MX2008006920A - Proceso para elaborar un liquido ionico que comprende iones activos - Google Patents

Abstract

Un proceso para elaborar líquidos iónicos que contienen iones activos, que proporcionan beneficios para el tratamiento de telas, beneficios para el tratamiento de superficies o beneficios para el tratamiento del aire. El líquido iónico se elabora de materia prima de iones activos y de una materia prima de contraiones formadores de líquidos iónicos, que preferentemente comprende otro ión activo.

Description

PROCESO PARA ELABORAR UN LIQUIDO IÓNICO QUE COMPRENDE IONES ACTIVOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a procesos para elaborar líquidos iónicos que contienen iones activos, que proporcionan beneficios para el tratamiento de telas, beneficios para el tratamiento de superficies o beneficios para el tratamiento del aire. El líquido iónico se elabora de materia prima de iones activos y de una materia prima de contraiones formadores de líquidos iónicos, que preferentemente comprende otro ion activo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En los últimos años, los líquidos iónicos se evaluaron exhaustivamente como alternativas ecológicas o "verdes" para los solventes orgánicos convencionales con respecto a una amplia gama de aplicaciones orgánicas sintéticas. Los líquidos iónicos ofrecen algunas características únicas que los distinguen de otros solventes orgánicos convencionales, tales como presión de vapor no efectiva, un amplío rango de líquido, alta polaridad y densidad de carga, características hidrófobas o hidrófilas, y propiedades de solvatacíón únicas.

Además, se ha demostrado la eficacia de los líquidos iónicos en aplicaciones en las cuales la química acuosa puede ser problemática (por ejemplo, aplicaciones que implican una transferencia de protones o nucleofilicidad) o en aplicaciones en las cuales la química de coordinación podría dañar los sustratos utilizados. Recientemente, los líquidos ¡ónicos y las combinaciones de líquidos iónicos se han aplicado en productos de consumo (tales como formulaciones para el cuidado del hogar, el cuidado del aire, la limpieza de superficies, la lavandería y el cuidado de telas), así como en productos industríales. Los productos de consumo que contienen líquido iónico ilustrativos se describen en la patente de los EE.UU. núm. 2004/0077519A1. Más aún, las composiciones que contienen líquidos iónicos compuestos de un ion activo y de un contraión formador de líquido iónico se describen en solicitud de patente de los EE.UU. serie núm. 60/624,128. Algunos ingredientes utilizados en los productos de consumo son provistos por los fabricantes en una forma altamente concentrada. En algunos casos, hasta 70-90 del porcentaje en peso del concentrado está constituido por el ingrediente activo. Los concentrados pueden utilizar solventes orgánicos, tales como isopropanol o etanol, y algunas veces puede emplearse una pequeña cantidad (hasta 10 %) de agua o surfactantes. En el proceso de elaborar productos de consumo, los concentrados activos se diluyen con agua y, opcionalmente, con alcoholes. Los productos resultantes se distribuyen a los comerciantes o los consumidores. Las características de dispersabilidad y viscosidad de estos concentrados activos pueden presentar serios problemas a quienes los procesan. Los materiales activos de surfactantes se encuentran disponibles como dispersiones acuosas sólo en concentraciones relativamente bajas. Generalmente no es posible preparar esas dispersiones acuosas con más de aproximadamente 30 % de materiales activos sin enfrentarse con problemas de difícil solución en cuanto a la viscosidad y la estabilidad durante el almacenamiento del producto. Estos problemas se manifiestan como separación de fases o productos que no se pueden verter, dispersión inadecuada o características deficientes de disolución en condiciones normales de uso. Resulta deseable aprovechar las diversas características únicas del líquido iónico para hacer frente a estos problemas. Convencionalmente, los líquidos iónicos se preparan mezclando la materia prima en solventes clorados, tales como cloruro de metileno o tetracloruro de carbono. Con el fin de recuperar el líquido iónico, se aplica vacío para evaporar los solventes clorados. No es práctico utilizar este proceso convencional para la producción por diversas razones. La evaporación con vacío es lenta y consume mucha energía. Deben emplearse medidas especiales con el fin de satisfacer los requisitos normativos para el manejo de estos solventes. Es difícil eliminar los rastros de los solventes clorados del líquido iónico, por lo que los líquidos iónicos resultantes se convierten en inadecuados para muchas aplicaciones de productos de consumo. Por ello, resulta deseable aplicar un proceso discontinuo, o preferentemente, un proceso continuo para elaborar concentrados activos de líquido iónico en un portador acuoso. También es deseable que el proceso continuo elabore los concentrados acuosos con un alto contenido activo. Específicamente, es deseable que los concentrados activos acuosos de líquido iónico tengan una viscosidad y dispersabilidad adecuadas, de manera tal que los concentrados puedan procesarse fácilmente para convertirse en productos de consumo. Además, es deseable que los concentrados activos de líquido iónico tengan una estabilidad de fase o de dispersión apropiadas para el transporte y el almacenamiento.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En uno de sus diversos aspectos, la presente invención se refiere a un proceso continuo para preparar un líquido iónico activo. En un ejemplo de la invención, el proceso comprende los pasos de: se introduce un primer reactivo que comprende un óxido de amina orgánico y un segundo reactivo que comprende un sulfato orgánico o un sulfonato orgánico en la zona de reacción de un reactor; se introduce suficiente cantidad de un ácido prótico en la zona de reacción, de manera tal que la mezcla de reacción resultante tenga un pH menor de aproximadamente 5; se hacen circular los reactivos y el ácido prótico en la zona de reacción a una velocidad de circulación suficiente para lograr un mezclado profundo de los reactivos primero y segundo con el ácido prótico y así se produce una corriente de producto que comprenda ese líquido iónico se elimina de la zona de reacción esa corriente de producto que comprende un líquido iónico de catión de óxido de amina y de anión de sulfato orgánico o sulfonato orgánico, y se transfiere la corriente de producto a un separador, mientras se controla la introducción del primer y el segundo reactivos en la zona de reacción y la remoción de la corriente de producto de la zona de reacción, de manera tal que el tiempo de permanencia de la mezcla de reacción en la zona de reacción sea suficiente para producir el líquido iónico; en donde se deja que la corriente de producto se separe en una fase superior y una fase inferior en ese separador, y se recupera un producto que comprende el líquido iónico, por lo general, como la fase superior en el separador. En otro aspecto de la invención, el mismo proceso puede emplearse para elaborar concentrados activos de líquido iónico utilizando betaína y un sulfato orgánico o un sulfonato orgánico como materia prima, en donde el paso de protonación con un ácido puede ser opcional. Más adelante también se exponen otros aspectos de la invención, tales como la fabricación de los antes mencionados líquidos iónicos concentrados a base de surfactantes sin emplear solventes halogenados, así como un nuevo método de comercialización posibilitado por la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Como se utiliza en la presente, "producto de consumo" se refiere a un material que un usuario (es decir, un consumidor) utiliza para su cuerpo, hogar (tales como superficies de la cocina y del baño, alfombras, pisos, ventanas, espejos y mesas), automóviles (tales como el interior, exterior, superficies metálicas y parabrisas), otros artículos personales o del hogar (tales como loza, telas, utensilios de cocina, utensilios en general, vajilla de mesa y cristalería), así como el aire que rodea al usuario. La "composición del producto de consumo" también puede incluir el material utilizado por usuarios institucionales (como hoteles, restaurantes y oficinas) o por proveedores de servicios (como tintorerías y servicios de limpieza y mantenimiento). Los productos de consumo, en este contexto, pueden abarcar cualquier producto que contiene un surfactante. Como se utiliza aquí, "producto industrial" se refiere a un material utilizado en el proceso comercial de fabricación de un artículo. Los ejemplos no restrictivos incluyen composiciones desengrasantes de artículos como metales y composiciones para tratamientos textiles utilizadas en el procesamiento o terminación textil de artículos de tela, como prendas o cortinas. Los productos industriales, en este contexto, pueden abarcar cualquiera de estos productos que contienen un surfactante.

