de formule (I) tel que défini ci-dessus. Les copolymères à base des monomères (I) incluant le monomère (Ia) peuvent être des polymères hydrosolubles ou hydrophobes ayant une présentation sous forme de dispersion aqueuse, latex, solution aqueuse, émulsion inverse ou de poudre. Ils sont préparés par copolymérisation radicalaire selon divers procédés de synthèse tels que les procédés de polymérisation en dispersion, solution, émulsion directe, émulsion inverse et suspension inverse. Les Exemples qui vont suivre, donnés à titre indicatif, permettent de mieux comprendre l'invention. Dans ces exemples, les parties et pourcentages indiqués sont en poids sauf indication contraire. Dans ces exemples, les abréviations suivantes ont été utilisées . S-ADAME : composé de formule EMHQ : éther méthylique de l'hydroquinone. EXEMPLE 1 : Synthèse du S-ADAME Dans un réacteur en verre de 1 litre, on charge - 292 g de 1,3-bis-diméthylamino-2 propanol ; - 242 g de triéthylamine ; et - 0,373 g de phénothiazine en tant que stabilisant. Dans ce mélange agité, sous bullage d'air, à température ambiante, on ajoute, en 1 heure, 226 g d'anhydride acrylique. La température augmente pour atteindre 50 C. Après 2 heures supplémentaires de réaction, le mélange est refroidi et on ajoute 50 ml d'eau. Après décantation, on obtient une phase organique supérieure de 450 g, laquelle est distillée sous pression réduite pour isoler 250 g du composé de l'intitulé (pureté GC z 99%). EXEMPLE 2 : Quaternisation du S-ADAME en S-ADAMOUAT BZ Dans un réacteur en verre de 250 ml, on charge 44,2 g du S-ADAME obtenu au point (a) stabilisé avec 1500 ppm d'éther méthylique de l'hydroquinone et 150 g de CHC13. Le mélange sous agitation et sous bullage d'air est porté à 50 C. On ajoute en 1 heure, 28 g de chlorure de benzyle. Après 25 heures de réaction, l'acrylate de départ a disparu et l'on ajoute 33 g d'eau. On décante une phase supérieure qui est débarrassée des traces de CHC13 par stripping à l'air à 45 C sous pression réduite (P = 1,33 x 104 Pa) (100 mm Hg)). On obtient ainsi 70 g de solution aqueuse contenant 65% de monomère cationique quaternaire ayant la structure attendue, déterminée par RMN 13C. Ce monomère est appelé S-ADAMQUAT BZ. REVENDICATIONS 1 - Composés de formule (I) . dans laquelle - R1 représente H ou -CH3 ; - R2 représente -CH3 ; -C2H5 ; -C3H7 ou -C4H9 ; et - le composé (I) est facultativement quaternisé sur l'un des azotes, ce qui est symbolisé par le fait que les R3, Xe et e associés à cet azote sont entre crochets ; - lorsque le composé (I) est quaternisé sur un seul azote, R3 et X ont les significations suivantes: (1) R3 représente -CH3 ou -CH2C6H5 ; et Xe représente Cle ou CH30S038 ; ou (2) R3 représente un groupement alkyle en Cl-C12 ; et Xe représente Bre ou Io ; - lorsque le composé (I) est quaternisé sur les deux azotes, les deux X peuvent être identiques ou différents et les deux R3 peuvent être identiques, auquel cas (3) R3 représente un groupement alkyle en C5-C12 ; et X représente CH30S03 , Br ou I ; ou différents, auquel cas (4) l'un des R3 représente -CH3 ou -CH2C6H5 ; et Xe représente Cle ou CH30S030 ; et l'autre représente un groupe alkyle en C5-C12 ; et Xe représente Bre ou Ie ; et les mélanges de ces composés. 2 - Composé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est représenté par la formule (Ia) . 3 - Composés selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés par le fait qu'ils se présentent en solution aqueuse. 