KR100292546B1 - Preparation of leucoindigo in granule form and preparation method thereof - Google Patents

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갱 만프레드
미에데러 페터
슐츠 페터
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스타르크, 카르크
바스프 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 류코인디고(Leucoindigo) 및 알칼리금속 수산화물로 이루어지는 류코인디고 제조물, 상기 류코인디고 제조물의 제조방법 및 상기 제조물을 셀룰로오스-함유 섬유 재료의 염색에 사용하는 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a leucoindigo preparation comprising Leucoindigo and an alkali metal hydroxide, a method for producing the Leucoindigo preparation and the use of the preparation for the dyeing of cellulose-containing fiber materials.

Description

과립 형태의 류코인디고 제조물 및 이것의 제조 방법Leucoindigo preparation in granule form and preparation method thereof

본 발명은 류코인디고(leucoindigo) 및 알칼리 금속 수산화물로 이루어지는 과립 형태의 신규 류코인디고 제조물에 관한 것이다.The present invention relates to a novel leucoindigo preparation in the form of granules consisting of leucoindigo and alkali metal hydroxides.

본 발명은 또한 류코인디고 제조물의 제조 방법 및 류코인디고 제조물을 사용하여 셀룰로오스 함유 텍스타일 재료를 염색시키는 방법에 관한 것이다.The invention also relates to a process for the preparation of a leucoindigo preparation and a method for dyeing a cellulose containing textile material using the leucoindigo preparation.

인디고는 셀룰로오스 함유 텍스타일 재료, 특히 청색 데님(denim) 제품용의 면날식(cotton warp yarn)의 염색에 사용되는 널리 공지된 배트 염료(vat dye)이다.Indigo is a well known bat dye used for dyeing cellulose containing textile materials, in particular cotton warp yarns for blue denim products.

염색을 위해서는, 우선 수불용성 인디고를 환원(배팅)에 의해 수용성류코(leuco) 형태로 변환시켜야 하는데, 류코 형태는 염색시킬 재료에 흡수된 후에는 산화되어 다시 안료로 된다.For dyeing, the water-insoluble indigo must first be converted into a water-soluble leuco form by reduction (batting), which is oxidized and then converted back into a pigment after being absorbed by the material to be dyed.

통상의 염색 방법에서는, 염욕의 용기 상류에 있는 알칼리성 매질에, 나트륨 디티오나이트 및 티오우레아 디옥사이드와 같은 무기 환원제, 또는 히드록시아세톤과 같은 유기 환원제를 첨가함으로써 인디고를 배팅시킨다. 류코인디고의 일부는 공기가 통과할 때와 염료조의 표면에서 공기와의 접촉에 의해서 산화되고 이러한 연유로 염욕에 소량의 환원제를 또한 첨가함으로써, 재배팅시켜야 하기 때문에, 환원제의 추가적 기계 의존적 부분은 염색과정에서 소모된다.In a conventional dyeing process, indigo is batted by adding an inorganic reducing agent such as sodium dithionite and thiourea dioxide, or an organic reducing agent such as hydroxyacetone, to the alkaline medium upstream of the vessel of the salt bath. Part of the leucoindigo is oxidized when air passes and by contact with air on the surface of the dye bath and for this reason must be rearranged by addition of a small amount of reducing agent to the salt bath, so that an additional machine dependent part of the reducing agent is dyed. Consumed in the process.

상기 환원제를 사용하는 인디고의 배칭에 있어 한가지 단점은 나트륨 디티오나이트를 사용하는 경우에는 황산염 때문에(인디고 염색소의 폐수에서 측정한 바, 약 3,500 내지 5,000mg/l의 황산염 존재), 또는 히드록시아세톤을 사용하는 경우에는 산소 소모성 물질 때문에(인디고 염색소의 폐수에서 측정한 바, COD 약 8,000mg/l의 산소 소모성 물질 존재), 염색소의 폐수에 적재량이 많아지게 되는 것이다. 추가로, 예컨대 나트륨 디티오나이트를 사용하는 환원에는 다량의 알칼리가 첨가되어야 한다.One disadvantage in the batching of indigo using this reducing agent is because of the sulphate when using sodium dithionite (as measured in the wastewater of indigo dyehouse, the presence of about 3,500 to 5,000 mg / l sulphate), or hydroxyacetone In the case of using, due to the oxygen-consumable substance (as measured in the waste water of the Indigo dyehouse, the presence of oxygen-consuming substance of about 8,000mg / l COD), the amount of loading in the wastewater of the dyehouse is increased. In addition, a large amount of alkali must be added to the reduction using, for example, sodium dithionite.

