CN1105151C - 在有烷氧基化乙炔类二醇情况下制备分散偶氮染料 - Google Patents

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Abstract

在分散偶氮染料的水相合成中使用烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂，可以得到改进染料过滤性能的简单工艺。表面活性剂可以在合成的偶合步骤之前加入，也可以在染料浆液液的热处理之前加入。在合成中混入表面活性剂的优点是缩短过滤时间、增加滤饼的固体含量，改进滤饼的清洗性能，并增加染料产量。另外，对于合成而得的非热稳定结晶变体的偶氮染料，在染料浆液液中有烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂的情况下，有效地促进染料向所需的热稳定结晶变体转变。

Description

在有烷氧基化乙炔类二醇情况下制备分散偶氮染料
本发明涉及在制备分散偶氮染料工艺中将烷氧基化乙炔类二醇使用在水偶合反应和/或热处理时期。
分散偶氮染料是一类染料，其中的微水溶性偶氮化合物由芳族或杂芳族胺的重氮盐与一偶合组分，一般为水，反应而得。所得的产物以析出染料的水浆形式存在，也就是有时须经热处理步骤使材料转变为热稳定形态，和/或使后续步骤，如过滤更容易进行。对浆液进行过滤和清洗以备后续处理。在偶合反应时，最好限制起泡反应量和不弄污产物，并使产物有最大的产量和纯度。对于需要进行热处理的染料，要使其对时间和温度的要求趋于最小值，来达到所需性能，理想的结果是使能耗最小。
在分散染料制备工艺中，反应产物的分离是重要步骤。要缩短过滤时间，使产物容易清洗，以得到高时间/空间率，并使产生的废液减至最少。在生产过程中，滤饼要冲洗干净，以除去副产品、酸、碱和盐。这些物质都应除去，因为它们在后续处理步骤中会互相干扰。
另外，最好使滤饼中含有的固体越多越好。对于在后续处理中要直接使用的染料浆液来说，如果滤饼的固体含量太低，就必须在制造工艺中加进一干燥步骤。如果滤饼的固体含量较高，就可以省去昂贵的干燥步骤。
在完成偶合反应时，分散偶氮染料的热处理会使其变成浆状，有时候必须将染料转变成所需的晶形，这与未经热处理的染料相比可以改善其过滤性能。
在偶合反应时加入某些添加剂是已知的，以改善未经热处理的分散偶氮染料过滤性能，添加剂决定于染料及所采用的工艺。另外，在热处理的情况下使用某些添加剂来改变分散偶氮染料的晶形，这种做法已有报导。
美国专利5,532,344公开了通过N，N-双取代苯胺衍生物与ρ-硝基苯胺衍生物相偶合在制备单偶氮染料中使用聚氧乙烯高级脂肪酸酯非离子表面活性剂。
美国专利4,785,082和4,828,622公开了在制备分散染料的浓缩压饼和水不溶性或微水溶性固体时使用其浊点为5～90℃之间的表面活性剂，包括EO/PO块状共聚物和脂族烷氧基化物、芳族、环脂族、或杂环羟基或氨基化合物。
美国专利4,795,807公开了在制备分散偶氮染料中使用低级脂族羟酸酯。
大量专利都描述在染料水浆的热处理过程中使用添加剂。例如美国专利3,956,270公开了在水相悬浮液中加入或不加入有机溶剂如醇、醚、甘醇或乙二醇醚，经由α-变体热处理而制备稳定的β-改性偶氮染料。
美国专利4,074,965公开了通过对染料α-变体加热作为一水相悬浮液，该悬浮液可含有水溶性有机溶剂或阳离子、阳离子或非离子表面活性剂，以制备稳定的偶氮染料的β-变体。
已经知道，而且在产品目录中可以看到，使用乙炔类二醇2，4，7，9，-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇，市场上的商标为Surfynol104，由气体与化学产品公司(Air Products and Chemicals，lnc.)出品，纯态使用，或经含有乙二醇或丙二醇的溶剂介质稀释后使用，以改进有机析出物的过滤性能。另外，该乙炔类二醇也已用于分散偶氮染料的制备中。
本发明涉及一种制备分散偶氮染料的工艺，该工艺是使芳族的重氮盐或杂芳族胺与偶合组分在水相中反应，以生成偶氮染料的水浆，有时候需对偶氮染料的水浆进行热处理。本发明的工艺中，将烷氧基乙炔类二醇表面活性剂与染料合成工艺相结合，尤其是在偶合反应和/或热处理步骤中混入表面活性剂。适用的烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂的一般式为
