CN1131284C - γ－喹吖啶酮颜料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用其特定的主色C.I.E色空间值表征的新型γ-喹吖啶酮颜料，以及它的制备方法。这种新型γ-喹吖啶酮颜料特别适合于给诸如汽车漆的涂料组合物和塑料着色。

Description

γ-喹吖啶酮颜料
本发明涉及一种喹吖啶酮颜料，尤其涉及一种具有显著颜色特征的新型γ-喹吖啶酮颜料、它的制备以及它在高分子量有机材料中作为颜料的用途。
喹吖啶酮，又称为5，12-二氢喹啉并[2，3-b]吖啶-7，14-二酮，是一种具有结构式I的众所周知的颜料：
Figure C0012681900031
已知喹吖啶酮的存在形式是三种主要的多晶型变体：α、β和γ形式。
美国专利2844484公开了红色的α形式，美国专利4857646、5229515和5281269公开了作为品红颜料的β形式，美国专利2844485公开了作为深紫色颜料的β形式。
一些专利叙述了不同形式的红色γ-喹吖啶酮颜料。如美国专利2844581叙述了蓝红色的γ-II，美国专利3074950叙述了黄红色的γ-I，美国专利5223624叙述了另一种黄红色的γ-III形式以及它的X-射线-衍射图谱和主要颜色特征。
美国专利4760144叙述了由红色γ-II型喹吖啶酮经转化制备黄红色γ-I型喹吖啶酮的方法，该方法中，红色的γ-II喹吖啶酮在醇/碱中被研磨，或者经预研磨后在溶剂中进行后处理。
本发明涉及一种具有显著颜色特征的新的γ-喹吖啶酮颜料及其制备，该制备采用了一种新的整理法或者直接颜料法。特别地，本发明颜料的特征在于其色空间、其X-射线衍射图谱，为γ形式，其比表面积，一般在17±6m2/g范围内，以及其基本颜料粒径，大体上在0.1-0.5μm范围内。
和现有的γ-喹吖啶酮颜料相比，新的γ形式表现出相当高的色度和截然不同的色调差。有机颜料的色度越高则价值越高。色度高的颜料更具吸引力，并且提供了更好和更多与其它颜料相结合的机会，如与其它有机、无机颜料或者珠光云母颜料相结合。因此色度的差异具有极大的商业价值。由于本发明的γ-喹吖啶酮颜料所具有的突出的坚牢度性能、优越的流变性和独特的颜色特征，它特别适于用在塑料及涂料应用中，尤其是用于汽车涂料***。
本发明涉及一种用色空间值定义的新型γ-喹吖啶酮颜料。色空间值是用已知的测量方法(如下文所述)由如具有颜料主色的喷漆板测出的。采用1976年CIE标准计算方法为基础确定色空间值，并用L、A、B数值表示。本发明的新型γ-喹吖啶酮的色空间值用以下数值表示：
1             1、色空间
2、色空间座标 2、宽范围 2、优选范围 2、最优选范围
3、C(色度) 3、48-59  3、49-58  3、50-57
4、L(亮度) 4、40-47  4、40-46  4、41-45
5、A(红/绿) 5、43-53  5、43-52  5、44-52
6、B(黄/蓝) 6、21-28  6、21-27  6、21-26
颜色的测定是在包含光谱成份的一个大的视野范围内进行的，采用的是来自Applied Color Systems，Inc.的ACS、CS-5色度感受器上的ACS比色计程序，并由DATACOLOR International分布。
为了测定颜色值，首先将本发明的颜料掺入基材中，例如底漆/清漆涂料体系，如实施例5中描述的。然后测定的是着色基材如涂覆板或着色塑料片的颜色值。颜色值在“全遮盖”下测定，这意味着对基材的着色应达到看不到任何背景颜色的程度。在“全遮盖”状态下，不可能看到涂覆板的背景颜色或着色塑料片的背景颜色。
