白纸调色用双偶氮染料和染料组合物.pdf

本发明涉及式(1)的新颖染料，其中D代表被一个或两个磺酸或羧酸基团，以及任选地被一个或两个选自C1-C4烷基、羟基和硝基的基团取代的苯基或萘残基，每个R1和R2独立代表氢或C1-C4烷基，R1’代表氢、羟基、C1-C4烷基或C1-C4羟烷基，R3代表氢、C1-C4烷基或苯基，其未被取代或被一个或两个选自C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素、羟基、-NH2、硝基、-SO3M和-CO2M的基团取代，和M代表氢、碱金属或碱土金属、铵或被C1-C4烷基或C2-C4羟烷基一-、二-、三-或四取代的铵或聚乙二醇铵阳离子，以及公知的式(5)的染料，其中D’代表被一个或两个磺酸或羧酸基团，以及任选地被一个或两个选自C1-C4烷基和C1-C4烷氧基的基团取代的苯基或萘残基，并且R3和M定义如上，以及适合白纸调色的它们的混合物、调色方法、该新颖染料的制备方法及用这种调色组分处理过的白纸。

权利要求书
1.  下式的化合物：

其中
D代表被一个或两个磺酸或羧酸基团，以及任选地被一个或两个选自C1-C4烷基、羟基和硝基的基团取代的苯基或萘残基，每个
R1和R2独立代表氢或C1-C4烷基，
R1’代表氢、羟基、C1-C4烷基或C1-C4羟烷基，
R3代表氢、C1-C4烷基或苯基，其未被取代或被一个或两个选自C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素、羟基、-NH2、硝基、-SO3M和-CO2M的基团取代，和
M代表氢、碱金属或碱土金属、铵或被C1-C4烷基或C2-C4羟烷基一-、二-、三-或四取代的铵或聚乙二醇铵阳离子。

2.  权利要求1的化合物，其中在式(1)中，
D代表未取代或被一个或两个甲基或硝基取代的苯基一磺酸残基、苯基二磺酸残基、水杨酸残基或萘一-或二磺酸残基。

3.  权利要求1或权利要求2的化合物，其中在式(1)中，
R1代表氢或甲基，
R1’代表氢、甲基或羟甲基，
R2代表氢或甲基，和
R3代表氢、苯基或氨基苯基磺酸残基。

4.  制备权利要求1的式(1)化合物的方法，其特征在于用式(2)的化合物重氮化和偶合式D-NH2的化合物：

得到式(3)的化合物：

随后用式(4)的化合物重氮化和偶合：

其中
D、R1、R1’、R2、R3和M如权利要求1所定义。

5.  白纸的调色方法，其特征在于用基于干纸重量的0.00005-0.005％的至少一种权利要求1的式(1)的化合物处理纸张。

6.  白纸的调色方法，其特征在于用基于干纸重量的0.00005-0.005％的至少一种下式的化合物处理纸张：

其中
D’代表被一个或两个磺酸或羧酸基团，以及任选地被一个或两个选自C1-C4烷基和C1-C4烷氧基的基团取代的苯基或萘残基，和
R3和M如权利要求1所定义。

7.  权利要求6的方法，其特征在于调色组分含有下式化合物的混合物：

其中
D’、R3和M定义如上。

8.  白纸的调色方法，其特征在于用基于干纸重量的0.00005-0.005％的包含至少一种权利要求1的式(1)的化合物和至少一种权利要求6的式(5)的化合物的混合物处理纸张，其中各组分的相对比例应使色调角达到270-300°。

9.  用于白纸调色的固体染料组合物，包含至少一种权利要求1的式(1)的化合物、至少一种权利要求6的式(5)的化合物或至少一种式(1)的化合物与至少一种式(5)的化合物的混合物，以及任选的其它助剂。

10.  用于白纸调色的水溶液，包含至少一种权利要求1的式(1)的化合物、至少一种权利要求6的式(5)的化合物或至少一种式(1)的化合物与至少一种式(5)的化合物的混合物，以及任选的其它助剂。

