PROCESO PARA PREPARAR TINTES DE ALTA PUREZA
Campo de la invención La invención se relaciona con los procesos para purificar compuestos aromático ácido amino sulfónico y al alto desempeño de los tintes producidos a partir de los compuestos aromático ácido amino sulfónico purificados.
Antecedentes de la invención Muchos tintes, como los pigmentos, se preparan mediante un proceso de dos pasos de diazoación de un compuesto amino aromático seguido por la copulación del producto. En ciertas aplicaciones, como cuando se utiliza el tinte en una tinta acuosa para impresoras de inyección de tinta, es deseable excluir, tanto como sea posible, cualquiera de las impurezas como las sales. Las impurezas salinas en las tintas acuosas para impresoras de inyección de tinta tienden a favorecer la corrosión de las partes metálicas de una impresora de inyección de tinta. Además, las impurezas salinas en ciertas composiciones de tintas acuosas pueden tender a desestabilizar los componentes de la tinta haciendo que los componentes de la tinta precipiten. Hinson y col., Patente Estadounidense No. 4,617,381 describe un proceso para la preparación de Cl Direct
Yello 11 en el que la sal tetrasodio se "acidifica con ácido sulfúrico a un pH menor que 2.5, luego se calienta. fl La sal entonces se neutraliza a un pH de 6.0 a 7.5 con una alcanolamina para precipitar el complejo 5 alcanolamina. La forma acida libre esta descrita como teniendo características de filtración extremadamente deficientes, en vista de que las sales formadas por la neutralización con ácido sulfúrico o clorhídrico forman un lodo viscoso que no podría ser filtrado. Se reporta
10 que el complejo alcanolaminas tienen estabilidad
• mejorada. Ono y col., Patente Estadounidense No. 5,366,543 describen un tinte diazo salado con una amina sustituida teniendo cuando menos un grupo de 6 a 12 átomos de
15 carbono. Se reaccionan por diazoación 2 moles de sec- butilanilina y luego se copulan con 1 mol de ácido di-J
(ácido bis-5, 5' -dihidroxi-2, 2 ' -nafitil) amina-7, 7' - disulfónico) o un compuesto copulante similar. El producto tinte soluble en agua se sala con una amina que
20 tiene cuando menos un grupo con 6-12 átomos de carbono mezclando un exceso de la amina con el tinte soluble en agua en solución acuosa durante 2-5 horas en atmósfera acida o neutra. Cuando la amina es insoluble en agua o tiene baja solubilidad en agua, el paso de formación de
25 la sal se realiza en un disolvente orgánico como alcohol
»_ _ .A<.«- «_ seguido por adición de la solución en una solución acida acuosa, siendo un ejemplo el ácido acético acuoso, para áB precipitar el tinte salado con la amina. El tinte precipitado luego se filtra y se enjuaga con agua. 5 Weberndoerfer y col., Patente Estadounidense No. 4,560,745 describe un proceso para la preparación de tintes funcionales ácido sulfónico teniendo bajo contenido de electrolitos. Una solución o suspensión acuosa de los tintes se mezcla con una amina insoluble en
10 agua teniendo de 12 a 40 átomos de carbono para separar el tinte en la fase lipofílica; llevando el pH a menos que 5 con un ácido, por ejemplo, ácido sulfúrico, y el mezclado del lote, la separación de las fases y el mezclado de la fase del tinte lipofílico con una base
15 soluble en agua y agua para producir una solución acuosa del tinte. Bermes y col., Patente Estadounidense No. 5,431,723 describe una preparación de tinte que esta prácticamente libre de sales extrañas, el tinte o tinte se prepara
20 mediante diazoación del ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' - disulfónico y luego copulando con ácido l-hidroxi-7- aminonaftalen-3-sulfónico en un medio alcalino. El producto copulado se acidifica con ácido clorhídrico o sulfúrico para precipitar el producto tinte. El producto
25 precipitado se filtra, se lava con agua o ácido clorhídrico diluido, y se seca. Aunque estas referencias generalmente describen la flA purificación de un producto tinte, sería ventajoso tener un método mejorado para producir un tinte a base del 5 compuesto ácido amino sulfónico mediante el uso de un producto inicial purificado. Algunas de las ventajas de purificar la materia prima ácido amino sulfónico aromático en lugar del tinte terminado son que: (1) el tinte con frecuencia esta en una forma que es difícil de
10 filtrar y lavar, como puede ser una laca tipo alquitrán,
(2) hay menos material que debe ser purificado para la materia prima que contiene amino y ácido sulfónico en comparación con el tinte copulado; (3) la pérdida de material en el paso de purificación del tinte es menos
15 costosa; y (4) no hay sustancias orgánicas en la corriente residual que necesiten medios para desecho más costosos .
