DE69525051T2 - Optische aufhellungsmittel - Google Patents

Optische aufhellungsmittel

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C11—ANIMAL OR VEGETABLE OILS, FATS, FATTY SUBSTANCES OR WAXES; FATTY ACIDS THEREFROM; DETERGENTS; CANDLES
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    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf organische auf 4,4'-Diaminostilben-2,2'-disulfonsäure basierende Verbindungen.
  • 4,4'-Diaminostilben-2,2'-disulfonsäure, allgemein bekannt als "DAS", ist der Ausgangsstoff für eine Anzahl wichtiger in der Industrie verwendeter Produkte, am wichtigsten verschiedener Farbstoffe und optischer Aufheller. Auf DAS basierende optische Aufheller (OBAs) finden einen weiten Bereich an Verwendungen in Waschmitteln, Papier, Textilien usw..
  • Eines der Standardverfahren zur Herstellung eines optischen Aufhellers besteht im Ersetzen der Aminogruppen vom DAS mit substituierten Triazinen. Dies kann zum Beispiel durch Umsetzen von DAS mit Cyanurchlorid und dann Weiterumsetzen der übrigen Chloratome am Cyanurchloridrest erfolgen. Verbindungen dieser Art sind z. B. in der FR-A-2067301 beschrieben. Ein beliebter Substituent für eines dieser Chloratome ist durch die Sulfanilsäure dargestellt. Verbindungen dieser Art sind z. B. in den GB-A-1008457 und US-A-3025242 beschrieben, während in den US-A-3479349 und US-A-3589921 ausgeführt wird, daß gewisse sulfoäthylaminosubstituierte optische Aufheller der in der GB-A-1008457 beschriebenen Art "befriedigende Weißeffekte, besonders neutrale Weißmaxima (ohne Neigung zu grünlichen oder graustichigen Nuancen zu verschieben) nicht zu erzeugen vermögen, wenn im Oberflächenstrich von Papier appliziert.".
  • Es wurde nun gefunden, daß es möglich ist, eine Kategorie von auf DAS basierenden Verbindungen herzustellen, deren Wirkung wesentlich besser ist als diejenige von bekannten auf Sulfanilsäure basierenden Substanzen. Die Erfindung beschafft folglich eine Verbindung, in Form der freien Säure oder in Salzform, der Formel I
  • worin
  • R, R&sub1; Reste bedeuten, die gleich oder verschieden sind und die Formel -NR&sub2;R&sub3; aufweisen, worin R&sub2; und R&sub3; aus
  • (i) Wasserstoff,
  • (ii) gegebenenfalls mit mindestens einem von Mercapto, C&sub1;&submin;&sub6; Alkylthio, OH und SO&sub3;M substituiertes C&sub1;&submin;&sub6; Alkyl, und
  • (iii) -R&sub4;(CO&sub2;M)x,
  • gewählt sind, worin R&sub4; einen aliphatischen Rest mit 1-6 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei diejenigen Valenzen, welche nicht mit Gruppen CO&sub2;M gebunden sind, mit mindestens einem von H, Mercapto, C&sub1;&submin;&sub6; Alkylthio, OH und SO&sub3;M gebunden sind, x eine ganze Zahl von 1-4 ist, und M aus Wasserstoff, einem farblosen Kation oder einem von einem Amin abgeleiteten Kation gewählt ist,
  • mit den Maßgaben, daß, wenn R&sub2; und R&sub3; nur aus (i) oder (ii) gewählt sind, jegliche Gruppe (ii) mit mindestens beiden von OH und SO&sub3;M substituiert ist, daß R&sub2; und R&sub3; nicht beide Wasserstoff sein können, und daß, wenn eines von R&sub2; und R&sub3; Wasserstoff oder unsubstituiertes Alkyl bedeutet, das andere nicht -CH&sub2;CO&sub2;M bedeuten kann,
  • oder R&sub2; und R&sub3; zusammen mit dem Stickstoffatom einen heterocyclischen Ring mit 5 bis 6 Gliedern bilden, wovon nur eines ein Heteroatom ist, welcher Ring mit -COOM oder -SO&sub3;M einfach substituiert ist,
  • und R&sub5;, unabhängig, aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, C&sub1;&submin;&sub6;, Alkoxy und Halogen gewählt ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist R&sub5; Wasserstoff und die Sulfonsäuregruppen an den an die Triazinringe gebundenen Phenylenringen befinden sich in meta oder para zu den verbindenden Aminogruppen, d. h. die einzelnen an die Triazinenringe gebundenen Reste sind von der Sulfanilsäure oder Metanilsäure abgeleitet.