Figure C9910711000071
其中R1和R2，可以相同也可以不同，均为C1-C8烷基。R3是氢或甲基，R4是氢、甲基、乙基或其任意组合，m+n是一平均值从1～100，因为乙炔类醇的烷氧基化作用提供烷氧基团分布，因此m+n的数以平均值计。
烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂在水介质中进行的染料合成非常有用，它会有效地减少反应过程中的起泡和结块。尤其是，通过使用烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂而改进了过滤性能，最合乎需要的优点是，缩短过滤时间，增加滤饼的固体含量，改进滤饼的清洗性能，例如可洗性，以及增加染料产量。对于作为非热稳定结晶变体合成的偶氮染料，在热处理期间染料浆液中有烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂，有利于促使染料转变成所需的热稳定结晶变体。
分散偶氮染料的制备工艺最常见的是分两步或多步完成。首先，在重氮化步骤中，使一可重氮化的芳族或杂芳族胺，在有含水无机酸的情况下转变成无机酸中的重氮盐溶液或悬浮液，例如通过就地产生的亚硝酸反应。第二步为偶合，使重氮盐的水溶液或悬浮液与偶合组分的水溶液或悬浮液相结合。一般情况下，通过将无机酸中的重氮盐溶液或悬浮液加入偶合组分的水溶液或悬浮液中来实现。在大多数情况下，通过加入碱来保持特殊情况下的最佳PH值，例如，碱金属氢氧化物、碱金属碳化物、氨、碳酸钙、氧化镁以及其它类似物质，也可以加入缓冲物质。
在分散染料情况中，也就是说在水中微溶的偶氮染料，偶合反应完成后，得到染料在水中的悬浮液，然后通过过滤收集染料产物。
制备分散偶氮染料的工艺在美国专利4,795,807的第5页第19行～第6页第33行中有所介绍。在该工艺中可以使用的重氮基和偶合组分包括但不限于上述专利的第7页第2行-第10页第27行内所述的。所引用的这一美国专利已被列入本申请内参考。
可使用的烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂有利的是包括具有下式的物质：其中R1和R2是C1-C8烷基，优选为C4-C6烷基，R3是氢或甲基，优选为甲基，R4是氢、甲基、乙基或其任意组合，优选为氢，m+n总和为从1至100的一平均值，优选是1～30，最好是1～10。特别是，R1和R2可以是相同的，也可以不同，包括烷基团，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、戊基、己基、乙基己基和辛基、优选表面活性剂是乙炔类二醇，其中的R1和R2为异丁基，R3是甲基，R4是氢，m+m＝1～30的一平均值，最好是1～10。
使用效果最好的表面活性剂其结构取决于所制备的具体分散偶氮染料。
烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂作为在水介质中合成分散偶氮染料的工艺助剂是有效的，可以在加入重氮盐之前，也可以在偶合反应后但在染料浆液热处理之前将其加入分散偶氮染料偶合槽中。虽然表面活性剂可以加进重氮基盐组分中，但这并不是优选方案，这是因为其酸度高。要用的表面活性剂的量优选是在染料合成时占染料固体的0.1～10重量％，最好是占染料固体的2～6％。反应之前将表面活性剂加入偶合槽中，用或者不用热处理步骤，都有利于达到产物浆液的过滤性能。另外，这些表面活性剂还有利于使偶合反应中染料沉淀物的起泡和结块减少至最低程度。
对于作为非热稳定结晶变体合成的偶氮染料，在热处理期间，染料浆液中有烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂，有助于促进染料向所需的热稳定结晶变体转变。因此，在有表面活性剂的情况下，向热稳定结晶变体的全面转变很容易，所需时间短和/或温度低。在热处理时表面活性剂还使泡沫的出现减少至最低程度，就能对染料浆液较充分地搅拌，最后的产物浆液不结块，而且容易倒出。