Compendio de la invención 20 De acuerdo con la invención, un compuesto aromático ácido amino sulfónico se purifica mediante un proceso que incluye los pasos de: (a) disolver el compuesto aromático ácido amino sulfónico en medio acuoso que tenga un pH básico 25 (b) acidificar la solución del compuesto aromático
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ácido amino sulfónico con ácido acético para precipitar el compuesto aromático ácido amino sulfónico, y (Bl (c) separar el compuesto aromático ácido amino sulfónico precipitado del medio acuoso. 5 Se ha descubierto que, aunque se utilizan algunos ácidos para la purificación de los tintes antes descritos, el ácido acético proporciona una ventaja notable e inesperada en la purificación de los compuestos del ácido amino ácido sulfónico como los compuestos 10 diaminoestilbeno ácido disulfónico que se utilizan como
• materias primas para los tintes y pigmentos.
Descripción detallada de la invención Los compuestos convenientes para uso en el proceso
15 de la invención son compuestos aromáticos que tienen uno o más grupos amina, de preferencia grupos amina primaria, y uno o más grupos ácido sulfónico. El compuesto aromático amino ácido sulfónico tiene cuando menos un
• anillo aromático y puede tener múltiples anillos. Cuando
20 el compuesto aromático amino ácido sulfónico tiene múltiples anillos aromáticos, los anillos aromáticos pueden fusionarse o formar puentes. Los ejemplos de los anillos aromáticos con puentes incluyen, sin limitación, aquellos que forman puente mediante un grupo alquileno
25 (por ejemplo, metileno o isopropileno) o mediante un
£ *¡ i a_ é ti grupo amina. Además de los grupos amina y ácido sulfónico, el compuesto aromático amino ácido sulfónico flp puede tener otros sustituyentes que incluyen, sin limitación, grupos alquilo y grupos hidroxilo. 5 El compuesto que tiene amino ácido sulfónico se disuelve en medio acuoso teniendo un pH básico. De preferencia, el medio acuoso tiene un pH de cuando menos aproximadamente 10. En una modalidad preferida, el pH del medio acuoso se ajusta para ser desde aproximadamente 10
10 hasta aproximadamente 12. El medio acuoso de preferencia contiene agua y una base como hidróxido de sodio, aunque el medio puede contener otros materiales que no interfieran con el proceso de purificación. El medio acuoso puede ser calentado ligeramente, por
15 ejemplo a alrededor de 45 hasta 50°C, para obtener una solución completa del compuesto aromático amino ácido sulfónico. La solución puede filtrarse si se desea para eliminar las impurezas insolubles. Después de que el compuesto aromático amino ácido
20 sulfónico ha sido completamente disuelto, el compuesto se acidifica con ácido acético. El pH del medio acuoso de preferencia es lleva dentro del intervalo de aproximadamente 4.5 a aproximadamente 5.5, de mayor preferencia en un intervalo de aproximadamente 4.8 a
25 aproximadamente 5.1. El compuesto aromático amino ácido sulfónico debe ser prácticamente precipitado por completo por el ácido acético. Por "prácticamente precipitado por completo" se entiende que la cantidad del compuesto aromático amino ácido sulfónico que permanece en el medio acuoso es menos que aproximadamente 2%, de preferencia menos que aproximadamente 1% e incluso de mayor preferencia menor que aproximadamente 0.75% en peso del peso total del compuesto aromático amino ácido sulfónico. Si en la fase acuosa queda más compuesto aromático amino ácido sulfónico que el deseado, es posible adicionar más ácido acético en incrementos para lograr una precipitación más completa. El compuesto aromático amino ácido sulfónico precipitado se separa del medio acuoso por filtración. El material sólido recolectado se lava con agua caliente. El agua debe tener una temperatura conveniente de cuando menos aproximadamente 35°C. Un intervalo de temperatura adecuado para el agua de lavado es desde aproximadamente 35 hasta aproximadamente 45°C o, de mayor preferencia desde cerca de 35 hasta cerca de 40°C. El compuesto aromático amino ácido sulfónico precipitado se lava con agua caliente hasta que la conductividad del filtrado indica que prácticamente todas las sales solubles han sido eliminadas. Por lo regular, el lavado puede continuar hasta que el filtrado tenga una conductividad menor que aproximadamente 500 micro ohms y, de preferencia, una conductividad menor que 400 micro ohms. 4H El compuesto aromático amino ácido sulfónico precipitado recuperado de preferencia tiene una 5 concentración de ion sulfato menor que aproximadamente 400 ppm y de mayor preferencia menor que aproximadamente 200. El compuesto aromático amino ácido sulfónico precipitado recuperado de preferencia tiene una concentración de ion cloruro menor que aproximadamente