Como se utilizan aquí, "para el tratamiento", "de tratamiento" se refieren a una composición o proceso para limpiar, renovar o mantener el aire o superficie destino. Por ejemplo, "renovar" incluye los procesos de eliminar la apariencia arrugada o desgastada de un artículo de tela o impartir un olor agradable a un artículo de tela, el aire, una superficie blanda o una superficie dura. La limpieza también abarca aspectos del cuidado personal, tales como bañarse, lavarse el cabello y lo similar. Como se utilizan en la presente, los términos "superficie", "superficie destino" o "superficie tratada" se refieren a superficies no biológicas e inanimadas, así como superficies biológicas, tales como la piel y el cabello. Los ejemplos no limitantes de tales superficies se encuentran en superficies blandas, tales como telas, artículos de tela, tejidos, fibras, y superficies duras tales como vajilla, utensilios de cocina, utensilios en general, cristalería, mesas, superficies de cocina, superficies de baños, pisos, ventanas, interiores y exteriores de automóviles, metales, y combinaciones de éstos. Como se utiliza en la presente, el término "ion activo" significa la forma de ion (catiónico o aniónico) de un activo capaz de suministrar beneficios, por ejemplo, un beneficio de tratamiento de telas, un beneficio de tratamiento de superficies o un beneficio de tratamiento del aire, a una superficie destino. El ion activo retiene la capacidad para proporcionar tales beneficios. Como se utilizan en la presente, los términos "activo" y "agente de beneficio" son intercambiables.

