CN102093742B - 用于水性应用体系的色酚as-d系列颜料的合成方法及其产品 - Google Patents
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Abstract
本发明属于颜料合成领域,提供一种用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,包括以色酚AS-D为偶合组分与取代芳胺重氮盐进行偶合反应制得符合通式(I)结构的色酚AS-D系列颜料,其中,所述的偶合反应中使用符合通式(II)结构的磺化琥珀酸类表面活性剂,(Ⅰ), (II),式中:R1选自CH3、NO2、OCH3或Cl;R2选自NO2、H、Cl、CH3或SO2NHCH3;R3选自H、Cl、NO2或CONH2;R选自C4H9、C5H11、C6H13、C8H17、C10H21、C12H25、C13H27或C18H37。本发明还提供了上述合成方法得到的产品。本发明的合成方法解决了现有颜料合成中造成废水中COD含量过高,对环境产生污染等问题,本发明制备的颜料产品具有在水性体系中容易分散、颜色鲜艳和着色力高的优点。
Description
技术领域
本发明属于颜料合成领域,具体涉及水性颜料合成方法,更具体地说是提供一种用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法。
背景技术
色酚AS类颜料是由2-羟基-3-萘酰胺衍生物作为偶合组分与取代芳胺重氮盐偶合制得的偶氮颜料,主要给出红色谱(W.Herbst,K.Hunger,Industrial Organic Pigments,Third Edition,Page 280-286. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA)。本文中将偶合组分为色酚AS-D(2-羟基-3-萘甲酰基邻甲苯胺,CAS号:135-61-5)的色酚AS类颜料称为色酚AS-D系列颜料。由于色酚AS-D是以邻甲基苯胺为原料合成的,而邻甲基苯胺是对甲苯胺生产过程中的廉价异构体,这就使得这类颜料相对与其它色酚AS类颜料有明显的价格优势。它们的色相随所用重氮组分取代基的不同由黄相红到蓝相红,可以满足中低档应用体系中着红色色谱要求,但由于耐有机溶剂性能不佳,一直未引起人们足够的重视。近年来,随着对耐有机溶剂性能要求不高的水性环保体系在涂料和印墨领域的普及,使得这类廉价颜料有了一定的应用前景。因此,寻求适用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料品种的制备方法是该类颜料研究的一个重要目的。
制备适用于水性应用体系颜料的常用方法 (陈荣圻,水性印墨和涂料的颜料表面处理,上海染料,2004,32(1),26-32页) 是用聚氧乙烯醚类表面活性剂,如平平加O(烷基聚氧乙烯醚),乳化剂EL(聚氧乙烯醚蓖麻油),乳化剂吐温(聚氧乙烯醚山梨醇酯),扩散剂WA(脂肪醇聚氧乙烯醚甲基硅烷),尼凡丁(低脂肪醇聚氧乙烯醚)等,对颜料进行表面处理,增加表面极性,使其与水性体系的相容性变好。 但所用的表面活性剂均含有聚氧乙烯醚功能团,在颜料生产过程中,容易产生泡沫,从而使颜料悬浮液的体积增大,设备利用率降低。另外,此类表面活性剂在漂洗过程中容易被洗脱,增加废水中COD 的含量。
有专利(US6398858) 报道了,用一种阴离子化基团,如羧酸盐基,磺酸盐基,羧酸盐烷基,磺酸盐烷基取代的芳胺或者一种阳离子化基团,如季铵盐基,季铵盐烷基取代的芳胺或者非离子取代基,如聚醚取代的芳胺的重氮盐,在一定的条件下对颜料进行表面处理,可制得适用水性体系应用的颜料。从专利所描述的过程来看,该方法是通过用具有表面活性剂功能团取代的重氮盐在颜料表面进行化学反应达到改性目的。显然,对不易在表面发生偶合反应的颜料来说,达到这种改性目的会有一定的难度。
