背景技术
为了将颜料作为赋色组分引入到色漆、印刷墨水(Drucktinte)、合成树脂或清漆中,必须使它在各自的应用介质中通过分散而尽可能细分,这经常与大量的时间花费和能量花费相关。在这一机械过程中,使附聚物粉碎并将颜料的表面由粘结剂体系润湿。只有这时颜料才能完全展现其应用技术性能。着色产品的制造商优选那些分散花费尽可能低的颜料。
已经描述了一整系列如何制备可容易分散的颜料的不同可能性。可分散性可以通过表面改性、表面处理、表面覆盖或特定惰性助剂或试剂的存在实现改进。另一种可能性是挤水色浆的制备,该挤水色浆由水性颜料滤饼通过用粘结剂例如醇酸树脂、乙酰基丁酸纤维素、矿物油或任何有机的与水不可混溶的溶剂置换水而制备。另一种可能性是制备制剂,该制剂包含经预分散的颜料并因此与所基于的干颜料粉末相比可明显更容易地引入到应用介质中。
DE-A-14 69 782描述了用长链脂族胺处理颜料如何导致易于分散。为此,将呈其铵盐形式的胺与湿颜料混合并通过调节pH值而呈游离胺形式释放。EP-A-0 451 094描述了如何经由偶氮染料的针对性添加获得类似的效果。在此,在所述染料存在下就已经进行偶合组分的沉淀。所述染料在颜料的整个合成过程中存在并同样包含在所制备的制剂中。
JP 09176514描述了通过将颜料用氟进行后处理达到改进的可分散性。
EP 1 081 195 A2描述了通过合成后即刻呈现的细分状态下的颜料利用聚合物层包封表面而稳定化。
WO 2004/094540描述了如何可以利用表面覆盖将颜料在应用介质中的充分分布所需要的能量输入减少大约20%。这通过用含胺基的(甲基)丙烯酸酯共聚物包覆颜料颗粒而实现。
所有上述改进可分散性的可能性与额外的材料成本、额外的混合操作或除了真正的颜料合成之外的其它工作步骤有关。另外,所使用的额外添加剂可能以不希望的方式改变除了改进的可分散性之外的应用技术性能。取决于化学品立法,所得制剂可能有义务标明。此外,挤水色浆和制剂在可使用性方面较不通用,并难以标准化。另外,产生用于对抗细菌和真菌侵染的措施的额外成本。
C.I.颜料红112是工业上经常使用的萘酚AS颜料。它由于其色彩性能而已广泛用于印刷油墨(Druckfarben)、清漆和油漆。未经处理的C.I.颜料红112可以仅用高的分散花费细分地引入粘结剂体系。如果意于节省能量花费,则需要较大量的分散助剂。然而,这些较大的量经常导致对其它性能的相应大的影响,其大多是不希望的。因此,本发明的目的是提供可容易分散的C.I.颜料红112,而无需使用助剂或添加剂或表面改性。
发明内容
已经发现,本发明的目的令人惊奇地可以利用微型反应技术(例如WO 2005/105927中所述)经由新型颜料合成达到。然而,与那里不同的是,偶合组分不以其溶液形式使用,而是在上游微型反应器中使它沉淀。
本发明提供在微型反应器中通过偶氮偶合制备未经涂覆、可容易分散的C.I.颜料红112的方法,该方法的特征在于使偶合组分在上游微型反应器中沉淀,和在微型反应器中将呈细分形式的所述沉淀出的偶合组分与重氮组分偶合。
术语″未经涂覆″是指其表面不含不能洗掉的添加剂或助剂,更尤其是不含聚合物层,例如现有技术中涉及的(甲基)丙烯酸酯聚合物的颜料。
术语″可容易分散″是指具有小于45的如下面所定义的分散硬度的颜料。用于制备C.I.颜料红112的偶合组分是N-(2-甲基-苯基)-2-羟基-3-萘甲酰胺。用来制备重氮组分的胺是2,4,5-三氯苯胺。
