一种新型反应性蓝色染料及其制备方法
技术领域
本发明涉及精细化工技术领域,尤其涉及一种新型反应性蓝色染料及其制备方法。
背景技术
蓝色反应性染料是活性染料中的三原色之一,主要产品有C.I活性深兰194(活性深兰M-2GE)、C.I活性艳兰19(活性艳兰KN-R)、C.I活性艳兰49(活性艳兰SPR)、C.I活性艳兰74(活性艳兰KE-R)等,这几种兰色品种虽然在纤维素纤维上可以染色得到不同鲜艳度的色光,但C.I活性艳兰74(活性艳兰KE-R)为淡兰色,染深性能不好、能耗高,固色率低只有60%;C.I活性艳兰49(活性艳兰SPR)只能作为印花不能染色,色光偏红、固色率62%-65%;C.I活性艳兰19(活性艳兰KN-R)虽然可以染色得到不同鲜艳度的色光,因固色时使用纯碱或烧碱乙烯砜硫酸酯水解,常常造成纤维表面出现色花、色斑,同时成本较高、性价比差,印染用户难以接受。C.I活性深兰194(活性深兰M-2GE)生产时成品采用盐析制得,产生大量废水,污染环境;染色色光不鲜艳、得色不深,同时易洗涤性差导致日晒牢度、耐磨擦牢度差。该产品为市场中产量、销量最多的商品,其染料结构为下式(1)的化合物。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有产品部分应用性能的不足,提供一种新型反应性蓝色染料化合物。
本发明的另一目的是提供一种上述化合物的制备方法。
本发明还有一个目的提供上述化合物作为一种新型反应性蓝色染料的用途。
本发明的目的可以通过以下措施达到:在新染料结构设计中,仍保留H酸(1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸)作为偶合组份,使其仍保留原有的蓝色色调,三聚氯氰、乙烯砜硫酸酯作为活性基。首先对第一缩合组份乙烯砜硫酸酯的结构优化,对缩合组份的局部结构进行修饰,主要是在羟乙基硫酸酯上再引入体积较大的磺酰胺基、乙基砜基,从而提高分子的疏水与亲水组成比,使其分子结构的共平面性大幅度下降,从而适当提高染料的直接性因磺酸基多水溶性好但易造成染深色时深度不够;其次改变酸偶、碱偶反应、缩合反应的顺序及反应条件;上述两种改进的结果产品不盐析无废水产生,提高产品的上染率、固色率、改善鲜艳度,日晒牢度和耐摩擦牢度相对提高0.5-1级。
本发明涉及一系列可以作为新型反应性蓝色染料料的结构通式如下的化合物:
式中:R=H或SO3H;M1、M2、M3各自独立为H(自由酸的形式)或钠或钾(金属盐的形式),优选以碱金属盐的形式存在。
上式中,R优选H或-SO3H。本发明最优选的两个主要化合物,其结构如下所示:
上述化合物作为新型活性蓝色染料具有色泽鲜艳、颜色深、溶解度高,配伍性好、提升力高、固色率高,各项牢度优良等特点。该染料适用于纤维素纤维、蛋白质纤维、粘胶纤维和聚酰胺纤维染色、印花和轧染,耐日晒、耐摩擦牢度高于一般品种的0.5-1级。
式(I)(IV)化合物的一种制备方法为:三聚氯氰与2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯化物缩合后与间双二次缩合,缩合物降温后与盐酸、亚硝酸钠进行重氮,重氮与H酸进行酸偶再与对氨基磺酸钠或2,5-二磺酸-苯胺的重氮盐碱偶,染液直接喷雾干燥得半成品。每次偶合反应重氮盐必须消失才能进行下一步的反应。
其中2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯主要是采用对乙酰氨基苯磺酰氯与2-氯乙胺盐酸盐和巯基乙醇反应生成的硫化物进行缩合得硫醚,将硫醚再氧化、酯化得到。对氨基磺酸钠、2,5-二磺酸-苯胺的重氮都是采用冰磨重氮方法制备的,反应温度为5~10℃、pH值为1~1.5。本发明中所谓的H酸是1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸的简称,间双是2,4-二氨基苯磺酸钠的简称。
