Brevet FR2812874A1 — publié le 20020215

PROCÉDÉ DE FABRICATION DE SOLUTIONS AQUEUSES DE CHLORURES DE (MÉTH)ACRYLOYLOXYÉTHYLBENZYLDIMÉTHYLAMMONIUM La présente invention porte sur un procédé de fabrication de solutions aqueuses des sels quaternaires chlorure d'acryloyloxyéthylbenzyldiméthylammonium (ADAMQUAT BZ) et chlorure de méthacryloyloxyéthylbenzyldiméthyl- ammonium (ADAMQUAT BZ) par réaction, en présence d'eau, respectivement de l'acrylate de N,N-diméthylaminoéthyle (ADAME) et du méthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle (MADAME) avec le chlorure de benzyle comme agent quaternisant. On utilise des solutions aqueuses de ce sel quaternaire (qui titrent généralement 80% en poids en matières actives) pour préparer des polymères destinés à servir de floculants cationiques dans le traitement des eaux. Le brevet européen EP-B-250 325 décrit un procédé de préparation de solutions aqueuses de sels quaternaires incluant l'ADAMQUAT BZ et le MADAMQUAT BZ, procédé selon lequel, en présence d'au moins un inhibiteur de polymérisation - dans une première étape (a), on fait réagir le (M) ADAME avec 5 à 20% en poids de la quantité pondérale nécessaire à la réaction de l'agent quaternisant, ou, suivant une variante (a'), avec 5 à 20% en poids, par rapport au poids du (M) ADAME, d'une solution aqueuse de sels quaternaires, laquelle comprend de 50 à 85% en poids de sels quaternaires ; et - dans une deuxième étape (b), on ajoute en continu l'eau et l'agent quaternisant jusqu'à l'obtention de la concentration souhaitée de sels quaternaires dans l'eau. Pendant les étapes (a) et (b), on maintient la température à une valeur comprise entre 30 et 60 C. De plus, pendant les étapes (a) et (b) et en particulier à l'approche de la fin de la réaction, on maintient dans le milieu réactionnel un courant de gaz oxygéné tel que le rapport en volume (ou débit volumétrique) de gaz total à la sortie du réacteur sur le volume (ou débit volumétrique) d'oxygène introduit à l'entrée de ce même réacteur est inférieur à 100. Ce procédé permet de préparer des solutions aqueuses de sels quaternaires qui ont une stabilité à température ambiante supérieure à un an. Toutefois, on constate, dans ces solutions, une teneur particulièrement élevée d'impuretés, en particulier de et de respectivement. En outre, ce procédé nécessite des temps de réaction relativement longs, ce qui représente un inconvénient économique évident. Dans la demande internationale WO 89/07 588, a alors été proposé un procédé destiné à réduire la formation des impuretés lors de la réaction de quaternisation. Conformément à ce procédé, la réaction est effectuée à une température comprise entre 10 et 80 C, et - dans une première étape, on introduit dans le réacteur la totalité ou une partie de l'agent quaternisant nécessaire à la réaction, cet agent étant à l'état liquide dans les conditions de la réaction, - ensuite, on ajoute du (M)ADAME, et - dès que 0 à 30% de la stoechiométrie de l'ADAME ont été introduits dans le réacteur, on ajoute en continu et simultanément le reste d'agent quaternisant, le reste du (M)ADAME et l'eau jusqu'à l'obtention de la concentration souhaitée de sels quaternaires, - et, dans le cas où l'agent quaternisant est introduit à l'état gazeux à la température de réaction, la réaction est effectuée en présence d'oxygène et on impose une pression de manière que l'agent quaternisant soit liquide à la température de réaction, et, en fin de réaction, on diminue progressivement la pression jusqu'à la pression atmosphérique et simultanément on impose un rapport en débit volumétrique de gaz total à la sortie du réacteur sur le débit volumétrique d'oxygène introduit dans le réacteur inférieur à 100. Le procédé ci-dessus selon WO 89/07 588 apporte des améliorations notables au procédé selon