11.  权利要求9的固体染料组合物或权利要求10的水溶液用于白纸调色的用途。

12.  用权利要求6至8任一项的方法调色的白纸。

说明书白纸调色用双偶氮染料和染料组合物
本发明涉及适合白纸调色的染料及其混合物、调色方法、该新颖染料的制备方法以及用这种调色组分处理的白纸。
对于白纸的生产，造纸厂可提供两种互为补充的方法，即加入少量紫色调色染料和采用荧光增白剂。WO02/18705中详细讨论了这两种方法的相对优缺点，即要求合适的调色染料，由它们的相对色调角确定。
作为在色调角的角度方面理想的单一调色染料，C.I.直接紫9一直被认为满足这些要求，但在例如其钠盐的水溶解度，特别是在硬水中的溶解度方面存在问题。在分子中进一步引入磺酸基团克服了溶解度问题，但导致产品对纤维素纤维缺乏亲和力。
EP1024178中公开了克服该问题的一种尝试，其中公开了蓝紫色或红蓝色阴离子染料与某些红色阴离子染料的混合物作为调色组分。尽管在调色纸亮度方面(这是添加红色染料往往会伴随的问题)获得了令人吃惊的良好结果，但仍然存在其它问题。
在C.I.直接紫9以及EP1024178中公开的调色染料混合物的两种情况中，用于合成的中心结构块都是所谓的“MAK III”胺，MAK III胺属于诸如甲酚定或联茴香胺的芳族胺系列，其致癌活性已清楚得到证明。因此，在这种产品的制备以及可能地在危险的降解产物的制造期间都存在潜在的危险。然而，至此，一直需要采用这种结构块，以生产满足调色染料严格的光谱要求所需要的色调的染料。
现已吃惊地发现，某些不是基于MAK II胺种类的紫色染料以及它们的混合物能够满足白纸制造中对调色染料的严格要求。
因此，本发明第一个方面涉及下式的化合物：

其中
D代表被一个或两个磺酸或羧酸基团，以及任选地被一个或两个选自C1-C4烷基、羟基和硝基的基团取代的苯基或萘残基，每个
R1和R2独立代表氢或C1-C4烷基，
R1’代表氢、羟基、C1-C4烷基或C1-C4羟烷基，
R3代表氢、C1-C4烷基或苯基，其未被取代或被一个或两个选自C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、卤素、羟基、-NH2、硝基、-SO3M和-CO2M的基团取代，和
M代表氢、碱金属或碱土金属、铵或被C1-C4烷基或C2-C4羟烷基一-、二-、三-或四取代的铵或聚乙二醇铵阳离子。
优选的是，在式(1)的化合物中，D代表未取代或被一个或两个甲基或硝基取代的苯基一磺酸残基，苯基二磺酸残基，特别是2，4-或2，5-二磺酸残基，水杨酸残基或萘一-或二磺酸残基，特别是2-萘基-6，8-或4，8-二磺酸残基。
此外，在式(1)的化合物中，R1优选代表氢或甲基，特别是氢，R1’代表氢、甲基或羟甲基，特别是氢，R2代表氢或甲基，特别是甲基，和R3代表氢、苯基或氨基苯基磺酸残基，而M优选为氢、钠、锂、一-、二-或三乙醇铵或聚乙二醇铵盐。
在式(1)化合物中取代基的定义范围内，C1-C4烷基是支链或非支链的，例如甲基、乙基、丙基、异丙基或正、仲或叔丁基。C1-C4烷氧基是例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基或正丁氧基，而C2-C4羟烷基是例如羟乙基、羟丙基或羟丁基，且卤素是氟、溴，或特别是氯。
本发明式(1)的新颖化合物可通过染料化学领域公知的标准重氮化和偶合方法制备。
因此，本发明第二个方面涉及式(1)化合物的制备方法，其特征在于通用式(2)的化合物重氮化和偶合式D-NH2的化合物：