분말상의 고형질을, 안정제로서 글리세롤과 같은 폴리히드록시 화합물, 특히 알칼리 또는 아연 분진과 혼합시킨 당, 예를 들어 당밀로부터 유래된 화합물을 함유하는 류코인디고의 페이스트상 제조물로 제조하는 방법도 또한 공지되어 있다(DE 200 914 도는 235 047). 이러한 제조물을 염색에 사용하는 경우, 염색공장의 폐수중에 있는 황산염의 함량을 효과적으로 낮출수 있는 것은 사실이지만, 결과적으로 TOC(총 유기탄소량), COD(화학적 산소 요구량) 또는 BOD(생물학적 산소 요구량)으로 측정한 바, 용존 유기 히드록시 화합물로 인해 폐수중의 적재량이 매우 높아지게 되는데, 에를 들어 25 중량%의 당밀을 함유하느 60 중량%의 류코인디고 제조물의 COD는 약 8,000mg/l이다.Processes for preparing powdered solids as pasty preparations of leucoindigo containing sugars, for example compounds derived from molasses, mixed with polyhydroxy compounds such as glycerol, in particular alkali or zinc dust, as stabilizers are also known. (DE 200 914 degrees is 235 047). It is true that when these preparations are used for dyeing, the content of sulfates in the wastewater of the dyeing plant can be effectively lowered, but as a result TOC (total organic carbon content), COD (chemical oxygen demand) or BOD (biological oxygen demand) The dissolved organic hydroxy compound results in a very high loading in the wastewater, for example the COD of a 60% by weight leucoindigo product containing 25% molasses is about 8,000 mg / l.

FR-A-360 447 호에는 또한 류코인디고의 알칼리 금속염의 중성 용액이 매우 얇은 층에서 증발 건조된 고형질의 백색 인디고 제조물을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이러한 방식으로 수득된 생성물은 과립 형태가 아니며 소화되지 않은 석회와의 혼합에 의해 안정화된다.FR-A-360 447 also describes a process for producing a solid white indigo preparation wherein a neutral solution of an alkali metal salt of leucoindigo is evaporated to dryness in a very thin layer. However, the product obtained in this way is not in the form of granules and is stabilized by mixing with undigested lime.

마지막으로, 독일 특허 출원 P 43 10 122.4호에는 인디고를 촉매 수소화 반응으로 수득된 알칼리성 수용액의 형태인 예비 환원 형태로 사용하는 염색 방법이 기재되어 있다. 이 방법은 폐수에 유기 물질이 적재되는 것을 배제시키면서도 황산염의 수준을 염색 공정중에 공기 접촉에 필요한 하이드로설파이트의 양으로 감소시켰다. 그러나, 사용된 류코인디고 용액이 산화 반응에 민감하고, 산소의 엄격한 배제하에 취급되어야 하는 단점이 있다.Finally, German patent application P 43 10 122.4 describes a dyeing process using indigo in the form of preliminary reduction, which is in the form of an alkaline aqueous solution obtained by catalytic hydrogenation. This method reduced the level of sulphate to the amount of hydrosulfite needed for air contact during the dyeing process while precluding the loading of organics into the wastewater. However, there is a disadvantage that the leucoindigo solution used is sensitive to oxidation reactions and must be handled under strict exclusion of oxygen.

본 발명의 목적은 앞서 언급한 단점들을 배제하고 염색 공정에 유리한 류코인디고 제조물을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a leucoindigo preparation which is advantageous for the dyeing process, excluding the above mentioned disadvantages.