Como se utiliza en la presente, el término "liquido iónico activo" significa un líquido iónico compuesto por al menos un ion activo y al menos un contraión formador de liquido iónico. Como se utiliza en la presente, el término "líquido iónico" se refiere a una sal que tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 100 °C o menos, o en una modalidad alternativa, tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 60 CC o menos, o en aún otra modalidad alternativa, tiene una temperatura de fusión de aproximadamente 40 °C o menos. En otras modalidades, los líquidos iónicos no presentan una temperatura de fusión discernible (sobre la base de análisis por calorimetría diferencial de barrido), pero tienen la "capacidad de fluir" a una temperatura de aproximadamente 100 °C o menos, o en otra modalidad, tienen la "capacidad de fluir" a una temperatura de aproximadamente 20 a aproximadamente 80 °C, es decir, las temperaturas habituales para el lavado de telas o vajilla. Como se utiliza en la presente, el término "capacidad de fluir" significa que el líquido iónico presenta una viscosidad de menos de aproximadamente 10,000 mPa.s a las temperaturas especificadas precedentemente. En un contexto de fabricación, los líquidos iónicos pueden suministrarse con bomba. Debe comprenderse que los términos "líquido iónico", "compuestos iónicos" e "IL" (por sus siglas en inglés) se refieren a líquidos iónicos, compuestos de líquidos iónicos y mezclas (o combinaciones) de líquidos iónicos. El líquido iónico puede comprender un componente de IL aniónico y un componente de IL catiónico. Cuando el líquido iónico está en forma líquida, estos componentes pueden asociarse libremente entre sí (es decir, se amontonan). Como se utiliza en la presente, el término "combinación de líquidos iónicos" se refiere a una mezcla de dos o más, preferentemente, por lo menos tres, componentes de IL diferentes y cargados, en donde por lo menos un componente IL es catiónico, y por lo menos un componente de IL es aniónico. En consecuencia, la combinación de tres componentes de IL aniónicos y catiónícos en una mezcla producirá por lo menos dos líquidos iónicos diferentes. Las combinaciones de líquidos iónicos pueden prepararse mezclando líquidos iónicos individuales de componentes IL diferentes o preparándolos por medio de la química de combinación. Esas combinaciones y su preparación se tratan en mayor detalle en las patentes de los EE.UU. núms. 2004/0077519A1 y 2004/0097755A1. Como se utiliza en la presente, el término "compuesto de líquido iónico" se refiere a una mezcla de una sal (que puede ser sólida a temperatura ambiente) con un donador de protón Z (que puede ser un líquido o un sólido), según se describe en los documentos mencionados en el párrafo anterior. Al mezclarse, estos componentes se convierten en un líquido a una temperatura aproximada de hasta 100 °C, y la mezcla se comporta como un líquido iónico. El ion activo que forma el líquido iónico activo es una entidad iónica que proporciona el beneficio de tratamiento deseado a un objeto destino o a una superficie destino. Por ejemplo, dentro del presente contexto, tratamiento de telas se refiere, generalmente, a la limpieza, renovación o cuidado de cualquier material o producto textil, que incluye, pero no se limita a, fibras sueltas o libres, hilos (incluidos los filamentos), textiles tejidos, textiles no tejidos, textiles de punto, artículos y lo similar. Los artículos de tela incluyen, pero no se limitan a prendas, componentes utilizados en la fabricación de prendas, alfombras, tapicería y lo similar. Además, tales telas pueden formarse con cualquier material natural, artificial o sintético, o una combinación de éstos. El tratamiento de superficie se refiere generalmente a la limpieza, renovación o cuidado de cualquier material de superficie sólido que no es de tela, incluidos, pero sin limitarse a, vajilla, utensilios y cualquier otro elemento destinado a estar en contacto con alimentos, y superficies duras, por ejemplo, pisos, mostradores, electrodomésticos, fregaderos, bañeras, inodoros, mosaicos y lo similar, así como higiene personal. El tratamiento del aire se refiere a la limpieza o renovación del aire del ambiente, por lo general, en un área cerrada. Los ejemplos de iones activos adecuados incluyen, pero no se limitan a, la forma de ion como surfactantes, blanqueadores, activadores de blanqueador, aditivos, agentes antimicrobianos, ablandadores, colorantes, fijadores de colorantes, abrillantadores ópticos, según lo descrito en la solicitud de patente de los EE.UU. serie núm. 60/624,128. El activo iónico puede ser aniónico o catiónico, según sea necesario para el beneficio deseado y, por lo general, se deriva de una sal o ácido de un agente de beneficio conocido. Por ejemplo, si un agente de beneficio convencional en la forma de sal corresponde a la fórmula X+Y", y el anión Y" proporciona la actividad de tratamiento deseada de la tela, superficie o aire, entonces se emplea la forma aniónica del agente de beneficio en el líquido iónico activo. Los ejemplos de activos aniónicos apropiados incluyen, pero no se limitan a aditivos aniónícos de fosfato, surfactantes detergentes aniónicos de alquil sulfato o sulfonato lineal o ramificado, surfactantes detergentes aniónícos de sulfato y sulfonato alquilatado y alcoxilado lineales o ramificados, blanqueadores de perborato, percarbonato y perácido aníónicos, y lo similar. De manera alternativa, si el catión X+ del agente de beneficio convencional en la forma de sal de la fórmula X+Y proporciona la actividad de tratamiento deseada de la tela, superficie o aire, entonces se emplea la forma catiónica del agente de beneficio en el líquido iónico activo. Los ejemplos de activos catiónicos apropiados incluyen, pero no se limitan a agentes antimícrobianos de amonio cuaternario catiónico, suavizantes de telas de amonio cuaternario catiónico, surfactantes de amonio cuaternario catiónico y lo similar. Los ejemplos de activos zwitteriónicos apropiados incluyen, pero no se limitan a surfactantes de óxido de amina y surfactantes de betaína. Además, un agente de beneficio convencional no iónico o zwitteriónico puede convertirse en un activo iónico mediante funcíonalización iónica con un grupo funcional catiónico (tal como un grupo alquilo de trimetilamonio) o un grupo funcional aniónico (tal como un grupo sulfato). Alternativamente, puede ionizarse un agente de beneficio zwitteriónico mediante cambios en el pH de las composiciones por debajo de la pKa del activo zwítteriónico, lo que resulta en una forma catiónica del agente de beneficio.