通过加入诸如碱金属氢氧化物或碳酸盐，例如氢氧化钠的合适的碱，使反应混合物的pH值保持在3.0-4.0，得到式(3)的化合物：

随后用式(4)的化合物重氮化和偶合：

其中通过加入诸如碱金属氢氧化物或碳酸盐，例如氢氧化钠的合适的碱，使反应混合物的pH值保持在9.0-10.0，其中D、R1、R1’、R2、R3和M的定义如上。
由于所得染料表现出270-300°的相对色调角，它们非常适合单独或与荧光增白剂一起用作白纸调色的调色染料。
因此，本发明另一个方面是白纸的调色方法，其特征在于用0.00005-0.005％(基于干纸重量)量的至少一种本发明式(1)的化合物处理纸张。
然而，另一类有关的公知染料或可通过类似于式(1)化合物的制备方法的公知方法制备的染料同样表现出270-300°的类似理想的相对色调角。因此，本发明又一个方面是白纸的调色方法，其特征在于用0.00005-0.005％(基于干纸重量)的至少一种下式的化合物处理纸张：

其中
D’代表被一个或两个磺酸或羧酸基团，以及任选地被一个或两个选自C1-C4烷基和C1-C4烷氧基的基团取代的苯基或萘残基，和
R3和M的定义与上文针对式(1)的化合物相同。
在优选的方面，本发明进一步涉及白纸的调色方法，其特征在于用0.00005-0.005％(基于干纸重量)下式的化合物的混合物处理纸张：

其中
D’、R3和M的定义如上。
为了实现特别理想的相对色调角，例如280-295°，可能必须不仅采用诸如(6)和(7)的式(5)的化合物的混合物，而且采用一种或多种式(1)的化合物与一种或多种式(5)的化合物的混合物。
因此，在又一个方面，本发明涉及白纸的调色方法，其特征在于用0.00005-0.005％(基于干纸重量)包含至少一种式(1)的化合物和至少一种式(5)的化合物的混合物处理纸张，其中各组分的相对比例应使色调角达到270-300°，优选280-295°。
各组分的比例可根据各组分的相对色调角以及期望的相对色调角而在宽范围内变化。因此，例如该比例可从99％式(1)的化合物比1％式(5)的化合物直至并包括1％式(1)的化合物比99％式(5)的化合物，其中优选约50％式(1)的化合物比50％式(5)的化合物的比例。
这种混合物可通过各组分的简单机械混合制备或直接合成制备。在后一种情况下，制备以类似于上述式(1)化合物的制备方法进行，但在第一偶合反应中，采用式(3)的偶合组分与适当的氨基萘磺酸衍生物的混合物，或可选择地采用式D-NH2和D’-NH2的胺混合物，其中D和D’分别如对化合物(1)和(5)所定义，它们在重氮化后偶合成式(3)的化合物。
采用染料混合物不仅能最优化相对色调角，而且可用于获得与纤维素纤维的最佳亲和力，同时通过改变有关分子中磺酸基团的数量来保证足够的水溶解度。因此优选的是保持每个染料分子中平均至少2个磺酸基团，最好是每个染料分子平均2.3-3.5个磺酸基团。
本发明公开的染料和染料混合物对于白纸，特别是含荧光增白剂的白纸的调色特别有用。它们优选以固体或液体商品形式使用。
粉状或粒状染料尤其可用于间歇式纸浆染色，其中在制浆机中、在打浆机中或在混合槽中加入通常是贮备液形式的染料混合物。这里优选采用染料制剂，该制剂除含染料外，还可含有充量剂，例如作为稳定剂的脲、糊精、芒硝、氯化钠以及分散剂、防尘剂和诸如多磷酸盐的螯合剂。
因此本发明还提供了用于白纸调色的固体染料组合物，包含至少一种式(1)的化合物、至少一种式(5)的化合物或至少一种式(1)的化合物与至少一种式(5)的化合物的混合物，以及任选的其它助剂。
本发明还提供了白纸调色的水溶液，包含至少一种式(1)的化合物、至少一种式(5)的化合物或至少一种式(1)的化合物与至少一种式(5)的化合物的混合物，以及任选的其它助剂，浓度优选5-30wt％。由于它们在水中优异的溶解度，式(1)的染料、式(5)的染料，以及特别是它们的混合物尤其适合制备这种溶液。
浓缩溶液优选含有低含量的无机盐，如果需要的话，可通过例如反渗透的公知方法获得。
溶液可含有其它助剂，例如诸如ε-己内酰胺或脲的增溶剂；例如二元醇、聚乙二醇、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮、乙酰胺、链烷醇胺或聚乙二醇胺的有机溶剂，这是本发明的又一个方面。
因此本发明又一个方面涉及将以上公开的固体染料组合物或水溶液用于白纸调色，以及己由根据本发明的方法调色的白纸。
由给定量的特定调色染料赋予基材的色彩不仅取决于染料本身，而且取决于基材的天然色调。因此，为了描述与其涂布的基材无关的调色染料的光学性能，合适染料或染料混合物的色调角hDye从CIELab色坐标体系中色坐标(a*-a*0)和(b*-b*0)的变化计算，其中a*0和b*0是调色前基材的色坐标，使用关系式hDye＝arctan[(b*-b*0)/(a*-a*0)]。
以下实施例用于非限定性地举例说明本发明。份和百分比除另有说明外均指重量的。
A.制备实施例
实施例1
将17.2份苯胺-4-磺酸溶解在150份水和25份4N氢氧化钠水溶液的混合物中，并通过加入26份32％含水盐酸来酸化该溶液。将所得悬浮液冷却并在10℃温度下通过滴加25份4N亚硝酸钠水溶液重氮化。然后在10℃经30分钟将该重氮盐溶液滴加到含有在100份水中的16.7份2-(2’-羟乙氧基)-5-甲基苯胺和25份4N含水盐酸的溶液中，其中通过加入4N氢氧化钠水溶液保持pH在3-4。检测不到重氮盐后，通过加入少量32％含水盐酸将pH调节到1-2，并通过过滤分离沉淀的固体。
将湿滤饼在150份水、24份4N氢氧化钠水溶液和0.6份木素C12磺酸酯中制浆。加入26份4N亚硝酸钠水溶液后，在剧烈搅拌下将浆料转移到含25份冰和50份水的容器中。温度升高到30℃，然后在35℃继续搅拌2小时完成重氮化。
然后将所得重氮盐悬浮液用30分钟边冷却边加入到在150份水中的36份1-羟基-6-苯胺基萘-3-磺酸的溶液和30份4N氢氧化钠水溶液中，其中通过加入4N氢氧化钠水溶液保持pH在9.0-9.2，并通过外部冷却保持20℃温度。偶合反应完成后，通过加入4N氢氧化钠水溶液将pH调节到11，并通过加入12.5％氯化钠水溶液来沉淀产物。过滤沉淀的固体，得到120g含下式染料的滤饼：

