专利名称：新的偶氮一和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的混合物、一种制备其可稳定储藏的浓缩的染料溶液的方法、这样得到的染料溶液及其用途。
早已知道，4-硝基甲苯2-磺酸以简单的方式进行自缩合产生偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料，例如在BIOS Report 1548中描述了商业制备方法。这些染料是特别用于染纸的直接染料，其中最重要最有商业价值的已知为比色指数直接黄11(缩写为DY11)—一种略带红色色调的黄色直接染料。
已知4-硝基甲苯-2-磺酸在氢氧化钠溶液存在下缩合，形成没有足够水溶性的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯染料的钠盐。还已知，在所说的缩合反应中产生许多对底物有不同程度亲和性的偶氮/氧化偶氮均二苯乙烯组份。
也早已知道，4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸与苛性钠和甲醛以简单方式缩合，产生偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料，产生的染料已知为比色指数直接黄6(缩写为DY6)一种略带绿色色调的黄色染料，也是一种没有足够水溶性的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯染料的钠盐。已知DY6是由比DY11的组份少的组份组成。由于存在预先形成的均二苯乙烯单元，这种染料在结构上含有较少的取代基，使得这种染料的亮度和相对亲和性比DY11高。
优选使用例如用于纸浆染纸的浓缩水溶液不能从这些盐制备，因为这些染料在水中的溶解度只有大约1g/100ml。因此，还没有尝试过为了直接以浓缩的水溶液形式制备染料而进行的缩合。
US3,905,949描述了一种方法，在该方法中，使用4-硝基甲苯-2-磺酸的锂盐作为原料，在作为碱的氢氧化锂存在下进行缩合，得到高度浓缩的易溶于水的糊状染料。与钠盐相比，这样得到的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯染料的锂盐不仅易溶于水，而且有更大的直接性。然而，锂盐也有缺点，它们不能形成稳定的染料溶液，相反，其浓溶液在储藏期间有形成凝胶、结晶或结块的倾向，甚至在制剂助剂例如脲存在下也是这样，使得难以或甚至不能使用它们。而且，在这些制剂中，对电解质和非染料溶质的最高耐受性限定了可以耐受的选择性减少的最大值，从而确定了所得染料的色调。
在德国专利公开号3110261中公开了在氢氧化钠和烷醇胺存在下在水/醇介质中进行的4-硝基甲苯-2-磺酸的缩合。在该方法中，由于存在有机溶剂，得到了可稳定储藏的染料溶液。然而，该方法的缺点是这些制剂含有较高浓度的有机溶剂例如二元醇醚，因此就其VOC含量来说是不具有吸引力的。
欧洲专利申请公开号122224涉及一种制备偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯染料的浓缩水溶液的方法，该方法包括在一种C2-C4单烷醇胺和一种二-或三-烷醇胺的混合物存在下使4-硝基甲苯-2-磺酸发生碱催化的缩合，从染料溶液中除去无机盐。因此，在该方法中需要除去无机盐，例如通过膜分离方法除去。
在US4,560,745中公开了一种制备电解质含量低的染料的方法，在该方法中，首先在存在助溶剂的情况下把染料转变为亲脂性的铵盐，以便把染料从含有盐的合成溶液中分离出来，然后通过加入二乙醇胺而制得染料的二乙醇铵盐，并且回收亲脂性的胺。当该方法用于偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯时，其缺点是，对于含有较多碳原子的亲脂性胺来说，液相不能良好地分离，并且含有较少碳原子(≤C12)的亲脂性胺易于随电解质一起损失在水性废液中达到无法实用的程度。这些因素使得经济效能不具有吸引力，环境效能达不到要求。