化合物(I)的具体制备方法如下:
将15.8g乙酰苯胺加入到128g氯磺酸中于40-65℃反应2小时,滴加26.7g氯化亚砜反应2小时,稀释析出过滤得59g(40%)潮品对乙酰氨基苯磺酰氯。
将13.5g2-氯乙胺盐酸盐在搅拌下加入到与8.7g巯基乙醇溶液中,调节pH=4.8,于55℃反应4小时生成13.2gβ-羟乙基硫醚乙基胺。降温至0℃,缓慢加入59g(40%)潮品对乙酰氨基苯磺酰氯,调节pH=3.8,控制温度0-2℃反应4小时,分离、洗涤得到30.7g对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-2-羟乙基硫醚。
于三口烧瓶中加入3.15g钨酸钠晶体和6g水,滴加0.45g30%的盐酸,调pH=5.8。缓慢加入30.7g对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-β-羟乙基硫醚,然后1小时内滴加11.2g30%的双氧水升温到30-40℃,10%的纯碱水调pH值5-6,再在1小时内滴加11.4g30%的双氧水升温到50℃,10%的纯碱水调pH值6,最后升温到80℃反应8小时氧化成砜基,酸化pH=3.5,缓温20℃析出,过滤得61.9g对乙酰氨基苯磺酰胺乙基砜基-2-羟乙基潮品。
酯化反应器中加入9.8g98%的硫酸,搅拌下加入上述潮品,开启真空,缓慢升温到130℃,控制真空度大小为0.2-0.3Mpa,反应8小时终点到达,降温出料、粉碎得40.3g(含量为96.4%)中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯。
将18.6g三聚氯氰加入到5g水、30g冰中打浆1小时,温度小于0℃;然后直接加入制备好的40.3g(含量为96.4%)中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯,打浆30分钟至1小时待pH降至1.2,缓慢用17.6g小苏打调节pH=3-3.5,温度控制0~5℃,保持pH=3-3.5、温度0~5℃反应至缩合终点到达,同时测液相纯度达95%,准备二次缩合。
向终点到达的一次缩合液中加入25.6g(80.2%)2,4-二氨基苯磺酸钠工业品,加完后搅拌20分钟,然后用7.5g小苏打调节pH=3.5-4,再缓慢升温至25-35℃,同时用6.7g小苏打保持pH=3-5.5,保持pH=3-5.5,温度25-35℃反应3小时至缩合终点到达,同时测液相纯度达92-93%,夹套降温到20℃准备重氮。
向降温好的缩合液中加入60g冰,加入28g30%盐酸、6.7g(97%)亚硝酸钠(配制成30%的亚硝酸钠溶液),控制温度0-5℃、KI试纸微兰色、刚果红试纸深兰色,亚硝酸钠溶液加完后保持温度0-5℃、KI试纸微兰色反应1小时,偶合前用少量的氨基磺酸消除微过量的亚硝酸。
向上述重氮盐中直接加入35.7g(85.5%)H酸粉末,搅拌均匀后用5g水冲洗,温度缓慢回升至15-20℃反应至重氮盐消失,降温至10℃待碱偶。
在500ml的烧杯中加入5g水、50g冰中,加入16.3g对氨基苯磺酸钠与0.2g促进剂打浆0.5~1小时,加20g冰降温至5℃,加入28.6g30%盐酸和6.68g亚硝酸钠(配制成30%的亚硝酸钠溶液),进行重氮反应,控制温度为5~8℃反应1小时,用少量氨基磺酸消除微过量的亚硝酸。
将制得的对氨基磺酸钠重氮盐加入到降温至10℃的酸偶液中进行碱偶,用小苏打调节pH值6-6.5,温度5-8℃反应3小时;染液直接喷雾干燥得偏绿光的反应性蓝色染料,全部浓缩得半成品154g。
化合物(IV)的具体制备方法如下:中间体至酸偶部分的制备方法与化合物(I)相同。
在500ml的烧杯中加入5g水、50g冰中,加入25.8g2,5-二磺酸-苯胺与0.2g促进剂打浆0.5~1小时,加26g冰降温至5℃,加入12.6g30%盐酸和6.7g亚硝酸钠(配制成30%的亚硝酸钠溶液),进行重氮反应,控制温度为0~5℃反应1小时,用少量氨基磺酸消除微过量的亚硝酸。