  • Die Reste R und R&sub1; können von beliebigen geeigneten in der Technik bekannten Verbindungen abgeleitet sein. Es ist bevorzugt, daß sie Reste von Aminosäuren sind. Beispiele geeigneter Säuren umfassen die Asparaginsäure, Serin, Hydroxyglutaminsäure und Alanin, aber die bevorzugten Säuren sind Glutaminsäure und Iminodiessigsäure.
  • Die bevorzugtesten Verbindungen sind die von Metanilsäure oder Sulfanilsäure abgeleiteten und worin R und R&sub1; von Glutaminsäure oder Iminodiessigsäure abgeleitet sind.
  • Im Fall daß R&sub2; und R&sub3; zusammen mit dem Stickstoffatom der Gruppe R, R&sub1; einen Ring bilden, ist es bevorzugt, daß dieser Ring ein mit -COOM substituierter Pyrrolidinring ist.
  • Die erfindungsgemäßen Verbindungen können in Form der freien Säure oder in Form von Salz, wie mit einem Alkalimetallkation, einem organischen Aminsalz, einem gemischten Salz oder Teilsalz, hergestellt werden.
  • Die Substanzen M sind vorzugsweise entweder Metallkationen, insbesondere Natrium oder Kalium, oder einfache Alkanolamine wie Mono-, Di- und Triäthanolamin.
  • Zwei der bevorzugtesten Verbindungen haben die Formeln II und III
  • Andere Verbindungen, die auch gut wirken sind diejenigen, welche die Formeln IV-XI haben
  • Die Verbindungen gemäß dieser Erfindung können nach üblichen Synthesemethoden unter Verwendung leicht zugänglicher Reagenzien hergestellt werden.
  • Die Verbindungen können einzeln oder im Gemisch verwendet werden. Es wurde gefunden, daß einige davon, insbesondere die von Iminodiessigsäure/Glutaminsäure - Sulfanilsäure abgeleiteten oben genannten Produkte, hervorragende optisch aufhellende Eigenschaften aufweisen. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind deshalb sehr nützlich als optische Aufhellungsmittel (OBAs) in Papier, Textilien usw..
  • Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind besonders wirksam, wenn als optische Aufhellungsmittel für Papier verwendet. Sie können entweder durch Zugabe in die Papierstoffsuspension vor der Blattbildung auf das Papier appliziert werden oder sie können in eine Streichzusammensetzung einverleibt werden, welche dann auf das Papierblatt appliziert wird. Die Verbindungen können auch zusammen mit gewissen Zusätzen, von welchen wohlbekannt ist, daß sie die Wirkung der optischen Aufstellungsmittel verstärken, wie: Carboxymethylcellulose, Polyäthylenglykole, Alkanolamine, Polyvinylalkohole etc., auf die Papieroberfläche appliziert werden.
  • Die Erfindung beschafft deshalb ein Verfahren zur Herstellung von Papier, umfassend die Zugabe einer Verbindung der Formel I in eine Papierstoffsuspension.
  • Desweiteren beschafft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Papier, umfassend die Zugabe einer Verbindung der Formel I in eine Papierstreichmasse.