在本发明的方法中,至少在微型反应器中进行偶合组分的沉淀和偶氮偶合。用于使偶合组分沉淀、将胺重氮化成重氮盐和使这两种组分反应以产生偶氮颜料的三个反应器的组合也是可能的。重氮化可以在常用的条件下,即在0-15℃的温度和-1至1的pH值下进行。使沉淀出的偶合组分以细分形式与重氮组分反应。因此,在该方法的一个优选变化方案中,将偶合组分在沉淀之后经历湿法研磨,例如,在球磨机或等效设备组上进行,直到已经达到大约1微米或更小的颗粒尺寸。可以使用的微型反应器是WO 2005/105927A1中描述的设备和装置。
微型反应器由多个小板构成,所述小板在彼此上方堆叠并彼此连接且它们的表面上存在有微机械方式产生的结构,这些结构在其相互作用中形成反应空间,以实施化学反应。存在至少一个与入口和出口连通的连续通过系统的通道。材料流的流量受设备方面的限制,例如受取决于该微型反应器的几何结构设计而出现的压力的限制。希望微型反应器中的反应进行完全,但是也可能连接有保留区,以产生可能必需的保留时间。流量有利地为0.05毫升/分钟至5升/分钟,优选为0.05至500毫升/分钟,更优选为0.05至250毫升/分钟,更尤其为0.1至100毫升/分钟。
微反应系统是连续运转的,其中每种情况下使得彼此混合的流体的量在微升(μl)到毫升(ml)的范围内变化。
在反应器内部的微结构化区域的尺寸对在这一微反应系统中的固体的制备是决定性的。其必须选择得足够大,以致固体颗粒能够无问题地通过,从而不会堵塞通道。该微结构的最小净宽应该比最大的固体颗粒的直径大出大约十倍。另外,必须通过合适的几何结构设计确保,不存在其中固体颗粒可能沉降的死水区,例如盲端(Sackgasse)或尖角。因此优选具有圆角的连续路径。该结构必须足够地小以利用微反应技术固有的优点,即精确的温度控制、层流、扩散混合以及低的内反应体积。导引溶液或悬浮液的通道的净宽有利地为5-10000μm,优选5-2000μm,更优选10-800μm,更尤其是20-700μm。换热器通道的净宽主要取决于导引流体或悬浮液的通道的净宽并且有利地小于或等于10000μm,优选小于或等于2000μm,更尤其是小于或等于800μm。换热器通道的净宽下限不是关键性的,并且最多受待泵送的换热器流体的压力增量和最佳的供热或散热的必要性的限制。所使用的微反应系统的尺寸为:
换热器结构:通道宽度:大约600μm,通道高度:大约250μm;
混合器和保留区(zeit):通道宽度:大约600μm;通道高度:大约500μm。
优选从上方将所有换热器流体和反应物装入微型反应器中。优选同样向上方将产物和换热器流体引出。参与反应的第三和第四种流体(例如缓冲溶液)的可能供应经由直接位于在反应器上游的T形支路来实现,即反应物各自可以预先与该缓冲溶液混合。必要的浓度和流量优选经由精密活塞泵和计算机控制的调控系统来进行控制。反应温度经由集成传感器来监测并且通过该调控系统和恒温器/低温恒温器来监测和控制。
所用材料的混合物的制备也可以预先在微型混合器或上游混合区中进行。也可能将所用材料计量加入下游混合区或下游微型混合器或微型反应器。这里使用的系统由不锈钢制成;其它材料,例如玻璃、陶瓷、硅、塑料或其它金属同样是可用的。
本发明的颜料合成优选如下进行:
