Preparación de un producto de decabromodifenilalcano de alta concentración con bajo contenido de bromo libre ocluido.

Un proceso para la preparación de un producto de decabromodifenilalcano de alta concentración que,

cuando se produce, tiene un contenido de bromo libre ocluido de no más de 500 ppm, proceso que comprende la bromación, en una mezcla de reacción en fase líquida,

de por lo menos un difenilalcano de la fórmula (C6H5)-R-(C6H5), en la que (C6H5) es un grupo fenilo y R es un grupo alquileno que contiene entre 1 y 10 átomos de carbono, con bromo,

en presencia de un catalizador de aluminio, haluro de aluminio o un haluro férrico, en el que los átomos halógenos de dichos haluros, que se utilizan en la formación de la carga de los mismos en dicha mezcla de reacción, son átomos de cloro, átomos de bromo o ambos,

en el que se utiliza un exceso de bromo en el proceso, y en el que la cantidad máxima de exceso de bromo utilizado en el proceso es del 20% molar con respecto a la cantidad estequiométrica necesaria para transformar el difenilalcano en el producto de decabromodifenilalcano,

en el que la temperatura de la mezcla de reacción de bromación se mantiene en el intervalo de 45 a 98 °C, por lo menos durante el mezclado del bromo y el difenilalcano, y

de manera que el producto de decabromodifenilalcano de alta concentración se prepara sin la utilización de procedimientos para reducir el contenido de bromo libre ocluido.

Preparación de un producto de decabromodifenilalcano de alta concentración con bajo contenido de bromo libre ocluido.

CAMPO TÉCNICO

Esta invención se refiere a la preparación de productos de decabromodifenilalcano de alta concentración que contienen cantidades reducidas de bromo libre ocluido, sin utilizar procedimientos sobre el producto en bruto para realizar la reducción del bromo libre ocluido.

ANTECEDENTES

El decabromodifeniletano de alta concentración, alias bis (pentabromofenil) etano, se fabrica actualmente mediante la bromación de 1, 2-difeniletano en presencia de un gran exceso de bromo, utilizando cloruro de aluminio anhidro como catalizador. La razón principal para utilizar dicho gran exceso (normalmente, un exceso estequiométrico del 80 al 150%) es que el bromo no sólo actúa como reactivo sino asimismo como disolvente, lo cual es necesario para un mezclado eficaz. El exceso de bromo se recupera después y se recicla para el siguiente lote. Sin embargo, la utilización de dicho gran exceso de bromo no sólo conduce a la formación de ciertas impurezas no deseadas, sino que tiene asimismo como resultado que una cantidad sustancial de bromo libre queda atrapada en el interior de las partículas durante la formación del producto. Este bromo libre que está atrapado en las partículas del producto, denominado habitualmente bromo libre ocluido, ha de ser extraído del producto en bruto antes de que éste se pueda utilizar como un retardante de llama en plásticos. Es preferible que en el decabromodifeniletano, tal como en otros retardantes de llama, no quede bromo libre en las partículas. Sin embargo, en la práctica queda siempre algo (de 200 a 300 ppm) en el producto acabado. Aunque el bromo atrapado se puede extraer eficazmente de las partículas utilizando recristalización a partir de los disolventes, dicho proceso es poco práctico comercialmente para materiales tales como el decabromodifeniletano, que tiene una solubilidad extremadamente pobre en casi todos los disolventes orgánicos. Por ejemplo, la solubilidad del decabromodifeniletano es de aproximadamente el 0, 2% en peso en dibromometano a reflujo (98 °C) , y aproximadamente del 0, 9% en peso en clorobenceno a reflujo (130 °C) . Otra técnica conocida para reducir el contenido de bromo libre ocluido consiste en triturar, moler o bien pulverizar el producto, de manera que el bromo atrapado se pueda liberar y extraer mediante lavado con disolventes. Comercialmente, un retardante de llamas de alta fusión tal como el decabromodifeniletano, se calienta a altas temperaturas (280 a 300°C) para reducir sustancialmente la cantidad de bromo libre atrapado entre las partículas formadas. De hecho, el bromo libre está tan fuertemente ligado a las partículas de decabromodifeniletano que habitualmente es necesario un periodo prolongado de tiempo para reducir el contenido de bromo libre hasta la especificación deseada de menos de 300 ppm (p/p) . El tratamiento a alta temperatura del producto de decabromodifeniletano en bruto, acoplado a una etapa de secado asociada, tiende a incrementar significativamente el coste global de la fabricación de este producto, y conduce asimismo a una degradación del color.