合适的基材包括漆、油墨、涂料组合物和塑料。特别合适的涂料组合物包括常用于汽车工业的底漆/清漆体系。特别合适的塑料包括聚卤代乙烯，特别是聚氯乙烯，以及聚烯烃如低密度、线性低密度或高密度的聚乙烯和聚丙烯。
颜料主色意味着本发明的颜料是用于给基材染色的唯一颜料。
与已知的市售γ-喹吖啶酮相比，如购自Ciba Specialty Chemicals Corp.的MONASTRAL Red Y RT-759-D，购自Clariant的Tarrytown、NY或者HOSTAPERMRed E3B，本发明的新型γ-喹吖啶酮出乎意料地具有黄的色调和相当高的色度。
通常，本发明颜料中至少50％的颗粒的基本颜料粒径在0.1-0.5μm范围内，优选0.1-0.3μm(由电子显微照片显示)。
由BET方法测定的本发明颜料的比表面积为17±6m2/g，优选为17±4m2/g。
本发明喹吖啶酮颜料的X射线衍射图谱显示出γ-喹吖啶酮主峰，如图1所示。图1中的x轴代表了双掠射角，y轴代表了衍射线的强度。这样，新型γ-喹吖啶酮可以用X射线衍射图谱表征，图中显示出与±0.2的2θ双掠射角6.6，13.9和26.5相对应的三个强峰，与13.2和13.5相对应的两个中强峰，以及与16.0、17.0、20.4、21.8、23.8、25.1、27.7和28.6相对应的八个较弱峰。这种新型高色度γ-喹吖啶酮的X射线衍射图谱接近于γ-I型。在2θ双掠射角为13和14.5之间的三个峰的强度和位置会略微有所不同。
新型γ-喹吖啶酮具有优良的颜料特性，如高不透明度、卓越的流变性、热稳定性、耐候性以及相当好的耐絮凝性。它容易分散并能快速达到高的着色力。
尽管本发明的颜料表现出优良的使用性能，但为了进一步提高本发明γ-喹吖啶酮颜料的颜料性能，在相应的准备步骤之前、之中或之后可以非必需地地加入质地改进剂和/或防絮凝剂。
以γ-喹吖啶酮颜料、质地改进剂和/或防絮凝剂混合物的总重量计，加入到本发明γ-喹吖啶酮颜料中的质地改进剂和/或防絮凝剂的量优选为0.05-20％(重量)，更优选1-10％(重量)。
质地改进剂是一种十分有用的附加成份，它可以改善本发明γ-喹吖啶酮颜料的性能。合适的质地改进剂包括至少有12个碳原子的脂肪酸、脂肪酸的酰胺、酯或盐。典型的由脂肪酸衍生的质地改进剂包括诸如硬脂酸或二十二烷酸的脂肪酸，诸如月桂胺和硬脂胺的脂肪胺。此外，合适的质地改进剂还包括：脂肪醇或乙氧基化的脂肪醇、诸如脂族1、2-二醇的多元醇、甘油单硬脂酸酯或聚乙烯醇以及环氧化豆油、蜡、树脂酸和树脂酸盐。
防絮凝剂在颜料工业中是公知的，并且经常还作为流变改进剂，例如，颜料衍生物如磺酸、磺酸盐如金属盐或烷基季铵盐或磺酰胺衍生物。通常，优选使用由来自颜料族的颜料衍生的防絮凝剂，如美国专利3386843、4310359和/或4692189所公开的那些，这些专利引入本文作为参考。
由于本发明的γ-喹吖啶酮颜料具有很好的耐化学性、热稳定性、耐候性和光稳定性，因而非常适合于各种基材的着色，如无机材料，尤其是高分子量有机材料。因此，本发明涉及给高分子量有机材料染色的方法，该方法包括将有效着色量的本发明颜料掺入到高分子量有机材料中，本发明还涉及一种包括高分子量有机材料和有效着色量的本发明γ-喹吖啶酮颜料的组合物。
有效着色量是指能给高分子量有机材料提供所需颜色的任何数量。特别地，以待着色的高分子量有机材料的重量计，本发明γ-喹吖啶酮颜料的用量为0.01-30％(重量)，优选为0.1-10％(重量)。
用本发明颜料着色的高分子量有机材料可以应用于许多领域。例如本发明颜料可用于漆、油墨、釉质涂料组合物以及热塑性或热固性聚合物的着色。