Los iones activos Los iones activos catiónicos pueden derivarse de los siguientes reactivos: (a) surfactantes detergentes de óxido de amina, que incluyen sin limitarse a los que corresponden a la fórmula: en donde R3 es un alquilo de Cß-22, hidroxialquilo de C8-22, grupo alquilfenilo de C8.22 y mezclas de éstos; R4 es un alquileno de C2-3 o un grupo hidroxialquileno de C2-3, o mezclas de éstos; x es de 0 a aproximadamente 3; y cada R5 es independientemente un alquilo de C?-3 o un grupo hidroxialquilo de C1-3 o un grupo de óxido de polietileno que contiene un promedio de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 grupos de óxido de etileno; o los grupos R5 están unidos entre sí mediante un átomo de oxígeno o de nitrógeno para formar una estructura anular; y (b) surfactantes detergentes de betaína, que incluyen sin limitarse a los que corresponden a la fórmula: R-N(+)(R1)2-R2COO (-) en donde R se selecciona del grupo formado por alquilo de C10-C22, alquilarilo de C10-C22 y arilalquilo de C10-C22, todos los cuales pueden estar opcionalmente interrumpidos por uniones amido o éter; cada R1 es un grupo alquilo de C1- C3; y R2 es un grupo alquileno de C1-C6. En una modalidad del proceso de la presente invención, los reactivos de óxido de amina se protonan para formar los iones activos catiónicos en el líquido iónico activo resultante. El ion activo catiónico resultante tiene la fórmula: en donde R3, R4 y R5 son como se describió anteriormente. En otra modalidad, pueden usarse betaínas como reactivos para formar el ion activo catióníco en el liquido iónico activo resultante. El ion activo catiónico (forma protonada) resultante tiene la fórmula: R-N(+)(R1)2-R2COOH en donde R, R1 y R2 son como se describió anteriormente. En el proceso de la presente invención, los siguientes 5 sulfatos o sulfonatos orgánicos son reactivos del tipo surfactante ilustrativos que pueden combinarse con los reactivos de óxido de amina o de betaína precedentes para formar un líquido iónico activo. (1 ) alquilsulfato (AS), alcoxisulfatos y alcoxisulfatos de 10 alquilo, en donde el alquilo o el alcoxi es lineal, ramificado o mezclas de éstos; más aún, la unión del grupo sulfato a la cadena alquilo puede ser terminal en la cadena alquilo (AS), interna en la cadena alquilo (SAS), es decir, secundaria, o mezclas de éstas: los 15 ejemplos no limitantes incluyen alquilsulfatos lineales de C-?o-C2o que tienen la fórmula: CH3(CH2)xCH2OS03"M+ en donde x es un entero de por lo menos 8, preferentemente, por lo menos aproximadamente 10; y M+ puede ser H o cationes de metal alcalino o metal alcalinotérreo. Por ejemplo, los reactivos pueden comprender Na+, K+, Mg++ y lo similar; o alquilsulfatos secundarios lineales de C10-C2o ue tienen la fórmula: OS03-M+ CH3(CH2)x(CH)(CH2)yCH3 en donde x + y es un entero de por lo menos 7, preferentemente, por lo menos aproximadamente 9; o y puede ser 0 y M+ es H o cationes de metal alcalino o metal alcalinotérreo. Los reactivos pueden comprender H+, Na+, K+, Mg++ y lo similar; o alquiletoxi sulfatos secundarios de C10-C20 que tienen la fórmula: 0(CH2CH20)2S03-M 15 CH3(CH2)x(CH)(CH2)yCH3 en donde x + y es un entero de por lo menos 7, preferentemente, por lo menos aproximadamente 9; x o y pueden ser 0; z es de aproximadamente 1.2 (Prom.) a aproximadamente 30; y M+ es H o un catión de metal alcalino o metal alcalinotérreo. Por ejemplo, las sales de betaína pueden comprender Na+, K+, Mg++ y lo similar; los ejemplos no limitantes de alcoxi sulfato incluyen derivados sulfatados de copolímeros alcoxi comercialmente disponibles, tales como Pluronics® (de BASF); (2) mono y diésteres de sulfosuccinatos: los ejemplos no 5 limitantes incluyen monoéster sulfosuccinatos de C12-?8 saturados e insaturados, tal como lauril sulfosuccinato disponible como Mackanate LO-100® (de The Mclntyre Group); diéster sulfosuccinatos de C6 - C12 saturados e insaturados, tal como dioctiléster sulfosuccinato 10 disponible como aerosol OT® (de Cytec Industires, Inc); (3) sulfonatos de alquilarilo, cuyos ejemplos no limitantes incluyen tosílato, sulfonatos de alquilarilo que tienen alquílos de C8-C-|4 lineales o ramificados, saturados o ¡nsaturados; alquilbencenosulfonatos (LAS), tales como alquilbencenosulfonatos de C-n-C-?8; y sulfonatos de benceno; (4) sulfonatos éter de alquil glicerol que tienen 8 a 22 átomos de carbono en la entidad alquilo; (5) alquilsulfatos (HSAS) ramificados de media cadena, 20 sulfonatos de alquilarilo ramificados de medía cadena (MLAS) y alquilsulfatos de polioxialquileno ramificados de media cadena; los ejemplos no limitantes de MLAS se describen en las patentes de los EE.UU. núms. 6,596,680; 6,593,285 y 6,202,303; (6) aceites y ácidos grasos sulfatados y sulfonados, lineales o ramificados, tales como los sulfatos o los sulfonatos derivados de jabón aceite de coco y potasio disponibles como Norfox 1101® de Norman, Fox & Co. y oleato de potasio de Chemron Corp., así como sulfonatos de parafina; (7) sulfonatos de éster de ácido graso que tienen la fórmula: R CH(S03")C02R2 en donde Ri es alquilo de C8 a C-?8 lineal o ramificado, y R2 es alquilo de Ci a C6 lineal o ramificado. Para usar en la presente, se prefieren los sulfatos y los sulfonatos orgánicos. Proceso La presente invención abarca, pero no se limita a un proceso continuo para elaborar un líquido iónico activo. El proceso se describe en detalle con relación a una modalidad específica del proceso continuo, en donde el líquido iónico activo está compuesto por óxido de amina y alquilsulfato. Sin embargo, se entiende que el proceso puede utilizarse para elaborar otros líquidos iónicos activos compuestos por cualquier combinación de los iones activos descritos anteriormente. Más aún, el proceso continuo ejemplificado de la presente invención puede utilizarse para elaborar otros líquidos iónicos activos compuestos, por ejemplo, por un suavizante de telas catiónico, un antimicrobiano catiónico, o un surfactante catíónico con un activador de blanqueador anióníco, o un surfactante aniónico. En una modalidad, el liquido iónico activo está compuesto por cationes de amonio cuaternario y aniones de alquilsulfonato. Naturalmente, el proceso de elaborar algún líquido iónico activo puede no requerir el paso de protonación. Una modalidad general de este aspecto de la presente invención incluye los pasos de alimentar en forma continua un óxido de amina y un alquilsulfato en una zona de reacción donde se produce un mezclado profundo de los reactivos. El reactor puede ser un reactor de tanque agitado, un reactor de flujo pistón con mezcladores estáticos o un reactor de circuito recirculante. Puede alimentarse un donador de protón, tal como ácido sulfúrico, directamente en la zona de reacción para protonar el óxido de amina, y así producir el líquido iónico activo. Se retira una corriente de producto que contiene el líquido iónico activo de la zona de reacción y se alimenta en un separador de fase. El líquido iónico activo puede recuperarse fácilmente de la capa superior del separador de fase. Una vez que se han establecido condiciones de estado estacionario en el reactor, se controla la velocidad de introducción de los reactivos (óxido de amina y alquilsulfato) en la zona de reacción para que sea aproximadamente la misma que la velocidad para retirar la corriente del producto de la zona de reacción, de manera tal que el tiempo de permanencia de la mezcla de reacción o los reactivos en la zona de reacción se mantengan constantes. Otras variables en la zona de reacción, tal como temperatura, agitación, y velocidad de circulación, preferentemente, también se mantienen constantes. En esta modalidad, para lograr el líquido iónico activo mediante el proceso continuo de la presente invención, se introducen óxido de amina y alquilsulfato en el reactor continuo en una proporción molar como para satisfacer la estequiometría, por lo general, una proporción molar de aproximadamente 1 :1 , o de aproximadamente 0.9 : 1 , o de aproximadamente 1.2 : 1. La materia prima de óxido de amina y alquilsulfato puede encontrarse en la forma de concentrados acuosos. Una materia prima de óxido de amina típica puede ser un concentrado acuoso, posible de bombearse, que tiene de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 % en peso de óxido de amina. En una modalidad de la presente invención, la materia prima contiene aproximadamente 30 % en peso de óxido de amina en agua (por ejemplo, óxido de dimetilamina de C10-C2o) de tipo surfactante y tiene una viscosidad de aproximadamente 150 mPa.s (150 centipoise). Los concentrados de óxido de amina ilustrativos se encuentran comercialmente disponibles en Stepan Lonza o Kao, con los nombres comerciales Ammonyx®, Barlox® and Amphitol®. Una materia prima de alquilsulfato típica puede ser un concentrado acuoso que tiene aproximadamente 20-70 % en peso, preferentemente, aproximadamente 30-60 % en peso de alquílsulfato. En una modalidad de la presente invención, la materia prima contiene aproximadamente 50-70 % en peso de alquilsulfato en agua y tiene una viscosidad mayor de aproximadamente 500 mPa.s (500 centipoise). Los concentrados de alquilsulfato ilustrativos están comercialmente disponibles en Stepan o Kao, con los nombres comerciales Stepanol® o Emal®. Además del agua, la materia prima también puede comprender solventes adicionales, tales como metanol, etanol y otros alcoholes bajos (C3-C6), y esos solventes (preferentemente no halogenados) pueden emplearse para reducir la viscosidad del sistema. También se introduce un donador de protón en la mezcla de reacción para protonar el óxido de amina, y así convertirla en el catión de óxido de amina. Los donadores de protones ilustrativos son ácidos próticos, que incluyen, pero no se limitan a ácido sulfúrico, ácidos a base de halógeno (tal como HF, HCl, HBr, Hl, HCI0 ), ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido trifluoroacético o ácido p-toluensulfónico (PTSA). La cantidad de donador de protón en la mezcla de reacción debe ser suficiente como para mantener la mezcla de reacción con un pH de menos de aproximadamente 5, preferentemente de aproximadamente 3 a aproximadamente 5 y, con mayor preferencia, de aproximadamente 3.5 a aproximadamente 4. El reactor continuo, especialmente la zona de reacción, se mantiene por encima de la temperatura ambiente, preferentemente a una temperatura de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 99 °C, o de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 85 °C, de modo tal que el líquido iónico esté en forma líquida. La materia prima de óxido de amina y alquilsulfato pueden calentarse por encima de la temperatura ambiente, preferentemente a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 70 °C o a una temperatura igual a la del reactor. El precalentamiento de las materias primas reduce su viscosidad para facilitar la transferencia a la zona de reacción y minimiza la caída de la temperatura en la zona de reacción. Pueden precalentarse las materias primas y calentarse el reactor por cualquier medio conocido, por ejemplo, mediante un intercambiador de calor. Para lograr los resultados deseables de la invención de una manera óptima, la configuración del reactor, las propiedades (tal como la viscosidad) de la mezcla de reacción y el índice de fluido volumétrico pueden ser tales que se mantenga un flujo turbulento en la zona de reacción. En una modalidad, el sistema del reactor opera a un número de Reynolds de aproximadamente 10,000. En otras modalidades, el sistema de reactor opera a un número de Reynolds de por lo menos aproximadamente 2000, preferentemente de aproximadamente 5000 a aproximadamente 50,000, en la zona de reacción. En una modalidad, el tiempo de permanencia (medido simplemente como ingreso versus salida a lo largo del tiempo, en estado estacionario) de la mezcla de reacción en el reactor es de aproximadamente 5 segundos a aproximadamente 10 horas o de aproximadamente 0.1 minuto a aproximadamente 30 minutos. En otra modalidad, el tiempo de permanencia de la mezcla de reacción en el reactor es de aproximadamente 30 segundos a aproximadamente 15 minutos. El tiempo de permanencia también puede determinarse por el tiempo necesario para que un marcador (p. ej., un retardador de colorante o un trazador radiactivo) pase a través de un reactor. Se podrá apreciar que pueden utilizarse parámetros operativos similares en procesos discontinuos dentro del alcance de la presente invención, como se describe a continuación. Para recuperar el líquido iónico activo resultante de la corriente de reacción, se retira la corriente de reacción del reactor continuo y se alimenta en un separador de fase. Se deja separar la corriente de reacción mediante tensión interfacial o gravedad. En un arreglo típico, la corriente de reacción se alimenta dentro del separador cerca de su punto medio, y se provee un separador con dos tubos de descarga. El primer tubo de descarga se une al separador en un lugar adyacente al separador o en la parte superior de éste. El segundo tubo de descarga está conectado a un lugar en el fondo del separador o cerca de él, y se extiende en forma ascendente a lo largo de la parte exterior del separador para mantener la altura de la capa inferior del separador en un nivel deseado justo debajo del lugar donde se juntan el separador y el primer tubo de descarga. Los líquidos iónicos activos se concentran en una capa superior separada en la parte superior de la capa acuosa inferior, y se retira la capa superior del separador de fase a través de un tubo de descarga en un tanque de almacenamiento. La capa superior recuperada del separador puede contener agua y un solvente adicional, así como el líquido iónico activo. En una modalidad, la capa superior recuperada contiene de aproximadamente 50 a aproximadamente 100 % en peso, o de aproximadamente 60 a aproximadamente 90 % en peso de líquidos iónicos activos. En otra modalidad, la capa superior recuperada comprende de aproximadamente 0 a aproximadamente 35 % en peso de agua, o de aproximadamente 10 a aproximadamente 25 % en peso de agua. En otra modalidad, la capa superior recuperada comprende de aproximadamente 0 a aproximadamente 15 % en peso, o de aproximadamente 5 a aproximadamente 12 % en peso de alcohol, por ejemplo, metanol o etanol Los líquidos iónicos activos representativos se producen mediante este proceso continuo y se recuperan como la capa superior del separador o del reactor continuo Presentan las propiedades aproximadas que se detallan a continuación.