El documento US-A-5 003 117 A describe un proceso para preparar decabromodifenilmetano utilizando difenilmetano como compuesto inicial, bromo como agente de bromación, dibromometano como disolvente y cloruro de aluminio como catalizador, a temperaturas de 3 °C a -6 °C durante la adición del difenilmetano.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

En un intento de reducir sustancialmente el coste de fabricación de un producto de decabromodifeniletano, se ha desarrollado un proceso de bromación nuevo y mejorado sustancialmente. Este proceso utiliza un disolvente adecuado tal como dibromometano como medio de bromación, junto con una cantidad máxima de exceso de bromo del 20 % molar (por ejemplo, del 10 al 20% o menos de exceso, en lugar del 80 al 100% de exceso utilizado comercialmente) y en el que la temperatura de la mezcla de reacción de la bromación se mantiene en el intervalo de 45 a 98 ºC, por lo menos durante el mezclado del bromo y el difenilalcano, y de modo que el producto de decabromodifenilalcano de alta concentración se prepara sin la utilización de procedimientos para reducir el contenido de bromo libre ocluido, a efectos de producir un producto de concentración adecuadamente alta, potencialmente con niveles reducidos de impurezas no deseables y un color mejor. No se requiere tratamiento térmico (envejecimiento en horno) dado que la cantidad de bromo atrapado en el interior de las partículas es ya muy baja y, por lo menos cuando el proceso se realiza a escala de laboratorio, puede estar perfectamente dentro de la especificación preferida de 300 ppm o menos. De hecho, se prevé que cuando se realice a escala de una planta industrial, el proceso de esta invención producirá un contenido de bromo libre ocluido no mayor de 500 ppm o menos, y bajo condiciones optimizadas, de 300 ppm o menos. La sola eliminación de la etapa de tratamiento térmico se prevé que conduzca a una reducción de costes significativa. Este proceso se puede utilizar para la fabricación de retardantes de llama diferentes a los productos de decabromofenilalcano, tales como decabromodifeniléter y tetradecabromodifenoxibenceno.

Por lo tanto, esta invención da a conocer, entre otras cosas, un proceso para la preparación de un producto de decabromodifenilalcano de alta concentración que cuando se fabrica tiene un contenido de bromo libre ocluido no mayor de 500 ppm, proceso que comprende la bromación, en una mezcla de reacción en fase líquida, de por lo menos un difenilalcano de la fórmula (C6H5) -R- (C6H5) en la que (C6H5) es un grupo fenilo y R es un grupo alquileno que contiene de 1 a 10 átomos de carbono, con bromo, en presencia de aluminio, haluro de aluminio o un catalizador de haluro férrico en el que los átomos halogenados de dichos haluros, cuando se utilizan en la formación de la carga de los mismos en dicha mezcla de reacción, son átomos de cloro, átomos de bromo o ambos, donde en el proceso se utiliza un exceso de bromo y la cantidad máxima de exceso de bromo utilizada en el proceso es del 20% molar con respecto a la cantidad estequiométrica necesaria para transformar el difenilalcano en un producto de decabromodifenilalcano, en el que la temperatura de la mezcla de la reacción de bromación se mantiene en el intervalo de 45 a 98 °C, por lo menos durante el mezclado del bromo y el difenilalcano, y de manera que se prepara un producto de decabromodifenilalcano de alta concentración sin la utilización de procedimientos para reducir el contenido de bromo libre ocluido. Habitualmente, el flujo de alimentación es una solución de dicho difenilalcano en un disolvente inerte adecuado, tal como un hidrocarburo halogenado en el que el halógeno es cloro y/o bromo.

DESCRIPCIÓN MÁS DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Tal como se utiliza en el presente documento, incluidas las reivindicaciones, el término "alta concentración" significa que el producto de decabromodifenilalcano, cuando se produce -sin la utilización de ningún procedimiento para reducir el contenido de bromo libre ocluido-, comprende como mínimo un 97% en área de decabromodifenilalcano, determinado mediante cromatografía de gases (GC, gas chromatography) . Más adelante se describe un procedimiento para llevar a cabo dicho análisis GC.