经透析后除去无机盐，可直接转化成适当的液体制剂。
实施例2至17
以与实施例1所述类似的方式进行，但在第一重氮化步骤中采用合适的胺，并在最后的步骤中采用合适的偶合组分，得到下表1中所示的通式8的染料：

表1



也可通过用相当数量的下表2中收集的以下苯胺衍生物(200)至(500)替代实施例1中的2-(2’-羟乙氧基)-5-甲基苯胺，获得色彩特性与上表1中染料类似的染料。
表2

实施例18至27
按照实施例1的方法，但用相当数量的2-氨基萘-7-磺酸代替2-(2’-羟乙氧基)-5-甲基苯胺，并在第一步中采用适当的苯胺衍生物D’-NH2和适当的偶合组分(2-羟基-6-氨基取代的萘-3-磺酸衍生物)，获得以下通式(9)的化合物，如下表3所示：

表3


实施例28
根据实施例1的方法，将由18.0g 3-磺酸苯胺和31.6g 2-萘胺-4，8-二磺酸组成的混合物重氮化，然后用33.4g 2-(2’-羟乙氧基)-5-甲基苯胺偶合。
在5℃过滤氨基取代的单偶氮染料的混合物，然后重氮化并用65.5g1-羟基-6-苯胺基萘-3-磺酸偶合，如实施例1所述。然而，在偶合反应期间，通过加入总共80g的DesmophenTM VP PU1613(从Bayer AG获得的聚乙二醇胺)保持pH在6.5。用水稀释所得悬浮液至800g，并通过加入32％含水盐酸将pH值调节到5.5。然后通过在2000kPa压力和40-50℃温度下运行的AFCTM30膜将混合物脱盐，保持恒定体积并用5倍数量的水冲洗。浓缩到500g后，通过加入20g DesmophenTM VP PU1613调节pH至7，并通过加入0.75g ProxelTM GXL(从Zeneca AG获得的抗微生物剂)稳定该溶液。得到浓缩的、储存稳定的含有其desmophenium盐形式的式(128)和(111)的染料混合物的溶液(DM代表衍生自DesmophenTMVP PU1613的聚乙二醇氨基残基)。