首先将偶合组分N-(2-甲基苯基)-2-羟基-3-萘甲酰胺,优选与氢氧化钠溶液一起,溶于优选水溶液或水与溶剂的混合物中或溶于有机溶剂中,所述有机溶剂例如含1-10个碳原子的醇,例如甲醇,乙醇,正丙醇,异丙醇,丁醇例如正丁醇、仲丁醇和叔丁醇,戊醇例如正戊醇、2-甲基-2-丁醇,己醇例如2-甲基-2-戊醇、3-甲基-3-戊醇、2-甲基-2-己醇和3-乙基-3-戊醇,辛醇例如2,4,4-三甲基-2-戊醇,环己醇;或二醇例如乙二醇,二甘醇,丙二醇,二丙二醇,或甘油;聚二醇例如聚乙二醇或聚丙二醇;醚,例如甲基异丁基醚,四氢呋喃或二甲氧基乙烷;二醇醚例如乙二醇或丙二醇的一甲基醚或一乙基醚,二甘醇一甲基醚,二甘醇一乙基醚,丁基乙二醇或甲氧基丁醇;酮,例如丙酮,二乙基酮,甲基异丁基酮,甲基乙基酮或环己酮;脂族酸酰胺例如甲酰胺,二甲基甲酰胺,N-甲基乙酰胺或N,N-二甲基乙酰胺;脲衍生物,例如四甲基脲;或环状羧酰胺例如N-甲基-吡咯烷酮,戊内酰胺或己内酰胺;酯,例如羧酸C1-C6烷基酯例如甲酸丁酯,乙酸乙酯或丙酸丙酯;或羧酸C1-C6二醇酯;或二醇醚乙酸酯,例如乙酸-1-甲氧基-2-丙酯;或邻苯二甲酸-或苯甲酸-C1-C6烷基酯例如苯甲酸乙酯;环状酯,例如己内酯;腈,例如乙腈或苄腈;脂族或芳族烃,例如环己烷或苯;或由烷基、烷氧基、硝基或卤素取代的苯,例如甲苯,二甲苯,乙苯,茴香醚,硝基苯,氯苯,邻二氯苯,1,2,4-三氯苯或溴苯;或其它取代的芳香族化合物,例如苯甲酸或酚;芳族杂环化合物,例如吡啶,吗啉,甲基吡啶或喹啉;以及六甲基磷酰三胺,1,3-二甲基-2-咪唑烷酮,二甲基亚砜和环丁砜。所述溶剂也可以作为混合物形式使用。优选使用水可混溶性溶剂。随后通过经由微型反应器的两个原料入口将偶合剂溶液和沉淀剂溶液导入并在反应器腔室中混合这两种溶液,而使偶合组分沉淀。沉淀剂溶液优选是有机或无机酸,例如乙酸、盐酸、硫酸的水溶液,或各种酸的混合物。沉淀优选在0-20℃,更尤其是5-10℃的温度下发生。
偶氮偶合反应优选在水溶液或悬浮液中进行,但是也可以使用有机溶剂,如上面列举的有机溶剂,任选地以与水的混合物形式使用。所述溶剂也可以作为混合物形式使用。优选使用水可混溶性溶剂。偶氮偶合优选在20-40℃,更尤其是25-35℃的温度下进行。虽然不是必要的,但是在本发明的方法中同样可以使用常规方法中使用的助剂,例如表面活性剂、颜料性和非颜料性分散剂、填料、标准化剂、树脂、蜡、消泡剂、防尘剂、增量剂、配色着色剂、防腐剂、干燥抑制剂、流变性控制添加剂、湿润剂、抗氧化剂、UV吸收剂、光稳定剂或它们的组合。所述助剂可以在微型反应器中的反应之前、期间或之后的任何期望的时间点添加,可以一次性添加或分成两份或更多份添加。在此所述助剂可以例如,直接地添加到反应物溶液或悬浮液中,或者在反应期间以液体、溶解或悬浮的形式添加。添加的助剂的总量可以是0重量%-40重量%,优选1重量%-30重量%,更优选2.5重量%-25重量%,基于C.I.颜料红112。
根据本发明制备的C.I.颜料红112显示目前为止已知的任何合成方法无法达到的尤其低的分散硬度。
本发明因此还提供在醇酸树脂清漆中具有小于或等于45,优选小于或等于40,更优选小于或等于35,更尤其是小于或等于25的分散硬度的未涂覆C.I.颜料红112。
本发明还提供了通过本发明方法制备的未涂覆C.I.颜料红112。