着色的高分子量有机材料优选是一种塑料，该塑料可接着进行压延、铸塑或加工成纤维，或者是一种工业用或车用涂料或油墨涂层。
用本发明颜料着色的高分子量有机材料例如是：纤维素醚、纤维素酯、聚氨酯、聚酯、聚碳酸酯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚砜、聚酰胺、聚环酰胺、聚酰亚胺、聚醚、聚醚酮、聚卤代乙烯、聚四氟乙烯、丙烯酸及甲基丙烯酸聚合物、橡胶、硅氧烷聚合物、苯酚/甲醛树脂、蜜胺、甲醛树脂、脲/甲醛树脂、环氧树脂和二烯橡胶或它们的共聚物。
用于热固型涂料或交联的化学反应型涂料的高分子量有机材料也可用本发明的颜料着色。按照本发明制得的着色的高分子量有机材料尤其适用于含有常用粘合剂以及在高温下反应的涂饰层。该涂饰层可由本技术领域公知的溶剂、含水的或粉末涂料体系得到。用于涂料的着色高分子量有机材料的实例包括丙烯酸树脂、醇酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、蜜胺树脂、脲树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、封端的异氰酸酯、苯并胍胺或纤维素酯树脂或者它们的混合物。按照本发明制备的着色高分子量有机材料还可用于空气干燥涂料或物理干燥涂料，如用于化妆品。
本发明的γ-喹吖啶酮颜料特别适用于制备汽车工业中惯用的涂料，尤其是丙烯酸树脂/蜜胺树脂体系、醇酸树脂/蜜胺树脂体系或热塑性丙烯酸树脂体系，以及水基涂料体系。
用本发明γ-喹吖啶酮颜料染色的涂料和油墨体系具有高光泽度、优异的耐热、耐光和耐候性，并具有抗渗色性和不飞漆性。
本发明的另一个目的是提供一种给高分子量有机材料染色的方法，该方法包括将有效着色量的本发明颜料掺入到高分子量有机材料中。
本发明颜料可采用能制得γ型喹吖啶酮颜料的任何方法来制备，条件是能获得上述的颜料性能和颜色特征。合适的方法例如是起始于未取代的喹吖啶酮原料的整理法，或是由如6，13-二氢喹吖啶酮氧化成γ-喹吖啶酮的直接颜料法。
在优选的整理方法中，喹吖啶酮原料，最好是β-喹吖啶酮原料，经过了预研磨，并在极性溶剂中进行了后处理，所说的极性溶剂如二甲基乙酰胺、四甲基脲、甲基甲酰胺、四甲基砜，并优选二甲亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)，非必需地，可在适宜的颗粒增长剂和相导引剂(phase director)的存在下进行，例如在喹吖啶酮衍生物或6，13-二氢喹吖啶酮衍生物的存在下进行。
特别优选的极性溶剂是二甲亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。
上述整理法中β-喹吖啶酮原料的预研磨可以在工业上公知的卧式或立式的珠磨机如超微磨碎机、或球磨机或高速混合机中进行。在极性溶剂中的后处理步骤可以在任何合适的设备中进行，如捏和机，优选的是带有搅拌器的容器。
尽管这类整理法的一般过程在专利中已有描述，如美国专利2857400和5194088(这两篇专利均引入本文作为参考)，但是制备本发明γ-喹吖啶酮的关键是使用喹吖啶酮原料，优选高纯度的β-喹吖啶酮原料。高纯度指的是下述的β-喹吖啶酮原料：它基本上不含喹吖啶酮合成原料如6，13-二氢喹吖啶酮或在喹吖啶酮合成中产生的其他副产物。
用分光镜法测得的高纯度β-喹吖啶酮原料的纯度优选在99.5％以上，更优选高于99.8％。有益的是，基本上不含6，13-二氢喹吖啶酮、喹吖啶酮醌或其他喹吖啶酮副产物的高纯度β-喹吖啶酮原料是这样制备的：在氧化促进催化剂如醌化合物的存在下，以过氧化氢作为氧化剂，由6，13-二氢喹吖啶酮氧化制得，正如美国专利5840901所述的，该专利引入本文作为参考。