EP-B-250 325. Cependant, il est apparu que la pureté avec laquelle on obtient les sels quaternaires est encore insuffisante. Ainsi; ce procédé permet de réduire significativement la teneur en acide (méth)acrylique issue de l'hydrolyse du (M)ADAME. En revanche, il conduit à un (M)ADAMQUAT BZ contenant une quantité importante d'alcool benzylique (500 à 2600 ppm), impureté résultant de l'hydrolyse du chlorure de benzyle et qui rend le (M)ADAMQUAT BZ impropre à son utilisation en polymérisation. La Société déposante a donc recherché des conditions opératoires de préparation de solutions aqueuses d'ADAMQUAT BZ et de MADAMQUAT BZ, qui soient capables de minimiser des impuretés précitées, de façon à proposer ce sel en solution aqueuse de très haute qualité analytique, tout en réduisant la durée de la réaction. Ce nouveau procédé, qui fait donc l'objet de la présente invention, est caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction en continu dans un réacteur fonctionnant selon la technologie du réacteur parfaitement agité (cf. Techniques de l'Ingénieur, Volume J3 Génie des procédés Réacteurs - Procédés Industriels). Par rapport aux procédés connus en batch, le procédé de l'invention permet d'améliorer la productivité, de réduire le volume réactionnel et d'améliorer ainsi la sécurité, tout en offrant l'avantage de fournir un produit de qualité constante. Par ailleurs, on conduit généralement la réaction selon l'invention, avec un rapport molaire du (M)ADAME au chlorure de benzyle qui est compris entre 1 et 1, 1, en particulier entre 1,02 et 1,05. Quant au rapport des débits d'introduction chlorure de benzyle / eau, il est généralement compris entre 1,8 et 2, 5, en particulier entre 2 et 2,2. La réaction selon l'invention est généralement conduite avec un temps de séjour de 1 à 8 heures, en particulier entre 2 et 6 heures. La température est généralement comprise entre 25 et 55 C, en particulier entre 35 et 50 C. Le procédé de l'invention est par ailleurs généralement conduit à la pression atmosphérique. Conformément à un mode de réalisation particulièrement préféré, on remplit initialement le réacteur avec une solution aqueuse de chlorure de (méth)acryloyloxyéthylbenzyldiméthylammonium à 75-80s en poids et on introduit ensuite simultanément l'eau, le (M)ADAME et le chlorure de benzyle. Le procédé selon la présente invention est par ailleurs avantageusement conduit en présence d'au moins un stabilisant, choisi notamment parmi le 3,5-ditert.-butyl-4- hydroxytoluène, l'éther méthylique d'hydroquinone, l'hydroquinone, le catéchol, le tert.-butyl catéchol et les mélanges de ces stabilisants, la teneur en agent (s) stabilisant (s) étant notamment de 20 à 2000 ppm, de préférence de 100 à 1200 ppm par rapport à la solution aqueuse de chlorure de (méth) acryloyloxyéthylbenzyldiméthyl- ammonium. Le procédé selon l'invention est en outre avantageusement conduit en présence d'au moins un agent séquestrant pour métaux, choisi notamment parmi l'acide diéthylène triamine penta acétique, le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine penta acétique, l'acide N- hydroxyéthyl-éthylène diamine triacétique et le sel trisodique de l'acide N-hydroxyéthyl-éthylène diamine triacétique, la teneur en agent (s) séquestrant(s) étant notamment de 1 à 100 ppm, de préférence de 5 à 30 ppm, par rapport à la solution aqueuse de chlorure de (méth)acryloyloxyéthylbenzyldiméthylammonium. D'une manière générale, les agents séquestrants sont ajoutés sous la forme d'une solution aqueuse, car ils sont généralement disponibles sous cette forme. Ainsi, le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine penta acétique commercialisé sous la dénomination VERSENEX 80 se présente sous la forme d'une solution aqueuse à 40% en poids environ. Le procédé selon l'invention permet