在偶氮染料合成中使用烷氧基化乙炔类二醇表面活性剂是有利的，并不需要改变通常使用的将染料离析成滤饼或压饼的工艺过程。而且利于达到缩短过滤时间、增加滤饼中的固体含量和改进滤饼的清洗性能，而这些与进行过滤的温度没有关系。表面活性剂并不减少染料的回收量；在某些条件下，如果在偶合合成和/或热处理时已含有表面活性剂，还使染料产量增加，这主要取决于合成反应中染料固体的含量。
用烷氧基化乙炔类二醇改进分散偶氮染料的过滤性能，将通过染料索引分散黄3的合成来加以说明，它是由4-氨基N-乙酰苯胺的重氮盐与对甲酚之间偶合反应的产物。
                     实例1
本实例说明染料索引分散黄3在无热处理时的合成和过滤。
对装有磁性搅拌捧的100毫升圆底烧瓶，加入3.75克(0.025摩尔)4-氨基N-乙酰苯胺，53毫升水和5.42克(0.055毫尔)浓盐酸。在一冰槽中冷却至0℃，将10毫升水中含有1.75克(0.025摩尔)NaNO2的物质于10分钟内加入烧瓶中。所得重氮盐的棕色溶液在0℃下搅拌10～20分钟。同时，对装有顶部机械搅拌器(聚四氟乙烯叶片)的玻璃釜反应器加入2.75克(0.0255摩尔)对甲酚、175毫升水，0.95克(0.0238摩尔)NaOH，5.25克(0.0495摩尔)Na2CO3和0.34克(相对于理论染料产量的5重量％)乙氧基化乙炔类二醇表面活性剂，也就是由2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇衍生的乙氧基化物，其结构式如下：
所得混合物在一冰槽中被冷却至0℃。然后将事先制备的重氮盐溶液在1.25小时内，加入该偶合槽中。完成加料后，对所得浆液在0℃下再搅拌3小时，然后可加热至室温，搅拌1小时。根据广角X射线衍射数据，鉴定产品为染料索引分散黄3的晶形，这在尼古拉斯基(Nikol′skii)，A.V.等人的报导中称为β-变体，见前苏联应用化学杂志(英译本)，1986年版，第59期，第1706页。然后用贴有Whatman#1定性纸的7厘米平底漏斗对浆液进行吸滤。当滤液流动减慢到每10秒小于1滴时，用4组50毫升等分的去离子水连续清洗滤饼。通过测量染料样品干燥到大约3～5克时质量变化来确定滤饼染料固体。
表1列出没有和使用乙氧基化含量增多的乙炔类二醇表面活性剂所制备染料产物过滤和结晶性能的直接比较。在使用非乙氧基化乙炔类二醇(m+n＝0；表面活性剂为Surfynol 104)时，与无表面活性剂制备的染料相比，滤饼固体稍有改善，乙氧基化乙炔类二醇使产物优良。而且，乙氧基化乙炔类二醇有利于单个染料晶体的分散，而在没有表面活性剂、使用非乙氧基化的Surfynol 104乙炔类二醇(m+n＝0)制备染料时，则可观察到结晶产物的结块现象。
                              表1
                         无热处理过程
乙炔类二醇表面活性剂 滤饼固体(重量％) 定性过滤，速度 显微镜下外貌(400X)
无     6.5     快 直径为50～200微米，有微晶结块和非晶态染料
m+n＝0     15.5     慢 直径为50～200微米，有微晶结块
m+n＝1.3     19.5     快 直径为10～25微米，枝状晶体
m+n＝9.5     25.1     快 直径为25～50微米，枝状晶体
                           实例2
本实例表明固体含量为2.6重量％染料索引分散黄3，在热处理条件下的合成和过滤。
重复实例1，不同之处是在过滤产物之前，通过将反应釜放在一可控制温度的油槽中，使染料浆液液在100℃下经受热处理1小时。根据广角X射线衍射数据，染料在热处理时转变成染料索引分散黄3晶形，这在尼古拉斯基A.V.等人的论文中称为α-变体。
如实例1所述，对染料进行过滤。从倾倒过滤料开始直到滤液流变成缓慢的滤滴，测定过滤时间。计算“染料的校正产量”作为染料的正确产量和色纯度。色纯度是由制备染料的丙酮溶液，并将该溶液的400毫微米吸水能力与再结晶染料索引分散黄3溶液相比较来测定的。表2列出没有和使用乙氧基化含量增多的乙炔类二醇表面活性剂所制备染料产物合成和过滤性能的直接比较。可以看到，用乙氧基化乙炔类二醇与用非乙氧基化乙炔类二醇或不用表面活性剂相比较，前者滤饼固体含量更高，过滤时间更快，产物是优良的。
                        表2