将制得的2,5-二磺酸-苯胺重氮盐加入到降温至10℃的酸偶液中进行碱偶,用小苏打调节pH值6-6.5,温度5℃反应3小时;染液直接喷雾干燥得偏红光的反应性蓝色染料,全部浓缩得半成品162g。
本发明涉及式(I)(IV)反应性蓝色染料的制备工艺,包括下列反应:磺化反应、缩合反应、氧化反应、水解反应、酯化反应、重氮反应、偶合反应。
本发明涉及制备中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯的缩合反应条件:首先将2-氯乙胺盐酸盐与和巯基乙醇缩合生成β-羟乙基硫醚乙基胺,通过改变反应的温度、pH值提高反应速率及转化率,得到收率不等的硫醚;β-羟乙基硫醚乙基胺与对乙酰氨基苯磺酰氯缩合生成对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-2-羟乙基硫醚,考虑到其对乙酰氨基苯磺酰氯的稳定性、反应速率及转化率,确定反应温度在0-2℃、pH=3.5-4、反应时间,优选出最佳配比、工艺。
本发明涉及中间体的氧化反应条件:在钨酸钠用量不变,反应pH值5.5-6.5、温度30-85℃,改变双氧水与对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-2-羟乙基硫醚的配比,液相检测对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-2-羟乙基硫醚的氧化程度,控制残留量得到双氧水的最佳配比不能少于2:1;同时钨酸钠用量为硫醚的10%,催化效果最好。
本发明涉及的水解、酯化反应条件:与4-(2-羟乙基砜硫酸酯)苯胺水解、酯化条件基本相似,使用专用的酯化反应器,调整酯化反应的摩尔配比、反应温度、搅拌速度,强化搅拌效果、液相跟踪产品的纯度,控制终点到达。
本发明涉及的缩合反应条件:三聚氯氰与2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯于0-5℃、pH=3-3.5进行一次缩合反应;再与间双固体直接进行二次缩合,温度控制25-35℃、pH=3-5.5。
第一次重氮反应:二次缩合物降温到20℃,加盐酸析出后,加入适量的冰降温至0-5℃,加入亚硝酸钠反应生成第一重氮组份。
本发明涉及的酸偶反应条件:将H酸粉末直接加入到第一重氮组份中,于15-20℃反应至重氮盐消失。
二次重氮反应改变传统方法:先将对氨基苯磺酸钠或2,5-二磺酸苯胺溶解,加盐酸析出后,加入适量的冰降温至0-5℃,加入亚硝酸钠溶液于0-5℃反应生成重氮组份。改为对氨基苯磺酸钠或2,5-二磺酸苯胺在冰水为0℃的条件下打浆形成极细的悬浮体,再加入适量的盐酸及亚硝酸钠溶液于5-8℃反应生成重氮组份,节约了碱和酸的用量,制得的重氮组份异构体量少,再由其制得的反应性蓝色染料副产少,提高了其绝对固色率和其它各项牢度。
本发明涉及碱偶反应条件,通过改变其偶合反应的温度、pH值、浓度、碱剂,使用小苏打调节pH值,保持低温、pH=6-6.5、高浓度,提高反应速率及转化率,得到含量不等的偶氮染料,其偶氮染料因含异构体的多少,而产生绝对固色率不同及应用性能发生变化,优选出最佳配比,合成得到比以前已知活性深兰M-2GE染料性能更稳定的反应性蓝色染料。
本发明的积极效果如下:所合成的反应性蓝色染料化合物具有色泽鲜艳、颜色深、溶解度高,配伍性好、提升力高、固色率高,各项牢度优良等特点。该染料适用于纤维素纤维、蛋白质纤维、粘胶纤维和聚酰胺纤维染色、印花和轧染,耐日晒、耐摩擦牢度高于一般品种的0.5-1级。
附图说明
图1为反应性蓝色染料的生产工艺流程。
图2为活性深兰M-2GE的生产工艺流程。
图3为活性艳兰KE-R的生产工艺流程。
图4为标准活性深兰M-2GE与本发明实施例所得反应性蓝色染料的UV对比图。
图中:横坐标表示吸收波长nm,纵坐标Abs表示吸光度的无量纲值。