notamment de préparer des solutions aqueuses ayant une concentration en sels quaternaires (I) de 50 à 85% en poids, et contenant des quantités très faibles d'impuretés, comme illustré dans le Tableau ci-après. L'Exemple suivant illustre la présente invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLE : PRÉPARATION D'ADAMOUAT BZ Dans un réacteur d'une capacité d'un litre, fonctionnant selon la technologie du réacteur parfaitement agité, on charge 700 g d'ADAMQUAT BZ 80 qui est porté sous bullage d'air et sous agitation à 38 C. On introduit ensuite simultanément l'ADAME (stabilisé à 800 ppm d'EMHQ), l'eau et le chlorure de benzyle à des débits respectifs visés de respectivement 75, 7 g/h (0, 529 mole/h) , 31, 5 g/h et 65,65 g/h (0,518 mole/h), soit un rapport molaire ADAME/chlorure de benzyle de 1,02 et un rapport pondéral chlorure de benzyle / eau de 2,084. Le débit de soutirage du produit fini par débordement est de 171,7 g/h, soit un temps de séjour global de 4 heures. Après une mise en régime fixée arbitrairement à 6 h, soit 1,5 temps de séjour, le produit est analysé en HPLC. Il présente les caractéristiques suivantes Analyse HPLC Teneur (ppm) Acide acrylique 3418 Chlorure de benzyle 10 Alcool benzylique 72 REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'une solution aqueuse de chlorure de (méth)acryloyloxyéthylbenzyldiméthylammonium ((M)ADAMQUAT BZ), par réaction, en présence d'eau, du (méth)acrylate de N,N-diméthylaminoéthyle ((M)ADAME) avec le chlorure de benzyle, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction en continu dans un réacteur fonctionnant selon la technologie du réacteur parfaitement agité. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction avec un rapport molaire du (M)ADAME au chlorure de benzyle qui est compris entre 1 et 1,1, en particulier entre 1,02 et 1,05. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction avec un rapport des débits d'introduction chlorure de benzyle / eau compris entre 1,8 et 2,5, en particulier entre 2 et 2,2. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on conduit la réaction avec un temps de séjour de 1 à 8 heures, en particulier entre 2 et 6 heures. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le faut que l'on conduit la réaction à une température de 25 à 55 C, en particulier de 35 à 50 C. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le faut que l'on conduit la réaction à la pression atmosphérique. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'on remplit initialement le réacteur avec une solution aqueuse de chlorure de (méth)acryloyloxyéthylbenzyldiméthylammonium à 75-80% en poids et on introduit ensuite simultanément l'eau, le MADAME et le chlorure de benzyle. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait qu'il est conduit en présence d'au moins un stabilisant, choisi notamment parmi le 3, 5-ditert.- butyl-4-hydroxytoluène, l'éther méthylique d'hydroquinone, l'hydroquinone, le catéchol, le tert.-butyl catéchol et les mélanges de ces stabilisants, la teneur en agent (s) stabilisant(s) étant notamment de 20 à 200 ppm, de préférence de 100 à 1200 ppm par rapport à la solution aqueuse de chlorure de (méth)acryloyloxyéthylbenzyldiméthyl- ammonium. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il est conduit en outre en présence d'au moins un agent séquestrant pour métaux, choisi notamment parmi l'acide diéthylène triamine penta acétique, le sel pentasodique de l'acide diéthylène triamine penta acétique, l'acide N-hydroxyéthyl-éthylène diamine triacétique et le sel trisodique de l'acide N-hydroxyéthyl- éthylène diamine triacétique, la teneur en agent(s) séquestrant (s) étant notamment de 1 à 100 ppm, de préférence de 5 à 30 ppm, par rapport à la solution aqueuse de chlorure de (méth)acryloyloxyéthylbenzyldiméthylammonium.