10 100 ppm y de mayor preferencia menor que aproximadamente 80 ppm. El compuesto aromático amino ácido sulfónico purificado se utiliza convenientemente en la producción de un pigmento o compuesto tinte mediante un proceso en
15 dos pasos de diazoación seguido por copulación del producto. Un compuesto aromático amino ácido sulfónico purificado puede ser el compuesto diazotizado, el copulador o ambos. • Los ejemplos de los compuestos aromáticos ácido
20 amino sulfónicos adecuados para la diazoación incluyen, sin limitación, ácidos diaminoestilbeno disulfónicos, incluido el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico; ácidos bis-triazinil-a inoestilbeno disulfónicos, que incluyen el ácido bis-triazinil-4, 4' -diaminoestilbeno- 25 2, 2 ' -disulfónico no sustituido o sustituido con alcoxi o
__ug_>_?__J ¿»¿aa-«. —ti. t¿¡?? ^ ,aaafc..toj><j¡ ,^ au?íMtí amino; ácido sulfanílico; ácidos aminobencensulfónicos como puede ser el ácido l-amino-2-metil-4- bencensulfónico; ácidos a ino-azobencensulfónicos como puede ser el ácido 4-amino-azobencen-4' -sulfónico; y 5 otros. El compuesto diazotizado puede ser copulado utilizando un proceso de copulación habitual. Los ejemplos de los compuestos conocidos como copuladores adecuados incluyen, sin limitación, ß-naftol, ácido gamma
10 (ácido 7-amino-l-hidroxinaftalen-3-sulfónico) , ácido H- • (ácido 8-amino-l-hidroxinaftalen 3, 6-disulfónico) , ácido
I, ácido J, ácido di-J (ácido bis- (5, 5' -dihidroxi-2, 2' - naftil) amina-7, 7' -disulfónico) , ácido 2-hidroxi-3- metilbenzóico, y otros. 15 Los tintes producidos de acuerdo con la invención pueden ser utilizados en tintas para impresoras de inyección de tinta donde la ausencia o las concentraciones extremadamente bajas de impurezas salinas
• es benéfica debido a la tendencia de estas sales a
20 corroer las partes metálicas de la impresora de inyección de tinta. La invención además esta descrita en el siguiente ejemplo. El ejemplo es solo ilustrativo y en ningún sentido limita el alcance de la invención como se
25 describe y reclama. Todas las partes son partes en peso a menos que se indique de otro modo.
Ejemplo 1 Un recipiente adecuado de carga con 130 gramos de agua. Con agitación, se adiciona lentamente 15.4 gramos de un cáustico (hidróxido de sodio acuoso al 39%, 0.15 moles) . Después, se adiciona con alta agitación 30 gramos (0.081 mol) de ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' - disulfónico teniendo una pureza de 97%, 1320 ppm de sulfato y 240 ppm de cloruro. La agitación se continua durante aproximadamente 10 a 15 minutos, se ajusta entonces el pH a 10-12, si es necesario, y la mezcla se calienta a aproximadamente 45 a 50°C para obtener una solución completa. La solución luego se acidifica con 20 gramos (0.33 mol) de ácido acético. La solución acidificada se agita durante 30 a 35 minutos, en cuyo momento el pH debe estar en el intervalo desde aproximadamente 4.8 a aproximadamente 5.1 y el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno- 2, 2' -disulfónico debe estar completamente precipitado, dejando menos que aproximadamente 0.7% en peso del ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico en fase acuosa. La fase acuosa puede ser analizada para la presencia de ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico, se adiciona más ácido acético en incrementos de un gramo, si es
necesario, con agitación adicional, para eliminar más ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico. fl Se filtra la mezcla, el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno- 2,2' -disulfónico recolectado se lava con 400 gramos de 5 agua a 35 hasta 40°C. El lavado con agua a 35-40°C se repite según sea necesario hasta que la conductividad del filtrado sea menor que 400 micro ohms. El ácido 4,4'- diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico recolectado entonces se retira del filtro y se seca. 10 El rendimiento es de 86.0%. El ácido 4,4'- diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico tiene una pureza medida de 96%, 120 ppm del ion sulfato y 56 ppm del ion cloruro.