以现有技术的水平为基准，紫色的β-喹吖啶酮能转化成高色度的黄红色γ-喹吖啶酮是新的并且是出乎意料的。
在优选的直接颜料法中，新的γ-喹吖啶酮原料是这样制备的：在催化剂的存在下，以及最好在特定晶相导引剂的存在下，用过氧化氢作为氧化剂，由6，13-二氢喹吖啶酮氧化制得。
可用在由上述整理法或直接颜料法制备新γ型喹吖啶酮的过程中的合适的颜料颗粒增长剂和颗粒相导引剂，例如公开在由本发明人提出的待审批的专利申请系列号60/118419(09/496493)和60/118405(09/496494)中，二者都在1999年2月2日提出申请，它们被引入本文作为参考。
优选的颜料颗粒增长控制剂和晶相导引剂例如是以下反应的产物：该反应中，式I的喹吖啶酮或式II的6，13-二氢喹吖啶酮(式I)
Figure C0012681900081
(式II)分别与芳族磺酸如甲苯磺酸或与杂环基团如巴比土酸以及与甲醛以大约1∶1∶1的摩尔比在浓硫酸中反应，然后用水浸没并分离出反应产物。
下面的实施例列举了本发明的不同实施方式，但是本发明的范围并不局限于此。在实施例中，除非另作说明，所有的份数均以重量计。X-射线衍射图谱用型号为D/Maxll v BX的RIGAKU GEGERFLEX的衍射计测得。颜色的数据用以上所述的CS-5 CHROMA SENSOR分光光度计测得。
实施例1A
按照以下方法对美国专利5840901中所述的高纯度β-喹吖啶酮原料进行预研磨，这种高纯度β-喹吖啶酮原料的粒径为2-6μm，用分光光度分析法测得的喹吖啶酮含量为100％，它是以过氧化氢为氧化剂，由6，13-二氢喹吖啶酮氧化制得的：
装有L形臂的由Union Process，Inc.Akron，Ohio生产的1-SDG AttritorTM磨机中含有3.78升直径为0.6cm的陶瓷研磨介质，其MOH硬度为7.5，Rockwell 45N硬度为60-65，冲击强度为3.0kg/cm，以及压缩强度为8500kg/cm。将350克β-喹吖啶酮原料送入磨机中，在氮气气流中以500 RPM的转速将颜料研磨50分钟。在研磨循环结束时，打开磨机底部的阀门回收产物，同时继续旋转15分钟得到褐色的高度聚集的具有低结晶度的粉末。
实施例1B
向配有温度计、搅拌器和冷凝器的1升烧瓶中装入0.3克由待审的申请60/118419公开的巴比土酸甲基-6，13-二氢喹吖啶酮添加剂以及250ml DMF(二甲基甲酰胺)。于50-55℃将该混合物搅拌15分钟，从而使添加剂部分溶解在溶剂中。加入33克由实施例1A制备的经过预研磨的粉末。用80ml DMF稀释该悬浮液并于50-55℃搅拌2.5小时。将所得的红色悬浮物过滤。滤饼用水洗涤并干燥，制得了红色颜料，如实施例5中提到的，该颜料表现出很好的耐久性和高色度。X-射线衍射图谱显示了这种新型γ-喹吖啶酮的特征(图1)，数据如下：
  散射角(°2θ)   相对强度(％)
    6.7     100
    13.3     40
    13.6     40
    14.0     60
    17.2     9
    20.6     11
    21.9     4
    23.9     7
    25.2     5
    26.6     37
    28.7     5
实施例2
重复实施例1B的方法，用等量的二甲亚砜(DMSO)代替DMF作为极性溶剂，制得了具有相似的X-射线衍射图谱、相似的颜色特征和相似的良好颜料性能的γ-喹吖啶酮。