最新专利(US6517630) 报道了,将合成的颜料在一种无机盐(硫酸铵,硫酸钠,氯化钙,氯化钠或氯化钾)和一种液体有机物(酮,酯,酰胺,砜,硝基化合物或醇类化合物)的存在下,于一定的温度条件下捏合,可得到适用于含水量>50%的油墨体系的颜料。 该方法对颜料进行表面处理是行之有效的,但所用的有机物必须回收,使工艺复杂化,若回收不彻底则会对环境产生污染。
上述文献报道,都没有涉及到所使用方法对产品晶体的影响。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题,本发明旨在提供一种色酚AS-D系列颜料的合成方法,该方法所用表面活性剂在漂洗过程中不容易被洗脱,工艺简单,不会对环境产生污染,且使得到的颜料产品在水性体系中容易分散,颜色鲜艳,着色力高。
具体来讲,本发明的技术方案如下:
一种用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,包括以色酚AS-D为偶合组分与取代芳胺重氮盐进行偶合反应制得符合通式(I)结构的色酚AS-D系列颜料,其中,所述的偶合反应中使用符合通式(II)结构的磺化琥珀酸类表面活性剂,
式中:R1选自CH3、NO2、OCH3或Cl;
R2选自NO2、H、Cl、CH3或SO2 NHCH3;
R3选自H、Cl、NO2或CONH2;
R选自C4H9、C5H11、C6H13、C8H17、C10H21、C12H25、C13H27或C18H37。
具体符合通式(I)结构的物质如下述表1所示:
具体符合通式(II)结构的物质如下述表2所示:
发明人研究发现,采用色酚AS-D作为偶合组分与取代芳胺重氮盐进行偶合反应过程中,使用磺化琥珀酸类表面活性剂,在实验过程中,未发现偶合桶中有发泡现象,与使用聚氧乙烯醚类表面活性剂的工艺相比,设备效率明显提高。这是因为磺化琥珀酸类表面活性剂属阴离子型,在本发明所涉及的低pH值的偶合体系中阴离子被部分质子化,亲水性降低,与非离子型的聚氧乙烯醚类表面活性剂相比,它对水分子的表面张力降低较小所致。
作为优选,根据本发明所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其中,所述的磺化琥珀酸类表面活性剂的使用量为偶合组分色酚AS-D的摩尔量的4-24%。用量越高,颜料在极性大的应用体系中分散性越好,具体使用量根据合成工艺和应用体系而确定。用烘箱干燥的工艺,可使用高含量的磺化琥珀酸类表面活性剂,得到具有尽可能高分散性的颜料;用带干机、闪蒸机或喷雾干燥机干燥的工艺,添加剂的用量要适当降低,因为增加磺化琥珀酸类表面活性剂的用量会使颜料滤饼触变性增大,给干燥过程造成困难。对树脂含量高的应用体系,可使用高含量的磺化琥珀酸类表面活性剂;对溶剂(水或醇)含量高的应用体系,使用低含量的磺化琥珀酸类表面活性剂,以减少在颜料晶体表面添加剂的洗脱,影响分散体的稳定性。
作为优选,根据本发明所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其中,所述的磺化琥珀酸类表面活性剂在重氮化过程中加入,选择酯基碳链R较短即碳原子数小于10的磺化琥珀酸类表面活性剂,将磺化琥珀酸类表面活性剂与重氮化组分在盐酸中打桨后再进行重氮化反应。本发明选用的这类表面活性剂对难溶解和不易重氮化的芳胺的重氮化有促进作用,如果需要在重氮化反应中加入,可选择酯基碳链较短(即碳原子数小于10)的表面活性剂,将表面活性剂与重氮化组分在稀盐酸中打桨数小时,然后再进行重氮化反应。
