Brevet FR3050731A1 — publié le 20171103

COMPOSITION D'ACRYLATE DE N,N-DIMETHYL AMINOETHYLE STABILISEE VIS-A-VIS DE LA COLORATION Domaine technique La présente invention concerne la fabrication de l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle, par réaction de transestérification d'un acrylate d'alkyle tel que l'acrylate de méthyle ou l'acrylate d'éthyle, par le N,N-diméthyl aminoéthanol, et a plus particulièrement pour objet la stabilisation vis-à-vis de la coloration de l'acrylate de N,Ndiméthyl aminoéthyle par le 2,6-di-tert-buty1-4-méthyl phénol. Art antérieur et problème technique L'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle (désigné ci-après par ADAME) répondant à la formule (I) : H2C=CH-COOCH2CH2N(CH3)2 ( I ) est obtenu par réaction de transestérification entre un acrylate d'alkyle léger (dénommé aussi acrylate léger) de formule (II) : CH2=CH-COORi dans laquelle Ri représente le radical méthyle ou éthyle, et le N,N-diméthyl aminoéthanol (DMAE), selon le schéma réactionnel suivant : CH2=CH-COORi + HO-CH2CH2N(CH3)2 ADAME + RiOH (1) La réaction s'effectue en général en présence d'un excès d'acrylate d'alkyle léger et la réaction est déplacée dans le sens de la formation de l'ADAME en distillant l'alcool léger RiOH sous forme d'un azéotrope acrylate léger / alcool RiOH. La réaction s'accompagne de réactions secondaires produisant des impuretés dans le milieu réactionnel. Le milieu réactionnel est ensuite soumis à un ensemble de traitements visant à séparer le produit pur. L'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle (ADAME) et plus généralement les (méth)acrylates de dialkylaminoalkyle sont des matières premières pour la préparation de sels quaternaires pour obtenir des polymères cationiques, utilisables comme floculants dans le domaine du traitement des eaux, comme agents de traitement du papier ou du textile, ou dans le domaine de l'exploitation minière et de l'industrie du pétrole et du gaz. Le manque de stabilité au cours du temps sous certaines conditions (de température par exemple) de ces composés, notamment leur jaunissement, pose 3050731 2 problème. En effet, la préparation de sels quaternaires à partir de ces matières premières peut conduire à des solutions aqueuses colorées de façon aléatoire, et à la formation de polymères cationiques colorés qui peuvent poser des problèmes de coloration de l'eau lorsqu'ils sont ensuite utilisés dans le traitement des eaux. 5 Pour résoudre ou au moins masquer ce problème d'instabilité de couleur, l'ADAME nécessite d'être stocké sous certaines conditions de température, en particulier à une température inférieure à 5°C à l'abri de la lumière, compliquant ainsi les installations de stockage ou de transport du produit. En l'absence de ces précautions prises pour le stockage, l'ADAME est utilisé rapidement après sa production pour éviter les 10 problèmes induits par l'évolution possible de sa coloration. Les études réalisées dans l'art antérieur sur la production de l'ADAME, ont essentiellement été menées dans le but d'obtenir un produit fini de haute pureté. A titre d'exemple, le document EP 0960 877A2 décrit un processus de traitement d'un milieu réactionnel obtenu par transestérification d'acrylate d'éthyle (AE) et de 15 diméthylaminoéthanol (DMAE) en présence d'un catalyseur à base de titanate d'alkyle. Ce processus est basé sur un équeutage (élimination du catalyseur et des sous-produits lourds), suivi d'un étêtage (élimination des composés légers) et d'une rectification finale, conduisant à un produit final de haute pureté, comportant moins de 100 ppm d'AE et moins de 300 ppm de DMAE. 20 Dans le procédé décrit dans le document FR 2 811 986, il a été proposé d'utiliser comme catalyseur le titanate de tétraéthyle en solution dans le DMAE pour éviter en outre les impuretés générées par le catalyseur. D'autres études ont porté sur l'optimisation du procédé de production de l'ADAME, permettant le recyclage de la fraction azéotropique générée lors de la réaction 25 de transestérification, après purification, sur une unité de production d'acrylate d'alkyle (WO 2010/086547), ou sur la valorisation des produits nobles récupérés à partir du traitement thermique des sous-produits lourds formés au cours du procédé (WO 2013/045786). Si