CN110724104B - 3,4-苝二酰亚胺衍生物及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种3,4-苝二酰亚胺衍生物及其制备方法和用途;具体地说,涉及一种N-及9-取代的3,4-苝二酰亚胺衍生物及其制备方法和用途。
背景技术
苝系颜料(Perylene pigments)是一类高性能颜料。大多数苝系颜料的色谱为大红、枣红、紫红和棕红,所以它们常常又被称为苝红颜料。但本发明所涉及的苝系颜料则与众不同,其色谱为黑色,因此称其为苝系黑色颜料,结构如式A所示:
式A中,n为1或2,R为氢(H)或甲氧基(OCH3)
沈永嘉,《有机颜料的品种与应用》,357~375,化学工业出版社2002;H.Zollinger,“Color Chemistry”,VCH Verlagsgessellschaft,227~228,1991和美国专利US 4,450,273均提供了苝黑颜料。但就整体而言,现有苝黑颜料在使用时,还有不尽人意之处。
如据美国专利US 4,450,273的报道,其所合成的苝系黑色颜料可以直接作为颜料使用。但实际上,如此使用的效果并不理想。从应用的角度而言,苝酰亚胺类化合物在未经过颜料化加工以前仅仅是颜料的粗品,必须经过某种颜料化的加工才能作为颜料使用。颜料化加工的目的是使粗品颜料的粒径分布,粒子形状,乃至晶体结构发生变化。具体的原理可参见:K.Merkle and H.Schafer,“Surface Treatment of Organic Pigments”在Pigment Handbook,Vol.III(New York:John Wiley&Sons,Inc.,1973),页码:157,R.B.McKay,“The Development of Organic Pigments with Particular Reference toPhysical Form and Consequent Behavior in Use”,Rev.Prog.Coloration,10,25-32(1979),和R.B.McKay,"Control of the application performance of classicalorganic pigments",JOCCA,89-93(1989)。
CN 1654546A提供了一种苝系黑色颜料的制备方法,其中在颜料化步骤中所用分散剂为式B所示化合物:
式B中,m为1或2,R为氢(H)、羟基(OH)、甲基或甲氧基。
但由CN 1654546A制备的苝系黑色颜料仅适合用作聚乙烯和聚氯乙烯着色。若要将由CN1654546A制备的苝系黑色颜料用于水性涂料(或油墨)的着色,其效果不能令人满意。
因此,提供一种能用于制备适合水性涂料(或油墨)着色的苝系黑色颜料的分散剂是本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的发明人经广泛及深入的研究,设计并合成了一种N-及9-取代的3,4-苝二酰亚胺衍生物。并发现:以所述的3,4-苝二酰亚胺衍生物作为分散剂(颜料化)所制得的苝系黑色颜料更适合水性涂料(或油墨)的着色。
本发明的一个目的在于,提供一种结构新颖的N-及9-取代的3,4-苝二酰亚胺衍生物。
本发明所述的3,4-苝二酰亚胺衍生物为式I所示化合物:
式I中,R2为氢(H)或C1~C3的烷氧基,p为1或2。
本发明另一个目的在于,提供一种制备式I所示化合物的方法。
所述方法包括如下步骤:
(1)以3,4-苝二酰亚胺(式II所示化合物)为原料,由式II所示化合物制备式III所示化合物的步骤;
(2)由式III所示化合物与NH2CH2CH2OH反应,制得式IV所示化合物的步骤;和
其中,R1和m的定义与前文所述相同,X为氯(Cl)或溴(Br)。
本发明还有一个目的在于,揭示上述3,4-苝二酰亚胺衍生物(式I所示化合物)的一种用途。即式I所示化合物在制备适合水性涂料(或油墨)着色的苝系黑色颜料中的应用。