作为优选,根据本发明所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其中,所述的磺化琥珀酸类表面活性剂在溶解偶合组分时加入,将磺化琥珀酸类表面活性剂与偶合组分一起在pH>13的水中溶解,然后再进行偶合反应。本发明选用的这类表面活性剂对难溶解和不易重氮化的芳胺的重氮化有促进作用,如果需要在偶合组分中加入,只要将磺化琥珀酸类表面活性剂与偶合组分一起在pH>13的水中溶解,然后进行偶合反应。
作为优选,根据本发明所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其中,所述的偶合反应得到的色酚AS-D系列颜料悬浮液加入可溶性钙、钡、铯或锶盐处理后再做过滤分离。在过滤前加入可溶性钙、钡、铯或锶盐等进行一定的处理,能减少漂洗过程中磺化琥珀酸类表面活性剂的洗脱,可减少颜料生产中废水中的 COD的含量。
作为优选,根据本发明所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其中,所述的符合通式(I)结构的色酚AS-D系列颜料包括,但不限于C.I.颜料红12、C.I.颜料红13、C.I.颜料红14、C.I.颜料红17、C.I.颜料红19、C.I.颜料红112、C.I.颜料红136、C.I.颜料红148、C.I.颜料红253、C.I.颜料红267。
本发明还提供了上述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法得到的产品,所述的产品为片状晶体。本发明得到的颜料产品为颗粒大小分布均匀的片状晶体(见图1),而市场上现有同类颜料永固红FGR(C.I.颜料红112)则为针状晶体结构(见图2)。相对于图2所示的颜料,本发明以磺化琥珀酸类表面活性剂合成的颜料(见图1)在水性体系中更容易分散,颜色鲜艳,着色力高(详见表3)。
与现有技术相比,本发明具有如下优点:
本发明的合成方法中,采用的磺化琥珀酸类表面活性剂在漂洗过程中不容易被洗脱,不会造成废水中COD含量过高,不会对环境产生污染,工艺简单。本发明制备的颜料产品,在水性体系中容易分散,颜色鲜艳,着色力高,可适用于各种以聚丙烯酸树脂,苯乙烯-丙烯酸共聚物,苯乙烯-马来酸共聚物为展色剂的水基印墨或涂料。
附图说明
图1 是本发明实施例1以磺化琥珀酸类表面活性剂合成的C.I.颜料红112扫描电镜图。
图2 是市售产品永固红FGR(即C.I.颜料红112)的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例,更具体地说明本发明的内容。应当理解,本发明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。若无特别指明,实施例采用的方法为本领域通用技术。本实施例中的磺化琥珀酸类表面活性剂的结构如通式II和表2所示,如磺化琥珀酸类表面活性剂IIB,II是指通式II,B是指表2中的编号。
实施例1 用磺化琥珀酸类表面活性剂IIB合成C.I.颜料红112
磺化琥珀酸类表面活性剂IIB的结构如下:
2,4,5-三氯苯胺重氮盐溶液制备:向大烧杯中加入49.0g 2,4,5-三氯苯胺(0.25mol),150ml的水, 搅拌40分钟,使三氯苯胺充分润湿。 再加入30%的盐酸150g,继续搅拌8小时。加入碎冰使之降温到-5 到0℃,将亚硝酸钠溶液53.0g(35%,0.27mol)液下快速加入,搅拌60分钟。如果有必要,加入另外的亚硝酸钠或氨基磺酸确保亚硝酸钠轻微过量。过滤并调整溶液体积为800ml,通过加冰确保重氮液温度在0到5℃。