  • Noch weiter beschafft die Erfindung ein Verfahren zur Behandlung von Textilien, umfassend die Zugabe einer Verbindung der Formel I dazu.
  • Die Erfindung beschafft auch Papier beinhaltend eine Verbindung der Formel I und desweiteren auch Textilien beinhaltend eine Verbindung der Formel I.
  • Noch weiter beschafft die Erfindung die Verwendung einer Verbindung der Formel I als optischen Aufheller für Waschmittel, Papier oder Textilien, vorzugsweise in Beschichtungsverfahren nach der Papierblattbildung.
  • Die Erfindung ist weiter durch Bezug auf die folgenden Beispiele beschrieben, in welchen alle Teile gewichtsmäßig ausgedrückt sind.
    • Herstellungsbeispiel
  • Herstellung einer Verbindung gemäß der Formel III.
    • Stufe 1
  • Eine Lösung von 18,4 Teilen Cyanurchlorid in 100 Teilen Aceton wird in ein Gemisch aus 300 Teilen zerstoßenem Eis und 500 Teilen Wasser bei Kühlung zufließen gelassen. Eine Lösung von 20,7 Teilen des Natriumsalzes von 4,4'-Diamino-2,2'-stilbendisulfonsäure in 150 Teilen Wasser wird dann tropfenweise in dieses Gemisch bei einer Temperatur im Bereich von 0 bis 5ºC zugegeben und das Reaktionsgemisch wird durch Zugabe von Natriumbicarbonat schwach sauer auf Congoapier gehalten. Es wird bei 0 bis 5ºC weitergerührt, bis keine primäre aromatische Aminogruppe mehr durch Diazotierung festgestellbar ist.
    • Stufe 2
  • Eine Lösung von 19,6 Teilen Sulfanilsäure Natriumsalz in 200 Teilen Wasser wird langsam dem Reaktionsgemisch aus Stufe 1 zugegeben, wobei die Temperatur bei 5 bis 10ºC und der pH durch gleichzeitige Zugabe von verdünnter Natriumhydroxydlösung neutral gehalten werden. Wenn die Zugabe fertig ist, wird das Gemisch auf 50ºC erhitzt und es wird weitergerührt, bis keine primären aromatischen Aminogruppen mehr durch Diazotierung festgestellt werden können.
    • Stufe 3
  • 15 Teile Glutaminsäure werden dem Reaktionsgemisch aus Stufe 1 zugegeben und das Gemisch wird auf Rückfluß erhitzt. Während dieses Vorgangs wird der pH durch Zugabe von verdünnter Natriumhydroxydlösung bei 8 gehalten. Das Aceton wird abdestillieren gelassen und das Gemisch wird für 5 Stunden am Rückfluß gehalten. Das Reaktionsgemisch wird konzentriert und es wird Salz zugegeben, um das Produkt auszufällen. Das Produkt wird abfiltriert und mit 10%-iger Salzsole gewaschen.
    • Applikationsbeispiel 1
  • 10 Teile der Verbindung der Formel III werden in 50 Teilen destilliertem Wasser gelöst. 100 Teile einer typischen Leimpresse-Stärke wird in 1000 Teilen Wasser aufgenommen und bei 90ºC gekocht. Dann wird auf 60ºC abgekühlt. Die Aufhellerlösung wird dann in die Stärkelösung einverleibt. Eine Rohpapier oder ein Karton wird mit der Stärke/Aufheilerlösung in der Leimpresse oder Filmpresse oberflächenbeschichtet und bei 80-120ºC in der Trocknungsabteilung der Papiermaschine getrocknet. Es wird so ein Papier oder Karton mit bedeutend verbessertem Weißgrad erhalten.