其中,所述苝系黑色颜料为式A所示化合物。
具体实施方式
在本发明一个优选的技术方案中,R2为H或甲氧基;
在本发明另一个优选的技术方案中,本发明提供的制备式I所示化合物的方法,具体包括如下步骤:
(1)以式II所示化合物为原料,在10℃~30℃及搅拌条件下,由式II所示化合物与氯磺酸反应2小时至7小时;在搅拌条件下,将得物料缓慢加入到冰水中(此过程中冰水的温度控制在0℃~5℃),加毕,充分搅拌,静置过夜,过滤,滤饼用冰水洗到中性,即为中间体3,4-苝二酰亚胺-9-磺酰氯(式III所示化合物);
(2)在20℃~100℃(优选30℃~70℃)及搅拌条件下,由式III所示化合物与乙醇胺(NH2CH2CH2OH)反应3小时至8小时;用乙醇稀释,过滤,滤饼先用乙醇洗,再经水洗后得到中间体3,4-苝二酰亚胺-9-(N-羟乙基)磺酰胺(式IV所示化合物);和,
在本发明又一个优选的技术方案中,所述式I所示化合物在制备适合水性涂料(或油墨)着色的苝系黑色颜料中的应用。具体应用包括如下步骤:
(1)合成苝系黑色颜料粗品(式A所示化合物)的步骤(参见CN 1654546A);和
(2)由步骤(1)所得苝系黑色颜料粗品(式A所示化合物)的颜料化步骤;
所述步骤(2)的主要步骤是:首先,将由步骤(1)所得苝系黑色颜料粗品(式A所示化合物)、分散剂(式I所示化合物)、水溶性无机盐和有机溶剂置于捏合机中捏合至少20小时;然后,再将所得捏合物料置于含表面活性剂的酸性水介质中沸煮至少1小时,依次经过滤、水洗和干燥后得到苝黑颜料成品;
其中,所述有机溶剂为C2~C4的脂肪族一元或二元醇(如乙二醇、正丁醇或/和异丁醇等),有机溶剂的用量为式A所示化合物重量的1.0~1.5倍;所述水溶性无机盐可以是氯化钠或氯化钙等,水溶性无机盐用量为式A所示化合物重量的2~5倍;所述表面活性剂为非离子表面活性剂(如(但不限于):脂肪醇聚氧乙烯醚(又称:聚氧化乙烯脂肪醇醚);脂肪酸与牛磺酸的缩合物,脂肪酸与N-甲基牛磺酸的缩合物,脂肪酸与羟乙基磺酸的缩合物,烷基苯磺酸,烷基萘磺酸,烷基酚聚氧乙烯醚的硫酸酯或脂肪醇聚氧乙烯醚的硫酸酯);式I所示化合物的用量为式A所示化合物重量的0.1%~4.0%(更优选1%~2%)。
以下通过实施例对本发明作详细的说明,其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此,所举之例不限制本发明的保护范围:
在下列实施例中,所用起始原料—3,4-苝二酰亚胺(式II所示化合物)由辽宁联港染料化工有限公司出品(工业级),其余原料及试剂均为市售品(纯度为化学纯或分析纯)。
实施例1
N-苯乙基-3,4-苝二酰亚胺-9-(N-羟乙基)磺酰胺(式IA所示化合物)的合成。
(1)3,4-苝二酰亚胺-9-磺酰氯(式III所示化合物)的合成:
将6.4g式II所示化合物(0.02mol)和7.19g氯磺酸(0.06mol)置于反应瓶中,在10℃~15℃及搅拌条件下,反应5小时,停止反应。在搅拌条件下,将所得物料滴入到200g冰水中,在此过程中,要确保稀释物的温度在0℃~5℃,滴加完毕,充分搅拌,静置过夜,过滤,滤饼用冰水洗到中性,获得的滤饼为式III所示化合物;
1H NMRδ(ppm)(DMSO):11.45(s,1H),8.40(d,1H),8.22-8.24(m,3H),8.10(d,1H),7.83(d,2H),7.60(d,1H),7.45(m,1H);MASS(z/m):419.83(M+,100%);
(2)3,4-苝二酰亚胺-9-(N-羟乙基)磺酰胺(式IV所示化合物)的合成:
将4.3克式III所示化合物和3.1克乙醇胺(0.05mol)置于反应瓶中,在40℃~60℃及搅拌条件下,反应5小时至7小时;停止反应,用乙醇稀释,过滤,滤饼先用乙醇洗,再经水洗后得到中间体3,4-苝二酰亚胺-9-(N-羟乙基)磺酰胺(式IV所示化合物)