分散硬度是颜料在特定应用介质中的可分散性的量度。例如,EP1282666B1描述了颜料在LDPE塑料中的分散硬度。在C.I.颜料红112的情况下,应用介质优选是色漆或清漆,使得有利地在醇酸树脂清漆中测定分散硬度。醇酸树脂是通过在添加油或脂肪酸的条件下用多质子酸将酯化多元醇酯化形成的合成疏水性聚合物。使用的多元醇尤其是甘油、季戊四醇或三羟甲基丙烷;使用的多质子酸尤其是邻苯二甲酸,通常呈邻苯二甲酸酐形式,还有间苯二甲酸。油是例如,亚麻子油、鱼油、大豆油、棉籽油、向日葵油、妥尔油,它们可以包含二不饱和和更多不饱和的脂肪酸,例如9,12,15-亚麻酸。对于醇酸树脂,根据含油量或脂肪酸含量的水平进行区分:小于40%油:短油度;40%-60%油:中油度;大于60%油:长油度。含有足够量二不饱和或更多不饱和的脂肪酸的油称为干性油,相应的醇酸树脂为干性或风干性醇酸树脂。醇酸树脂是市售的,通常以溶解形式市售。适合的溶剂包括以下:石油英、二甲苯、乙基苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酮、甲基乙基酮(MEK)、甲基异丁基酮(MIBK)、甲氧基丙醇、乙酸甲氧基丙酯、甲醇、乙醇、异丙醇、异构体丁醇和它们的混合物。经着色的醇酸树脂清漆通常具有5重量%-35重量%的颜料含量。
为了根据本发明测定经着色(P.R.112)的醇酸树脂清漆中的分散硬度,按照以下公式(FS=相对着色强度)对在分散时间为6分钟和90分钟的醇酸树脂清漆研磨料的相对着色强度进行对比:
分散硬度的值越小,颜料越可容易分散。在此,将颜料样品与特定量的研磨清漆(风干性,长油度醇酸树脂清漆)掺混并在分散设备组,例如油漆搅拌器中,在其它方面相同的条件下分别分散6分钟和90分钟。研磨清漆例如如下构成:大约15重量%C.I.颜料红112,大约85重量%醇酸树脂溶液。该醇酸树脂溶液例如由以下物质组成:
45.4重量%基于大豆油/邻苯二甲酸酐(62重量%油,27重量%邻苯二甲酸酐,其余部分主要是季戊四醇和/或甘油)的长油度、风干性醇酸树脂的溶液(在石油英中的70重量%浓度);
2.6重量%催干剂(辛酸钙),在石油英中10重量%浓度例如Octa-Soligen Ca;
2.8重量%大豆卵磷脂;
49.2重量%石油英。
长油度风干性醇酸树脂可例如以商品名
AS 673h/70%白色溶剂油(Cytec公司)商购。随后,用另一种醇酸树脂清漆以及白漆稀释经分散的研磨清漆并均化,并将这一体系刮涂到测试卡上并干燥。按照CIELAB公式以比色法测定FS。
根据本发明的分散硬度的值优选基于在风干性、长油度醇酸树脂中,更尤其是在上述研磨清漆组合物中的测定。
根据本发明制备的颜料还显示小于25ppm,优选小于10ppm的非常低的PCB含量。
根据本发明制备的颜料还显示小于1.0重量%,优选小于0.70重量%的非常低的残留偶合剂含量。
本发明的P.R.112原则上可以用于将天然或合成来源的所有高分子量有机材料,例如塑料、树脂、清漆(特别是金属清漆)、油漆、电子照相调色剂和显影剂、电气材料、滤色片以及墨水和印刷油墨着色。尤其优选的是油漆、清漆和印刷油墨。
具体实施方式
在下面的实施例中,除非另有说明,百分比是指重量百分比,并且份数是指重量份数。
试验体系:
根据在风干性醇酸树脂体系中的着色强度评价可分散性。为此,称量4.5g颜料连同25.5g研磨清漆加入150ml塑料烧杯中,该研磨清漆由45.38%
AS 673h/在白色溶剂油中70重量%浓度,2.58%Octa-