色酚AS-D偶合组分悬浮液制备:将70.0g 30%的液碱和22.6g(42%,0.02mol)的磺化琥珀酸类表面活性剂II B与360ml水加入烧杯,加热至40℃,然后将72.1g(0.26 mol)色酚AS-D加入烧杯溶解15分钟后过滤得澄清溶液备用。在偶合大烧杯中依次加入600ml的水,30g 98%的醋酸以及18g 30%的盐酸,开启搅拌,将表面活性剂和色酚AS-D的混合溶液以喷淋方式在40分钟左右加入偶合大烧杯,加冰控制温度小于25℃。喷淋结束后,加入适量盐酸调整色酚AS-D偶合组分悬浮液的pH等于4.0,准备偶合。
偶合反应:将重氮盐溶液通过潜管,在2小时中,匀速泵入配制好的偶合组分悬浮液中,进行偶合。加完重氮盐溶液后继续搅拌1小时,再升温到40℃搅拌2小时。将所得红色颜料悬浮液过滤,用自来水漂洗滤饼到滤液的pH值=6-8,在110℃将滤饼干燥 5小时得到含水量<1% 的红色块状干品,机械磨粉后得到C.I.颜料红112实施例1样品。
将实施例1样品用KBr压片,测定红外吸收光谱并与永固红FGR的红外光谱进行比较。实施例1样品在功能团区的强吸收(1673,1592,1552 和1484 cm-1)和在指纹区的吸收(1250,1203,1159,1011,750,516 cm-1)与永固红FGR的光谱图完全一直。通过测色,实施例1样品在聚丙烯酸树脂中着色力比永固红FGR高22%。图1 是实施例1样品的扫描电镜图,产品为颗粒大小分布均匀的片状晶体(见图1),而市场上现有同类颜料永固红FGR(C.I.颜料红112)则为针状晶体结构(见图2)。
比较例1
按照实施例1的工艺合成条件,用9.7g(98%)表面活性剂平平加O(烷基聚氧乙烯醚)代替磺化琥珀酸类表面活性剂IIB,合成C.I.颜料红112作为比较例 1 样品。通过测色,比较例 1 样品在聚丙烯酸树脂中着色力比实施例1 样品低 32%,比永固红FGR低10%。
实施例2 用磺化琥珀酸类表面活性剂IID合成C.I.颜料红112
磺化琥珀酸类表面活性剂IID的结构如下:
按照实施例1的工艺合成条件,用磺化琥珀酸类表面活性剂IID代替磺化琥珀酸类表面活性剂IIB合成C.I.颜料红112作为实施例2样品。
将实施例2样品用KBr压片,测定红外吸收光谱并与永固红FGR的红外光谱进行比较。实施例2样品在功能团区的强吸收(1673,1592,1552 和1484 cm-1)和在指纹区的吸收(1250,1203,1159,1011,750,516 cm-1)与永固红FGR的光谱图完全一直。通过测色,实施例2样品在聚丙烯酸树脂中着色力比永固红FGR高12%。
实施例3 磺化琥珀酸类表面活性剂IIB用量实验
按照实施例1的工艺合成条件,用11.3g(42%,0.01mol)磺化琥珀酸类表面活性剂IIB合成C.I.颜料红112作为实施例 3-1 样品。通过测色,在聚丙烯酸树脂中着色力比永固红FGR高 4%。
按照实施例1的工艺合成条件,用70.5g(42%,0.062mol)磺化琥珀酸类表面活性剂IIB合成C.I.颜料红112作为实施例 3-2 样品。该样品经过磨粉后可在聚丙烯酸树脂中速溶,虽然由于表面活性剂含量高而导致在冲淡测色时,着色力比永固红FGR低,但本色浓度与永固红FGR相当。其优点是,不用预分散,即可作为速溶颜料应用于水性浓色体系。因此,在不冲淡的情况下,实施例 3-2 样品具有和永固红FGR同等的着色力。
实施例4 用磺化琥珀酸类表面活性剂IIB合成C.I.颜料红19