本发明的一个目的是提供一种易于实施的方法，通过该方法可以从4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸制备偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯染料，后者具有比色指数直接黄11的色调特征，但是具有超高水平的纤维素亲和性、耐光性和耐酸碱度。本发明的另一个目的是提供可稳定储藏并且基本上不含有机溶剂和无机盐的所说染料的浓缩水溶液，并且这种浓缩液可以远远高于通过其它DY11方法得到的浓缩液。
现已发现，具有比色指数直接黄11染料色调的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的混合物除了需要把4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸转变为直接黄6之外，可以通过使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在一种碱金属氢氧化物和过量的甲醛存在下进行自缩合而得到，得到一种碱金属盐形式，优选钠盐形式的染料。还发现，通过在由不溶于水的低分子量酮和水组成的双相体系中，利用亲脂性的铵盐进行双阳离子交换，把碱金属盐形式的这种染料转变为易溶于水的烷醇铵盐，可以得到浓缩水溶液形式的这种染料。
比色指数直接黄6染料是通过使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在一种碱金属氢氧化物和2.0-2.5摩尔甲醛/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸的存在下进行自缩合而得到的。已经发现，通过使用过量的甲醛可以使这种染料的绿黄色调向红色方向转变。有利的是，甲醛过量55-80％摩尔，即甲醛的用量大约为3.5-4.1摩尔/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸，优选甲醛过量70-80％摩尔，即甲醛的用量大约为3.9-4.0摩尔/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸，最优选甲醛过量大约75％摩尔，即甲醛的用量为3.95摩尔/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸。
因此，本发明的一个方面涉及一种可稳定储藏的带红色色调的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的混合物的浓缩水溶液的制备方法，包括使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在一种碱金属氢氧化物和3.5-4.1摩尔，优选3.9-4.0摩尔甲醛/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸的存在下进行自缩合，然后通过利用亲脂性铵盐进行双阳离子交换而把染料的微溶性碱金属盐转变为水溶性的烷醇铵盐，在该方法中，双离子交换在由不溶于水的低分子量酮和水组成的双相体系中进行，并且在第一级离子交换中使用总共含有12-40个碳原子的三烷基胺，在第二级离子交换中使用每个烷基中含有2-4个碳原子的单-、双-或三烷醇胺。
因此，本发明的方法包括例如在不溶于水的低分子量酮中，用10-60％，优选大约50％的三烷基胺溶液和足量的硫酸一起处理通过使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在一种碱金属氢氧化物和过量的甲醛存在下进行自缩合而得到的染料的水悬浮液或溶液，基本上得到共轭酸形式的亲脂性胺，把比水轻的含有染料的胺盐的有机相与含有不要的电解质的下层水相分离开来，用一种烷醇胺和水萃取有机相，分离出含有染料的水相。残留的酮可以通过例如共沸蒸馏除去。
合适的不溶于水的低分子量酮包括那些在室温下在水中的溶解度低于大约5％重量并且含有5-8个碳原子，优选5-7个碳原子的酮。优选的脂族酮包括甲基异丙基酮、甲基正丙基酮、二乙基酮、甲基正丁基酮、甲基异丁基酮和甲基正戊基酮、环己酮、环戊酮、2-甲基环戊酮和2-甲基环己酮。甲基异丁基酮是最优选的酮，因为它在低的水溶解度、易于从产品混合物中共沸蒸馏和成本因素之间达到了具有吸引力的均衡。