본 발명자들은 이러한 목적이 류코인디고와 알칼리 금속 수산화물을 필수 구성 성분으로 하는 과립 형태의 류코인디고 제조물에 의해서 달성된다는 것을 발견하였다.The inventors have found that this object is achieved by the preparation of leucoindigo in granule form with leucoindigo and alkali metal hydroxide as essential components.

본 발명자들은 또한 류코인디고의 알칼리성 수용액을 균질한 혼합과산소를 배제시키는 조건하에서 농축 건조시키는 단계를 포함하는, 상기 류코인디고 제조물의 제조 방법을 개발하게 되었다.The inventors have also developed a process for the preparation of the leucoindigo preparation, which comprises the step of concentrated drying the alkaline aqueous solution of leucoindigo under conditions that exclude homogeneous mixed peroxygen.

마지막으로, 본 발명은 류코인디고 제조물을 사용하여 셀룰로오스 함유 텍스타일 재료를 염색시키는 방법을 제공하는 것이다.Finally, the present invention provides a method of dyeing a cellulose-containing textile material using a leucoindigo preparation.

본 발명의 류코인디고 제조물은 필수 성분인 류코인디고와 알칼리 금속 수산화물을 1:1 내지 1:10, 바람직하게는 1:1 내지 1:2의 몰비로 함유한다.The leucoindigo preparation of the present invention contains leucoindigo which is an essential component and an alkali metal hydroxide in a molar ratio of 1: 1 to 1:10, preferably 1: 1 to 1: 2.

그러므로, 류코인디고는 알칼리 금속 수산화물의 함량에 따라, 모노알칼리 금속염 또는 디알칼리 금속염으로서 존재한다.Therefore, leucoindigo exists as a monoalkali metal salt or a dialkali metal salt, depending on the content of the alkali metal hydroxide.

적합한 알칼리금속 수산화물의 예로는 구체적으로 수산화칼륨, 특히 수산화나트륨이 있다.Examples of suitable alkali metal hydroxides are specifically potassium hydroxide, in particular sodium hydroxide.

본 발명의 류코인디고 제조물의 기본적인 특징은 과립형이다. 과립은 평균 입자 크기가 0.1 내지 2mm, 바람직하게는 0.5 내지 1.5mm인 구형입자인 것이 일반적으로 지배적이다.The basic feature of the leucoindigo preparation of the present invention is granular. The granules are generally dominant with spherical particles having an average particle size of 0.1 to 2 mm, preferably 0.5 to 1.5 mm.

이들 입자들이 안정제의 부재시에도 산화 안정성은 주목할만 하다. 이들 입자들은 취급이 용이하고, 공기중에 그대로 저장할 수 있다. 그러나, 장기간 저장시에는 밀봉 용기에 저장하는 것이 바람직하다.The oxidation stability of these particles is notable even in the absence of stabilizers. These particles are easy to handle and can be stored in air. However, for long term storage it is desirable to store in a sealed container.

본 발명의 류코인디고 제조물의 특별한 장점은, 촉매 수소화에 의한 류코인디고의 제조에서 수득된 수용액을 정화 처리한 후(그 자체로 촉매의 제거 후)에 건조에 직접 사용할 수 있다는 점이다.A particular advantage of the leucoindigo preparation of the present invention is that it can be used directly for drying after the clarification treatment (after removal of the catalyst) of the aqueous solution obtained in the preparation of leucoindigo by catalytic hydrogenation.

촉매 수소화 자체는 일반적으로 공지된 바와 같이, 예컨대 2 내지 4bar의 수소 압력하 및 60 내지 90℃의 온도에서, 라니 니켈을 촉매로 사용하여 알칼리 인디고 페이스트(통상적으로 10 내지 35 중량%의 인디고, 2 내지 10 중량%의 수산화나트륨)를 환원시킴으로써 일어날 수 있다.Catalytic hydrogenation itself is generally known, for example, with an alkali indigo paste (typically 10-35% by weight of indigo, 2) using Raney nickel as the catalyst, under hydrogen pressure of 2-4 bar and at a temperature of 60-90 ° C. To 10% by weight sodium hydroxide).