实施例3
向配有温度计、搅拌器和冷凝器的1升烧瓶中加入250ml NMP(N-甲基吡咯烷酮)。再加入25克由实施例1A制备的经过预研磨的粉末。于48-52℃将该悬浮液搅拌3小时。将所得的红色悬浮液过滤。滤饼用水洗涤并干燥，制得红色的颜料，如以下应用实施例中指出的，该颜料表现出很好的耐久性和高色度。X-射线衍射图谱显示了该γ-I型喹吖啶酮的主要特征，数据如下：
  散射角(°2θ)   相对强度(％)
    6.4     96
    13.0     50
    13.4     66
    13.7     100
    16.9     13
    20.3     14
    23.7     20
    24.9     13
    26.3     89
    27.8     10
    28.5     11
实施例4
向配有温度计、搅拌器和冷凝器的1升烧瓶中装入40克6，13-二氢喹吖啶酮、250ml甲醇、52.8克50％的氢氧化钠水溶液和3.0克50％的苄基三丁基氯化铵水溶液。在缓慢的氮气流中于30-45℃将该混合物搅拌5分钟，加热到50-55℃并在50-55℃下搅拌1小时。加入0.8克在待审的申请60/118405中提到的甲苯磺酸甲基喹吖啶酮颜料添加剂，再加入0.5克蒽醌单磺酸钠盐作为催化剂，将该反应混合物加热至回流。在缓慢的氮气流中保持回流，用蠕动泵以0.3毫升/分钟的设定速度将73克17％的过氧化氢水溶液加入到反应混合物中。将得到的红色悬浮液在回流下再搅拌10分钟，然后用100ml冷水稀释并过滤。滤饼用热水洗涤并干燥，制得38.9g红色的喹吖啶酮。
这种颜料的X-射线衍射图谱显示了γ-喹吖啶酮的特征。当该颜料被掺入塑料或油漆中时，会产生具有优异颜料性能的高色度的亮黄红色，正如以下应用实施例中提到的。
实施例5
该实施例列举了将实施例1B制得的本发明γ-喹吖啶酮掺入汽车漆体系中的实例。
研磨料的配制
向1品脱的缸中加入30.9g丙烯酸树脂、16.4g由45％的丙烯酸树脂溶在甲苯中所构成的AB分散剂、以及42.8g溶剂(SOLVESSO 100，来自American Chemical)。还加入30.0g由实施例1B得到的γ-喹吖啶酮和980克直径4mm的斜钢棒。将缸中的混合物在一个Skandex摇动器上摇动5小时。该研磨料包含25.0％的颜料，且其颜料/粘合剂比值是0.5。
主色
将48.9g上述研磨料，71.7g包含蜜胺树脂催化剂、非水分散性树脂和紫外线吸收剂的固含量47.8％的透明的未着色树脂溶剂溶液，以及29.4g固含量58％的透明的未着色聚酯型氨基甲酸酯树脂溶剂溶液相互混合，并用包括76份二甲苯、21份丁醇和3份甲醇的溶剂混合物进行稀释，从而达到用#2 Fisher Cup测得的喷涂粘度为20-22秒。
将树脂/颜料分散体以1.5分钟的时间间隔向板上喷涂两遍作为底漆。两分钟后，将清漆树脂以1.5分钟的时间间隔向底漆上喷涂两遍。将喷涂过的板在闪蒸室内用空气闪蒸10分钟，然后在265°F(129℃)的烘箱中“烘烤”30分钟，得到红色的板。涂覆过的板具有优良的耐候性，正如在ATLAS加速老化实验机中测得的暴露数据所显示的。
下面的颜色特征数据是在涂覆过的板上测得的。用D65光源和带有镜元件的10度观测器测得的C.I.E.L*、a*、b*、C*色空间值数据如下：
L*＝41.7；a*＝46.9；b*＝23.1；C*＝52.3
实施例6