El IL act?vo(A) está compuesto por oxido de dodecil dimetilamina y sulfato Isalchem 123®, derivado de alcohol Isalchem 123® (disponible en Sasol Chemical Industries, Ltd , Johanesburgo, Sudáfpca) mediante procesos de sulfación conocidos en la industria El IL act?vo(B) está compuesto por oxido de dodecil dimetilamina y sulfato Lial 123®, depvado de alcohol Lial 123® (disponible en Sasol Chemical Industries, Ltd , Johanesburgo, Sudafpca) mediante procesos de sulfacion conocidos en la industria 1 Todas las mediciones se llevan a cabo en un sistema de calorimetría diferencial de barrido Perkm Elmer Pyps 1 Las muestras se calientan de temperatura ambiente a 75 °C a razón de 10 °C por minuto, se enfrían a -50 °C a razón de 5 °C por minuto, se mantienen a -50 °C durante 60 minutos, luego se calientan a 75 °C a razón de 10 °C por minuto El final de la transición del primer orden en la segunda traza de calentamiento se informa como la "temperatura de fusión completa" El comienzo de la transición del primer orden en la traza de enfriamiento se informa como "temperatura de comienzo de solidificación" Todas las mediciones se realizan en un viscosimetro de cono y placa TA Instruments AR 1000 Se emplea un cono de acero inoxidable de 40 mm de diámetro, con un ángulo de 2° Todos los expenmentos se llevan a cabo en las siguientes condiciones Un índice de incremento de temperatura de 5 °C/m?n y un esfuerzo de cizallamiento constante de 5 Pa La viscosidad de la muestra se informa de 30 a 80 °C ND indica que la muestra fue demasiado viscosa como para obtener datos en las condiciones de la prueba Los concentrados activos de líquido iónico preparados mediante el proceso continuo de la presente invención proveen un contenido activo más alto que los concentrados activos acuosos actualmente disponibles de los proveedores Mas aun, estos concentrados activos de líquido iónico presentan un perfil de viscosidad deseable de manera tal que puedan formularse fácilmente como productos de consumo empleando equipo estándar de procesamiento, por lo que no es necesario usar altas temperaturas o bombas de alta presión Además, estos concentrados activos de líquido iónico tienen estabilidad de fases en condiciones de almacenamiento y de transporte normales Si bien la exposición que antecede describe un proceso continuo preferido para la fabricación de los líquidos iónicos concentrados a base de surfactantes, debe entenderse que el proceso de la presente también puede llevarse a cabo en forma discontinua Claramente, cuando se considera en su aspecto más amplio, una característica importante del presente proceso consiste en que puede llevarse a cabo sin hidrocarburos halogenados, tales como los que, por lo general, se emplean en la fabricación de composiciones de líquido iónico. Como los experimentados en la industria podrán apreciar fácilmente, evitar la necesidad de usar y recuperar hidrocarburos halogenados en procesos de fabricación de gran escala simplifica enormemente el diseño de planta y la operación. Por lo tanto, la presente invención también abarca: Un proceso para preparar un líquido iónico que comprende: a) preparar una mezcla de reacción mezclando un óxido de amina protonado, una betaína protonada o mezclas de éstos, con un sulfato orgánico o un sulfonato orgánico o mezclas de éstos, en presencia de agua o de agua-alcohol, pero sin solventes de hidrocarburos halogenados, durante un tiempo suficiente como para permitir la formación del líquido iónico; b) dejar que la mezcla de reacción se separe en una fase superior y una fase inferior mediante la discontinuidad del mezclado; y c) conservar la fase superior que comprende el líquido iónico. Las diversas condiciones de reacción mencionadas anteriormente también pueden utilizarse es este proceso más general que permite la presente invención. Más aún, debe entenderse que la producción de líquidos iónicos a base de surfactantes de la presente manera permite nuevas oportunidades de reducción de costos a los fabricantes de productos que contienen uno más componentes surfactantes. En principio, un fabricante de productos que contienen surfactantes preferiría, para distribuirlos en regiones vastamente diseminadas, aún globalmente, obtener la materia prima del surfactante de algún lugar o de lugares más o menos centralizados y luego utilizar esa materia prima de surfactante para formular el producto final para la distribución y venta locales. Esta obtención centralizada también permitiría que el producto terminado formulado localmente se ajuste a las necesidades, costumbres y prácticas locales. Por ejemplo, la formulación de los detergentes de lavandería en regiones con agua dura pueden necesitar ingredientes auxiliares distintos de los formulados para regiones con agua blanda, aunque la naturaleza de los surfactantes en sí pueda ser la misma en ambos casos. Al emplear un sistema de "formulación local con suministro central-", podrían satisfacerse las necesidades localizadas de manera sencilla y económica. El problema con este plan comercial es que los surfactantes suelen presentar comportamientos de fase complejos, de modo tal que deben transportarse como composiciones relativamente diluidas. Como resultado de ello, muchos de los costos de transporte se originan en la presencia de agua en la materia prima de surfactantes. Especialmente con respecto a los surfactantes de óxido de amina, la remoción del agua de la materia prima de surfactantes no es una cuestión menor. Debido a su comportamiento de fase, aún las "pastas" de surfactante acuoso más concentradas han comprendido hasta ahora sólo aproximadamente 30 % - 40 % en peso de surfactante (el csp principalmente comprende agua) con el objeto de que se mantuviera en condiciones de bombearse en la planta de fabricación. Pueden agregarse diversos solventes para disminuir la viscosidad de los concentrados altos, pero con un costo agregado. Claramente, en concentraciones de más de aproximadamente 40 %, en peso, en agua, los sistemas de surfactante de óxido de amina/agua son esencialmente difíciles en condiciones de operación de planta normales. Más aún, es desaconsejable intentar la reducción de la viscosidad de las pasta de concentrado de óxido de amina/agua mediante calentamiento, dado que el óxido de amina puede comenzar a descomponerse a temperaturas tan bajas como 100 °C. Como puede observarse de las exposiciones aquí contenidas, la presente invención provee un concentrado más alto (p. ej., con tan poco como 10 % - 30 % en peso de agua), aunque la materia prima de surfactante se encuentre aún en condiciones de bombearse, lo que permite la oportunidad de asegurar un ahorro considerable en costos de transporte. En consecuencia, el plan comercial antes mencionado ahora se torna viable. Por lo tanto, la presente invención también abarca: Un método para lograr una reducción de costos en la fabricación de productos que comprenden uno o más componentes surfactantes; este método comprende: a) determinar por lo menos un lugar de suministro para convertir este uno o más componentes surfactantes en un líquido iónico a base de surfactante; b) establecer uno o más lugares receptores alejados del lugar de suministro mencionado para recibir los envíos del líquido iónico desde ese lugar de suministro; c) transportar el líquido iónico desde un lugar de suministro a los mencionados uno o más lugares de recepción; y d.) emplear ese líquido iónico en tales uno o más lugares de recepción para fabricar los productos mencionados. Debe ponerse especial atención en el líquido iónico de los ejemplos 1-5. Como se observó en los cuadros anteriores, los líquidos iónicos preparados con óxido de dodecil dimetilamina y alcohol sulfatado Isalchem 123® sorprendentemente tienen un perfil de viscosidad preferido por encima de los líquidos iónicos preparados con alcohol sulfatado Lial 123®. Sin intención de limitarse por la teoría, ahora la hipótesis consiste en que esta mejora del perfil de viscosidad puede deberse a que Lial 123® está elaborado con una materia prima que comprende sólo aproximadamente 45 %, en peso, de alcoholes secundarios, en tanto que la materia prima del alcohol Isalchem 123® comprende aproximadamente 95 %, en peso, de alcohol secundario. Naturalmente, eso resulta en 45 % frente a 95 % en peso de alquilsulfatos secundarios, respectivamente.