Los difenilalcanos que son bromados en conformidad con esta invención pueden representarse por la fórmula:

(C6H5) -R- (C6H5)

donde C6H5 es un grupo fenilo y R es un grupo alquileno que contiene de 1 a 10 átomos de carbono. Los grupos R preferidos son metileno, etileno y propileno (alias trimetileno) , que proporcionan los reactivos preferidos difenilmetano; 1, 2-difeniletano (denominado normalmente difeniletano) ; y 1, 3-difenilpropano. De estos, 1, 2difeniletano y 1, 3-difenilpropano son reactivos especialmente preferibles. Otros difenilalcanos sustituidos que pueden utilizarse incluyen 1, 4-difenilbutano, 1, 5-difenilpentano, y sus homólogos en los que el grupo alquileno contiene hasta 10 átomos de carbono.

Una característica clave de esta invención es la utilización de un exceso de bromo, en el que la cantidad máxima de exceso de bromo utilizada en el proceso es del 20% molar con respecto a la cantidad estequiométrica requerida en la formación del producto de decabromodifenilalcano. Por lo tanto, 10 moles de bromo (Br2) por mol de difenilalcano constituyen la cantidad estequiométrica. Por consiguiente, la proporción molar de Br2:difenilalcano que se utiliza para llevar a cabo la reacción de bromación de esta invención no es mayor de 12:1 (es decir, la cantidad máxima de exceso de bromo utilizada en la realización... [Seguir leyendo]

1. Un proceso para la preparación de un producto de decabromodifenilalcano de alta concentración que, cuando se produce, tiene un contenido de bromo libre ocluido de no más de 500 ppm, proceso que comprende la bromación, en una mezcla de reacción en fase líquida,

de por lo menos un difenilalcano de la fórmula (C6H5) -R- (C6H5) , en la que (C6H5) es un grupo fenilo y R es un grupo alquileno que contiene entre 1 y 10 átomos de carbono, con bromo,

en presencia de un catalizador de aluminio, haluro de aluminio o un haluro férrico, en el que los átomos halógenos de dichos haluros, que se utilizan en la formación de la carga de los mismos en dicha mezcla de reacción, son átomos de cloro, átomos de bromo o ambos,

en el que se utiliza un exceso de bromo en el proceso, y en el que la cantidad máxima de exceso de bromo utilizado en el proceso es del 20% molar con respecto a la cantidad estequiométrica necesaria para transformar el difenilalcano en el producto de decabromodifenilalcano,

en el que la temperatura de la mezcla de reacción de bromación se mantiene en el intervalo de 45 a 98 °C, por lo menos durante el mezclado del bromo y el difenilalcano, y

de manera que el producto de decabromodifenilalcano de alta concentración se prepara sin la utilización de procedimientos para reducir el contenido de bromo libre ocluido.

2. Un proceso acorde con la reivindicación 1, en el que una solución de difenilalcano en un disolvente inerte se alimenta en un reactor o zona de reacción que contiene dicho bromo, dicho catalizador y disolvente inerte.

3. Un proceso acorde con la reivindicación 1, en el que las alimentaciones de (i) una solución del difenilalcano en un disolvente inerte y (ii) de bromo, se alimentan de manera independiente y simultánea a un reactor o zona de reacción que contiene dicho catalizador y disolvente inerte.

4. Un proceso acorde con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el catalizador es un trihaluro de aluminio en el que los átomos halógenos son átomos de bromo, átomos de cloro o ambos, y en el que la cantidad de dicho catalizador está comprendida en el intervalo de 0, 1 a 5 % molar, basada en el total de moles de bromo utilizados en el proceso.

5. Un proceso acorde con la reivindicación 4, en el que el difenilalcano seleccionado para utilizar en el proceso es 1, 2-difeniletano o 1, 3-difenilpropano, o ambos, en el que el catalizador seleccionado para utilizar en el proceso es cloruro de aluminio o bromuro de aluminio, o ambos, y en el que la cantidad de dicho catalizador está comprendida en el intervalo de 0, 75 a 2, 0% molar, basada en el total de moles de bromo utilizados en el proceso.

6. Un proceso según la reivindicación 4, en el que el difenilalcano seleccionado para utilizar en el proceso es 1, 2difeniletano o 1, 3-difenilpropano, en el que el catalizador seleccionado para utilizar en el proceso es cloruro de aluminio o bromuro de aluminio, o ambos, y en el que la cantidad de dicho catalizador es de 0, 3 a 1, 0 % molar, basada en los moles totales de bromo utilizados en el proceso.