Ejemplo comparativo A 15 Se carga un recipiente adecuado con 130 gramos de agua. Con agitación se adiciona lentamente 15.4 gramos de un cáustico (hidróxido de sodio acuoso al 39%, 0.15 moles) . Después se adiciona con alta agitación 30 gramos
(0.081 moles) de ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' - 20 disulfónico teniendo una pureza de 97%, 1320 ppm de sulfato y 240 ppm de cloruros. La agitación se continúa durante aproximadamente 10 a 15 minutos, entonces se ajusta el pH a 10-12, si es necesario, y la mezcla se calienta a aproximadamente 45 hasta 50°C para obtener una
25 disolución completa.
. *-_.a i.4 _t_faa.„._ La solución se acidifica con 21.5 gramos (0.19 moles) de ácido clorhídrico. La solución acidificada se agita durante 30 a 35 minutos, en cuyo momento el pH debe estar en el intervalo durante aproximadamente .8 hasta 5 aproximadamente 5.1 y el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno- 2, 2' -disulfónico debe estar completamente precipitado, dejando menos que aproximadamente 0.7% en peso del ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico en la fase acuosa. La fase acuosa puede ser analizada para la presencia de
10 ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico, y se
• adiciona más ácido clorhídrico en incrementos de 0.5 gramos, si es necesario, con más agitación, para eliminar el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico adicional . 15 Se filtra la mezcla, el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno- 2, 2' -disulfónico recolectado se lava con 400 gramos de agua a una temperatura de 35 hasta 40°C. El lavado con agua a 35-40°C se repite según sea necesario hasta que la
• conductividad del filtrado sea menor que aproximadamente
20 400 micro ohms. El ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' - disulfónico recolectado entonces se retira del filtro y se seca. El rendimiento es 86.5%. El ácido 4,4'- diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico tiene una pureza medida
25 de 96.5%, 466 ppm de ion sulfato y 3459 ppm del ion cloruro.
^B> Ejemplo comparativo B Se carga un recipiente adecuado con 130 gramos de 5 agua. Con agitación se adiciona lentamente 14.7 gramos de un cáustico (hidróxido de sodio acuoso al 39%, 0.15 moles). Después se adiciona con alta agitación 29.5 gramos (0.08 moles) de ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' - disulfónico teniendo una pureza de 97%, 1320 ppm de
10 sulfato y 240 ppm de cloruros. La agitación se continúa durante aproximadamente 10 a 15 minutos, entonces se ajusta el pH a 10-12, si es necesario, y la mezcla se calienta a aproximadamente 45 hasta 50°C para obtener una disolución completa. 15 La solución se acidifica con 19.7 gramos (0.20 moles) de ácido sulfúrico. La solución acidificada se agita durante 30 a 35 minutos, en cuyo momento el pH debe estar en el intervalo desde 4.8 a 5.1 y el ácido 4,4'- diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico debe estar
20 completamente precipitado, dejando menos que aproximadamente 0.7% en peso del ácido 4,4'- diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico en la fase acuosa. La fase acuosa puede ser analizada para la presencia de ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico, y se
25 adiciona más ácido clorhídrico [sic] en incrementos de 0.5 gramos, si es necesario, con más agitación, para eliminar el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico adicional . Se filtra la mezcla, el ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico recolectado se lava con 400 gramos de agua a una temperatura de 35 hasta 40°C. El lavado con agua a 35-40°C se repite según sea necesario hasta que la conductividad del filtrado sea menor que aproximadamente 400 micro ohms. El ácido 4, 4' -diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico recolectado entonces se retira del filtro y se seca. El rendimiento es 87.0%. El ácido 4,4'-diaminoestilbeno-2, 2' -disulfónico tiene una pureza medida de 93%, 16,000 ppm de ion sulfato y 68 ppm del ion cloruro. El método del Ejemplo 1 de la invención así produce un producto con una reducción notable en las impurezas salinas corrosivas sobre los productos de los métodos de los Ejemplos Comparativos A y B. La invención ha sido descrita en detalle con referencia a las modalidades preferidas de esta. No obstante, se debe entender que es posible hacer variaciones y modificaciones dentro del espíritu y alcance de la invención y de las siguientes cláusulas.