4 - Procédé de fabrication des composés tels que définis à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on introduit, à une température de 35 à 80 C, dans une solution dans un solvant organique ou un mélange de solvants organiques d'un composé de formule (II) . dans laquelle R1 et R2 sont tels que définis à la revendication 1, un agent quaternisant de formule (III) . R3 - X O (III) dans laquelle - R3 et X O ont les significations (1) et (2) indiquées à la revendication 1, auquel cas le rapport molaire agent quaternisant (III) / composé (II) est compris entre 0,9 et 1,5, et l'on obtient un composé (I) quaternisé sur un seul azote ; ou - R3 et X O ont la signification (3) indiquée à la revendication 1 ou deux agents quaternisants O différents sont introduits, les R3 et X de ces deux agents quaternisants ayant la signification (4) indiquée à la revendication 1, auquel cas le rapport molaire agent (s) quaternisant(s) (III) / composé (II) est compris entre 0,9 et 1, 5, et l'on obtient un composé (I) quaternisé sur les deux azotes, puis qu'on laisse se dérouler la réaction à ladite température jusqu'à disparition complète ou sensiblement complète du ou des composés (III), et qu'on ajoute de l'eau, puis qu'on sépare une solution aqueuse de composé (I), et qu'on élimine l'eau le cas échéant. 5 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, comme solvant organique, on utilise au moins l'un parmi le chloroforme, le dichlorométhane et le dichloroéthane. 6 - Procédé selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé par le fait qu'il est conduit sous pression si l'agent quaternisant ou au moins un agent quaternisant (III) est à l'état gazeux. 7 - Procédé selon l'une des revendication 4 à 6, caractérisé par le fait que l'on introduit l'agent quaternisant ou les agents quaternisants (III) dans la solution du composé (II) en l'espace de 0,5 - 2 heures. 8 - Procédé selon l'une des revendication 4 à 7, caractérisé par le fait qu'après l'introduction de la totalité de l'agent quaternisant ou des agents quaternisants, on conduit la réaction des composés (II) et (III) pendant un laps de temps de 10 à 40 heures. 9 - Procédé selon l'une des revendication 4 à 8, caractérisé par le fait que l'on débarrasse la solution aqueuse obtenue de toute trace de solvant organique par stripping à l'air sous pression réduite. 10 - Procédé selon l'une des revendication 4 à 9, caractérisé par le fait qu'il conduit à une solution aqueuse ayant une concentration en composé (I) de 65 à 75% en poids. 11 - Procédé selon l'une des revendication 4 à 10, caractérisé par le fait qu'il est conduit en présence d'au moins un stabilisant choisi notamment parmi l'hydroquinone, l'éther méthylique de l'hydroquinone et le 3,5-ditert.- butyl-4-hydroxytoluène et les mélanges de ces stabilisants, la teneur en agent(s) stabilisant (s) étant notamment de 400 à 2000 ppm par rapport à la solution aqueuse de composé (I) final. 12 - Procédé selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé par le fait que l'on prépare le composé (II) en faisant réagir un composé de formule (IV): dans laquelle R2 est tel que défini ci-dessus, avec l'anhydride (méth)acrylique en présence de triéthylamine, avec un rapport molaire anhydride (méth)acrylique/composé (IV) de 0,5 à 2, à une température de 20 à 100 C, en particulier de 30 à 60 C, pendant un laps de temps de 2 à 10 heures, en présence d'au moins un stabilisant, tel que la phénothiazine, l'éther méthylique de l'hydroquinone, le 3,5 -dite rt.-butyl-4-hydroxytoluène et l'hydroquinone, et les mélanges de ces stabilisants, à raison de 200 à 3000 ppm par rapport à la charge. 13 - Homopolymères ou copolymères comportant des motifs d'au moins un monomère de formule (I) tel que défini à l'une des revendications 1 à 3.