             固体含量2.6重量％，经热处理
表面活性剂 滤饼固体(重量％) 过滤时间(秒) 染料校正产量
无     16.0     137     95.3
m+n＝0     34.2     80     94.3
m+n＝1.3     59.9     22     94.7
m+n＝3.4     45.9     25     94.4
m+n＝9.5     56.5     24     95.1
                         实例3
本实例说明固体含量为9.8重量％染料索引分散黄3，经热处理时的合成和过滤。
在装有磁性搅拌棒的100毫升圆底烧瓶中加入11.26克(0.075摩尔)4-氨基N-乙基苯胺，37毫升水和16.26克(0.165摩尔)浓缩盐酸。在一冰槽中冷却至0℃，将10毫升水中含有5.18克(0.075摩尔)NaNO2的物质在10分钟内加入烧瓶中。所得重氮盐的棕色溶液在0℃下搅拌10～20分钟。
同时，在装有顶部机械搅拌器(聚四氟乙烯叶片)的500毫升的玻璃釜反应器中加入8.33克(0.077摩尔)对甲酚，112毫升水，2.86克(0.0714摩尔)NaOH和3.50克(0.033摩尔)Na2CO3，有时也加入1.01克(相对于染料理论产量的5重量％)的乙炔类二醇表面活性剂，其结构式见实例1。将所得混合物在一冰槽中冷却至0℃。然后将事先制备的重氮盐溶液在1.25小时内加入偶合槽中。完成加料后，将所得黄色浆液在0℃下再搅拌2小时。可将浆液加热至室温，搅拌1小时。然后在反应釜上配备一冷凝器，并将其浸没在一预热温度为100℃的油槽中，保持1小时。完成热处理后，如实例1和2所述，通过过滤，将染料索引分散黄3的α-变体分离出。
表3列出没有和使用乙氧基化含量增多的乙炔类二醇表面活性剂所制备染料产物的合成和过滤性能比较。可以看到，用乙炔类二醇制备的染料，与不用表面活性剂的相比较，前者滤饼固体含量更高，过滤时间更快并增加了校正产量，产物是优良的。与非乙氧基化乙炔类二醇相比，乙氧基化物含量较低(m+n＝1.3和m+n＝3.4)，对滤饼固体含量的改进适中，但是相对于非乙氧基化二醇，滤饼的可洗性大大改善，如实例4所示。
                        表3
             固体含量9.8重量％，经热处理
表面活性剂 滤饼固体(重量％) 过滤时间(秒) 染料校正产量
无     26.1     300     87.9
m+n＝0     58.1     60     93.9
m+n＝1.3     63.9     60     93.4
m+n＝3.4     61.1     60     93.9
m+n＝9.5     41.7     40     94.6
                        实例4
本实例说明染料索引分散黄3滤饼的可洗性。钠离子(Na+)含量是一滤饼可以清洗的容易程度的方便量测方法。
要衡量滤饼的可洗性，只要分析实例3中所得染料产物中的Na+含量。如前面的实例所述，对每个滤饼用4组50毫升等分的去离子水连续清洗。用一离子选择电极在一些由0.8克干燥滤饼和19.2克去离子水组成的样品上测定Na+含量。表4列出没有和使用乙氧基化含量增多的乙炔类二醇表面活性剂制备染料产物中Na+含量的直接比较。不加入表面活性剂制备的染料，其可洗性很差，而残留Na+离子量则很高。使用乙炔类二醇表面活性剂制备的染料，其滤饼的可洗性大大改善，而Na+残留量则低大约2～3个数量级。乙氧基化乙炔类二醇要优于非乙氧基化乙炔类二醇，使Na+残留量下降大约4～20倍
             表4
表面活性剂 洗涤滤饼中的Na+含量(ppm)
无     25000
m+n＝0     478
m+n＝1.3     106
m+n＝3.4     148
m+n＝9.5     26
             实例5
本实例说明在有乙炔类二醇的情况下，染料索引分散黄3因热处理对晶形转变的改进。
对实例3中所述的样品，用差示扫描量热法测定从β变体转变成染料索引分散黄3的稳定α-变体晶形的程度。未加表面活性剂制备的染料，经100℃热处理1小时，只有大约80％转变成α-变体，而使用乙炔类二醇表面活性剂制备的染料，则在相同的热处理条件下，全部转变成α-变体。