le problème de la stabilisation des dérivés (méth)acryliques, en particulier de 30 l'ADAME, du fait de leur faculté à polymériser, est résolu par l'utilisation d'inhibiteurs de polymérisation introduits au cours de leurs procédés de fabrication ou de purification, 3050731 3 le problème de l'évolution de la coloration de 1'ADAME au cours du temps n'a jamais été évoqué ni résolu dans l'art antérieur. La présente invention a donc pour but de fournir une méthode bien adaptée au contexte industriel pour stabiliser 1'ADAME au niveau de sa coloration, et donc sa 5 stabilité au stockage. Les inventeurs ont découvert, de manière surprenante, que l'addition sous certaines conditions du composé 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol permettait d'obtenir un ADAME stabilisé vis-à-vis de la coloration, indépendamment des conditions de synthèse ou de purification du produit. 10 Le 2,6-di-tert-buty1-4-méthyl phénol (dénommé aussi 2,6-di-tert-butyl-p-crésol) est un composé qui fait partie des inhibiteurs de polymérisation utilisables dans les procédés de fabrication et de purification de dérivés (méth)acryliques au même titre que la phénothiazine, l'hydroquinone, l'éther méthylique d'hydroquinone, le tertiobutyl catéchol ou les composé nitroxyls TEMPO. 15 Par exemple dans le procédé de synthèse d'esters (méth)acryliques décrit dans le brevet US 7,294,240, de l'ordre de 10-20 ppm d'éther méthylique d'hydroquinone ou de 2,6-di-tert-butyl-p-crésol sont introduits au niveau du soutirage latéral de l'ester (méth)acrylique purifié afin de stabiliser le produit recherché. Cependant l'effet du 2,6- di-tert-buty1-4-méthyl phénol sur l'inhibition de la coloration de 1'ADAME n'est pas 20 décrit dans ce document et n'a jamais été suggéré dans l'art antérieur. Résumé de l'invention La présente invention a donc pour objet une composition d'acrylate de N,Ndiméthyl aminoéthyle stabilisée vis-à-vis de la coloration, comprenant de 25 à 200 ppm 25 de 2,6-di-tert-buty1-4-méthyl phénol. Par « stabilisée vis-à-vis de la coloration » on entend que l'évolution de la coloration est au moins deux fois moins rapide en présence de 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol qu'en l'absence de 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol, lorsque la composition est stockée à une température allant de 0 à 40°C pendant une durée pouvant aller d'au moins 30 10 jours jusqu'à 30 jours à l'abri de la lumière. Selon un mode de réalisation, la composition stabilisée présente une coloration inférieure à 100 Apha, de préférence inférieure à 30 Apha, plus préférentiellement 3050731 4 inférieure à 20 Apha déterminée par mesure de l'absorbance de la composition à l'aide d'un colorimètre. Un autre objet de l'invention est un procédé de fabrication en continu d'une composition d'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle stabilisée vis-à-vis de la coloration, 5 comprenant une réaction de transestérification entre un acrylate léger choisi parmi l'acrylate de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et le diméthylaminoéthanol en présence d'un catalyseur, suivie d'un traitement de purification du mélange réactionnel comprenant une distillation finale de l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle purifié, caractérisé en ce que l'on introduit de 25 à 200 ppm de 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol à la sortie du flux 10 gazeux distillé d'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle purifié, avant condensation du produit final. L'invention a aussi pour objet l'utilisation du 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol à une teneur comprise entre 25 et 200 ppm pour stabiliser vis-à-vis de la coloration l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle. 15 De préférence, on utilise l'acrylate d'éthyle comme acrylate léger pour la réaction de transestérification. Selon l'invention, le 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol, introduit en faible teneur à la fin du processus de purification de 1'ADAME inhibe l'évolution de la coloration de 20 1'ADAME, et permet ainsi une plus longue durée de stockage du produit à des températures plus élevées que la température généralement nécessaire, en particulier permet le stockage à température ambiante. L'invention est maintenant décrite plus en détail et de façon non limitative dans la description qui suit. 25 Exposé détaillé de l'invention Le 2,6-di-tert-buty1-4-méthyl phénol, (ou 2,6-di-tert-butyl-p-crésol ou hydroxytoluène butyle) (dénommé dans la suite de l'exposé BHT) de numéro CAS 12837-0 est disponible commercialement sous la forme de poudre blanche cristalline. 