邻-甲氧基-对-硝基苯胺重氮盐溶液制备:将42克(0.25mol)邻-甲氧基-对-硝基苯胺, 150ml 2% 的盐酸和 22.6g(42%,0.02mol) 磺化琥珀酸类表面活性剂IIB 在大烧杯中,于室温下搅拌打桨3小时,加入60ml 30%的盐酸,用冰将温度调到-5℃。在30分钟内,慢慢加入53.0克(35%,0.27mol)的亚硝酸钠溶液。在此其间,保持温度低于0℃ 。加完亚硝酸钠溶液后,用淀粉碘化钾试纸进行检验显蓝色,以示亚硝酸过量,反之补加亚硝酸钠溶液直到显蓝色为止。继续搅拌 1 小时后,用少许氨基磺酸消除过量的亚硝酸,加入2克硅澡土,搅拌片刻过滤得澄清的重氮盐溶液。
色酚AS-D偶合组分悬浮液制备:将71.1g 30% 的液碱与360ml水加入烧杯,加热至40℃,搅拌下加入72.1g(0.26mol)色酚AS-D,继续搅拌溶解15分钟后过滤得澄清的溶液备用。在偶合大烧杯中依次加入600ml的水,50g 98%的醋酸,开启搅拌,将色酚AS-D溶液以喷淋方式在40分钟左右加入偶合大烧杯,加冰控制温度小于25℃。喷淋结束后,加入盐酸调整色酚AS-D偶合组分悬浮液pH等于5.0,准备偶合。
偶合反应:在2小时中将重氮盐溶液匀速泵入配制好的偶合组分悬浮液中,进行偶合。在此期间,保持温度≤25℃ ,当pH-值<4.5时,加入5%的稀碱调整pH-值≥4.5,加完重氮盐溶液后继续搅拌1小时,再升温到40℃搅拌2小时。将所得红色颜料悬浮液过滤,用自来水漂洗滤饼到滤液的pH值=6-8, 在110℃将滤饼干燥 5小时得到含水量<1% 的红色块状干品,机械磨粉后得到C.I.颜料红19作为实施例 4 样品。
将实施例4样品用KBr压片,测定红外吸收光谱并与C.I.颜料红19标准样品的红外光谱进行比较。实施例4样品在功能团区的强吸收和在指纹区的吸收与C.I.颜料红19标准样品的光谱图完全一直。通过测色,实施例4样品在聚丙烯酸树脂中着色力比比较例 4 样品高 51%。
比较例4
按照实施例4的工艺合成条件,用9.7g(98%)表面活性剂平平加O(烷基聚氧乙烯醚)代替磺化琥珀酸类表面活性剂IIB,合成C.I.颜料红19作为比较例 4 样品。通过测色,实施例4样品在聚丙烯酸树脂中着色力比比较例 4 样品高 51%。
实施例5 用磺化琥珀酸类表面活性剂IIB合成C.I.颜料红148
用2,4-二氯苯胺代替2,4,5-三氯苯胺,按照实施例1的工艺条件合成C.I.颜料红148作为实施例 5 样品。
将实施例5样品用KBr压片,测定红外吸收光谱并与C.I.颜料红148标准样品的红外光谱进行比较。实施例5样品在功能团区的强吸收和在指纹区的吸收与C.I.颜料红148标准样品的光谱图完全一直。通过测色,实施例5样品在聚丙烯酸树脂中着色力比比较例 5 样品高 29%。
比较例5
按照实施例5的工艺合成条件,用9.7g(98%)表面活性剂平平加O(烷基聚氧乙烯醚)代替磺化琥珀酸类表面活性剂IIB,合成C.I.颜料红148作为比较例 5 样品。比较例 5 样品作为参比,对实施例 5 样品进行着色力测定。
实施例6 用氯化钡对颜料悬浮液进行处理
按实施例1的工艺进行重氮化和偶合反应。当加完重氮盐溶液后,用液碱调整红色颜料悬浮液pH值为4.8-5.0,搅拌下加入50g 16%的氯化钡溶液,继续搅拌1小时后再升温到40℃搅拌2小时,过滤后取母液进行COD测试,其COD 含量比实施例 1母液COD含量低大约 50%。
测试一:C.I.颜料红 112 在水性涂料中颜色性能的测试
标准样品:
选择市场主流品种永固红 FGR(颜料红112) 做为标准样品。
分散展色方法:
在150ml塑料杯中依次加入规定的聚丙烯酸树脂11.5g,蒸馏水23.0g,消泡剂0.5g,颜料红样品15.0g和2mm玻璃珠75g,盖上塑料盖,在Disperser DAS 200K分散机中震荡分散30分钟,得到30%颜料分散体。