B.应用实施例
一般调色方法
向在470份自来水(10-15°德国硬度)中的已预先打浆到Schopper-Riegler细度35°并随后脱水的10份由30％硫酸盐长纤维和70％硫酸盐短纤维(已漂白)组成的纤维混合物中加入1.2份碳酸钙并分散混合物1小时。然后加入足够的适当染料或染料混合物，所得纸张的最终白度WCIE为97.7，再搅拌纸浆15分钟，然后用0.15份AquapelTM 315D(施胶剂)处理。接触30秒后加入0.005份PercolTM 155(保留剂)，用自来水将混合物稀释到700份，制备10g纸试样。干燥后测定每种色泽的亮度(BISO)、白度(WCIE)和相对色调角。
实施例29-55的结果示于下表4：
表4
    实施例    化合物    染料量    (g/ton)    BISO    WCIE    相对色调角    29    (101)    131.9    82.4    97.7    285.9    30    (102)    16.1    82.6    97.7    287.0    31    (103)    37.7    82.4    97.7    289.0    32    (104)    66.6    82.1    97.7    286.9    33    (105)    34.0    82.3    97.7    286.9    34    (106)    42.4    81.6    97.7    294.6    35    (107)    42.6    82.7    97.7    287.8    36    (108)    30.6    82.9    97.7    285.1    37    (109)    31.8    82.8    97.7    276.1    38    (110)    45.9    82.6    97.7    283.0    39    (111)    49.4    81.8    97.7    280.6    40    (112)    53.8    82.3    97.7    285.4    41    (113)    51.7    82.5    97.7    277.7    42    (114)    30.9    81.4    97.7    293.0
    43    (115)    72.8    81.4    97.7    296.4    44    (116)    51.6    80.9    97.7    294.8    45    (117)    43.4    81.5    97.7    277.7    46    (118)    60.0    81.5    97.7    278.0    47    (119)    57.1    81.7    97.7    279.1    48    (120)    46.3    82.0    97.7    280.0    49    (121)    60.7    81.7    97.7    281.7    50    (122)    51.3    82.0    97.7    278.5    51    (123)    49.1    80.8    97.7    281.0    52    (124)    55.5    80.8    97.7    282.8    53    (125)    62.6    81.0    97.7    284.9    54    (126)    47.8    80.8    97.7    288.7    55    (127)    62.3    80.7    97.7    284.3
在另一个实验序列实施例56-62中，用以上染料的混合物制备调色纸。结果示于下表5：
表5
    实施例  化合物    组分比    BISO    WCIE    相对色调角    56  (102)+(111)    1∶1    82.2    97.7    287.4    57  (103)+(111)    1∶1    82.1    97.7    284.8    58  (102)+(120)    1∶1    82.3    97.7    283.5    59  (105)+(119)    1∶1    82.0    97.7    282.8    60  (101)+(111)    1∶2    82.0    97.7    282.4    61  (102)+(109)    1∶1    82.7    97.7    281.5    62  (110)+(111)    1∶1    82.2    97.7    283.8
在另一个实验序列中，除适当的调色染料外，还用1％(基于纸张重量)荧光增白剂TinopalTM UP液体处理纸浆。
实施例63-70的结果示于下表6：
表6
    实施例    化合物    染料量    (g/ton)    BISO    WCIE    相对色调角    63    (102)    16.1    100.8    153.2    286.1    64    (103)    37.7    100.7    153.2    286.8    65    (105)    34.0    100.6    153.3    286.1    66    (111)    49.4    100.0    153.6    283.9    67    (115)    72.8    99.6    153.6    289.8    68    (120)    46.3    100.5    149.8    285.1    69    (125)    62.6    99.2    154.0    285.4    70    (127)    62.3    98.2    154.2    285.3