30 Selon l'invention, le BHT présent dans de 1'ADAME purifié à une teneur allant de 25 à 200 ppm, de préférence de 25 à 100 ppm, plus préférentiellement de 30 à 50 ppm, 3050731 5 conduit à une composition stabilisée vis-à-vis de la coloration, utilisable comme matière première pour préparer des polymères. Le BHT est introduit tel quel ou sous la forme d'une solution qui peut être préparée dans l'ADAME mais également dans les matières premières utilisées pour obtenir 5 l'ADAME, tel que l'acrylate d'alkyle léger ou l'alcool lourd, en présence d'autres stabilisants, tels que l'EMHQ. La composition selon l'invention peut comprendre en outre au moins un stabilisant pour inhiber la polymérisation de l'ADAME, choisi par exemple parmi l'hydroquinone, l'éther méthylique d'hydroquinone (EMHQ) ou leurs mélanges à une 10 teneur comprise généralement entre 200 ppm et 1000 ppm, de préférence entre 500 et 800 ppm. On utilise généralement l'EMHQ comme inhibiteur de polymérisation de l'ADAME à une teneur de l'ordre de 700 ppm. La composition comprend en outre des impuretés résiduelles en faible teneur. La composition stabilisée vis-à-vis de la coloration selon l'invention présente une 15 coloration inférieure à 100 Apha, de préférence inférieure à 30 Apha, plus préférentiellement inférieure à 20 Apha. La coloration de la composition est stabilisée, c'est-à-dire que son évolution est au moins deux fois moins rapide du fait de la présence de BHT qu'en l'absence de BHT, lorsque la composition est stockée à une température allant de 0 à 40°C pendant une durée pouvant aller d'au moins 10 jours jusqu'à 30 jours 20 à l'abri de la lumière. La composition selon l'invention peut ainsi être stockée à l'abri de la lumière à température ambiante sans que sa coloration n'évolue rapidement. La composition selon l'invention est utilisée pour préparer des polymères cationiques, utilisables comme floculants dans le domaine du traitement des eaux, comme agents de traitement du papier ou du textile, ou dans le domaine de l'exploitation minière 25 et de l'industrie du pétrole et du gaz. Avantageusement, le BHT est introduit en continu à la fin du traitement de purification de l'ADAME, en même temps que l'EMHQ, en particulier dans le distillat final du produit purifié qui est ensuite condensé pour récupérer la composition stabilisée d' ADAME purifié. 30 Le traitement de purification de l'ADAME peut être réalisé de différentes façons, et mettre en oeuvre différentes techniques de séparation et/ou extraction bien connues de 3050731 6 l'homme de l'art, en particulier à l'aide de colonnes de distillation, et/ou d'évaporateurs à film et/ou de condenseurs, décanteurs, etc. Plus particulièrement, le procédé de purification peut comprendre une étape d'équeutage (élimination des sous-produits lourds et du catalyseur) suivie d'une étape 5 d'étêtage (élimination des sous-produits légers), ou inversement peut comprendre une étape d'étêtage suivie d'une étape d'équeutage, éventuellement suivies d'une rectification. Le produit purifié peut être récupéré en soutirage latéral de la colonne de distillation utilisée pour l'étêtage et/ou l'équeutage final, ou en tête de la colonne de rectification finale. 10 Selon un mode de réalisation particulier, un procédé de fabrication en continu d'une composition d'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle stabilisée vis-à-vis de la coloration telle que définie selon l'invention, peut comprendre les étapes suivantes : a) on effectue une réaction de transestérification entre un acrylate léger choisi parmi l'acrylate de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et du diméthylaminoéthanol en 15 présence d'un catalyseur de transestérification, et en présence d'au moins un inhibiteur de polymérisation, le mélange azéotropique acrylate léger / alcool léger correspondant étant soutiré en continu pendant la réaction ; b) on adresse le