수득된 류코인디고 용액에는 10 내지 35 중량%, 바람직하게는 15 내지 30 중량%, 특히 바람직하게는 20 내지 25 중량%의 류코인디고가 함유되어 있는 것이 일반적이다.It is common for the obtained leucoindigo solution to contain 10 to 35% by weight, preferably 15 to 30% by weight, particularly preferably 20 to 25% by weight of leucoindigo.

본 발명의 제조 방법에서, 류코인디고 용액을 산소가 배제된 조건에서 농축 건조시킨 다음, 질소와 같은 보호성 기체로 불활성화시키고 균질하게 혼합시키는 것이 유리하다.In the production process of the invention, it is advantageous for the leucoindigo solution to be concentrated to dryness in the absence of oxygen and then inactivated and homogeneously mixed with a protective gas such as nitrogen.

감압 조건이 사용되는 가의 여부에 따라서 건조에 필요한 제조 온도는 통상적으로 50 내지 80℃, 또는 70 내지 120℃이다.The production temperature required for drying is usually 50 to 80 ° C, or 70 to 120 ° C, depending on whether or not reduced pressure conditions are used.

건조 공정 동안에, 요액과 고형 생성물을 균질하게 혼합시켜야 한다.During the drying process, the urine solution and the solid product must be mixed homogeneously.

그러므로, 공업용으로 적합한 장치로는 예컨대 회전식 건조기, 패들(paddle) 건조기, 및 힘 세척 접촉 건조기가 포함되며, 건조는 감압(약 50 내지 500 mbar)하에서 수행하는 것이 바람직하다. 필요에 따라서는 건조 장치의 내외에서 거친 분쇄 공정을 추가로 수행할 수 있다.Therefore, devices suitable for industrial use include, for example, rotary dryers, paddle dryers, and force wash contact dryers, preferably drying under reduced pressure (about 50 to 500 mbar). If necessary, the coarse grinding process may be further performed inside and outside the drying apparatus.

본 발명의 방법은 또한, 분무탑 및 특히 분무 유동층과 같은 분무 건조 장치내에서 수행될 수도 있는데, 여기에서는 수분이 증발하면서 고온의 불활성 기체, 바람직하게는 질소와 충돌하게 된다. 여기에서 건조된 생성물이 원하는 입자 크기로 직접 얻어질 수 있다.The process of the invention may also be carried out in a spray drying apparatus, such as a spray tower and in particular a spray fluidized bed, in which moisture vaporizes and collides with a hot inert gas, preferably nitrogen. The dried product here can be obtained directly to the desired particle size.

건조된 생성물을 배출시키기 전에, 고온 상태에서의 재산화를 피할 수 있도록 일반적으로 20 내지 40℃로 냉각시키는 것이 유리하다.Before discharging the dried product, it is generally advantageous to cool to 20-40 ° C. to avoid reoxidation at high temperatures.

본 발명의 방법은 류코인디고 제조물을 과립 형태로 연속해서 제조하기 위한 간단한 방식을 제공한다. 일반적으로 건조된 생성물의 환원되지 않은 인디고 함량은 단지 8 중량% 미만이다.The process of the present invention provides a simple manner for the continuous production of leucoindigo preparations in granular form. Generally the unreduced indigo content of the dried product is only less than 8% by weight.

유리하게는, 본 발명의 류코인디고 제조물은 셀룰로오스 함유 텍스타일 재료의 염색용으로 적합하다. 수득된 염료는 이러한 요건을 완전히 만족시킨다. 염색 과정에서 폐수의 황산염 수준 및 알칼리 금속 수산화물의 소비는 급격히 감소되고, 염색 과정에서의 공기 접촉에 의해 재산화된 류코인디고만이 다시 환원되어야 한다.Advantageously, the leucoindigo preparation of the present invention is suitable for dyeing cellulose containing textile materials. The dyes obtained fully satisfy this requirement. In the dyeing process, the level of sulphate in the wastewater and the consumption of alkali metal hydroxides are drastically reduced, and only leucoindigo, which has been reclaimed by air contact in the dyeing process, must be reduced again.