En consecuencia, la presente invención también abarca, como modalidad preferida, líquidos ¡ónicos que comprenden una entidad de óxido de amina orgánico (especialmente óxido de dimetilamina de C12-C1 ) en combinación con una entidad de alcohol sulfatado derivado de un alcohol secundario, y comprende más de 45 %, preferentemente, aproximadamente 50 % a aproximadamente 100 %, con la mayor preferencia, por lo menos aproximadamente 95 %, en peso, de alcohol secundario sulfatado (especialmente alcohol secundario de C-?2 - C?3). Los líquidos iónicos pueden comprender además los bajos niveles de agua o agua-alcohol (especialmente etanol) antes mencionados. Tales líquidos iónicos preferidos tienen un perfil de viscosidad deseable, como se mencionó anteriormente, y están libres de solventes halogenados. Este efecto técnico recientemente reconocido respalda más aún la amplitud del aspecto de la invención, a saber: El uso de un derivado de alquilsulfato de una materia prima de alcohol secundario; esa materia prima comprende más de 45 %, en peso, de sustituyentes de alcoholes secundarios para preparar un liquido iónico que tiene un perfil de viscosidad mejorado (es decir, puede bombearse) a temperaturas de 80 °C y menores, preferentemente sin usar solventes de hidrocarburos halogenados. Las partes relevantes de todos los documentos citados se incorporan en la presente como referencia; la mención de cualquier documento no debe interpretarse como admisión de que constituye una industria anterior con respecto a la presente invención. En el grado en que cualquier significado o definición de un término en este documento escrito contradiga cualquier significado o definición del término en un documento incorporado como referencia, el significado o definición asignado al término en este documento escrito deberá regir. Aunque se han ilustrado y descrito modalidades particulares de la presente invención, será evidente para los experimentados en la industria que se pueden hacer diversos cambios y modificaciones sin alejarse del espíritu y el alcance de la invención. Se ha pretendido, por consiguiente, abarcar en las reivindicaciones anexas todos los cambios y modificaciones dentro del alcance de la invención.