图中,下方曲线为活性深兰M-2GE的UV曲线,最大吸收波长为599nm,吸收值为0.677;上方曲线为实施例1的UV曲线,最大吸收波长为611nm,吸收值为0.868,吸收值比活性深兰M-2GE的0.677高28%,结果使染色强度高30%。
具体实施方式
下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。
实施例1:
一、中间体制备的缩合反应
将15.8g乙酰苯胺加入到128g氯磺酸中于40-65℃反应2小时,滴加26.7g氯化亚砜反应2小时,稀释析出过滤得59g(40%)潮品对乙酰氨基苯磺酰氯。
二、硫醚合成
将13.5g2-氯乙胺盐酸盐在搅拌下加入到与8.7g巯基乙醇溶液中,调节pH=4.8,于55℃反应4小时生成13.2gβ-羟乙基硫醚乙基胺。降温至0℃,缓慢加入59g(40%)潮品对乙酰氨基苯磺酰氯,调节pH=3.8,控制温度0-2℃反应4小时,分离、洗涤得到30.7g对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-2-羟乙基硫醚。
三、硫醚氧化
于三口烧瓶中加入3.15g钨酸钠晶体和6g水,滴加0.45g30%的盐酸,调pH=5.8。缓慢加入30.7g对乙酰氨基苯磺酰胺乙基-β-羟乙基硫醚,然后1小时内滴加11.2g30%的双氧水升温到30-40℃,10%的纯碱水15g调pH值5-6,再在1小时内滴加11.4g30%的双氧水升温到50℃,10%的纯碱水13g调pH值6,最后升温到80℃反应8小时氧化成砜基,酸化pH=3.5,缓温20℃析出,过滤得61.9g对乙酰氨基苯磺酰胺乙基砜基-2-羟乙基潮品。
四、酯化及水解反应
在酯化反应器中加入9.8g98%的硫酸,搅拌下加入上述潮品,开启真空,缓慢升温到130℃,控制真空度大小为0.2-0.25Mpa,反应8小时终点到达,降温出料、粉碎得40.3g(含量为96.4%)中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯。
五、制备中间体的缩合反应
称取18.6g三聚氯氰加入到500ml的烧杯中,加入到5g水、30g冰中打浆1小时,温度小于0℃;然后直接加入制备好的40.3g(含量为96.4%)中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯,打浆30分钟至1小时待pH降至1.2,缓慢用17.6g小苏打调节pH=2.5-3.5,温度控制0~5℃,保持pH=3-3.5、温度0~5℃反应至缩合终点到达,同时测液相纯度达95%,准备二次缩合。
六、间双的二次缩合
向终点到达的一次缩合液中加入26.2(80.2%)2,4-二氨基苯磺酸钠工业品粉未,加完后搅拌20分钟,加完后搅拌20分钟,然后用7.5g小苏打调节pH=3.5-4,再缓慢升温至25-35℃,同时用6.7g小苏打保持pH=3-5.5,保持pH=3-5.5,温度25-35℃反应3小时至缩合终点到达,同时测液相纯度达92-93%,夹套降温到20℃准备重氮。
七、二次缩合物的重氮化
向降温好的缩合液中加入60g冰,加入28g30%盐酸、7.1g(97%)亚硝酸钠(配制成30%的亚硝酸钠溶液),控制温度0-5℃、KI试纸微兰色、刚果红试纸深兰色,亚硝酸钠溶液加完后保持温度0-5℃、KI试纸微兰色反应1小时,偶合前用少量的氨基磺酸消除微过量的亚硝酸。
八、酸性偶合
向上述重氮盐中直接加入35.7g(85.5%)H酸粉末,搅拌均匀后用5g水冲洗,温度缓慢回升至10-15℃反应至重氮盐消失,降温至10℃待碱偶。
九、对氨基苯磺酸钠的重氮化
在500ml的烧杯中加入5g水、50g冰中,加入17.8g(100%)对氨基苯磺酸钠与0.2g促进剂打浆0.5~1小时,加20g冰降温至5℃,加入28.6g30%盐酸和7.26g亚硝酸钠(配制成30%的亚硝酸钠溶液),进行重氮反应,控制温度为5~8℃反应1小时,用少量氨基磺酸消除微过量的亚硝酸。