본 발명에 따른 류코인디고 제조물의 제조Preparation of leucoindigo preparations according to the invention

실시예 1Example 1

류코인디고 20 중량%, 수산화나트륨 5 중량% 및 물 75 중량%의 용액을 30mbar에서, 130℃의 오일욕 온도가 가열시킨 질소 불활성화된 회전식 증발기안으로 조금씩 통과시켜 55rpm의 속도로 농축 건조시켰다. 그 다음 40℃로 내각시켰다.A solution of 20% by weight of leucoindigo, 5% by weight of sodium hydroxide and 75% by weight of water was concentrated to dryness at a speed of 55 rpm at a rate of 55 rpm at 30 mbar through a nitrogen inert rotary evaporator heated to an oil bath temperature of 130 ° C. It was then cabinetd at 40 ° C.

과립의 평균 입자 직경이 1mm가 되도록 거칠게 분쇄하였다. 속슬레(Soxleth) 장치를 이용하여 물로 추출한 결과 수불용성 함량(부산물 및 환원되지 않은 인디고)은 4.4 중량%이었다.The granules were roughly ground so that the average particle diameter of the granules was 1 mm. Extraction with water using a Soxleth device showed a water insoluble content (byproduct and unreduced indigo) of 4.4% by weight.

실시예 2Example 2

류코인디고 20 중량%, 수산화나트륨 5 중량% 및 물 75 중량%의 용액을 질소 불활성화 유동층에서 1.2 msec-1의 유동 기체 속도로 연속적으로 분무 과립화시켰다. 유입 기체의 온도는 130℃ 이었고, 유출 기체의 온도는 90℃로서 유동층에서의 생성물 온도와 같았다. 형성된 과립을 유동층으로부터 스크루우 콘베이어를 거쳐 방출시키고, 질소 정화 용기에 충전시켜서 실온으로 냉각시켰다.A solution of 20% by weight of leucoindigo, 5% by weight of sodium hydroxide and 75% by weight of water was continuously spray granulated in a nitrogen inert fluidized bed at a flow gas velocity of 1.2 msec -1 . The temperature of the inlet gas was 130 ° C. and the temperature of the outlet gas was 90 ° C., which was the same as the product temperature in the fluidized bed. The granules formed were discharged from the fluidized bed through a screw conveyor, filled into a nitrogen purge vessel and cooled to room temperature.

유용한 분획의 과립의 평균 입자 직경은 약 1mm이었다. 불수용성 함량은 5 중량% 미만이었다.The useful particle's average particle diameter was about 1 mm. The water insoluble content was less than 5% by weight.

Claims (8)

류코인디고와 알칼리금속 수산화물을 필수 구성 성분으로 하는 과립 형태의 류코인디고 제조물.A leucoindigo product in the form of granules containing leucoindigo and alkali metal hydroxide as essential components. 제1항에 있어서, 류코인디고 대 알칼리금속 수산화물의 몰비가 1:1 내지 1:10 임을 특징으로 하는 류코인디고 제조물.2. The leucoindigo preparation according to claim 1, wherein the molar ratio of leucoindigo to alkali metal hydroxide is from 1: 1 to 1:10. 류코인디고의 알칼리성 수용액을 균질한 혼합 및 산소 배제의 조건하에서 농축 건조시키는 것을 포함하여, 제1항에 따른 류코인디고 제조물을 제조하는 방법.A method for producing the leucoindigo preparation according to claim 1, comprising concentrated drying of an alkaline aqueous solution of leucoindigo under conditions of homogeneous mixing and oxygen exclusion. 제3항에 있어서, 불활성 대기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.The method of claim 3 wherein the process is performed in an inert atmosphere. 제3항에 있어서, 감압하에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.The method of claim 3 wherein the process is performed under reduced pressure. 제3항에 있어서, 감압하의 불활성 대기에서 수행됨을 특징으로 하는 방법The method of claim 3 wherein the process is carried out in an inert atmosphere under reduced pressure. 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 분무 건조장치에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.7. Process according to any one of claims 3 to 6, characterized in that it is carried out in a spray drying apparatus. 제1항의 류코인디고 제조물을 사용하여 셀룰로오스 함유텍스타일 재료를 염색시키는 방법.A method of dyeing a cellulose-containing textile material using the leucoindigo preparation of claim 1.
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