Claims (19)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1. Un proceso continuo para preparar un líquido iónico que tiene un catión de óxido de amina y un anión de alquilsulfato; el proceso comprende los pasos de: se introduce un primer reactivo que comprende un óxido de amina orgánico y un segundo reactivo que comprende un sulfato orgánico o un sulfonato orgánico, o mezclas de éstos, en la zona de reacción de un reactor; se introduce suficiente cantidad de un ácido prótico en la zona de reacción, de manera tal que la mezcla de reacción resultante tenga un pH menor de aproximadamente 5; se hacen circular los reactivos primero y segundo y el ácido prótico en la zona de reacción a una velocidad de circulación suficiente para lograr un mezclado profundo de los reactivos primero y segundo con el ácido prótico y así se produce una corriente de producto que comprenda el líquido iónico; se elimina de la zona de reacción la corriente de producto y se transfiere la corriente de producto a un separador, caracterizado porque la corriente de producto comprende un líquido iónico que, a su vez, comprende un catión de óxido de amina y un anión de sulfato orgánico o sulfonato orgánico, mientras se controla la introducción del primer y el segundo reactivos en la zona de reacción y la remoción de la corriente de producto de la zona de reacción, de manera tal que el tiempo de permanencia de la mezcla de reacción en la zona de reacción sea suficiente para producir el líquido iónico; y se deja que la corriente de producto se separe en una fase superior e inferior, y se recupera el líquido iónico de la fase superior.

2. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el primer reactivo en la forma protonada comprende un catión de óxido de amina que tiene la siguiente fórmula: en donde R3 es un alquilo de C8.22, un hidroxialquilo de C8.22, o un grupo alquilfenilo de C8.22 lineales, ramificados, o una combinación de lineales y ramificados; R4 es un alquileno de C2.3 o hidroxialquileno de C2-3; x es de 0 a aproximadamente 3; y cada R5 es un alquilo de C-?-3 o un grupo hidroxialquilo de C1-3 o un grupo de óxido de políetileno que contiene un promedio de aproximadamente 1 a aproximadamente 3 grupos de óxido de etileno; opcionalmente, los grupos R5 pueden estar unidos entre sí mediante un átomo de oxígeno o nitrógeno para formar una estructura anular, y en donde el segundo reactivo es un sulfato o un sulfonato orgánico.

3. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el anión del sulfato orgánico o el sulfonato orgánico se selecciona del grupo formado por: (1 ) alquilsulfatos, alcoxi sulfatos y alcoxisulfatos de alquilo; (2) mono y diésteres de sulfosuccinatos; (3) sulfonatos de alquilarilo; (4) sulfonatos éter de alquil glicerol; (5) alquilsulfatos ramificados de media cadena y sulfonatos de alquilarilo ramificados de media cadena; (6) aceites y ácidos grasos sulfatados y sulfonados; (7) sulfonatos de éster de ácido graso; y (8) mezclas de éstos.

4. El proceso de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el anión del sulfato orgánico tiene la siguiente fórmula: R1-S04" en donde R1 es un alquilo, un hidroxialquilo o un alquilfenilo lineal, ramificado o una combinación de lineal y ramificado.

5. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la velocidad de circulación es suficiente como para establecer un número de Reynolds de por lo menos aproximadamente 2000.

6. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la zona de reacción se calienta por encima de la temperatura ambiente.

7. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el tiempo de permanencia de la mezcla de reacción en la zona de reacción es de aproximadamente 0.1 minuto a aproximadamente 30 minutos.

8. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el proceso opcionalmente comprende agregar un solvente orgánico a la zona de reacción, de manera tal que la mezcla de reacción resultante tiene una viscosidad de aproximadamente 0.01 a aproximadamente 0.07 Pa.s a 60 C.

9. El proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado además porque el solvente orgánico se selecciona del grupo formado por alcoholes de C1-C8, dioles de C2-C8, glicoles de C2-C8 y mezclas de éstos.

10. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el ácido prótico se selecciona del grupo formado por ácido sulfúrico, ácidos a base de halógeno, ácido nítrico, ácido fosfórico, ácido trifluoroacético o ácido p-toluensulfóníco, y mezclas de éstos.

11. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el pH de la mezcla de reacción varía de aproximadamente 2 a aproximadamente 5.

12. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el líquido iónico del separador de fase comprende menos de aproximadamente 35 % de agua.

13. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la proporción molar entre el óxido de amina y el alquilsulfato es de aproximadamente 1 :1

14. El proceso de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el óxido de amina y el alquilsulfato se precalientan a una temperatura de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 70 °C.

15. Un proceso continuo para preparar un líquido iónico introduciendo y entremezclando un primer reactivo que comprende una betaína y un segundo reactivo que comprende un sulfato orgánico o un sulfonato orgánico, o mezclas de éstos en un reactor, y así formar una mezcla de reacción, así como remover continuamente una porción de la mezcla de reacción del reactor; en donde la masa total de los reactivos introducidos en el reactor es igual a la masa total de la mezcla de reacción removida del reactor.

16. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la mezcla de reacción comprende un líquido iónico que, a su vez, comprende un catión de betaína que tiene la siguiente fórmula: R-N(+)(R1)2-R2COOH en donde R se selecciona del grupo formado por alquilo de C10-C22, alquilarilo de C10-C22 y arilalquilo de C10-C22, todos los cuales pueden estar opcionalmente interrumpidos por uniones amido o éter; cada R1 es un grupo alquilo de C1-C3; y R2 es un grupo alquíleno de C1-C6.

17. El proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque la mezcla de reacción comprende un líquido iónico que, a su vez, comprende un anión de sulfato o sulfonato orgánico seleccionado del grupo que comprende: (1 ) alquilsulfatos, alcoxi sulfatos y alcoxisulfatos de alquilo; (2) mono y diésteres de sulfosuccinatos; (3) sulfonatos de alquilarilo; (4) sulfonatos éter de alquil glicerol; (5) alquilsulfatos ramificados de media cadena y sulfonatos de alquilarilo ramificados de media cadena; (6) aceites y ácidos grasos sulfatados y sulfonados; (7) sulfonatos de éster de ácido graso; y (8) mezclas de éstos.

18. Un proceso para preparar un líquido iónico que comprende: preparar una mezcla de reacción mezclando un óxido de amina protonado, una betaína protonada o mezclas de éstos con un sulfato orgánico o un sulfonato orgánico o mezclas de éstos, en presencia de agua o de agua-alcohol, caracterizada porque se lleva cabo durante un tiempo suficiente como para permitir la formación del líquido iónico sin solventes de hidrocarburos halogenados.

19. Un líquido iónico que comprende una entidad de óxido de amina orgánica en combinación con una entidad de alcohol sulfatado derivado de un alcohol; el alcohol comprende más de 45 % en peso de sustituyentes de alcoholes secundarios.