milieu brut réactionnel à une première colonne de distillation Cl sous pression réduite, dite colonne d'équeutage, le mélange brut réactionnel 20 comprenant l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle recherché avec, comme produits légers, le diméthylaminoéthanol et l'acrylate léger n'ayant pas réagi, et, comme produits lourds, le catalyseur, le ou les inhibiteurs de polymérisation ainsi que des sous-produits lourds de réaction, permettant d'obtenir : o en tète, un flux composé essentiellement d'acrylate de N,N- 25 diméthyl aminoéthyle et des produits légers, comportant une fraction minoritaire de produits lourds, mais exempt ou sensiblement exempt de catalyseur ; et o en pied, un flux composé de produits lourds avec une fraction minoritaire d' acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle et le 30 catalyseur ; puis 3050731 7 c) on adresse le flux de tête de la première colonne de distillation Cl à une seconde colonne de distillation C2 sous pression réduite, dite colonne d'étêtage, permettant d'obtenir : o en tête, un flux des produits légers avec une fraction minoritaire d' acrylate 5 de N,N-diméthyl aminoéthyle ; et o en pied, l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle contenant des traces de produits légers, des sous-produits de réaction lourds et le ou les inhibiteurs de polymérisation ; puis d) on adresse le flux de pied de la seconde colonne de distillation C2 à une troisième 10 colonne de distillation C3 sous pression réduite, dite colonne de rectification, dans laquelle on introduit en tête de 25 à 200 ppm de 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol, permettant d'obtenir : o en tête, un flux gazeux d' acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle purifié et stabilisé vis-à-vis de la coloration qui est ensuite condensé ; et 15 o en pied, essentiellement le ou les inhibiteurs de polymérisation. Il est bien entendu que le procédé ci-dessus peut comprendre d'autres étapes préliminaires, intermédiaires ou subséquentes, pour autant qu'elles n'affectent pas négativement l'obtention de l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle purifié, ou pourtant 20 qu'elles améliorent la productivité du procédé. Les conditions opératoires de mise en oeuvre des étapes a) à d) du procédé selon l'invention, notamment les conditions réactionnelles ou les conditions de distillation, sont celles bien connues de l'homme de l'art, et peuvent être celles décrites dans le document EP 0960 877A2. 25 Les exemples ci-après illustrent la présente invention sans toutefois en limiter la portée. EXEMPLES La coloration de différents échantillons d'ADAME contenant ou non du BHT a 30 été mesurée dans différentes conditions à l'aide d'un colorimètre LANGE LICO 400 par rapport à un étalon de 10 Apha. 3050731 8 Exemple 1 (selon l'invention) Un échantillon d'ADAME comprenant 46 ppm de BHT, a été conservé à l'abri de la lumière à 20°C, pendant 30 jours. La coloration de l'échantillon a été déterminée à t = 0, après 10 jours, après 20 jours et 5 après 30 jours. t = 0 : 8 Apha ; t = 10 jours : 09 Apha ; t = 20 jours : 12 Apha ; t = 30 jours : 15 Apha Exemple 2 (comparatif) Un échantillon d'ADAME ne comprenant pas de BHT, a été conservé dans les mêmes 10 conditions que celles de l'exemple 1. La coloration de l'échantillon a été déterminée à t = 0, après 10 jours, après 20 jours et après 30 jours. t = 0 : 8 Apha ; t = 10 jours : 23 Apha ; t = 20 jours : 45 Apha ; t = 30 jours : 72 Apha 15 Exemple 3 (selon l'invention) Un échantillon d'ADAME comprenant 46 ppm de BHT, a été conservé à l'abri de la lumière à 30°C, pendant 30 jours. La coloration de l'échantillon a été déterminée à t = 0, après 10 jours, après 20 jours et après 30 jours. 20 t = 0 : 8 Apha ; t = 10 jours : 26 Apha ; t = 20 jours : 47 Apha ; t = 30 jours : 82 Apha Exemple 4 (comparatif) Un échantillon d'ADAME ne comprenant pas de BHT, a été conservé dans les mêmes conditions que celles de l'exemple 3. 25 La coloration de l'échantillon a été déterminée à t = 0, après 10 jours, après 20 jours et après 30 jours. t = 0 : 8 Apha ; t = 10 jours : 55 Apha t = 20 jours : >100 Apha ; t= 30 jours : >200 Apha REVENDICATIONS1. Composition d'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle stabilisée vis-à-vis de la coloration, comprenant de 25 à 200 ppm, de préférence de 25 à 100 ppm de 2,6-di-tert-buty1-4-méthyl phénol. 