1H NMRδ(ppm)(DMSO):11.40(s,1H),8.35(d,1H),8.20-8.22(m,3H),8.05(d,1H),7.80(d,2H),7.68(S,1H),7.60(d,1H),7.40(m,1H),4.61(b,1H),3,44-3.49(m,4H);MASS(z/m):444.46(M+,100%);
(3)目标物(式IA所示化合物)的合成:
将2.3克式IV所示化合物(5mmol)、1.15克氢氧化钾(0.02mol)和50毫升水置于反应器中,在搅拌条件下,向该反应器中缓慢加入(如采用滴加方式)2.85克苯乙基氯(0.02mol),加毕,升温至80℃~90℃,并在此状态保持反应至少8小时,停止加热,冷却及过滤,滤饼经水洗和干燥后即为目标化合物(式IA所示化合物)。
1H NMRδ(ppm)(DMSO):8.39(d,1H),8.20-8.22(m,3H),8.07(d,1H),7.85(d,2H),7.70(S,1H),7.62(d,1H),7.47(m,1H),7.19-7.25(m,5H),4.61(b,1H),3.34-3.41(m,6H),2.87(t,2H)。MASS(z/m):548.61(M+,100%)。
实施例2
N-4’-甲氧基苄基-3,4-苝二酰亚胺-9-(N-羟乙基)磺酰胺(式IB所示化合物)的合成:
1H NMRδ(ppm)(DMSO):8.39(d,1H),8.20-8.22(m,3H),8.07(d,1H),7.85(m,2H),7.70(b,1H),7.62(d,1H),7.47(t,1H),7.12(d,2H),6.89(d,2H),4.61(b,1H),4.34(s,2H),3.81(S,3H),3,44-3.49(m,4H);MASS(z/m):564.61(M+,100%)。
实施例3
N,N’-二苯乙基苝四酸二酰亚胺(在《染料索引》中被登录为C.I.颜料黑31)的制备:
(1)C.I.颜料黑31粗品的合成,参见CN 1654546A;
(2)将60克由步骤(1)所得的C.I.颜料黑31粗品,180克氯化钙,70克乙二醇及1.2克N-苯乙基-3,4-苝二酸酰亚胺-9-羟乙基磺酰胺(式IA所示化合物)置于捏合机中捏合20小时。将所得捏合物料移至2升含1wt%聚氧化乙烯脂肪醇醚的2wt%盐酸水溶液中,沸煮1小时,趁热过滤,滤饼水洗到中性,干燥后经粉碎即得58克目标物(简记为“颜料31-A”)。
实施例4
C.I.颜料黑31的制备:
(1)C.I.颜料黑31粗品的合成,参见CN 1654546A;
(2)将60克由步骤(1)所得的C.I.颜料黑31粗品,240克氯化钠,80克丁醇及1.5克N-苯乙基-3,4-苝二酸酰亚胺-9-羟乙基磺酰胺(式IA所示化合物)置于捏合机中捏合24小时。将所得捏合物料移至2升含1wt%聚氧化乙烯油酸酯的2wt%盐酸水溶液中,沸煮1小时,趁热过滤,滤饼水洗到中性,干燥后经粉碎即得58克目标物(简记为“颜料31-B”)。
实施例5
N,N’-二(4’-甲氧基苄基)苝四酸二酰亚胺(在《染料索引》中被登录为C.I.颜料黑32)的制备:
(1)C.I.颜料黑32粗品的合成,参见CN 1654546A;
(2)将60克由步骤(1)所得的C.I.颜料黑32粗品,240克氯化钠,80克乙二醇及1.5克N-4’-甲氧基苄基-3,4-苝二酸酰亚胺-9-羟乙基磺酰胺(式IB所示化合物)置于捏合机中捏合24小时。将所得捏合物料移至3升含1wt%聚氧化乙烯脂肪醇醚的2wt%盐酸水溶液中,沸煮1小时,趁热过滤,滤饼水洗到中性,干燥后经粉碎即得58克目标物(简记为“颜料32-A”)。
实施例6
C.I.颜料黑32的制备:
(1)C.I.颜料黑32粗品的合成,参见CN 1654546A;
(2)将60克由步骤(1)所得的C.I.颜料黑32粗品,180克氯化钙,80克丁醇及1.8克N-4’-甲氧基苄基-3,4-苝二酸酰亚胺-9-羟乙基磺酰胺(式IB所示化合物)置于捏合机中捏合24小时。将所得捏合物料移至3升含1wt%聚氧化乙烯油酸酯的2wt%盐酸水溶液中,沸煮1小时,趁热过滤,滤饼水洗到中性,干燥后经粉碎即得58克目标物(简记为“颜料32-B”)。