Ca,在石油英中10重量%浓度,2.82%大豆卵磷脂和49.22%石油英145/200构成,添加85g玻璃珠(3mmφ),然后用分散设备组(例如,油漆搅拌器)分散,一次分散6分钟,一次分散90分钟。在进行分散之后,分别称量加入60g催干的调漆混合物(LA4LetDown Mixture 54%,Esser-Lacke公司),它由77.14%Vialkyd AS 673h/70%WS,0.90%Bykanol-
2.80%Octa-Soligen干燥剂173和19.16%石油英145/200构成并将其均化。将如此制备的清漆各自称量出按1∶3.7(催干的调漆混合物∶白漆)的比例与白漆(例如LA4WhiteLacquer-27%,Esser-Lacke公司)(大约155秒流出粘度,DIN杯,4mm喷嘴)一起加入塑性烧杯,该白漆由27.00%二氧化钛,49.97%VialkydAS 673h/70%WS,2.70%
34,在石油英中10%,0.70%Octa-Soligen Ca 10%,5.12%石油英180/210,11.53%石油英145/200,1.48%Bykanol-N,1.50%Octa-Soligen干燥剂173构成,并将这一体系在振摇机中均化。使用刮膜设备(例如,VertriebErichsen GmbH & Co.KG)将样品和对比样品并排刮涂到测试卡(例如,得自Zanders Feinpapiere AG的
200)上。在60℃下干燥该卡片60分钟。根据CIELAB公式以比色法进行评价。
如N.Sistovaris、U.Donges、B.Dudeck的论文J.High Res.Chrom.1990(13),547页及后几页所述那样测定多氯化联苯的含量。
通过HPLC在具有四元梯度泵、可变波长检测器、柱烘箱的系统上,采用1.5ml/min的流速在40℃的烘箱温度和240nm观察波长下相对作为内标的4-硝基苯甲酸甲酯测定颜料中残留偶合剂的含量。使用的柱可以是例如,
Luna 5μm苯基-己基,150×4.6mm。将0.05g样品与5ml内标(由在100ml乙腈中溶解的上述化合物构成)掺混,并用超声波处理5分钟,然后过滤并将0.2微升加料到所述柱。
实施例1
1.1)2,4,5-三氯苯胺的重氮盐溶液的制备:
预先加入250份水并在室温下首先均匀地搅拌加入40.3份2,4,5-三氯苯胺并与193体积份31%浓度的盐酸掺混。然后用冰冷却到0℃。用29体积份40%浓度的亚硝酸钠溶液进行重氮化。将所形成的重氮盐溶液在添加澄清助剂后滤出到接收容器中。通过添加氨基磺酸除去过量的亚硝酸盐,并通过外部冷却保持温度在10℃。
1.2)偶合组分(萘酚)的溶液的制备:
在室温下预先加入190份水和28体积份33%浓度的氢氧化钠溶液,以及1份烷基磺酸盐,并添加60份N-(2-甲基苯基)-2-羟基-3-萘甲酰胺。搅拌该混合物直到获得澄清溶液(=溶液1)。在第二储备容器中,制备176份水、2份烷基磺酸盐和32体积份80%浓度的乙酸的混合物并调节到室温(=溶液2)。
1.3)偶合组分在微型反应器中的沉淀:
以6ml/min的流速将偶合剂溶液(溶液1)和稀酸(溶液2)泵入微型反应器(类型:得自CPC-Systems/Frankfurt公司的Cytos)的各自的原料入口。经由微型反应器的经调控的换热器循环,预先给定5℃的沉淀温度并保持恒定。在接收容器中收集所得的沉淀(具有pH值5)并保持在5℃的温度下。它可如此用于随后的偶氮偶合。
1.4)提供用于在偶氮偶合期间调节pH值的稀氢氧化钠溶液:
将150份水/冰混合物与100体积份33%浓度的氢氧化钠溶液混合并利用外部冷却保持在5℃。