十、碱性偶合
将制得的对氨基磺酸钠重氮盐加入到降温至10℃的酸偶液中进行碱偶,用小苏打调节pH值6-6.5,温度5-8℃反应3小时;染液直接喷雾干燥得偏绿光的反应性蓝色染料,全部浓缩得半成品158g。
实施例2:
步骤一至八与实施例1相同。
九、2,5-二氨基苯磺酸的重氮化
在500ml的烧杯中加入5g水、60g冰中,加入28.3g(100%)2,5-二氨基苯磺酸与0.2g促进剂打浆1小时,加30g冰降温至2℃,加入26g30%盐酸和7.3g亚硝酸钠(配制成30%的亚硝酸钠溶液),进行重氮反应,控制温度为3~5℃反应1小时,用少量氨基磺酸消除微过量的亚硝酸。
十、碱性偶合
将制得的2,5-二氨基苯磺酸重氮盐加入到降温至10℃的酸偶液中进行碱偶,加入10g冰,用小苏打调节pH值7.5-8,温度3-5℃反应3小时;染液直接喷雾干燥得偏红光的反应性蓝色染料,全部浓缩得半成品171g。
实施例1及实施例2半成品不盐析,直接喷雾烘干,无废水排放,对生态环境友好。
实施例1及实施例2中所用乙酰苯胺、2-氯乙胺盐酸盐、巯基乙醇、双氧水、硫酸、H酸(1-氨基-8-萘酚-3,6-二磺酸)、间双(2,4-二氨基苯磺酸钠)、对氨基苯磺酸钠、2,5-二氨基苯磺酸、盐酸、亚硝酸钠、制备的中间体含量要每批严格分析,确保含量无误。前五种原料的含量及质量对中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯的收率及纯度影响比较大;合成的中间体2-[2-(4-氨基苯磺酰胺基)乙基砜基]羟乙基硫酸酯纯度及含量要分析准确,否则易造成一次缩合终点不到、纯度偏低;调整对氨基苯磺酸钠、2,5-二氨基苯磺酸的用量,可微调产品的色光、收率;另外提升力、绝对固色率、耐摩擦度等都有所变化。
实施例1所合成的反应性蓝色染料与活性深兰M-2GE经岛津UV-2400PC分光光度计检测:下方曲线为活性深兰M-2GE的UV曲线,最大吸收波长为599nm,吸收值为0.677;上方曲线为实施例1的UV曲线,最大吸收波长为611nm,吸收值为0.868,吸收值比活性深兰M-2GE的0.677高28%,结果使染色强度高30%,具体情况见表1及图4。
图中,实施例1所合成的反应性蓝色染料与活性深兰M-2GE相比具有下列特性:
表1
在表1性能指标的测试过程中,采用了以下标准:
GB/T2374-2007 染料染色测定的一般条件规定
GB/T2381-2013 染料及染料中间体 不溶物含量的测定方法
GB/T2386-2006 染料及染料中间体 水分的测定
GB/T2387-2013 反应染料 色光和强度的测定
GB/T2389-2006 反应染料 水解染料与标准样品相对含量的测定
GB/T2390-2013 染料 pH值的测定
GB/T2391-2006 反应染料 固色率的测定
GB/T3671.1-1996 水溶性染料溶解度及溶液稳定性的测定方法
GB3899.1-2007 纺织品用染料产品 命名原则
GB3899.2-2007 纺织品用染料产品 命名标准色卡
GB/T6688-2008 染料 相对强度和色差的测定 仪器法
GB/T8426-1998 纺织品 色牢度试验 耐光色牢度:日光
GB/T8429-1998 纺织品 色牢度试验 耐气候色牢度:室外曝晒
GB/T8433-2008 纺织品 色牢度试验 耐氯化水色牢度(游泳池水)
由图4可以看出标准活性深兰M-2GE与本发明实施例所得反应性蓝色染料的UV对比,具体数值如表2所示。
表2标准活性深兰M-2GE与实施例1所得染料的UV对比
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和主要原料的情况下可以对这些实施例进行多种配比调整、条件变化,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。