通过在有机相中使用不溶于水的低分子量酮，优选甲基异丁基酮，可以迅速良好地把在亲脂性铵盐生成期间和烷醇铵盐生成期间形成的水相和有机相分离开来。由于具有有利的密度差，还可以容易地洗涤含有染料的溶剂相以除去盐，由于通过选择助溶剂而使相具有一定的比重，使得其中所有的相分离和操作都可以方便地在一个容器中进行。虚拟的不含盐的染料溶液(低钠离子含量)转而提供了用于制备高浓度商用染料制剂例如含有20-50％重量染料固体的制剂的最佳条件，因为甚至是微不足道数量的钠离子都可使偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯染料的溶解度发生相当程度的降低(钠盐的低Ksp)。已经在磺化芳烃，特别是通过利用亲脂性铵盐进行双阳离子交换而进行的常规均二苯乙烯染料液体制剂的商业级生产中，把甲基异丁基酮用作溶剂。
在烷基中含有12-40个碳原子并且被用于第一级阳离子交换反应中的二-或三烷基胺例如可以是下列化合物三丁基胺、三己基胺、二甲基十八碳烷基胺、甲基二癸基胺、三十二碳烷基胺、甲基二辛基胺、三正辛基胺、三异辛基胺或三(2-乙基己基)胺。不仅可以使用纯化合物，也可以使用胺特别是脂肪胺例如可可脂肪胺和牛脂胺的混合物。优选三烷基胺，即总共含有12-25个碳原子的三烷基胺，特别是三丁基胺和三辛基胺，特别优选三异辛基胺和三正辛基胺。
在第一级阳离子交换反应后，染料以亲脂性的三烷基铵盐形式存在于酮相中。分离出含盐的水相，通过下一级阳离子交换反应把染料转变为一种易溶于水的盐，即转变为单-、二-或三烷基铵盐，其中每个烷基包含2-4个碳原子。合适的C2-C4单烷醇胺的例子为乙醇胺、正丙醇胺、正丁醇胺、2-氨基-1-丁醇或2-羟基乙氧基乙胺。合适的二烷醇胺包括二乙醇胺和二异丙醇胺。合适的三烷醇胺包括三乙醇胺和三异丙醇胺。除了使用纯粹的化合物之外，还可以使用烷醇胺的混合物。
本发明的方法，包括染料的微溶性碱金属盐的制备方法例如可以按照下列方式进行。
把足量的固体4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸二钠盐溶于足够的热水中，得到一种溶液，优选一种标称8％w/w的游离酸溶液，或者88％的4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸二钠盐溶液。然后加入一种碱金属氢氧化物溶液，例如氢氧化钾溶液或优选氢氧化钠溶液(50％w/w)。碱金属氢氧化物的数量可以在一定的范围内变化，但是应当至少足以使必需量的甲醛发生氧化。然后在碱条件下例如在大约11-13的pH范围内，在60-80℃的温度范围内，通过用1-5小时的时间加入以多聚甲醛或福尔马林溶液形式，优选以多聚甲醛形式存在的甲醛(3.5-4.1摩尔/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸)，使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸盐发生缩合反应。可以使用上述的化学计量范围来达到当今可接受的任何所要的色调，或者可以使用直接黄11。当缩合完成后，用一种矿物酸例如硫酸把反应混合物酸化到pH5-8，然后把反应物转移到含有不溶于水的低分子量酮例如甲基异丁基酮和亲脂性胺例如三辛基胺的混合物中并且预热到55-60℃的萃取器中。在搅拌下把中和后的染料浆液和浓硫酸(90-96％w/w)同时加入萃取溶剂中，其中亲脂性胺与酸反应产生的热量提供了足够的萃取热能使萃取混合物的温度升高到65-80℃。大约15分钟后，停止搅拌，立刻进行相分离。选择胺的数量使得偶氮-或氧化偶氮-均二苯乙烯染料完全转变为相应的铵盐。为了最大程度地减少该方法废液的颜色和最大限度地提高产率，以染料的磺基为准，使用超过1当量，例如过量5-60％摩尔的叔亲脂性胺是有利的。不溶于水的低分子量酮例如甲基异丁基酮的数量可以随亲脂性胺而在40-90％(w/w)的范围内变化，亲脂性胺的最高浓度(最低酮含量)表示一个大小固定的容器每个操作周期的最大通量，因此提供成本最低的产品。