本发明改进了分散偶氮染料浆液液的过滤性能，在有烷氧基化乙炔类二醇情况下进行染料偶合反应和/或热处理。使用烷氧基化乙炔类二醇的优点是减少过滤时间，增加滤饼固体含量，改进滤饼的清洗性能，增加染料产量。另外，对于因热处理而改变晶形的分散偶氮染料，烷氧基化乙炔类二醇减少改变晶形所需的热处理时间。

Claims (20)

1.一种制备分散偶氮染料的方法，该方法是使芳族或杂芳族胺的重氮盐在水介质中与偶合组分反应，以得到偶氮染料的水浆，有时需要对水浆热处理，其特征在于在工艺过程中混入烷氧基化乙炔类二醇。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进偶合组分中。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇是在热处理步骤以前加入含水偶氮染料浆液中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇由下列通式表示：
Figure C9910711000021
其中R1和R2，可以相同，也可以不同，均为C1-C8烷基，R3是氢或甲基，R4是氢、甲基、乙基或其任意组合，m+n是一平均值，从1～100，并且被混合占染料固体的0.1～10重量％。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于R1和R2均为C4-C6烷基，R3为甲基，R4为氢，而m+n为1～30的一平均值。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇是由2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇衍生的乙氧基化物。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于m+n为1～30的一平均值。
8.如权利要求1的方法，其特征在于将由如下通式表示的烷氧基化乙炔类二醇在热处理步骤以前结合到该工艺过程中：
Figure C9910711000031
其中R1和R2，可以相同，也可以不同，均为C1-C8烷基，R3是氢或甲基，R4是氢或甲基，m+n是一平均值从1～30，混入的烷氧基化乙炔类二醇占染料固体的0.1～10重量％。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进偶合组分中。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进含水的偶氮染料浆液液中。
11.如权利要求8所述的方法，其特征在于R1和R2均为C4-C6烷基，R3是甲基，R4是氢，m+n是1-10的一平均值。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进偶合组分中。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进含水偶氮染料浆液中。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇是由2，4，7，9-四甲基-5-癸炔-4，7-二醇衍生的乙氧基化物。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进偶合组分中。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于将该烷氧基化乙炔类二醇加进含水偶氮染料浆液中。
17.如权利要求1所述的方法，其特征在于该偶氮染料是染料索引分散黄3。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇混入量占染料固体的2～6重量％。
19.如权利要求12所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇混入量占染料固体的2～6重量％。
20.如权利要求13所述的方法，其特征在于该烷氧基化乙炔类二醇混入量占染料固体的2～6重量％。
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