冲淡测色:在50ml烧杯中加入25g的聚丙烯酸乳胶漆和1g上述制备的30%颜料分散体,手工搅拌均匀,使用3号K Bar涂布棒刮出色卡,以永固红 FGR为标准样品,使用Datacolor 650测量样品颜色指标,测量结果如表3所示:
测试二:C.I.颜料红 19在水性涂料中颜色性能的测试
按照测试一方法,以所合成的比较例4样品作为参照标准,对比测试实施例4样品,测试结果如表4所示:
测试三:C.I.颜料红148在水性涂料中颜色性能的测试
按照测试一方法,以所合成的比较例5样品作为参照标准,对比测试实施例5样品,测试结果如表5所示:
测试四:实施例1和实施例6所合成颜料的母液COD的测试
从实施例1和实施例6中分别取得的颜料母液,按照GB11914-89《COD测定重铬酸盐法》进行COD的测试。其中,实施例1颜料母液的COD为15931mg/L,而实施例6颜料母液的COD为10542 mg/L。
研究发现,采用表2提供的其他磺化琥珀酸类表面活性剂,如磺化琥珀酸类表面活性剂IIA、IIC、IIE、IIF、IIG或IIH,按照实施例1-6所揭示的方法,将磺化琥珀酸类表面活性剂的使用量控制在偶合组分色酚AS-D的摩尔量的4-24%之间,即可得到符合通式(I)结构的色酚AS-D系列颜料,具体物质如表1所示。实施例6中的氯化钡用其他可溶性的钙、钡、铯或锶盐代替,也能达到同样的技术效果。因无需再付出创造性劳动,此处不再一一赘述。
尽管发明人已经对本发明的技术方案做了较为详细的阐述和列举,应当理解,对于本领域一个熟练的技术人员来说,对上述实施例作出修改和/或变通或者采用等同的替代方案是显然都不能脱离本发明精神的实质,本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解,并不能构成对本发明的限制。
Claims (7)
2.根据权利要求1所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其特征在于,所述的磺化琥珀酸类表面活性剂的使用量为偶合组分色酚AS-D的摩尔量的4-24%。
3.根据权利要求1所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其特征在于,所述的磺化琥珀酸类表面活性剂在重氮化过程中加入,选择碳原子数小于10的磺化琥珀酸类表面活性剂,将磺化琥珀酸类表面活性剂与重氮化组分在盐酸中打桨后再进行重氮化反应。
4.根据权利要求1所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其特征在于,所述的磺化琥珀酸类表面活性剂在溶解偶合组分时加入,将磺化琥珀酸类表面活性剂与偶合组分一起在pH>13的水中溶解,然后再进行偶合反应。
5.根据权利要求1所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其特征在于,所述的偶合反应得到的色酚AS-D系列颜料悬浮液加入可溶性钙、钡、铯或锶盐处理后再做过滤分离。
6.根据权利要求1所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法,其特征在于,所述的符合通式(I)结构的色酚AS-D系列颜料包括C.I.颜料红12、C.I.颜料红13、C.I.颜料红14、C.I.颜料红17、C.I.颜料红19、C.I.颜料红112、C.I.颜料红136、C.I.颜料红148、C.I.颜料红253和C.I.颜料红267。
7.一种由权利要求1-6任一所述的用于水性应用体系的色酚AS-D系列颜料的合成方法得到的产品,其特征在于,所述的产品为片状晶体。
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