在用亲脂性胺把染料完全转变为相应的铵盐后，除去含有无机盐的下层水相并且扔弃。单独用水洗涤所要的溶剂相以进一步除去无机电解质，或者根据所用的亲脂性胺过量的摩尔数和最终所要的液体染料的溶液浓度，用5-15％(w/w)水和烷醇胺例如二乙醇胺的溶液洗涤以选择性地除去无色的磺化化合物或阴离子化合物。然后把水和C2-C4烷醇胺例如二乙醇胺加入含有染料的酮相中，在60-80℃的温度范围内充分搅拌混合物1-2小时，这时，在染料的亲脂性铵盐中生成了亲水性的烷醇铵盐例如二乙醇铵盐，染料被转移到水相中。可以方便地使用等当量的或稍微过量的(最高达10％)烷醇胺。在该第二级阳离子交换中，在水相和有机相之间可以达到良好的相分离，可以容易地把含有染料的水相分离出来。通过共沸蒸馏可以容易地从染料的水溶液中除去残留的酮。
最后，通过稀释可以把染料溶液调节到所要的商用着色力。这样得到的现成的染料浓缩液是稳定的，甚至在长期储藏后都是稳定的，没有变稠的倾向。
如果在加料后，胺的数量在水相中有所损失的话，回收的含胺的酮相不需要任何纯化操作可直接用于下一批。甚至在重复使用胺/酮混合物后，都能制得品质均匀的染料制剂。
本发明的染料溶液优选用于在纸浆染色胶纸或无胶纸。然而，也可以用于通过浸没法染纸和在胶印中染纸。本发明的染料溶液用于在纸浆中染纸时，不会把造纸废水染色，或者废水的染色程度远远低于用常规的比色指数直接黄11-型染料染色时得到的废水。
本发明的染料对纤维具有很高的直接性。在纸上的染色具有良好的耐光性—随曝光时间的延长，色调的细微变化，特别是具有良好的耐湿性。本发明的染料溶液使纸着色，与典型的直接黄11相比，具有更高的亮度(色度)以及在遇到常用于加工/成形纸品的酸碱胶时抵制色调变化的能力。
本发明的染料溶液的最大吸收波长在412-425nm处，这是DY11的典型特征，相比之下，DY6的最大吸收波长在404-410nm处。
通过下列非限定性的实施例对本发明作详细说明，其中份和百分数代表重量。
除去下层的水相并且扔弃。用4000份水或3600份水和400份二乙醇胺的混合物洗涤溶剂相以选择性地除去无色的磺化化合物或阴离子化合物。下层的水相经沉降后扔弃。然后把水(6300份)和二乙醇胺(2350份)加入含有染料的MIBK相中，在60-80℃的温度范围内充分搅拌混合物1-2小时。停止搅拌，根据所用的搅拌和相的高度宽度尺寸，让两相沉降0.5-3小时。分出含有染料的下层相，转移到装有蒸馏装置的容器中，将粗的染料溶液至少蒸馏到不再有MIBK被共沸蒸出为止，之后，根据需要进行选择性地蒸馏以达到所要的产品浓度。
如果需要的话，通过用水稀释可以把染料溶液调节到所要的商用着色力。这样得到的现成的染料浓缩液是完全稳定的，甚至在长期储藏后都是稳定的，没有变稠的倾向。
权利要求
1.一种具有比色指数直接黄11染料色调的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的混合物，它可以通过使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在一种碱金属氢氧化物和甲醛存在下进行自缩合而得到。
2.一种制备具有比色指数直接黄11染料色调的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的混合物的方法，包括除了需要把4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸转变为直接黄6之外，使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在碱性条件下与过量的甲醛进行自缩合。
3.权利要求2的方法，包括使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在碱性条件下与3.5-4.1摩尔甲醛/1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸进行自缩合。
4.权利要求3的方法，其中1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸使用3.9-4.0摩尔的甲醛。