    • Applikationsbeispiel 2
  • Eine wäßrige Lösung der Verbindung der Formel III wird unter Rühren in eine warme (60ºC) Lösung einer anionischen oxydierten Kartoffelstärke ("Perfectamyl" (Handelsmarke) A4692) zusammen mit Wasser zudosiert, sodaß eine Stärkelösung von 5% und einer bekannten Menge Verbindung entsteht.
  • Die Lösung der aufgehellten Stärke wird dann zwischen die beweglichen Rollen einer Labor- Leimpresse gegossen (so daß ein Stau entsteht) und ein Rohpapierblatt (ein handelsübliches weißes Papier von 75 g/m², neutral geleimt, CIE-Weißgrad 72, ohne Leimpressenbeschichtung) wird dann zwischen den Rollen, durch die Lösung geführt. Das mit der feuchten Stärkelösung beschichtete Papier wird dann für 5 Minuten bei 70ºC in einem Flachbett-Trockner getrocknet. Das Papier wird vor der Applikation und im feuchten Zustand gewogen, um die Aufnahme an feuchter Stärkelösung und folglich die Aufnahme an Stärke zu bestimmen.
  • Sobald getrocknet, werden die Papierblätter konditionieren gelassen, und der CIE-Weißgrad (W&sub1;&sub0;) von jedem Blatt wird dann aus den in einem geeichten Spektrophtometer durchgeführten Messungen berechnet.
  • Das Verfahren wird mit einer gleichen Menge des im Handel erhältlichen OBA ("Leukophor" (Handelsmarke) U) anstelle der erfindungsgemäßen Verbindung wiederholt.
  • Die erhaltenen CIE-Weißgradwerte der Verbindung und des Handelsproduktes auf dem Papier sind im Diagramm der Abb. 1 gezeigt. Der Weißgrad W&sub1;&sub0; wird durch die Formel (aus ISO 105-502) berechnet.
  • W&sub1;&sub0; = Y&sub1;&sub0; + 800(0,3138 - x&sub1;&sub0;) + 1700 (0,3310 - y&sub1;&sub0;)
  • Die überlegene Wirkung der erfindungsgemäßen Verbindung kann aus den niedrigeren Produktanteilen ersehen werden.
    • Applikationsbeispiel 3
  • Eine wäßrige Lösung einer Verbindung der Formel III wird unter Rühren in eine Streichzusammensetzung (unten beschrieben) zusammen mit Wasser zudosiert, sodaß ein konstanter Feststoffgehalt und eine bekannte Menge Verbindung entstehen. Die Lösung der aufgehellten Streichmasse wird dann auf ein geeignetes Rohpapier mit einem automatischen Drahtrakel bei einer eingestellten Standardgeschwindigkeit und einem Standarddruck auf dem Rakel aufgestrichen. Das mit der Lösung gestrichene Papier wird dann für 5 Minuten in einer Heißluftströmung getrocknet. Eine bekannte Papierfläche wird vor der Applikation und nach dem Trocknen gewogen, um das aufgetragene Strichgewicht zu bestimmen.
  • Sobald getrocknet, werden die Papierblätter konditionieren gelassen, und der CIE-Weißgrad (W&sub1;&sub0;) von jedem Blatt wird aus den am selben geeichten Spektrophtometer durchgeführten Messungen berechnet.
  • Das Rezept der Streichzusammensetzung ist:
  • Pigment: China Clay SPS 100 Teile
  • Wasser 64,4 Teile
  • Dispergiermittel¹ 0,6 Teile
  • Latex² 20 Teile
  • 20%-ige Stärkelösung³ 25 Teile
  • Feststoffgehalt ca. = 55%
  • 1. Es wird "Polysalz" (Handelsmarke), ein ein Natriumsalz einer Polyacrylsäure, verwendet
  • 2. Es wird "Acronal" (Handelsmarke) S320D, ein Acrylestercopolymeres, verwendet
  • 3. "Perfectamyl" A4692
  • Das Experiment wird unter Verwendung der gleichen Menge eines im Handel erhältlichen optischen Aufhellers wiederholt. Die Resultate sind im Diagramm der Abb. 2 gezeigt. Es kann wiederum ersehen werden, daß die Verbindung der vorliegenden Erfindung bedeutend besser wirkt als diejenige des handelsmäßigen optischen Aufhellungsmittels.