1.5)在微型反应器中的偶氮偶合:
以8ml/min的流速将重氮盐溶液和偶合剂悬浮液泵入微型反应器(类型:得自CPC-Systems/Frankfurt公司的Cytos)的各自的原料入口。为了确保偶氮偶合所要求的大约4.5的pH值,在反应器入口上游不远处将1.4)中所述的稀氢氧化钠溶液计量加入到偶合剂沉淀中。同样利用校准的活塞泵经由T形支路以6ml/min的流速将碱液输送入微型反应器的原料进料管线。将恒温器连接在微型反应器的换热器循环之后,该恒温器调节20℃-40℃的期望的反应温度。在接收容器中收集经偶合的颜料悬浮液,抽吸,洗涤至无盐并干燥。分散硬度是21,残留偶合剂含量是0.56%,多氯化联苯的含量是6ppm。
实施例2
如实施例1所述进行合成,其中步骤1.3)后进行经由Dispax研磨机研磨沉淀的偶合剂。分散硬度是25,残留偶合剂含量是0.69%,多氯化联苯含量是3ppm。
对比实施例1(类似于EP 0 319 452 A2,实施例16)
将40.3份细结晶型2,4,5-三氯苯胺在200份水、0.5份烷基磺酸盐和200体积份30%浓度的盐酸的混合物中搅拌过夜。在添加冰到所形成的盐酸盐悬浮液中之后,通过快速流入29体积份40%浓度的亚硝酸钠溶液进行重氮化,并后续搅拌一小时。随后用氨基磺酸破坏过量的亚硝酸盐并使重氮盐溶液澄清。在偶合容器中,在85℃下将60份N-(2-甲基苯基)-2-羟基-3-萘甲酰胺溶解在200份水中,该水中已经添加了28体积份33%浓度的氢氧化钠溶液。在将一份烷基磺酸的钠盐添加到该澄清溶液中之后,在5-10℃下掺混30体积份冰乙酸。通过在2-3小时内让该无亚硝酸盐的重氮盐溶液流入该偶合组分的悬浮液,在40-50℃下进行偶氮偶合。接着在40-50℃下后续搅拌直到反应完全,抽吸颜料,用水洗涤至无盐,并干燥。分散硬度是52,残留偶合剂含量是3.80%。
对比实施例2(类似于WO 90/15844,实施例4)
将40份2,4,5-三氯苯胺在200份水、200体积份30%浓度的盐酸和0.5份仲链烷磺酸盐的混合物中搅拌过夜。在添加冰之后,迅速地用29体积份40%浓度的亚硝酸钠水溶液进行重氮化,接着与过量的亚硝酸盐后续搅拌1小时。然后用氨基磺酸破坏过量的亚硝酸盐。将经澄清的重氮盐溶液与5份甲基丙烯酰胺掺混。在偶合容器中,在80-85℃下将59.6份N-(2-甲基苯基)-2-羟基-3-萘甲酰胺溶于400份水和28体积份33%浓度的氢氧化钠溶液的混合物中。添加15体积份10%浓度的先前使用的链烷磺酸盐的溶液,接着用冰冷却到5-10℃,然后掺混25体积份冰乙酸,以使偶合组分以细分形式沉淀。通过在2小时内让该无亚硝酸盐的重氮盐溶液流入该偶合组分的悬浮液,在15-25℃下进行偶氮偶合。在此,通过滴加10%浓度的氢氧化钠溶液保持pH值在4-4.5。在偶合和常用的后处理之后,获得分散硬度为50的颜料;残留偶合剂含量是2.97%,多氯化联苯含量是20ppm。
对比实施例3(类似于WO2005/105927A1)
将实施例1的1.2)部分中制备的偶合剂溶液在没有沉淀的情况下如实施例1的1.5)部分中所述供给偶氮偶合。经由实施例1的1.4)部分中描述的稀氢氧化钠溶液的受调控的计量添加达到对于偶合所需的恒定pH值5。类似于WO2005/105927A1的实施例1进行溶剂洗涤和膜纯化之后,获得了分散硬度为46的颜料;残留偶合剂含量是1.36%,多氯化联苯含量是11ppm。