实施例7
颜料性能(颜料色相、颜料着色力及颜料分散性能)的测定。
(1)颜料色浆原液的制备:
在有盖的玻璃瓶中,加入玻璃珠(直径2.5mm,60g),7.5克待测样品,7.5克乳化剂(其为由乳化剂-24000(美国路博润特种化工(上海)有限公司产)和乙酸丁酯,按质量比是1:1混合的混合物),和20克稀释剂(其为由乙酸丁酯和乙醇,按质量比是1:1混合的混合物,下同)上盖,用胶带密封,将玻璃瓶装在颜料震荡仪(东莞市万江伟鸿仪器经营部产)上,振荡至颜料细度在15μ以下(用海格曼粒度仪检测),再加入35克稀释剂(组成同上),得到颜料色浆原液。
(2)颜料的色相和着色力的测定:
测定颜料色相的色卡制备:用吸管吸取5ml由步骤(1)制得的颜料色浆原液,滴在色卡纸上,用3K刮样器刮样,如此制得供检测颜料色相用的色卡。
测定颜料着色力的色卡制备:取5克由步骤(1)制得的颜料色浆原液,加入到10g水性白色涂料中,用高速搅拌器搅拌均匀,得到颜料兑白色浆。用吸管吸取5ml毫升此兑白色浆,滴在色卡纸上,用3K刮样器刮样,如此制得供检测颜料着色力用的色卡,颜料的着色力用K/S值表示。
待上述色卡上的色浆干燥后,将此色卡在色差仪(美国Datacolor公司)可测得颜料色相和颜料着色力,具体结果见表1(颜料色相测试数据)和表2(颜料着色力测试数据)。
表1和表2中,L是测试仪给出的测试数值,它表示被测样品颜色的鲜艳度,数值是正的,且越大,表示越亮;数值是负的,且绝对值越大,就表示越暗。
a和b也是测试仪给出的测试数值,前者表示被测样品颜色的红绿度,数值是正的,且越大,表示越红;数值是负的,且绝对值越大,就表示越绿。后者表示被测样品颜色的黄蓝度,数值是正的,且越大,表示越黄;数值是负的,且绝对值越大,就表示越蓝。
对比物1是未添加分散剂的颜料样品;
对比物2为以中国专利ZL 200510023160.9(CN 1654546A)公开的分散剂(式B所示化合物)替换本申请所述分散剂(式I所示化合物)所得的颜料(即以式B所示化合物为分散剂,且采用本发明所述的颜料化步骤所得的颜料)。
表1.颜料色相测试数据
表2.颜料着色力测试数据
(3)颜料分散性能的测定:
分别将由步骤(1)所得颜料色浆原液分别震荡3、4、5和6小时,停止震荡,用吸管吸取颜料色浆原液,用海格曼粒度仪检测颜料粒子在色浆中的细度。结果见表3。
表3
表3中,对比物1和对比物2的意义同表1和2。
由表3可知:由本发明提供的颜料,其细度达15微米的耗时远少于对比物1和2,说明本发明提供的颜料分散性能优良。
(4)颜料与水性涂料相容性的测定:
用吸管吸取5ml由步骤(1)制得的颜料色浆原液,加入到10g水性白色涂料中,用高速搅拌器搅拌均匀,得到颜料兑白色浆,静置24小时。用吸管吸取5ml毫升此兑白色浆,滴在色卡纸上,用3K刮样器刮样得色卡。目测色卡上是否有色斑,以此评定颜料与水性涂料的相容性,结果见表4(颜料与水性涂料的相容性)。
表4.
由表4.可知,以本发明所述3,4-苝二酰亚胺衍生物(式I所示化合物)为分散剂所制得的颜料与水性涂料的相容性更好。
Claims (7)
2.如权利要求1所述的3,4-苝二酰亚胺衍生物,其特征在于,其中R2为氢或甲氧基。
4.如权利要求3所述的方法,其特征在于,其中步骤(1)的主要步骤是:以式II所示化合物为原料,在10℃~30℃及搅拌条件下,由式II所示化合物与氯磺酸反应2小时至7小时;在搅拌条件下,将得物料缓慢加入到冰水中,加毕,充分搅拌,静置过夜,过滤,滤饼用冰水洗到中性,即为式III所示化合物。
5.如权利要求3所述的方法,其特征在于,其中步骤(2)的主要步骤是:在20℃~100℃及搅拌条件下,由式III所示化合物与乙醇胺反应3小时至8小时;用乙醇稀释,过滤,滤饼先用乙醇洗,再经水洗后得到式IV所示化合物。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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