将63.0g聚氯乙烯、3.0g环氧化豆油、2.0g钡/镉热稳定剂、32.0g邻苯二甲酸二辛酯和1.0g由实施例1B或2到4制备的γ-喹吖啶酮颜料在玻璃烧杯中用搅拌捧混合在一起。在一个温度为160℃、辊速为25rpm、磨擦比为1∶1.2的两辊实验室辊炼机上，通过不断地折叠、脱模及进料将该混合物辊炼8分钟，形成厚度约为0.4mm的软PVC片。得到的软PVC片被染成了醒目的带红头的颜色，并具有优良的耐热牢度、耐光牢度和渗移牢度。实施例7
将5g由实施例1B制备的γ-喹吖啶酮颜料、2.65g CHIMASORB 944LD(受阻胺类光稳定剂)、1.0gTinuvin328(苯并***紫外线吸收剂)和2.0g IRGANOXB-215Blend(抗氧剂)(均可从Ciba Specialty Chemicals Corporation得到)与1000g高密度聚乙烯在熔化(flux)后以175-200rpm的速度混合30秒。在熔化的染色树脂尚温热并可延展时将其切碎，然后加入造粒机中。得到的颗粒在注塑机上以5分钟的保压时间和30秒的循环时间在204℃(400°F)的温度下模塑。得到了显现出饱和红色并具有优异光稳定性的均匀着色的片。
下面颜色特征数据是在着色的片上测得的。用D65光源和带有镜元件的10度观测器测得的C.I.E.L*、a*、b*、C*色空间值数据如下：
L*＝43.4；a*＝50.7；b*＝25.3；C*＝56.7实施例8
将1000g聚丙烯颗粒(来自Chemine Linz的DAPLEN PT-55)和10g由实施例1B或2-4得到的γ-喹吖啶酮颜料在混合鼓里充分混合。将这样得到的颗粒在260-285℃下熔融纺丝成为具有良好的耐光牢度和织物纤维性能的红色细丝。

Claims (10)

1、一种γ-喹吖啶酮颜料，其特征在于：由被底漆/清漆涂料体系完全覆盖的涂覆板测得的主色的C.I.E色空间值为C＝48-59，L＝40-47，A＝43-53，B＝21-28；并且其X-射线衍射图谱中显示出三个与±0.22θ双掠射角6.6、13.9和26.5相对应的强峰，两个与±0.22θ双掠射角13.2和13.5相对应的中强峰，以及八个与±0.22θ双掠射角16.0、17.0、20.4、21.8、23.8、25.1、27.7和28.6相对应的较弱峰。
2、权利要求1的γ-喹吖啶酮颜料，其中至少有50％的基本颜料颗粒的用电子显微照片测得的粒径在0.1-0.5μm范围内。
3、权利要求1的γ-喹吖啶酮颜料，用BET法测得其比表面积约为17±6m2/g。
4、一种制备权利要求1的γ-喹吖啶酮的方法，其中喹吖啶酮原料被预研磨，随后在极性溶剂中进行后处理，所述极性溶剂选自二甲基乙酰胺、四甲基脲、甲基甲酰胺、四甲基砜、二甲亚砜、二甲基甲酰胺和N-甲基吡咯烷酮。
5、权利要求4的方法，其中后处理是在作为晶体大小和结晶相导引剂的喹吖啶酮衍生物或6，13-二氢喹吖啶酮衍生物的存在下进行的。
6、权利要求4的方法，其中所述极性溶剂是二甲基亚砜、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。
7、权利要求4的方法，其中所述γ-喹吖啶酮是在催化剂的存在下，用过氧化氢作为氧化剂，采用直接颜料法由6，13-二氢喹吖啶酮衍生物开始制得的。
8、权利要求7的方法，其中在氧化反应期间存在着作为晶体大小和结晶相导引剂的喹吖啶酮衍生物或6，13-二氢喹吖啶酮衍生物。
9、一种组合物，包含高分子量有机材料和有效着色量的权利要求1的γ-喹吖啶酮颜料。
10、给高分子量有机材料染色的方法，它包括将有效着色量的权利要求1的颜料掺入高分子量有机材料中。
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