Claims (11)

  1. Eine Verbindung in Form der freien Säure oder in Salzform, der Formel I
    worin R, R&sub1; Reste bedeuten, die gleich oder verschieden sind und die Formel -NR&sub2;R&sub3; aufweisen, worin R&sub2; und R&sub3; aus
    (i) Wasserstoff,
    (ii) gegebenenfalls mit mindestens einem von Mercapto, C&sub1;&submin;&sub6; Alkylthio, OH und SO&sub3;M substituiertes C&sub1;&submin;&sub6; Alkyl, und
    (iii) -R&sub4;(CO&sub2;M)x,
    gewählt sind, worin R&sub4; einen aliphatischen Rest mit 1-6 Kohlenstoffatomen bedeutet, wobei diejenigen Valenzen, welche nicht mit Gruppen CO&sub2;M gebunden sind, mit mindestens einem von H, Mercapto, C&sub1;&submin;&sub6; Alkylthio, OH und SO&sub3;M gebunden sind, x eine ganze Zahl von 1-4 ist, und M aus Wasserstoff, einem farblosen Kation oder einem von einem Amin abgeleiteten Kation gewählt ist,
    mit den Maßgaben, daß, wenn R&sub2; und R&sub3; nur aus (i) oder (ii) gewählt sind, jegliche Gruppe (ii) mit mindestens beiden von OH und SO&sub3;M substituiert ist, daß R&sub2; und R&sub3; nicht beide Wasserstoff sein können, und daß, wenn eines von R&sub2; und R&sub3; Wasserstoff oder unsubstituiertes Alkyl bedeutet, das andere nicht -CH&sub2;CO&sub2;M bedeuten kann, oder R&sub2; und R&sub3; zusammen mit dem Stickstoffatom einen heterocyclischen Ring mit 5 bis 6 Gliedern bilden, wovon nur eines ein Heteroatom ist, welcher Ring mit -COOM oder - SO&sub3;M einfach substituiert ist,
    und R&sub5;, unabhängig, aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff, Methyl, C&sub1;&submin;&sub6; Alkoxy und Halogen gewählt ist.
  2. 2. Eine Verbindung gemäß Anspruch 1, worin R&sub5; Wasserstoff bedeutet und die SO&sub3;M-Gruppen an den an die Triazinringe gebundenen Phenylenringen sich in meta oder para zu den verbindenden Aminogruppen befinden.
  3. 3. Eine Verbindung gemäß Anspruch 1, worin R und R&sub1; Reste von Aminosäuren sind.
  4. 4. Eine Verbindung gemäß Anspruch 2 oder 3, worin R und R&sub1; Reste der Asparaginsäure, Glutaminsäure oder Iminodiessigsäure sind.
  5. 5. Eine Verbindung gemäß Anspruch 1, welche eine Formel gewählt aus der Gruppe bestehend aus den Formeln II und III
    aufweist.
  6. 6. Ein Verfahren zur Herstellung von Papier, umfassend die Zugabe einer Verbindung der Formel I in eine Papierstoffsuspension.
  7. 7. Ein Verfahren zur Herstellung von Papier, umfassend die Zugabe einer Verbindung der Formei I in eine Papierstreichmasse.
  8. 8. Ein Verfahren zur Behandlung von Textilien, umfassend die Zugabe einer Verbindung der Formel I dazu.
  9. 9. Papier beinhaltend eine Verbindung der Formel I.
  10. 10. Textilware beinhaltend eine Verbindung der Formel I.
  11. 11. Verwendung einer Verbindung der Formel I als optischen Aufheller für Waschmittel, Papier oder Textilien.
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