2. Composition selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle présente une coloration inférieure à 100 Apha, de préférence inférieure à 30 Apha, plus préférentiellement inférieure à 20 Apha. 3. Composition selon la revendication 1 ou 2 caractérisée en qu'elle comprend en outre au moins un inhibiteur de polymérisation, choisi par exemple parmi l'hydroquinone, l'éther méthylique d'hydroquinone (EMHQ) ou leurs mélanges. 4. Procédé de fabrication en continu d'une composition d'acrylate de N,Ndiméthyl aminoéthyle stabilisée vis-à-vis de la coloration telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant une réaction de transestérification entre un acrylate léger choisi parmi l'acrylate de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et le diméthylaminoéthanol en présence d'un catalyseur suivie d'un traitement de purification du mélange réactionnel comprenant une distillation finale de l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle purifié, caractérisé en ce que l'on introduit de 25 à 200 ppm de 2,6-di-tert-buty1-4- méthyl phénol à la sortie du flux gazeux distillé d'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle purifié, avant condensation du produit final. 5. Procédé selon la revendication 4 comprenant les étapes suivantes : a) on effectue une réaction de transestérification entre un acrylate léger choisi parmi l'acrylate de méthyle et l'acrylate d'éthyle, et du diméthylaminoéthanol en présence d'un catalyseur de transestérification, et en présence d'au moins un inhibiteur de polymérisation, le mélange 3050731 10 azéotropique acrylate léger / alcool léger correspondant étant soutiré en continu pendant la réaction ; b) on adresse le milieu brut réactionnel à une première colonne de distillation Cl sous pression réduite, dite colonne d'équeutage, le mélange brut 5 réactionnel comprenant l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle recherché avec, comme produits légers, le diméthylaminoéthanol et l'acrylate léger n'ayant pas réagi, et, comme produits lourds, le catalyseur, le ou les inhibiteurs de polymérisation ainsi que des sous-produits lourds de réaction, permettant d'obtenir : 10 o en tète, un flux composé essentiellement d'acrylate de N,N- diméthyl aminoéthyle et des produits légers, comportant une fraction minoritaire de produits lourds, mais exempt ou sensiblement exempt de catalyseur ; et o en pied, un flux composé de produits lourds avec une fraction 15 minoritaire d' acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle et le catalyseur ; puis c) on adresse le flux de tête de la première colonne de distillation Cl à une seconde colonne de distillation C2 sous pression réduite, dite colonne d'étêtage, permettant d'obtenir : 20 o en tête, un flux des produits légers avec une fraction minoritaire d' acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle ; et o en pied, l'acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle contenant des traces de produits légers, des sous-produits de réaction lourds et le ou les inhibiteurs de polymérisation ; puis 25 d) on adresse le flux de pied de la seconde colonne de distillation C2 à une troisième colonne de distillation C3 sous pression réduite, dite colonne de rectification, dans laquelle on introduit en tête de 25 à 200 ppm de 2,6-ditert-butyl-4-méthyl phénol, permettant d'obtenir : o en tête, un flux gazeux d' acrylate de N,N-diméthyl aminoéthyle 30 purifié et stabilisé vis-à-vis de la coloration qui est ensuite condensé ; et o en pied, essentiellement le ou les inhibiteurs de polymérisation 3050731 11 6. Procédé selon la revendication 4 ou 5 caractérisée en que l'acrylate léger est l'acrylate d'éthyle. 5 7. Utilisation du 2,6-di-tert-butyl-4-méthyl phénol à une teneur comprise entre 25 et 200 ppm pour stabiliser vis-à-vis de la coloration l'acrylate de N,Ndiméthyl aminoéthyle. 8. Utilisation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 10 pour préparer des polymères cationiques, utilisables comme floculants dans le domaine du traitement des eaux, comme agents de traitement du papier ou du textile, ou dans le domaine de l'exploitation minière et de l'industrie du pétrole et du gaz. 15