5.权利要求4的方法，其中1摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸使用3.95摩尔的甲醛。
6.权利要求2的方法，其中使用以多聚甲醛或福尔马林形式存在的甲醛。
7.一种制备具有比色指数直接黄11染料色调的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的浓缩水溶液的方法，包括(a)除了需要把4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸转变为直接黄6之外，使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在碱性条件下与过量的甲醛进行自缩合；(b)在缩合反应基本上完成后，酸化步骤(a)的反应混合物；(c)通过把步骤(b)的酸化后的混合物加入含有不溶于水的低分子量酮和至少一种含有12-40个碳原子的三烷基胺的混合物中进行第一级阳离子交换，烷基胺的数量、反应时间和温度足以把偶氮-或氧化偶氮均二苯乙烯染料完全转变为相应的铵盐；(d)通过向酮相中加入一种每个烷基中含有2-4个碳原子的单-、双-或三烷醇胺的水溶液进行第二级阳离子交换，烷醇胺的数量、反应时间和反应温度足以使基本上所有的染料从酮溶剂相转移到水相中；以及(e)把染料水溶液从酮相中分离出来。
8.权利要求7的方法，其中每摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸使用3.5-4.1摩尔的甲醛。
9.权利要求8的方法，其中每摩尔4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸使用3.9-4.0摩尔的甲醛。
10.权利要求7的方法，其中使用以多聚甲醛或福尔马林形式存在的甲醛。
11.权利要求7的方法，其中低分子量的酮在室温下在水中的溶解度小于大约5％重量，并且含有5-8个碳原子。
12.权利要求11的方法，其中低分子量的酮是甲基异丙基酮、甲基正丙基酮、二乙基酮、甲基正丁基酮、甲基异丁基酮和甲基正戊基酮、环己酮、环戊酮、2-甲基环戊酮或2-甲基环己酮。
13.权利要求12的方法，其中低分子量的酮是甲基异丁基酮。
14.权利要求7的方法，其中在第一级阳离子交换反应中使用总共含有12-50个碳原子的三烷基胺。
15.权利要求14的方法，其中在第一级阳离子交换反应中使用三异辛基胺或三正辛基胺。
16.权利要求7的方法，其中使用C2-C4二烷醇胺进行第二级阳离子交换反应。
17.权利要求7的方法，其中使用二乙醇胺进行第二级阳离子交换反应。
18.权利要求7的方法，其中通过一种亲脂性的三异辛基铵盐把微溶的碱金属染料的盐转变为易溶于水的二乙醇铵盐。
19.权利要求7的方法，其中通过一种亲脂性的三正辛基铵盐把微溶的碱金属染料的盐转变为易溶于水的二乙醇铵盐。
20.一种具有比色指数直接黄11染料色调的偶氮-和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料混合物的浓缩水溶液，其包含一种使4，4’-二硝基-2，2’-均二苯乙烯二磺酸在碱金属氢氧化物和甲醛存在下进行自缩合而得到的染料，该染料以每个烷基部分中含有2-4个碳原子的单-、双-或三烷醇胺的盐形式存在。
全文摘要
一种具有比色指数直接黄11染料色调的偶氮－和氧化偶氮均二苯乙烯黄色染料的混合物除了需要把4,4'－二硝基－2,2'－均二苯乙烯二磺酸转变为直接黄6之外,可以通过使4,4'－二硝基－2,2'、均二苯乙烯二磺酸在一种碱金属氢氧化物和过量的甲醛存在下进行自缩合而得到。染料的浓缩水溶液可以通过利用亲脂性铵盐进行双阳离子交换而把染料的微溶性碱金属盐转变为水溶性的烷醇铵盐而制得。在该方法中,双离子交换在甲基异丁基酮/水的双相体系中进行,并且在第一级离子交换中使用总共含有12－40个碳原子的三烷基胺,在第二级离子交换中使用每个烷基部分中含有2－4个碳原子的单－、双－或三烷醇胺。这种染料特别用于染纸。
文档编号C09B67/22GK1362981SQ00808260
公开日2002年8月7日 申请日期2000年5月25日 优先权日1999年6月2日
发明者F·H·古佐莱斯 申请人:西巴特殊化学品控股有限公司