靛蓝是以用量计全世界最重要的织物用合成染料。尽管靛蓝的生产技术已经成熟,但它仍含有杂质,例如高达0.6重%的苯胺和0.4重%的N-甲基苯胺。靛蓝中还有更少量的其它化合物,这些化合物最好除掉。 本发明的一个目的是开发一种有效和经济的纯化靛蓝的方法,用此方法获得的染料不含或者至少基本上不含芳胺和其它杂质。
曾试图用已知的纯化技术,如洗涤或与稀酸一起搅拌、水蒸汽蒸馏或用有机溶剂萃取来除去靛蓝中存在的芳胺,但迄今均未成功,甚至连研磨很细的染料也不奏效。
由于这些纯化技术丝毫不能降低苯胺和N-甲基苯胺含量,甚致在强力研磨染料之后也无效,这些杂质可能是牢固地包藏在靛蓝晶体结构内。
在所有制备靛蓝的已知工业方法中,这种染料是在最后合成步骤中由3-羟基-2-吲哚羧酸酯的碱水溶液进行空气氧化而获得。
本发明人发现,在所合成的3-羟基-2-吲哚羧酸酯的碱水溶液被氧化成靛蓝之前,将其中的芳胺利用水蒸汽或惰性气体除掉,然后用传统方式将经汽提的3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液氧化,将得到的靛蓝进行过氧化氢处理,这样可达到上述目地,并以良好产率得到实质上很纯的靛蓝。
所用的惰性气体例如是稀有气体或优选是氮。
即使事先不用汽提3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液的方法除去苯胺,用过氧化氢处理也能除掉工业级靛蓝的其它杂质。
为了保证从3-羟基-2-吲哚羧酸酯的溶液中定量地除掉杂质,在严格不存在氧的条件下进行汽提是非常重要的,这最好通过在氮气氛中工作来实现。
这是因为即使最小量的氧也与溶解的3-羟基-2-吲哚羧酸酯反应生成靛蓝,进而不可逆地包藏住例如苯胺和N-甲基苯胺。
为避免公知的和不希望的因3-羟基-2-吲哚羧酸酯的自身缩合而形成3-吲哚氧基红(Ⅰ),最好在55-90℃、优选65-85℃进行汽提。
最佳水蒸汽汽提3-羟基-2-吲哚羧酸酯中存在的杂质是在150-450毫巴、优选250-350毫巴的压力,相应于65-80℃的优选汽提温度,馏出5-30重%、优选10重% 3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液中所存在的水。为此,所需要的热能是由外界加热或往3-羟基-2-吲哚羧酸酯的溶液中通入水蒸汽来供给的,蒸馏时间为0.5-5小时、优选1-2小时。
最佳惰性气体汽提3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液来消除芳胺的方法是在55-90℃、优选65-80℃,每1小时每升通入40-120升、优选60-80升惰性气体,汽提时间为0.5-5小时、优选1-2小时。
先汽提3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液然后氧化而得到的靛蓝可在0-90℃、优选20-50℃用含有浓度为1-10、优选5%(重量)硫酸的0.1-10、优选3%有效浓度(重量)的过氧化氢溶液进行处理。
本发明方法的便利方式可以分批或连续进行,将合成出的热的(约85℃)3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液立即用氮气保护,快速(约5-15分钟)冷却到65-80℃,然后在此温度或是进行蒸馏,或通水蒸汽或惰性气体进行汽提。
通过将经汽提的3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液氧化,得到的靛蓝可在过滤之后(如用吸滤器)用过氧化氢水溶液洗涤来进行。
该靛蓝用水洗成中性并干燥之后,其纯度≥96%(光度测定法测出),其苯胺和N-甲基苯胺含量分别下降到0.01-0.06%和0-0.01%。
以下实施例将进一步说明本方法。
实施例1
往带有蒸馏头的有搅拌的玻璃反应器中加入1000克约4%浓度(重量)的3-羟基-2-吲哚羧酸酯的碱水溶液。在65℃/250毫巴及搅拌下,在1小时内,从油浴加热的3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液馏出100克水。放掉真空后,以传统方式,于65-85℃用空气氧化3-羟基-2-吲哚羧酸的溶液。将产量为39.5克(干重计)的靛蓝在吸滤器上过滤,并水洗成近中性。然后,将得到的染料用1000克含有5%(重量)硫酸和3%(重量)过氧化氢的20-25℃水溶液洗涤。然后干燥已纯化的靛蓝。其纯度为96.5%,苯胺含量为0.02%,N-甲基苯胺含量为0-0.002%。
实施例2
往带有蒸馏头的2升有搅拌的玻璃反应器中加入1000克约4%浓度(重量)的3-羟基-2-吲哚羧酸酯的碱水溶液。在70℃/300毫巴及搅拌条件下,将100克水蒸汽通入3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液,历时1小时,在此期间馏出约95克水。放掉真空之后,以传统方式,于70-85℃用空气氧化3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液。其余工序与实施例1介绍的相同。干燥染料的纯度为96.0%。靛蓝中仍保留0.02%的苯胺和0-0.002%的N-甲基苯胺。
实施例3
往带有蒸馏头和油浴加热的2升有搅拌的玻璃反应器中加入1000克约4%浓度(重量)的3-羟基-2-吲哚羧酸酯的碱水溶液。于75-80℃及搅拌条件下,将160升氮通入3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液,历时2小时,在此期间,馏出约75克水。然后,以传统方式,在80-85℃以空气氧化3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液。其余工序与实施例1介绍的相同。干燥染料的纯度为96.0%。靛蓝中仍保留0.03%苯胺和0-0.002%的N-甲基苯胺。
实施例4
于65-70℃,往汽提段有织物填料的蒸馏柱(填料高1米)中于250毫巴柱顶压力条件加入约4%浓度(重量)的3-羟基-2-吲哚羧酸酯的碱水溶液,加料速率为15千克/小时。将每小时1.5千克的水蒸汽逆流通过3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液。以传统方式,于65-85℃用空气氧化柱底留下的水蒸汽汽提过的3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液。将由1千克3-羟基-2-吲哚羧酸酯溶液氧化得到的靛蓝在吸滤器上过滤。其余工序与实施例1中介绍的相同。最后干燥的染料纯度为96.0-97.0%。靛蓝含有0.01%苯胺和0-0.001% N-甲基苯胺。